El desarrollo del presente Trabajo de Fin de Grado ha perseguido diversos objetivos relacionados con la electrónica de control, y más concretamente, con el uso de la técnica Hardware In The Loop como mecanismo para solucionar el problema que suponen las simulaciones mixtas analógico-digitales de los sistemas de control de fuentes conmutadas. La técnica de Hardware In The Loop permite emular el sistema completo en hardware pudiendo llegar a funcionar en tiempo real o a velocidades muy superiores a las que permiten las simulaciones mixtas, evitando los problemas derivados de un malfuncionamiento en el control de una planta real.
En el contexto que establece esta técnica, se ha realizado el desarrollo de un modelo HIL para un convertidor conmutado de alta frecuencia de conmutación. Esta elevada frecuencia ha forzado al uso de señales de coma fija y de FPGA como soporte para la síntesis del modelo digital.
En primer lugar se ha diseñado en lenguaje VHDL y sintetizado sobre FPGA el modelo digital de un convertidor DC-DC reductor cuadrifase de tipo Buck en coma fija con una frecuencia de conmutación de 200 kHz. La discretización de las ecuaciones diferenciales que rigen el funcionamiento del circuito, la optimización de la resolución de las señales implicadas evitando la pérdida de precisión, y la aplicación de mecanismos conducentes a que el modelo pudiese ser sintetizado en el modelo de FPGA empleado han sido claves en esta tarea.
Paralelamente y en estrecha relación con lo anterior, se ha desarrollado y construido el módulo de conversión digital analógico que permite completar el modelo HIL de la planta transformando las señales digitales del modelo digitalizado en señales analógicas como las que generaría la planta real. El circuito se ha diseñado permitiendo que pueda ser usado con cualquier modelo digital de planta cuyas señales de salida tengan una frecuencia máxima de 100 MHz. Una amplia batería de pruebas ha permitido seleccionar los componentes y configuraciones que mejor se ajustan a esta aplicación con el objeto de maximizar su rendimiento, cuestión que ha culminado con la integración del sistema completo y su comparación con un convertidor Buck real.
Como objetivo adicional, una colaboración con la empresa SpControl Technologies se ha concretado en diseñar la placa de conversión mencionada de forma que sea compatible con la placa de control SpCard que ofrece la empresa. El buen funcionamiento del circuito diseñado en las pruebas a las que se someta podría llevar a su integración como un módulo adicional de la SpCard, con su correspondiente explotación comercial.
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