Implementación en FPGA de un sistema de medida de impedancia armónica de circuitos resonantes en serie basado en el algoritmo lock-in

Resumen

En esta ponencia se presenta un sistema digital implementado en FPGA (field programmable
gate array) cuya función es la medida en tiempo real de la impedancia del primer armónico de
una carga de una cocina de calentamiento por inducción. La etapa inversora de la cocina
implementa la topología semipuente resonante serie de media frecuencia (25 kHz – 75 kHz)
cuyo circuito de carga consiste en un condensador en serie con el sistema inductor‐recipiente
(inductor planar acoplado con un recipiente). En una primera aproximación, la impedancia del
circuito puede modelarse como una red equivalente R‐L‐C, sin embargo, la impedancia
equivalente depende de múltiples factores tales como el material del recipiente, alineamiento
entre el recipiente y el inductor, temperatura o frecuencia de trabajo. Por dicha razón, una
caracterización en tiempo real de la carga es deseable para realizar un correcto control de la
etapa inversora. El sistema de identificación calcula la impedancia del primer armónico de la
carga aplicando el algoritmo lock‐in de fase dual a la corriente que atraviesa el inductor y a la
tensión de salida del inversor. Dicho algoritmo ha sido descrito en VHDL (very high speed
integrated circuit hadware description language) e implementado en una FPGA de Xilinx. La
precisión del algoritmo ha sido verificada mediante simulación a través de una herramienta de
simulación mixta (analógica‐digital). Finalmente, el sistema ha sido verificado
experimentalmente.