Desenvolvimento de conversor CC-CC Buck utilizando módulo inteligente de potência

Abstract

A utilização de módulos inteligentes de potência (IPMs) é tradicionalmente associada a aplicações de conversão CC-CA, especialmente em inversores destinados ao acionamento de motores elétricos. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo explorar a utilização do módulo inteligente de potência FNA23512A em uma aplicação de conversão CC-CC, por meio do desenvolvimento e implementação de técnicas de controle digital para um conversor Buck síncrono. Inicialmente, foi realizada a modelagem matemática do conversor e definidos os requisitos para o projeto dos controladores. Foram desenvolvidas quatro estratégias de controle: dois controladores por modo de tensão (VMC), projetados pelo método do Fator K e por posicionamento de polos e zeros, um controlador por modo de corrente média (CMC) e um Regulador Linear Quadrático Discreto (DLQR). Os controladores foram projetados utilizando o MATLAB e avaliados por meio de simulações no PSIM, considerando o rastreamento de referência e a rejeição de perturbações na tensão de entrada e na carga. A implementação digital foi realizada utilizando o DSP TMS320F28335, responsável pela aquisição das variáveis do conversor, execução dos algoritmos de controle e geração dos sinais PWM. Os resultados de simulação demonstraram que as quatro estratégias foram capazes de regular a tensão de saída, apresentando erro nulo em regime permanente e rejeitando as perturbações aplicadas. Entretanto, foram observadas diferenças quanto à rapidez de resposta, sobressinal, margens de estabilidade e complexidade de projeto. O VMC 1 apresentou resposta mais lenta e reduzido sobressinal, enquanto o VMC 2 apresentou dinâmica mais rápida. O CMC apresentou maior oscilação em algumas condições, e o DLQR apresentou resposta rápida e reduzido sobressinal. Na etapa experimental, os controladores VMC 1 e VMC 2 foram implementados na plataforma desenvolvida. Os ensaios demonstraram o rastreamento da referência e a manutenção da regulação da tensão de saída diante de variações na tensão de entrada e na carga. Dessa forma, os resultados confirmaram a viabilidade da utilização do módulo FNA23512A como estágio de chaveamento de um conversor Buck com controle digital em alta frequência. Como continuidade do trabalho, propõe-se a implementação e validação experimental dos controladores CMC e DLQR.