ANÁLISE E PROJETO DE UM CONVERSOR BUCK OPERANDO NO MODO CONTÍNUO DE CONDUÇÃO, EM MALHA FECHADA COM CONTROLE PI.

Resumo

Aparelhos eletrônicos, por vezes, necessitam de diferentes níveis de tensão a partir de uma mesma fonte de tensão para atender aos diversos circuitos que ele pode conter. Como a busca constante é pela produção de sistemas cada vez mais eficientes, utilizar reguladores lineares para conversão de tensão não têm sido uma boa alternativa para algumas aplicações, pois eles têm baixa eficiência, devido à dissipação de energia quando comparados a reguladores de tensão chaveados. Além disso, é necessário que os sistemas de conversão também sejam dinâmicos frente às variações que sofram, seja na tensão de entrada ou na carga, isto é, mantenham a sua saída constante dentro da sua faixa de controle especificada. Nesse sentido, este trabalho buscou um sólido embasamento teórico de modelamento da topologia de conversão de reduzir um nível de tensão de 12V para 5V, denominado topologia step-down, ou conversor buck, que é modulado por largura de pulso com frequência fixa. Esse conversor será utilizado para alimentar um microprocessador Raspbarry Pi3 que necessita de uma alimentação de 5 volts e até 2A de corrente contínua, oriunda de uma fonte que também alimenta cargas de 12 volts, que comandam sistemas de refrigeração Self, Multisplit e Chillers, de locais como CPD’s ou câmaras de acondicionamento que precisam ter controle apurado de temperatura por meio de relés de acionamento e sensores, além de gerenciar essas informações comunicando a um supervisor sempre que houver qualquer anomalia no sistema. Assim, essa fonte foi determinada para fornecer até 15W de potência como critério de projeto. Como frisado, é importante que o sistema seja plenamente controlado frente as variações que possa sofrer. Desta forma, o estudo preliminar tornou-se bastante apurado, sendo analisado pelas técnicas de controle. Inicialmente, o modelamento matemático do circuito do conversor foi estudado afim de projetar e determinar os valores dos seus componentes na sua topologia básica para funcionamento em modo contínuo de condução. Ficaram limitados aos valores máximo e mínimo de tensão de entrada em 10 e 14 volts respectivamente. O sistema de controle tem que manter a tensão de saída constante. Para a compensação, foram estudadas e analisadas técnicas de controle, utilizando um controlador PI para corrigir erros na resposta permanente do conversor. Foi analisado o conversor na condição ideal de tensão de entrada e nas condições extremas de tensão máxima e mínima na entrada. Por conseguinte, na condição de sistema com realimentação, exigiu-se que fossem feitas diversas simulações, devido a sistemas realimentados tenderem à condições de instabilidade. Como resultado, obteve-se todos os equacionamentos do sistema em malha aberta, em malha fechada e malha fechada com compensação, utilizando recursos computacionais para simular o circuito e validar os cálculos. Para controle da modulação da largura de pulso, foi utilizado um comparador/oscilador TL494 da Texas Instruments visando ao projeto e à elaboração da placa de circuito impresso para posterior implementação física do conversor, bem como o atendimento às especificações solicitadas pelo projeto.