Circuito de Aquisição de Sinal e Microcontrolador

O controlo do inversor, inicialmente proposto para este projeto, baseia-se na tensão e corrente do condensador do filtro. Com a decisão do uso do valor da tensão de saída nos 24 V, a corrente que circula neste elemento apresenta valores na ordem dos miliam-peres e é constituída por diversos componentes harmónicos. Os componentes harmóni-cos de maior amplitude encontram-se próximo dos 40kHz, o dobro da frequência de comutação do inversor. Esta característica é essencial na seleção do sensor devendo o mesmo apresentar uma largura de banda superior a esta gama de frequências. Sendo o isolamento de sinal um requisito obrigatório, para evitar loops de terra e para proteção do controlador, dois sensores de corrente foram selecionados e testados durante esta fase. Estes sensores são o ACS712ELCTR-05B-T, da Allegro Microsystems [72], e o LA55-P, da LEM [73] (Figura 5-8). Após contínuos testes aos mesmos, os resultados mostraram-se pouco satisfatórios uma vez que ambos os sensores estão projetados para correntes muito acima da corrente que circula no condensador. Enquanto o ACS712 está projetado para uma corrente de ±5 A, o LA55-P aguenta correntes até ±50 A. Para este último tentou-se aumentara precisão elevando o número de espiras do condutor da cor-rente do condensador sobre o sensor, mas o resultado não foi o esperado. O sinal à saída

Resultados Experimentais do Protótipo Desenvolvido

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continha muito pouco conteúdo harmónico devido à filtragem provocada pela bobina parasita em consequência do número de voltas efetuadas.

Figura 5-8 – Sensores de corrente testados para implementação do controlo em malha dupla. À esquerda o ACS712ELCTR-05B-T e à direita o LA55-P.

Posteriormente aos testes dos sensores acima apresentados foram também testados amplificadores diferenciais isolados. Optou-se pela utilização do AMC1200 da Texas Instruments [71], por ser de baixo custo e terem sido disponibilizadas amostras por par-te da empresa. Espar-te amplificador apresenta um ganho fixo de 8 e aceita entradas até ±250mV. Foi desenvolvido um circuito de interface com o microcontrolador, como po-de se visto na Figura 5-9, para aquisição da corrente do conpo-densador. Como este ampli-ficador amplifica apenas tensões, foi necessário adicionar uma resistência de baixo valor em série com o condensador, para se obter uma tensão inferior aos limites de entrada do amplificador. Ainda, foi adicionada uma ponte de díodos à entrada do mesmo, com a finalidade de proteger as suas entradas em caso de sobretensões no sinal. A grande des-vantagem deste amplificador encontra-se na necessidade de duas alimentações para o primário e secundário. Os resultados mostraram-se abaixo das espectativas porque o mesmo é bastante sensível às comutações do inversor, aparecendo na saída ruídos bas-tante acentuados. Mesmo após a adição de um filtro RC à saída, as melhorias foram pouco significativas. No entanto, foi feito um outro teste para medições da tensão da rede com o inversor desligado, onde este amplificador se mostrou bastante eficiente.

Figura 5-9 – Esquemático do circuito desenvolvido para os testes com o amplificador diferencial isolado AMC1200.

Os fracos resultados obtidos na leitura da corrente do condensador levaram à deci-são de alteração dos controlos do sistema, como foi explicado no início deste capítulo. Assim, os controlos, efetuados na implementação prática, passaram a apresentar

siste-VDD1 VINP VINN GND1 VDD2 VOUTP VOUTN GND2 AMC1200 R VDD ADC1 GND uC VEE VCC

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mas em malha simples como foi mostrado na Figura 5-1 (pág. 71). Desta forma, foi apenas necessário obter as tensões dos principais pontos do sistema, nomeadamente, no barramento CC, na saída do inversor e na rede elétrica. Após novo estudo de mercado, optou-se pela utilização do sensor de efeito hall da LEM, o LV25-P [74]. Este sensor permite ler a tensão de forma isolada e tem a saída em corrente, permitindo variar o ganho do sinal de saída através de uma resistência. Desenvolveram-se três circuitos se-melhantes ao apresentado na Figura 5-10 para ler as tensões de cada um dos pontos do circuito de potência, necessários para os controlos. Neste circuito, os sensores são ali-mentados por uma fonte de tensão independente da fonte de alimentação do microcon-trolador. Esta solução foi escolhida porque a saída do sensor é bipolar, distintamente da entrada unipolar do ADC do microcontrolador. Para contornar esta situação, a massa do sensor foi conectada à metade da tensão do microcontrolador (2,5 V), com recurso ao TLE2426, um componente com objetivo de criar massas virtuais [80]. Assim, o sinal de saída do sensor varia entre os 0 V e 5 V do ponto de vista do microcontrolador, isto se a resistência RM aplicada à saída do sensor for corretamente dimensionada. Como é visí-vel na figura, a saída do sensor não foi ligada diretamente ao microcontrolador uma vez foi necessário adicionar um circuito de acondicionamento do sinal. Foram assim intro-duzidos um buffer e um filtro RC para aumentar a impedância de entrada do sinal de leitura e eliminar o ruído resultante das comutações dos MOSFETs, respetivamente. Os díodos presentes no circuito servem apenas para proteção do buffer.

Figura 5-10 – Esquemático do circuito de aquisição do sinal utilizado para as tensões da rede, inversor e

step-up.

A placa de circuito impresso desenvolvida para os sensores pode ser vista na Figura 5-11. A alimentação dos sensores provém de uma fonte tensão linear desenvolvida para providenciar as tensões bipolares de ±15 V. Esta fonte é constituída por um transforma-dor para baixar a tensão da rede, seguido de um retificatransforma-dor a díodos com filtro capaciti-vo para estabilizar a tensão de saída do transformador. Posteriormente foram

adiciona-+HT -HT + M -LV25-P RM 5V TLE2426 MCP6024 2,5V 5V Rf Cf + -5V VCC ADC GND Microcontrolador 5V Vin R1 +15V(iso) -15V (iso)

Resultados Experimentais do Protótipo Desenvolvido

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dos os reguladores de tensão LM7815 e LM7915 com os respetivos condensadores à saída.

Figura 5-11 – Placa de circuito impresso dos sensores desenvolvida para a leitura das tensões do barra-mento CC, do inversor e da rede elétrica.

Foi ainda desenvolvida uma placa para o microcontrolador que pode ser vista na Fi-gura 5-12. Nesta placa estão também presentes as resistências de ganho dos sensores, o amplificador operacional dos buffers, o TLE2426 e os filtros RC, apresentados na Figu-ra 5-10 (pág. 77). A decisão de colocação dos componentes nesta placa e não na ante-rior, resulta do facto da saída dos sensores ser em corrente, o que significa que o sinal não sofre atenuações independentemente das quedas de tensão ao longo do fio. Além disso, convém sempre que o circuito de acondicionamento de sinal esteja o mais próxi-mo possível do ADC, neste caso, incorporado no microcontrolador.

Figura 5-12 – Placa de circuito impresso desenvolvida para o microcontrolador e para os filtros dos sinais provenientes dos sensores de tensão.

O microcontrolador selecionado para este projeto foi o dsPIC30f2010, da Microchip Technology, visível na Figura 5-22. Este microcontrolador é direcionado para aplica-ções de controlo de motores e fontes comutadas, razão principal para a sua escolha. O

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mesmo apresenta um ADC de 10 bit com 6 canais de entrada e uma taxa de conversão máxima de 500 Ksps. Tem também disponíveis 6 canais de saída de PWM com possibi-lidade de trabalharem independentes em modo complementar com deadtime. Este mi-crocontrolador apresenta também 12 KBytes de memória Flash para alojamento do có-digo e 512 bytes de RAM [82], [83].