CIRCUITO_DE_CONTROLE_COM_DSC_PARA_UPS_DE

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WILLIAN RICARDO BISPO MURBAK NUNES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIRCUITO DE CONTROLE COM DSC PARA UPS DE 3 kW, 
TIPO PASSIVE STANDBY COM INTEGRAÇÃO DE PAINEL 
FOTOVOLTAICO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Londrina 
2012 
 
 
WILLIAN RICARDO BISPO MURBAK NUNES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CIRCUITO DE CONTROLE COM DSC PARA UPS DE 3 kW, 
TIPO PASSIVE STANDBY COM INTEGRAÇÃO DE PAINEL 
FOTOVOLTAICO 
 
 
 
 
 
Trabalho de conclusão de curso submetido à 
Universidade Estadual de Londrina como parte 
dos requisitos para a obtenção do grau de 
graduado em Engenharia Elétrica. 
 
Orientador: Prof. Dr. Carlos Henrique Gonçalves 
Treviso 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Londrina 
2012 
 
 
ii 
 
WILLIAN RICARDO BISPO MURBAK NUNES 
 
 
 
 
 
 
CIRCUITO DE CONTROLE COM DSC PARA UPS DE 3 kW, TIPO 
PASSIVE STANDBY COM INTEGRAÇÃO DE PAINEL 
FOTOVOLTAICO 
 
 
 
 
‘Este trabalho foi julgado adequado para a conclusão do curso de Engenharia Elétrica e 
aprovado em sua forma final pela coordenação do curso de Engenharia Elétrica da 
Universidade Estadual de Londrina.’ 
 
 
 
____________________________________________ 
Prof.Dr. Carlos Henrique Gonçalves Treviso 
Orientador 
 
 
 
____________________________________________ 
Prof.Dr. Ruberlei Gaino 
Coordenador de TCC 
 
 
 
BANCA EXAMINADORA 
 
 
 
____________________________________________ 
Prof. M.Sc. André Luiz Batista Ferreira 
Co-orientador 
 
 
 
____________________________________________ 
Prof. Dr. Aziz Elias Demian Junior
 
 
iii 
 
 
"Seja você quem for, seja qual for a posição social que você tenha na vida, a mais alta ou a 
mais baixa, tenha sempre como meta muita força, muita determinação e sempre faça tudo 
com muito amor e com muita fé em Deus, que um dia você chega lá. De alguma maneira você 
chega lá." 
Ayrton Senna 
 
A força humana nunca será suficiente para enfrentar todos os desafios e as dificuldades da 
vida. Não importa quem seja ou quanta força de vontade tenha, você se deparará com 
situações na vida que não poderá enfrentar sozinho. As pessoas que “confiam no SENHOR 
recebem sempre novas forças. Voam nas alturas como águias, correm e não perdem as 
forças, andam e não se cansam”(Is 40.31). Não importa o que você esteja enfrentando, confie 
no Senhor e em sua força para vencer os desafios da vida. 
 
“Entrega o teu caminho ao Senhor, confia nele, e o mais ele fará.” 
Salmo 37 
 
 
 
 
 
iv 
 
Dedicatória 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dedico este trabalho ao único e verdadeiro Deus, que é digno de 
receber toda honra e toda glória. 
Aos meus pais, Wilson Bispo Nunes e Gisele Guedes de Oliveira 
Nunes, por tudo que me ensinaram, dos princípios de vida ao bom 
bom carater. 
Ao meu irmão Wallisson Matheus Bispo Nunes, por seu amor 
fraternal. 
 
 
 
 
v 
 
Agradecimentos 
 
Ao Deus Todo Poderoso, pela vida, pela saúde, pelo Seu amor e por todas as 
bênçãos e oportunidades, incluindo este trabalho. Por sempre estar comigo concedendo força, 
ânimo e coragem para vencer os desafios impostos durante o curso. Exclusivamente a Ele seja 
dada a honra e a glória. Momentos difíceis são inevitáveis, todavia Deus nos concede vitória 
para perseverarmos e continuarmos avante na labuta diária e nos desafios da vida. Louvores, 
adoração e ações de graças ao único e verdadeiro Deus. 
A minha família pelo amor, pelos sábios conselhos, pelas orações, pelo 
apoio incondicional, pelo heroísmo, sabedoria, carinho e bravura com que tem educado. 
Ao meu orientador e co-orientador, respectivamente, Prof. Dr. Carlos 
Henrique Gonçalves Treviso e Prof. M.Sc. André Luiz Batista Ferreira, pela honra da 
orientação neste trabalho, mas também por compartilharem um pouco do vasto conhecimento 
em Eletrônica de Potência, despertando assim o meu interesse nessa magnífica ciência. 
Ao membro da banca Prof. Dr. Aziz Elias Demian Junior, pela preciosa e 
fundamental participação neste trabalho. 
A todos os técnicos do DEEL, pela atenção, paciência e compreensão nas 
atividades práticas no laboratório, além das ricas sugestões e ideias no decorrer da graduação. 
Aos professores M.Sc. Maria Bernadete e Dr. José Alexandre, pelas ricas 
orientações em iniciação científica no Laboratório de Automação e Instrumentação Inteligente 
- LA2I. 
Aos demais professores do Departamento de Engenharia Elétrica e demais 
Departamentos da Universidade Estadual de Londrina, por tudo o que ensinaram, 
compartilhando o conhecimento de maneira suntuosa. 
Aos colegas de classe pelos momentos de estudo e descontração que 
vivenciamos juntos neste período de graduação. 
Enfim, o agradecimento se estende a todos que contribuíram de forma direta 
ou indiretamente para que este trabalho se tornasse realidade. 
 
 
vi 
 
NUNES, Willian Ricardo Bispo Murbak Nunes. Circuito de controle com DSC para UPS 
de 3 kW, tipo Passive Standby com integração de painel fotovoltaico. 2012. 152 páginas. 
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica. Universidade Estadual de Londrina, 
Londrina, 2012. 
 
 
 
RESUMO 
 
 
Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um circuito de controle para um sistema de 
UPS (Uninterruptible Power Supplies), do tipo Standby, conforme IEC 62040-3. A 
implementação do projeto utiliza como elemento de controle o controlador de sinais digitais 
(DSC) 56F8006, o qual é responsável em monitorar as condições do sinal da rede elétrica da 
concessionária; sincronizar e habilitar dos circuitos; controlar o estado do comutador; efetuar 
o controle de carregamento do banco de baterias por histerese, por meio de painel fotovoltaico 
ou pela rede concessionária de energia elétrica; e ainda implementar uma interface homem-
máquina (IHM) por meio de um display LCD, uma interface de comunicação serial RS-232 e 
recursos áudio visuais. Os resultados do sistema com o DSC denotam um tempo de 
comutação pequeno e satisfatório, podendo assim obter um sistema que comute em menos de 
10 milissegundos melhorando de forma considerável seu desempenho em relação a outras 
topologias existentes no mercado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Palavras-Chave: UPS; controle digital, DSC, conversores DC/DC e painel fotovoltaico. 
 
 
 
 
vii 
 
NUNES, Willian Ricardo Bispo Murbak Nunes. Circuito de controle com DSC para UPS 
de 3 kW, tipo Passive Standby com integração de painel fotovoltaico. 2012. 152 páginas. 
Trabalho de Conclusão de Curso de Engenharia Elétrica. Universidade Estadual de Londrina, 
Londrina, 2012. 
 
 
 
ABSTRACT 
 
 
This work shows the development of a circuit of control for a UPS system (Uninterruptible 
Power Supplies), in the way of Standby, as IEC 62040-3. The project implementation uses as 
control element, a Digital Signal Controller (DSC) 56F8006 which is responsible for 
monitoring the signal conditions of an electric grid of a concessionaire of electric energy; 
synchronizing and habilitating the circuits; controlling the state of the commutator; executing 
by hysteresis the control of charging of the battery bank through a photovoltaic panel or an 
electric grid; and still implementing an human-machine interface (HMI) through a LCD 
display, an interface of serial communication RS-232 and audio visual resources. The results 
of the system with DSC denote a small commutation time, in less than 10 milliseconds, 
improving in a considerable way its performance comparing to other topologies existing on 
market. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Keywords: UPS, Digital Control, DSC, DC/DC Converters and photovoltaic panel. 
 
 
 
viii 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
 
Figura 1: Oferta interna de energia elétrica por fonte – 2010 .................................................. 20 
Figura 2: Principais distúrbios da rede elétrica. ....................................................................... 21 
Figura 3: Soluções adotadas de diversos setores da sociedade para reduzir os fenômenos de 
QEE, em porcentagem de cargainstalada. ............................................................................... 24 
Figura 4: Modelo da topologia Passive Standby, conforme norma IEC62040-3. .................... 25 
Figura 5: Modelo da topologia Line Interactive, conforme norma IEC62040-3...................... 26 
Figura 6: Modelo da topologia Double Conversion, conforme norma IEC62040-3. ............... 27 
Figura 7: Curva de classificação 1. ........................................................................................... 29 
Figura 8: Curva de classificação 2. ........................................................................................... 29 
Figura 9: Curva de classificação 3. ........................................................................................... 30 
Figura 10: Diagrama em blocos do UPS com controle por DSC. ............................................ 32 
Figura 11: Célula de uma bateria chumbo-ácido em processo de descarga. ............................ 33 
Figura 12: Conversor Boost. ..................................................................................................... 35 
Figura 13: Formas de onda de corrente e tensão do conversor Boost. ..................................... 36 
Figura 14: Conversor Boost, condução do transistor. ............................................................... 36 
Figura 15: Conversor Boost: condução do diodo. .................................................................... 37 
Figura 16: Conversor Flyback. ................................................................................................. 39 
Figura 17: Conversor Flyback: condução do transistor. ........................................................... 39 
Figura 18: Conversor Flyback, condução do diodo. ................................................................. 40 
Figura 19: Formas de onda de tensão e corrente do conversor Flyback................................... 41 
Figura 20: Conversor Full Bridge. ........................................................................................... 42 
Figura 21: Etapas de funcionamento do conversor Full Bridge. .............................................. 44 
Figura 22: Formas de onda de tensão do conversor Full Bridge. ............................................. 45 
Figura 23: Inversor de topologia Full Bridge. .......................................................................... 47 
Figura 24: Etapas de funcionamento de um inversor, modulação tres niveis. ......................... 48 
Figura 25: Formas de onda de tensão do inversor. ................................................................... 49 
Figura 26: Componentes do painel fotovoltaico....................................................................... 50 
Figura 27: Célula fotovoltaica, como funciona a captação de energia. .................................... 51 
Figura 28: Organização de um sistema fotovoltaico a partir de uma célula solar. ................... 52 
 
 
ix 
 
Figura 29: Características de saída tensão x corrente de um painel fotovoltaico típico para dois 
valores de radiação e temperatura constante ............................................................................ 53 
Figura 30: Intertravamento dos contatores ............................................................................... 54 
Figura 31: Esquema de ligação do comutador com contatores trifásicos intertravados. .......... 55 
Figura 32: Formação do núcleo 56F800/E. .............................................................................. 62 
Figura 33: Diagrama em Blocos da arquitetura do núcleo 56F800/E. ..................................... 63 
Figura 34: Diagrama em Blocos da arquitetura interna do MC56F8006. ................................ 65 
Figura 35: Periféricos e características do MC56F8006. ......................................................... 66 
Figura 36: Diagrama em blocos da distribuição de clock para o sistema. ................................ 67 
Figura 37: Representação da alteração do valor da tensão média com relação ao duty cycle. . 68 
Figura 38: Diagrama em blocos do PWM. ............................................................................... 69 
Figura 39: Saída PWM para os dois tipos de alinhamento. ...................................................... 70 
Figura 40: Diferentes duty cycle do sinal de saída PWM para alinhamento por borda. ........... 71 
Figura 41: Forma de onda com amostras de valores (amplitudes a cada Ts) em um intervalo 
T0. .............................................................................................................................................. 73 
Figura 42: Amostragem impulsiva e espectro. ......................................................................... 73 
Figura 43: Diagrama em blocos do ADC ................................................................................. 75 
Figura 44: Diagrama da impedância de entrada do ADC ......................................................... 79 
Figura 45: Diagrama em blocos do Dual Timer ....................................................................... 81 
Figura 46: LCD caractere 16 x 2 .............................................................................................. 83 
Figura 47: Ciclo de escrita e de leitura. .................................................................................... 85 
Figura 48: Mapa de caracteres. ................................................................................................. 87 
Figura 49: Sinais de entrada e saída do DSC56F8006. ............................................................ 88 
Figura 50: Circuito de alimentação e regulação do nível de tensão em +3,3V e 1,65V. ......... 89 
Figura 51: Circuito de regulação do nível de tensão em +5V. ................................................. 89 
Figura 52: Filtragem para alimentação analógica do DSC. ...................................................... 90 
Figura 53: Circuito de amostragem das fases R, S e T da rede elétrica. .................................. 91 
Figura 54: Circuito de amostragem da tensão do banco de baterias. ....................................... 91 
Figura 55: LDR e sua curva de Resistência x Luminosidade. .................................................. 92 
Figura 56: Circuito de aquisição do sinal de luminosidade. ..................................................... 92 
Figura 57: Circuito de condicionamento de sinais para o conversor AD. ................................ 93 
Figura 58: Circuito de teclas para interface com o usuário. ..................................................... 93 
Figura 59: Efeito debouncing. .................................................................................................. 94 
 
 
x 
 
Figura 60: Circuito de condicionamento dos sinais de controle. .............................................. 94 
Figura 61: Circuito para obtenção do sinal triangular. ............................................................. 95 
Figura 62: Circuito de alerta áudio visual ................................................................................ 96 
Figura 63: Circuito de comunicação serial RS232. .................................................................. 96 
Figura 64: Circuito para o display LCD. .................................................................................. 97 
Figura 65: Circuito BDM JTAG/EonCE para gravação do DSC. ............................................ 97 
Figura 66: Fluxograma para a rotina principal: main. ............................................................ 100 
Figura 68: Fluxograma para o monitoramento da rede. ......................................................... 102 
Figura 69: Fluxograma para o gerenciamento de carga. ........................................................ 105 
Figura 70: Código elaborado para determinar o vetor de Duty cycle. ....................................107 
Figura 71: Configuração do clock efetuada para o DSC. ....................................................... 108 
Figura 72: Periféricos utilizados no DSC 56F8006. ............................................................... 108 
Figura 73: Montagem e testes de validação do circuito protótipo. ......................................... 109 
Figura 74: Pulsos de controle para o inversor e de sincronismo para os blocos constituintes do 
UPS. ........................................................................................................................................ 110 
Figura 75: Sinal PWM do DSC (CH1) e sinal Triangular obtido, após filtragem (CH2). ..... 111 
Figura 76: Sinal da rede (CH1) e o respectivo condicionamento para a aquisição (CH2). .... 112 
Figura 77: Detecção da falta de rede (CH1) e pulso de comutação do DSC (CH2). ............. 112 
Figura 78: Sinal de saída do comutador, na ausência da tensão da rede concessionária........ 113 
Figura 79: Telas do LCD para interface com o usuário. ........................................................ 113 
Figura 80: Top copper. ........................................................................................................... 114 
Figura 81: Bottom copper. ...................................................................................................... 115 
Figura 82: Top silk. ................................................................................................................. 115 
Figura 83: Modelo da placa em 3D. ....................................................................................... 116 
Figura 84: Bloco conversor CC/CC ....................................................................................... 139 
Figura 85: Correntes e tensões nos terminais a, p e c, para o cálculo do modelo da chave 
PWM no modo descontínuo. .................................................................................................. 140 
Figura 86: Modelo CC da chave PWM no modo descontínuo. .............................................. 141 
Figura 87: Modelo CA da chave PWM no modo descontínuo para pequenos sinais. ........... 142 
Figura 88: Circuito do conversor com o modelo AC da chave PWM de Vorpérian. ............. 143 
Figura 89: Saída Flyback com controle em malha aberta. ..................................................... 151 
Figura 90: Saída Flyback com controle digital em malha fechada. ........................................ 151 
 
 
 
xi 
 
LISTA DE TABELAS 
 
 
Tabela 1 – Quantidade de energia elétrica fotovoltaica produzida anualmente (em MW) ...... 19 
Tabela 2: ADCn_ADCSC1A/B Register Field Descriptions ................................................... 76 
Tabela 3: ADCn_ADCSC2 Register Field Descriptions .......................................................... 76 
Tabela 4: ADCn_ADCCFG Register Field Descriptions ......................................................... 78 
Tabela 5: Pinagem do LCD caractere 16x2 .............................................................................. 83 
Tabela 6: Significado do nível lógico no pino RS .................................................................... 84 
Tabela 7: Significado do nível lógico no pino R/W ................................................................. 84 
Tabela 8: Endereços da memória DD RAM ............................................................................. 86 
Tabela 9: Palavras reservadas do padrão C ANSI .................................................................... 98 
Tabela 10: Parâmetros de um conversor CC/CC .................................................................... 139 
 
 
 
 
xii 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
 
AC – Alternated Current, equivalente a CA. 
AD – Analógico para Digital 
ADC – Analog to Digital Converter 
CA – Corrente Alternada 
CAD – Conversor Analógico para Digital 
CC – Corrente Contínua 
DC – Direct Current, equivalente a CC. 
DSC – Digital Signal Controler (Controlador de Sinais Digitais) 
DSP – Digital Signal Processor (Processador de Sinais Digitais) 
EVA - Ethylene Vinil Acetate (Acetato de Etil Vinila) 
EOnCE – Enhanced On-Chip Emulation (Unidade de Emulação On-Chip Aprimorada) 
IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers 
INPE – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 
IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor bipolar com porta isolada) 
IHM – Interface Homem Máquina 
JTAG – Join Teste Action Group 
LCD – Liquid Cristal Display (Display de Cristal Líquido) 
MOSFET – Metal-Oxide Silicon Field Effect Transistor 
MPP – Maximum Power Point 
PESL – Processor Expert System Library 
PWM – Pulse Width Modulation (Modulação por Largura de Pulso) 
QEE – Qualidade de Energia Elétrica 
RAM – Random Access Memory (Memória de acesso aleatório) 
THDV – Fator de Distorção Harmônica Total da Tensão 
UPS – Uninterruptible Power Supply (Fonte Ininterrupta de Energia) 
 
 
 
 
xiii 
 
SUMÁRIO 
 
 
LISTA DE FIGURAS ..................................................................................................... VIII 
LISTA DE TABELAS ....................................................................................................... XI 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ............................................................................ XII 
SUMÁRIO .................................................................................................................... XIII 
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 17 
1.1. Energias alternativas ........................................................................................... 18 
1.2. Panorama energético atual no Brasil e Mundo ................................................... 19 
1.3. Qualidade de Energia Elétrica (QEE) ................................................................. 20 
1.4. Objetivos ............................................................................................................. 21 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ............................................................................... 23 
2.1. Sistemas Ininterruptos de Energia ...................................................................... 23 
2.1.1. Normalização do UPS ..................................................................................... 24 
2.1.2. Topologias dos UPS’s Estáticos ..................................................................... 25 
2.1.2.1. Passive Standby ........................................................................................... 25 
2.1.2.2. Line Interactive ........................................................................................... 26 
2.1.2.3. Double Conversion ...................................................................................... 27 
2.1.3. Classificação dos UPS’s frente aos Fenômenos de QEE ................................ 28 
2.2. Arquitetura do Sistema ....................................................................................... 31 
2.3. Baterias ............................................................................................................... 33 
2.4. Conversores Estáticos CC/CC ............................................................................ 35 
2.5. Boost ................................................................................................................... 35 
 
 
xiv 
 
2.6. Flyback ............................................................................................................... 38 
2.7. Full Bridge .......................................................................................................... 42 
2.8. Inversor ............................................................................................................... 46 
2.9. Painel fotovoltaico ..............................................................................................49 
2.10. Comutador .......................................................................................................... 53 
2.11. Descrição e Funcionamento do Sistema ............................................................. 55 
3. CONTROLE COM DSC .......................................................................................... 59 
3.1. Circuito de Controle com DSC ........................................................................... 59 
3.1.1. Microprocessadores, Microcontroladores, DSP´s e DSC´s ............................ 59 
3.2. Características do DSC utilizado ........................................................................ 61 
3.2.1. Arquitetura do núcleo 56F800/E ..................................................................... 62 
3.2.2. Arquitetura do DSC e periféricos ................................................................... 65 
3.2.3. Distribuição e Geração do sistema de clock ................................................... 67 
3.2.4. PWM (Pulse Width Modulation) .................................................................... 68 
3.2.4.1. Características do Módulo PWM. ............................................................... 68 
3.2.5. Módulo ADC .................................................................................................. 71 
3.2.5.1. Formas de Onda Limitadas em Banda e Teorema de Nyquist .................... 74 
3.2.5.2. Características do módulo ADC .................................................................. 74 
3.2.6. TIMER ............................................................................................................ 80 
3.2.6.1. O processo de configuração do temporizador do DSC. .............................. 80 
3.2.6.2. Descrição Funcional .................................................................................... 81 
3.3. Interface com Display de Cristal Líquido (LCD) ............................................... 82 
4. RESULTADOS ........................................................................................................ 88 
4.1. Placa de Controle Digital .................................................................................... 88 
4.1.1. DSC 56F8006 ................................................................................................. 88 
4.1.2. Circuito de Adequação do Sinal de alimentação +12V/+3.3V/1,65V ............ 88 
 
 
xv 
 
4.1.3. Circuito de Adequação do Sinal de alimentação +12V/+5V .......................... 89 
4.1.4. Filtragem para alimentação analógica do DSC ............................................... 90 
4.1.5. Circuito de Amostragem da Rede Elétrica...................................................... 90 
4.1.6. Circuito de Amostragem da tensão do Banco de Baterias .............................. 91 
4.1.7. Circuito do sensor de luminosidade ................................................................ 91 
4.1.8. Circuito de condicionamento de sinais para o Conversor AD ........................ 92 
4.1.9. Circuito de teclas de interface com o usuário ................................................. 93 
4.1.10. Circuito de condicionamento dos Sinais de Controle ................................. 94 
4.1.11. Circuito do Sinal Triangular ........................................................................ 95 
4.1.12. Circuito de alerta áudio visual ..................................................................... 95 
4.1.13. Circuito de comunicação serial RS232 ....................................................... 96 
4.1.14. Display LCD ............................................................................................... 96 
4.1.15. Circuito de Gravação do DSC ..................................................................... 97 
4.2. Firmware do DSC ............................................................................................... 98 
4.2.1. Linguagem de Programação C ........................................................................ 98 
4.2.2. Fluxograma e descrição do código de controle do sistema ........................... 100 
4.2.2.1. Monitoramento da rede ............................................................................. 101 
4.2.2.2. Gerenciamento de carga ............................................................................ 102 
4.2.2.3. Biblioteca LCD e Telas IHM. ................................................................... 106 
4.2.2.4. Pulso de sincronismo ................................................................................. 106 
4.2.2.5. Pulso de controle inversor ......................................................................... 106 
4.2.2.6. Sinal Triangular ......................................................................................... 107 
4.2.3. Configuração de clock e Periféricos utilizados ............................................. 107 
4.3. Testes Experimentais e Formas de onda .......................................................... 109 
4.3.1. Controle Inversor e Sincronismo .................................................................. 109 
4.3.2. Triangular ...................................................................................................... 111 
4.3.3. Detecção do sinal da rede e pulso de comutação .......................................... 111 
 
 
xvi 
 
4.3.4. Telas IHM do display LCD .......................................................................... 113 
4.4. Placa de Controle Geral .................................................................................... 114 
5. CONCLUSÃO GERAL .......................................................................................... 118 
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 121 
APÊNDICES .................................................................................................................. 125 
Apêndice A – Circuito de Controle ............................................................................... 126 
Apêndice B – Firmware ................................................................................................ 128 
Apêndice C- Introdução ao Controle Digital de Conversores ...................................... 138 
� Modelo da chave PWM-Modo descontínuo ........................................................ 140 
� Modelo CA da chave PWM para o conversor Flyback modo descontínuo ......... 142 
Projeto do Controlador Discreto ................................................................................... 144 
� Flyback modo descontínuo .................................................................................. 145 
 
17 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Historicamente, a eletrônica de potência sempre esteve possibilitando o 
desenvolvimento de técnicas ou estratégicas de circuitos para solucionar entraves e 
dificuldades em diversas aplicações de sistemas eletroeletrônicos. 
Foi assim quando William McMurray (McMURRAY, 1964) desenvolveu 
circuitos de comutação com tiristores para a obtenção de uma saída CA a partir de uma 
entrada CC. E em 1969, no Japão pôde-se fazer o controle do enrolamento de campo dos 
motores CC de tração dos trens, por meio de conversor CC-CC (YANO, ABE, OHNO; 2004). 
Sendo assim, diversos outros campos passaram a se beneficiar, a citar o 
sistema de transmissão de energia elétrica da Itaipu Binacional, que por meio de linhas em 
corrente contínua de alta tensão, utiliza-se de circuitos que envolvem retificadores e 
inversores para trazer energia da parte paraguaia até o sudeste do Brasil. 
Nota-se que a partir dos anos 60 e 70, as aplicações eletrônicas cresceram de 
sobremodo. De tal forma que para as mais diversas aplicações, passou-se a exigir soluções 
mais eficientes, leves e compactas. 
Obviamente, isto se tornou possível pelo fato de existir transistores com 
capacidadede comutar em altas frequências, ocasionando uma grande redução no volume de 
transformadores, indutores e capacitores utilizados nos conversores, reduzindo drasticamente 
o espaço requerido pelas fontes de alimentação dos equipamentos (POMILIO, 2011). 
Conforme destaca Pomilio (2011), com o desenvolvimento do transistor 
bipolar de junção (TBJ), passando pelo MOSFET’s e chegando aos IGBT’s, fontes chaveadas 
e inversores tiveram um enorme desenvolvimento em termos de desempenho e confiabilidade, 
a citar, o grande sucesso dos inversores no controle de velocidade dos motores de indução. 
Deste modo fica evidente o papel preponderante e fundamental que a 
eletrônica de potência vem desempenhando na sociedade há dezenas de décadas. 
Atualmente as perspectivas não são diferentes. Hoje se buscam maneiras 
eficientes e confiáveis em se aproveitar ao máximo as energias renováveis. É uma temática 
 
 
18 
 
que vem sendo tratada, discutida e pesquisada na tentativa de aproveitar e utilizar-se ao 
máximo de fontes de energia renováveis como a fotovoltaica, a eólica e de hidrogênio. 
Porém, vale ressaltar que para transformar e utilizar estas fontes de energia 
em eletricidade é necessário empregar mecanismos e circuitos, principalmente da eletrônica 
de potência, para o processamento e adequação da energia às cargas. 
1.1. ENERGIAS ALTERNATIVAS 
Frente às previsões de escassez de fontes energéticas não renováveis, a 
dependência politica e econômica de países não dotados de fontes minerais e petrolíferas e os 
impactos ambientais provindos da utilização de tais fontes não renováveis, como o petróleo, a 
ciência vem buscando aproveitar e utilizar-se de meios limpos, abundantes e renováveis para 
sanar tais entraves. 
Dentre as fontes energéticas renováveis, a energia solar mostra-se 
atualmente adequada em diversas aplicações, como forma de gerar aquecimento e geração de 
eletricidade em escala residencial, comercial e até mesmo industrial. 
Estima-se que a energia que a Terra recebe do Sol anualmente é de 
aproximadamente 1,7x1017 W. Isto representa correspondente a cerca de 1000 vezes o 
consumo mundial de energia em todas as formas conhecidas. Ou seja, em apenas uma hora o 
Sol despeja sobre a Terra uma quantidade de energia superior ao consumo global de um ano 
inteiro (TIRADENTES, 2006). 
Um estudo realizado pela Renewable Energy Policy Network, explicitado na 
tabela 1, denota que a produção de energia fotovoltaica no mundo quase quadruplicou de 
2005 a 2008, pulando de 3,5 GW para 12,5 GW. A Alemanha, é atualmente o país que mais 
produz energia fotovoltaica, foi de 3,9 para 5,4 GW. E a Espanha apresentou o maior 
crescimento: de 0,7 para 3,3 GW. 
Infelizmente, o Brasil sendo um país tropical, com dimensão continental e 
com grande capacidade de produção energética neste segmento, sequer aparece na lista. 
 
 
 
19 
 
Tabela 1 – Quantidade de energia elétrica fotovoltaica produzida anualmente (em MW) 
País 2005 2006 2007 2008 
Alemanha 1900 2800 3900 5400 
Espanha 50 150 700 3300 
Japão 1200 1490 1730 1970 
Califórnia (EUA) 220 320 480 730 
Outros países da Europa 130 180 350 750 
Coréia do Sul 15 35 100 350 
Outros países do mundo* 30 80 250 450 
Total 3500 5100 7500 12950 
Fonte: Renewable Energy Policy Network Report 2009 / REN21; *Valores aproximados; 
 
1.2. PANORAMA ENERGÉTICO ATUAL NO BRASIL E MUNDO 
Segundo o Balanço Energético Anual de 2011, realizado pela EPE junto 
com o Ministério de Minas e Energia, o consumo final de energia elétrica no Brasil foi de 
455,7 TWh, um aumento de 7,8% em relação a 2009. 
Segundo o estudo realizado pela EPE, a figura 1 representa a estrutura da 
oferta interna de eletricidade no Brasil em 2010. O Brasil apresenta uma matriz de geração 
elétrica de origem predominantemente renovável, sendo que a geração interna hidráulica 
responde por montante superior a 74,% da oferta. 
No que tange ao consumo de energia elétrica, o setor industrial cresceu 
9,9% em relação a 2009, enquanto o setor residencial manteve uma tendência de crescimento 
de 6,6%, reflexo das políticas de inclusão social, além do aumento de renda per capita. Os 
demais setores – comercial, agropecuário, público e transportes – quando analisados em bloco 
apresentaram variação positiva de 4,4% em relação ao ano anterior. 
Vale ressaltar ainda que segundo o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas 
Espaciais) o Brasil recebe em média mais de 2200 horas de incidência solar por ano, um 
potencial equivalente a 15 trilhões de MWh, isso corresponde a 50 mil vezes o consumo 
nacional de eletricidade. 
Porém, o mais intrigante é que o consumo por fontes derivados de petróleo 
continua crescendo e sendo a fonte mais consumida dentre as outras. Segundo o ultimo 
 
 
20 
 
balanço energético, a energia solar sequer figura no gráfico referente a oferta interna de 
energia por fonte. O balanço aponta que nossa eletricidade provém de hidrelétricas (74%), gás 
natural (6,8%), importação (6,5%), biomassa (4,7% – índice que inclui lenha, bagaço de cana 
e outros reaproveitamentos), derivados de petróleo (3,6%), energia nuclear (2,7%), carvão e 
derivados (1,3%). 
 
Figura 1: Oferta interna de energia elétrica por fonte – 2010 
Conforme enfatizado na Conferência da ONU para o Comércio e 
Desenvolvimento (Unctad), o Brasil foi o quinto o país que mais investiu em energias limpas 
no ano de 2010, totalizando US$7 bilhões, enquanto a China liderou os investimentos em 
cerca de US$49 bilhões. 
Ora, percebe-se então a necessidade imediata do Brasil concentrar maiores 
investimentos em projetos de pesquisa e desenvolvimento em energias renováveis modernas, 
como a energia solar e eólica. 
1.3. QUALIDADE DE ENERGIA ELÉTRICA (QEE) 
Além da questão ambiental, este trabalho aborda também o fator de 
qualidade de energia. Pois existem diversos tipos de distúrbios presentes na rede elétrica que 
frequentemente afetam cargas críticas como, por exemplo, equipamentos de informática, 
hospitalares, industriais e eletrônicos em geral. 
 
 
21 
 
E no Brasil o fornecimento de energia ainda está sujeito a distúrbios que 
colocam em risco investimentos em equipamentos elétricos. Tais distúrbios são muitas vezes 
decorrentes de fatores climáticos e apagões, e também pelo crescente e elevado consumo de 
energia, o que evidencia a necessidade de investir-se em sistemas de proteção de energia. 
Os principais tipos de distúrbios são: falta de rede, sub-tensão, sobre tensão, 
surto de tensão, variação de frequência e ruído, conforme figura 2 (MARTINS; GABIATTI; 
BONAN, 2006). 
 
Figura 2: Principais distúrbios da rede elétrica. 
E para suprimir os distúrbios da rede elétrica, com robustez e com um nível 
de proteção necessário para cargas críticas, existem normas de âmbito internacional e 
nacional, as quais estabelecem diversas topologias de sistemas ininterruptos de energia. Tais 
sistemas são os UPS’s, do inglês Uninterruptible Power Systems, ou também denominados 
como nobreaks, os quais são responsáveis pelo fornecimento de energia condicionada para 
cargas críticas sem interrupções, mesmo durante uma falta no fornecimento de energia das 
concessionárias. 
1.4. OBJETIVOS 
Tendo em vista as necessidades atuais do mercado consumidor, este projeto 
propõe pesquisar e implementar um circuito de controle com um DSC 56F8006 da Freescale, 
o qual será responsável em controlar, sincronizar e integrar o funcionamento dos blocos 
constituintes do sistema UPS de 3 kW, do tipo Passive Standby, de modo que tal sistema 
efetue uma comutação rápida com a rede elétrica, conforme o limite estabelecido pela norma 
internacional IEC 62040-3, mantendo a carga alimentada, na ocorrência de eventuais 
distúrbios na qualidade de energia elétrica da concessionária. 
O sistema de controle será capaz de monitorar o carregamento do banco de 
baterias pela rede elétrica ou via painéis fotovoltaicos; sincronizando e controlando osblocos 
 
 
22 
 
constituintes de toda arquitetura do sistema; disponibilizando ainda dados do sistema ao 
usuário por meio de uma IHM por display LCD e por comunicação serial padrão RS-232. 
Com isto pretende-se reduzir a dependência dos usuários do sistema da rede 
elétrica, do custo para a manutenção da tensão no banco de baterias e do consumo de energia 
elétrica. 
Sendo assim, apresentou-se anteriormente um breve histórico da Eletrônica 
de Potência e a motivação para o desenvolvimento atual deste trabalho, ressaltando a 
importância e o contexto do projeto em relação aos fatores de âmbito: energético, abordando o 
panorama brasileiro e mundial; ambiental, enfatizando-se para a necessidade em se utilizar 
fontes de energias renováveis; e ainda no que se refere à qualidade de energia elétrica, de 
modo a suprimir os distúrbios elétricos existentes na rede concessionária de energia elétrica. 
A priori, este trabalho está organizado em capítulos, dispostos da seguinte 
forma: 
� Fundamentação teórica: no qual detalha e apresentam-se conceitos relevantes sobre 
a importância e o funcionamento dos UPS, salientando-se ainda sobre a normalização do 
sistema frente à norma internacional IEC 62040-3/1999 e as normas brasileiras NBR 
15014/2003 e NBR 15204/2005. A posteriori, denota-se a arquitetura do sistema deste 
trabalho por diagrama em blocos, explicando o funcionamento de cada bloco constituinte. 
� Controle com DSC: explicitando-se as características, vantagens e o funcionamento 
dos periféricos do DSC56F8006 utilizados para a sincronização, monitoramento, controle dos 
blocos constituintes do sistema e as interfaces de comunicação com o usuário do sistema. 
� Resultados: onde se apresentam os resultados obtidos, evidenciando para a montagem 
do circuito protótipo e seu firmware, exibindo através de fluxogramas, a lógica de 
programação efetuada para o DSC controlar o UPS. Denotando também para as formas de 
ondas dos sinais de controle, provindos de testes experimentais, e uma proposta elaborada 
para a placa de circuito de controle. 
� Conclusão: no qual se ressalta os pontos notáveis das implementações realizadas e a 
indicação de sugestões para trabalhos futuros. 
 
23 
 
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 
 
2.1. SISTEMAS ININTERRUPTOS DE ENERGIA 
Atualmente, com a evolução e desenvolvimento acelerado da tecnologia, 
diversos equipamentos eletrônicos estão presentes massivamente na sociedade. E em alguns 
setores da sociedade, como na área de telecomunicações, hospitalar, informática, financeiro, 
indústria, energia e entre outros, necessita-se que os equipamentos funcionem de maneira 
ininterrupta, evitando assim prejuízos à sociedade. 
Todavia, a energia elétrica nas instalações dos consumidores estão 
susceptíveis a interrupções e distúrbios diversos, gerados interna ou externamente e sendo tais 
caracterizados como fenômenos da Qualidade de Energia Elétrica (QEE). 
Uma pesquisa feita pelo European Copper Institute revela quais as 
principais soluções adotadas em diversos setores da sociedade frente aos fenômenos de 
qualidade de energia elétrica (GONÇALVES, 2008). 
Conforme enfatizado na figura 3, nota-se que os setores bancário, de 
telecomunicação e de semicondutores utilizam em suas instalações uma grande parcela de 
sistemas ininterruptos de energia, ou do inglês, Uninterruptible Power Systems (UPS). 
Assim, percebe-se que os UPS’s são de extrema importância para os mais 
diversos setores, funcionando como fonte de energia secundaria ou de emergência na 
existência de fenômenos QEE, que prejudicam o funcionamento de cargas críticas. 
King (2003) destaca que as razões para a utilização de fontes de energia 
secundária ou de emergência são: segurança humana (equipamentos eletrodomésticos, 
sistemas controladores de voo, instalações de usinas, entre outros), segurança nacional 
(sistema de telecomunicação, instalações militares, controle de espaço aéreo, entre outros), 
perda de dados (centros de pesquisas, processos industriais e similares) e perda financeira 
(instalações bancárias). 
 
 
24 
 
 
Figura 3: Soluções adotadas de diversos setores da sociedade para reduzir os fenômenos de QEE, em 
porcentagem de carga instalada. 
Fonte: (GONÇALVES, 2008) 
Os UPS’s estão divididos basicamente em 3 categorias: dinâmicos, estáticos 
e híbridos (GONÇALVES, 2008). Neste trabalho, o UPS em estudo é do tipo estático e será 
adotado o termo UPS para referenciá-lo. 
2.1.1. Normalização do UPS 
Outrora, com a ausência de normas regulamentadoras que estabelecessem a 
terminologia adequada para cada topologia de sistemas ininterruptos de energia e com a vasta 
gama de tais equipamentos, causava-se e ainda existe muita confusão aos usuários, acerca das 
topologias de tais sistemas. 
Assim, a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC-International 
Electrotechinal Comission) elaborou a norma IEC 62040-3/1999 para UPS estáticos, com o 
intuito de padronizar as topologias e definir os limites de desempenho. 
A norma IEC 62040-3/1999: Uninterruptible power systems (UPS) – Part 
3: Method of specifying the performance and test requirements, define três tipos de 
 
 
25 
 
topologias: Passive Standyby, Line Interactive e Double Conversion. A norma também 
estabelece os requisitos de desempenho de cada topologia de acordo com os fenômenos de 
QEE. 
No Brasil, as normas relacionadas ao assunto são a NBR 15014/2003: 
Conversor a semicondutor – Sistema de alimentação de potência ininterrupta com saída em 
corrente alternada (nobreak), que apresenta as mesmas topologias da IEC 62040-3/1999, 
entretanto com as seguintes terminologias: Standby, Interativo e On line. Já a NBR 
15204/2005 estabelece os limites de desempenho e requisitos de segurança para UPS estáticos 
com tensão nominal até 250V e potências de até 3 kVA. 
Conforme já salientado, no Brasil costuma-se utilizar o termo no-break 
como referência aos UPS estáticos. Neste trabalho utilizar-se-á a terminologia UPS, conforme 
a norma IEC 62040-3/1999. 
2.1.2. Topologias dos UPS’s Estáticos 
2.1.2.1. Passive Standby 
Na topologia Passive Standby existem dois modos de operação: modo 
normal e modo bateria. No modo normal, a carga é alimentada diretamente pela rede de 
energia CA por meio de uma chave de transferência e a bateria é carregada constantemente 
por um retificador CA/CC e o inversor permanece inativo, conforme salientado na figura 4. 
 
Figura 4: Modelo da topologia Passive Standby, conforme norma IEC62040-3. 
 
 
26 
 
Todavia, quando a tensão de entrada CA excede algum limite de tolerância, 
especificado pela norma, ou quando há a interrupção de energia a chave de transferência 
efetua a comutação para que a carga seja alimentada pela bateria CC e o inversor CC/CA. 
Enquanto a rede não se estabelecer dentro da faixa de tolerância e a bateria estiver alimentado 
a carga o UPS operará no modo bateria. 
2.1.2.2. Line Interactive 
Na topologia Line Interactive, ou ainda traduzido como linha interativa, o 
inversor é bidirecional, isto é, ele atua como um retificador CA/CC, no modo normal e como 
inversor CC/CA, no modo bateria. 
 
Figura 5: Modelo da topologia Line Interactive, conforme norma IEC62040-3. 
Nesta topologia temos 3 modos de operação: modo normal, modo bateria e 
modo bypass, conforme ressaltado na figura anterior. No modo normal, a carga é alimentada 
pela rede de energia CA tendo um condicionador de energia (regulador de tensão ou 
transformador) conectado no ramo principal, entre a rede CA e a carga. Neste modo o 
inversor alimentará a bateria. 
Novamente, caso ocorra distúrbios na rede de energia CA a chave de 
transferência comutará a carga para o modo bateria, em que a bateria fornece a energia para a 
carga por meio do inversor bidirecional. 
 
 
27 
 
Já o terceiro modo de operação by-pass é utilizado para fins de manutenção 
dos UPS ou para fins de proteção. A transferência da carga para omodo by-pass pode ser 
manual ou automático, quando o próprio sistema de controle detecta um defeito interno no 
sistema. 
2.1.2.3. Double Conversion 
Para a topologia Double Conversion, ou também denominada Dupla 
Conversão, a norma IEC 62040-3 define três modos de operação: modo normal, modo bateria 
e modo by-pass, conforme explicitado na figura 6. 
No modo normal, a energia elétrica é convertida duas vezes, uma no 
retificador de CA para CC e outra no inversor de CC para CA, por isto a nomenclatura dada 
pela norma. Quando a rede falha, o sistema transfere a carga para o modo bateria. Note que a 
bateria está conectada em paralelo com o barramento CC, logo quando ocorre a transferência 
do modo normal para o modo bateria, a carga não sofre alteração em sua alimentação. 
Rectifier Inversor
Chave do UPS
Bateria
Bypass
Saída AC
Modo Normal
Modo bateria
Modo Bypass
Carregador de 
baterias
(opcional)
Entrada AC
Entrada AC
Entrada AC
Conexão DC
 
Figura 6: Modelo da topologia Double Conversion, conforme norma IEC62040-3. 
Novamente, o terceiro modo de operação by-pass é utilizado para fins de 
manutenção dos UPS ou para fins de proteção. A transferência da carga para o modo by-pass 
é feita de maneira automática, quando o próprio sistema de controle detecta um defeito 
interno no sistema, distúrbios transitórios, subtensões, falta de carga na bateria, entre outros. 
Já a comutação manual é feita em casos de manutenção. 
 
 
28 
 
2.1.3. Classificação dos UPS’s frente aos Fenômenos de QEE 
Cada topologia enfatizada anteriormente também é classificada pela norma 
quanto ao seu desempenho de acordo com os fenômenos de QEE presentes nas redes de 
energia elétrica. Tal classificação é feita em três passos, conforme destacam Gonçalves (2008) 
e Ferreira (2009): 
� Primeiro passo: indica a relação de dependência da tensão e frequência na saída do 
UPS em relação à tensão e frequência de entrada (rede de energia CA); 
� Segundo passo: denota a forma de onda da tensão na saída do UPS; 
� Terceiro passo: relaciona as curvas de tolerância da tensão para a saída do UPS. 
Para o primeiro passo utilizam-se os seguintes códigos: 
� VFD: Voltage and Frequency Dependent, quando a tensão na saída do 
UPS depende das variações da tensão e frequência na entrada do equipamento. Conforme 
destaca GONÇALVES (2008) este código está associado à topologia Passive Standby; 
� VI: Voltage Independent, quando a saída do UPS independe das 
variações da tensão na entrada do equipamento, tendo em vista que o mesmo possui um 
condicionador de energia. Este código geralmente se associa à topologia Line Interactive. 
� VFI: Voltage Frequency Independent, quando a saída do UPS 
independe das variações da tensão e da frequência na entrada do equipamento. Esse código 
está associado à topologia Double Conversion. 
Para o segundo passo tem-se o código composto de duas letras, referentes à 
forma de onda da tensão na saída do UPS, sendo uma para a operação no modo rede e a 
segunda para o modo bateria. Tais códigos são: 
� S: para formas de onda senoidais, com componentes harmônicos abaixo 
dos valores de referência para cargas lineares e não lineares (IEC 61000-2-2) e fator de 
distorção harmônica total da tensão (THDV) menor que 8%; 
� X: para formas de onda como sendo não senoidal, do tipo quase 
quadrada, possuindo componentes harmônicos abaixo dos valores de referência para cargas 
não-lineares (IEC 61000-2-2) e THDV maior que 8%; 
� Y: para formas de onda como sendo não-senoidal, do tipo quadrada, 
que excedem os limites estabelecidos pela norma IEC61000-2-2. 
 
 
29 
 
Para o terceiro passo a norma IEC62040-3 define os limites de desvios da 
forma de onda da tensão da saída dos UPS e classifica-os através de três curvas de tolerância 
dinâmicas. 
As curvas de classificação, apresentadas nas figuras 7, 8 e 9 mostram os 
limites máximo e mínimo da tensão e o tempo do transitório na saída do UPS alimentando 
cargas lineares e não-lineares. 
 
Figura 7: Curva de classificação 1. 
 
Figura 8: Curva de classificação 2. 
 
 
30 
 
 
Figura 9: Curva de classificação 3. 
Para a curva de classificação 1 é atribuído o código 1 e, para as demais 
curvas, o seu número correspondente. Três algarismos compõe a classificação: o primeiro 
classifica o tempo de comutação na mudança de modo de operação; o segundo classifica o 
tempo de comutação do modo rede para o modo bateria no pior caso de cargas lineares e o 
terceiro algarismo classifica o tempo de comutação do modo rede para o modo bateria no pior 
caso de cargas não-lineares. 
Dentre as curvas apresentadas, vale ressaltar a curva de classificação 3, onde 
observa-se que há basicamente três regiões: uma região com os limites aceitáveis de variação 
de tensão; uma região delimitada pela curva de transitório de sobretensão e uma outra região 
delimitada pela curva de transitório de subtensão. Assim, a norma estabelece uma variação de 
tensão permissível entre +10% a -20% do valor nominal, para qualquer duração de transitório. 
E para durações de até 10ms a tensão de saída pode ser nula, conforme denotado na curva de 
limite de transitório para subtensão (SAMSTAD; HOFF, 2004). 
Sendo assim, a topologia do UPS proposto neste trabalho se classifica, 
segundo a norma IEC 62040-3, como sendo um UPS tipo Passive Standby, VFD SX 333. O 
fato do UPS ser VFD, significa que a carga estará sujeita à possíveis variações de tensão e 
frequência quando o sistema estiver operando no modo rede. Enquanto que no modo bateria, a 
tensão e frequência de saída estarão sob controle, provindo do circuito inversor. 
 
 
31 
 
2.2. ARQUITETURA DO SISTEMA 
O circuito de controle implementado neste trabalho baseia-se em um amplo 
projeto de eletrônica de potência, com blocos constituintes provindos do trabalho de Ferreira 
(2009) e Maia (2012). Todavia, em Ferreira (2009) o controle de todo este sistema fora 
implementado por circuitos analógicos, sendo que nos dias atuais, com o progresso na área de 
semicondutores e da microeletrônica e o desenvolvimento de microprocessadores têm se 
estimulado o uso de controle digital nas mais diversas áreas, inclusive na eletrônica de 
potência. 
Com isto, a partir do desenvolvimento de um software para o 
microcontrolador e a implementação de um simplificado circuito de adequação de sinais para 
tal, obtêm-se o controle digital substituindo o controle analógico. 
O controle digital está se consolidando cada vez mais principalmente pela 
sua versatilidade, flexibilidade e robustez frente aos controladores analógicos. Além disto, o 
controle digital possui diversas vantagens, como: 
� Flexibilidade a adaptações: mudanças podem ser feitas por meio de modificações no 
programa, sem alteração de hardware. 
� Sistema compacto, ou seja, com número pequeno de componentes e um único 
microprocessador pode substituir vários componentes responsáveis pelo controle analógico. 
� Não há erros devido a desvio do valor nominal, provindo da tolerância de 
componentes. 
Entretanto, segundo Nise (2002) a desvantagem do controle digital é a 
maior dificuldade da análise matemática e do projeto da amostragem do sinal que pode 
comprometer a qualidade do processo. 
De fato a implementação do controle digital é mais complexo quando 
comparado com o controle contínuo, feito por sistemas analógicos (MUSSA, 2003), 
(SANTOS; MELO; DANELUZ, 2007), (HOLDEFER, 2004), (TAUFIK, 2010). 
A arquitetura completa do sistema a ser controlada está descrita em 
diagrama de blocos na figura 10. Cada bloco especificado será explicado em tópicos 
posteriores. 
 
32 
 
Banco de Baterias
Conversor 
DC/DC 
(Boost)
Carga
Rede
(R S T)
Carregador
(Retificador + 
Conversor DC/DC 
Full Bridge)
Inversor Comutador
Conversor 
DC/DC
(Flyback)
CONTROLE GERAL
(DSC)
LCD
Painel Fotovoltaico
Sincronismo
Detecção do Painel e Luminosidade
180V100-150V 115Vac 48V
56V
260-350VacShutdown
Triangular
Comutador
Detecção da rede
Monitoramento do Banco de Baterias
Controle
Comutador
Controle Carregador
 
Figura 10: Diagrama em blocos do UPS com controle por DSC. 
 
33 
 
2.3. BATERIAS 
O conjunto de baterias é uma parte fundamental na constituição do sistema 
UPS, conforme evidenciado pela IEC 62040-3. 
Segundo Lazzarin (2006), podemos definir bateria como um elemento de 
armazenamento de energia. Por meio das reações químicas internas da bateria, provocadas por 
alterações na configuração do circuito externo, esta energia pode ser armazenada ou 
fornecida. 
As baterias operam por meio de dois processos de reação química: de 
oxidação e redução, sendo a oxidação um processo de liberação de elétrons, enquanto a 
redução é um processo de absorção de elétrons. 
Existem diversos tipos de baterias existentes no mercado, das quais podem 
ser citadas: chumbo-ácido, níquel-metal hidreto, lítion-íon, níquel-cádmio, prata-zinco e entre 
outras. Dentre tais, a de chumbo-ácido, inventada pelo físico francês Gáston Plante em 1859, 
é mais antiga, de construção mais barata e de grande utilização (JUNIOR; SOUZA, 2004). 
Além do mais, baterias de chumbo-ácido são amplamente utilizadas, pois possibilitam os 
níveis de corrente exigido em aplicações automotivas, sistemas de emergência (UPS) e outras 
áreas afins. 
Uma bateria de chumbo-ácido consiste de quatro elementos básicos: placa 
positiva de dióxido de chumbo (PbO2), placa negativa de chumbo (Pb) e um eletrólito de 
ácido sulfúrico (2H2SO4), denotado na figura 11 (CLEVELAND; VANNICOLA, 2004). 
 
Figura 11: Célula de uma bateria chumbo-ácido em processo de descarga. 
Fonte: (CLEVELAND; VANNICOLA, 2004) 
 
 
34 
 
A reação química de carga e descarga da bateria de chumbo-ácido é 
expressa por: 
 
Pela reação química evidenciada, nota-se que durante a descarga, tanto o 
eletrodo positivo quanto o eletrodo negativo se convertem para sulfato de chumbo e água. Já 
durante a carga, o processo é revertido. Se a célula estiver sobrecarregada, gás hidrogênio e 
oxigênio são produzidos, ocasionando a perda de água, resultando em perda de capacidade. 
Lazzarin (2006) enfatiza que os principais problemas químicos que afetam a 
vida útil da bateria chumbo-ácido são: 
� Corrosão: o eletrodo positivo é corroído pela transformação do chumbo metálico em 
óxidos de chumbo, PbOx. Este processo leva ao aumento da resistência interna da bateria e 
perda do material ativo no eletrodo. 
� Degradação: o material ativo do eletrodo positivo sofre fadiga, na transformação do 
material na carga e descarga (PbO2↔ PbSO4). Este processo ocasiona a ruptura do eletrodo. 
� Sulfatação: ocorre a recristalização na forma de grânulos de PbSO4. Isto ocorre 
quando a bateria permanece em longos períodos de baixo estado de carga. A sulfatação reduz 
os volumes de chumbo e de eletrólito, diminuindo assim a capacidade de carga. 
Júnior e Souza (2004) afirma que as baterias do tipo chumbo-ácido não 
sofrem o efeito “memória”, isto é, não se danificam caso estejam sendo carregadas 
constantemente ou se o processo de carregamento iniciar com a bateria não descarregada. 
Assim, se a bateria estiver mantida em processo de carga flutuante por um grande período, 
esta não se danificará. 
Quanto aos parâmetros utilizados para o carregamento da bateria, Cleveland 
e Vannicola (2004) asseguram que uma célula de chumbo-ácido costuma estar descarregada 
quando sua tensão encontra-se em aproximadamente 1,7 V, ponderando-se que a tensão 
nominal por célula seja de 2,0 V e sua tensão de flutuação em torno de 2,3 V. 
Nesse trabalho serão utilizadas 10 baterias de 12V/7Ah, ligadas em série, 
possibilitando uma tensão CC de 100V a 150V, aproximadamente. 
 
35 
 
2.4. CONVERSORES ESTÁTICOS CC/CC 
Os conversores estáticos CC/CC são circuitos que transformam a tensão de 
entrada CC num outro valor de tensão de saída CC. Existem diversas topologias de 
conversores CC/CC, entre tais têm-se as seguintes categorias de conversores: abaixador de 
tensão (step-down ou buck), onde a tensão de saída é menor que a tensão de entrada; elevador 
de tensão (step-up ou boost), no qual a tensão de saída é maior que a tensão de entrada; e há o 
abaixador-elevador (buck-boost). 
Todavia, Pomilio (2010) afirma que em muitas aplicações é necessário que 
a saída esteja eletricamente isolada da entrada, fazendo-se o uso de um arranjo de indutores 
acoplados magneticamente. 
Dentre as topologias básicas citadas anteriormente podemos modifica-las de 
modo a obter a isolação entre entrada e saída do conversor, por meio da inserção de 
acoplamento magnético de indutores. 
Dentre as diversas topologias existentes na literatura, salientar-se-á as 
utilizadas neste trabalho, que são os conversores: Boost, Flyback e Full-Bridge. 
2.5. BOOST 
A principal utilização de um conversor Boost está voltada para aplicações 
em que se deseja uma tensão de saída maior que a tensão de entrada. Neste conversor a tensão 
de saída possui a mesma polaridade da tensão de entrada. Na figura 12 explicita-se o circuito 
e algumas das formas de onda do conversor Boost. 
 
Figura 12: Conversor Boost. 
 
 
36 
 
 
Figura 13: Formas de onda de corrente e tensão do conversor Boost. 
Fonte: (MELLO, 2011) 
O circuito possui o seguinte funcionamento: quando o transistor T1 satura, 
uma corrente circula pelo indutor L1, conforme explicitado na figura 14. Essa corrente 
representa a energia que deve ser entregue à carga R. Neste momento, o diodo D1 está 
polarizado reversamente, consequentemente, não fornecendo corrente à carga. 
 
Figura 14: Conversor Boost, condução do transistor. 
Quando o transistor entra em corte, o diodo D1 conduz a corrente do indutor 
L1 e com isto a energia outrora armazenada no indutor é então transferida para a carga R e ao 
 
 
37 
 
capacitor C1, figura 15. Essa corrente é capaz de repor a carga perdida pelo capacitor durante 
a condução do transistor e manter a corrente de saída Io. 
 
Figura 15: Conversor Boost: condução do diodo. 
Durante a condução do transistor, o capacitor fornece a corrente para a carga 
R e deve manter a tensão de saída sem grandes variações. 
Quando o transistor T1 satura, a tensão de entrada é colocada diretamente 
nos terminais do indutor L1 e durante o corte, a tensão em L1 é a diferença entre a tensão de 
saída Vo e a tensão de entrada Vi. Sendo assim, com o conversor funcionando no modo 
contínuo de corrente, pode-se escrever que: 
�� = �1 ����	
�� (1) 
�
 − �� = �1 ����	(1 − 
)�� (2) 
Eliminando as correntes das equações anteriores, obtém-se que: 
�
 = ��(1 − 
) (3) 
A largura de pulso deve variar conforme a equação anterior, para que a 
tensão de saída se mantenha regulada contra variações em Vi. Vale ressaltar que no modo 
contínuo de corrente, a tensão de saída independe da corrente de saída Io. 
A corrente de saída Io é igual ao valor médio da corrente que passa por D1, 
pois o capacitor não dissipa potência e tem-se então: 
�
 = (1 − 
)(����	)2 (4) 
Resolvendo as equações 2, 3 e 4, tem-se: 
 
 
38 
 
�� = �
(1 − 
) + 
��2�1�� (5) 
�	 = �
(1 − 
) − 
��2�1�� (6) 
O limite entre o modo contínuo e o modo descontínuo pode ser calculado 
fazendo Im igual a zero e Io igual a Iomin nas equações 5 e 6. 
�
	�� = 
(1 − 
)��2�1�� (7) 
O valor do capacitor de saída pode ser calculado pela carga perdida pelo 
capacitor durante a condução do transistor e é dada por: 
�� = 
	�	�
	 (8) 
��� = ���1 (9) 
��� = ���1 (10) 
�1 ≥ 
�
∆��	�� (11) 
A equação 11 permite calcular o valor da capacitância necessária para 
manter a ondulação ∆�� dentro de limites especificados. 
No sistema UPS implementado, o conversor Boost é o responsável em 
elevar o nível de tensão contínua provinda do banco de baterias, para um nível de 180V, o 
qual é o valor de pico de um sinal alternado monofásico de 127Vrms. 
Maiores detalhes e especificações do projeto deste bloco do sistema podemser averiguadas no trabalho de Maia (2012). 
2.6. FLYBACK 
É um Buck-Boost, onde o elemento magnético comporta-se como um 
indutor bifilar (POMILIO, 2010). Isto é, a representação do transformador no circuito do 
Flyback significa que esse funciona como um indutor, o qual possui um enrolamento 
secundário que pode transferir para a carga na saída a energia armazenada no núcleo pelo 
enrolamento primário, durante a condução do transistor. 
 
 
39 
 
O conversor Flyback explicitado na figura 16, funciona no modo 
descontínuo, ou seja, o valor mínimo de corrente de magnetização im é igual a zero. 
 
Figura 16: Conversor Flyback. 
Durante o intervalo de tempo de condução do transistor DTS ocorre o 
armazenamento de energia na indutância do “primário”, na forma de campo magnético e o 
diodo fica reversamente polarizado, figura 17. Neste instante a corrente no indutor do 
primário do transformador aumenta do valor nulo (im=0) até o valor máximo da corrente de 
magnetização iM, com inclinação Vi/Lp. Onde se pode escrever então que: 
�� = �� ��
�� (12) 
 
Figura 17: Conversor Flyback: condução do transistor. 
Quando o transistor entra no corte há uma perturbação no fluxo, o que gera 
uma tensão que se elevará até que surja um caminho de condução da corrente para a 
manutenção e continuidade do fluxo previamente estabelecido, figura 18. 
 
 
40 
 
 
Figura 18: Conversor Flyback, condução do diodo. 
Este caminho se dará pelo diodo que entrará em condução permitindo a 
circulação de corrente. Com isto a energia (Ep) armazenada inicialmente no “primário” sob 
forma de campo magnético é entregue à saída (Es), pelo enrolamento “secundário” durante a 
condução do diodo, logo: 
 � = ! (13) 
 � = 12��	��" (14) 
 ! = 12 �!	�#" (15) 
Igualando as expressões de Ep e Es e sabendo que Lp/Ls=N2, obtém-se que: 
�# = $	�� (16) 
Durante o intervalo de tempo de condução do diodo D1Ts, a corrente 
decresce de N iM até im igual a zero, logo temos: 
�% = �! $	��
1�� (17) 
E assim temos que a corrente média da saída Io será: 
�% = 
1$	��2 (18) 
Eliminando iM e D1 das equações 12, 17 e 18 e considerando que (Vo=IoR), 
tem-se que: 
�% = 
	��	& '2	��	�� (19) 
Reescrevendo-a, encontra-se também: 
 
 
41 
 
�� = 
"	��"2	��	(% (20) 
Calculando iM e D1, obtém-se que: 
�� = &2	()��	�� (21) 
1 = 2�%$ &��	��2	() (22) 
O valor do capacitor de saída pode ser calculado pela carga perdida pelo 
capacitor durante a condução do transistor e é dada por: 
�� = 
	�	�
	 (23) 
��� = ���1 (24) 
��� = 
	�	�
	�1 (25) 
�1 ≥ 
�
∆��	�� (26) 
As formas de onda na figura 19 detalham o funcionamento explicitado 
anteriormente. 
 
Figura 19: Formas de onda de tensão e corrente do conversor Flyback. 
Fonte: (MELLO, 2011) 
 
 
42 
 
No sistema UPS, o conversor Flyback possui a função de adequar o nível de 
tensão do banco de baterias de 100 a 150V para 48V, possibilitando o acionamento dos 
contatores intertravados, isto é, um contator comutará para o estado fechado somente quando 
o outro contator abrir. 
2.7. FULL BRIDGE 
Ferreira (2009) destaca que o conversor Full-Bridge percorre tanto no 
primeiro quanto no terceiro quadrante da curva B − H, o que permite reduzir o tamanho do 
núcleo do transformador em relação a outras topologias que excursionam somente em um 
quadrante, com isto tem-se o dobro da variação permissível para o campo magnético B. O 
circuito do conversor Full Bridge está evidenciado na figura 20. 
 
Figura 20: Conversor Full Bridge. 
Conforme destaca Ferreira (2009), o transformador magnetiza-se durante o 
intervalo de tempo Ton por meio de um par de transistores e, quando o outro par conduz, uma 
corrente de desmagnetização flui através do transformador até que se torne nula, para que, em 
seguida, o núcleo seja magnetizado novamente. 
Para o seu funcionamento considere inicialmente que os transistores M1 e 
M3 estejam conduzindo, enquanto M2 e M4 estejam cortados, surgindo sobre este par uma 
tensão Vi, e por meio da condução de M1 e M3 a tensão de entrada se estabelece sobre o 
 
 
43 
 
enrolamento do primário, com a polaridade positiva da fonte Vi aparecendo no lado não-ponto 
do enrolamento do transformador. Deste modo, pela relação de espiras N, surgirá uma tensão 
*�+ sobre o indutor L, sendo que este pulso já foi retificado pelos diodos de potência D2 e D3 
que entrarão em condução fornecendo caminho para a corrente fluir. Tal situação encontra-se 
evidenciada na parte a) da figura 21. 
Em seguida o conversor permanece num intervalo de tempo denominado de 
tempo morto, ou seja, durante um intervalo de tempo nenhum transistor conduz, e, no 
secundário, todos os diodos conduzem, curto-circuitando o secundário do transformador, 
como exemplificado na parte b) da figura 21. 
Após o tempo morto efetua-se então o acionamento dos transistores M2 e 
M4 que entram em condução, enquanto que o outro par estará em estado de corte. Conforme 
detalhado na parte c) da figura 21, nesta situação a polaridade positiva da fonte Vi estará no 
lado ponto do enrolamento do transformador, fazendo que deste modo, no secundário, os 
diodos D1 e D4 estejam conduzindo. 
Finalmente, tem-se uma última etapa, idêntica a parte b) da figura 21, em 
que o par M2 e M4 entra em corte, enquanto que o outro par permanece em corte, provocando 
novamente um novo tempo morto, encerrando o período e permitindo novamente o 
acionamento seguro do par M1 e M3. 
Além disso, no momento em que um par está conduzindo, estabelecerá 
sobre o outro par de chaves uma tensão que é o dobro do valor de entrada, resultado da soma 
de tensões da fonte com o primário do transformador. Entretanto, como esta tensão está sobre 
o par, cada chave individualmente estará sujeita a metade desta tensão, ou seja, Vin, o que é 
uma das vantagens desta topologia. 
As formas de onda de tensão de cada uma das etapas de funcionamento do 
conversor Full Bridge estão explicitadas na figura 22. 
 
 
 
 
44 
 
 
Figura 21: Etapas de funcionamento do conversor Full Bridge. 
 
 
45 
 
 
 
Figura 22: Formas de onda de tensão do conversor Full Bridge. 
Para o projeto e dimensionamento do Full Bridge, Treviso (2005) afirma e 
considera que por meio de uma análise do circuito da figura 20, é possível obter uma relação 
da tensão Vi’ dada por: 
��, = �� − 2�-!
�$ − 2�# (27) 
Onde: Vi é a tensão de entrada, 2�-!
� é a tensão de condução das duas 
chaves do par que estará em condução, N é a relação de espiras do transformador fornecida 
por $ = +./01á/03+456789á/03 e 2�# representa a queda de tensão dos diodos que estarão em condução. 
 
 
46 
 
Por inspeção da forma de onda de chaveamento do conversor representada 
na figura 20, encontra-se uma relação entre Vi’ e Vo(med): 
�%(:;-) = ��′(
�1 + 
�2)� (28) 
Sendo que os tempos de condução DT1 e DT2 são iguais, a equação anterior 
resulta então em: 
�%(:;-) = 2
��′ (29) 
Substituindo a expressão 27 na equação 29, obtém-se que: 
�% = 2
 �� − 2�-!
�$ − 4
�#′ (30) 
Note que em tal topologia existe uma boa regulação contra alteração de 
corrente, pois a função de transferência do sistema é independente da corrente de saída. Logo, 
Full-Bridge deve ser usado no modo contínuo de corrente, isto significa que a corrente 
mínima de saída deve estar acima do limite decorrente entre o modo contínuo e o modo 
descontínuo (FERREIRA, 2009). De uma forma usual, considera-se a corrente mínima como 
sendo a décima parte da corrente de saída máxima. 
Já a relação de espiras N é dada por: 
$ = 2
	>?(��	�� − 2�-!
�)�% + 4
	>?�# (31) 
 No sistema desenvolvido o conversor Full Bridge se encontra no circuito 
do carregador do banco de baterias, efetuando o carregamento do banco por corrente 
constante de 0,7A e com tensão de 140V. 
 
2.8. INVERSOR 
O inversor é um conversor de potência capaz de converter uma tensão 
contínua em alternada. Este conversor opera através de uma sequência de disparo dos 
interruptores de potência,como IGBTs, MOSFETs entre outros. 
 
 
47 
 
Existem diversas topologias de circuitos para inversores. Dentre tais tem-se 
a seguintes topologias: Push-Pull, Half-Brigde, Full Bridge (MARTINS; BONAN; FLORES, 
2008). 
O desempenho, os esforços de tensão e/ou corrente, e o impacto econômico 
são os fatores principais de escolha de uma em relação às outras. A topologia do inversor de 
tensão implementado neste trabalho é a Full Bridge, com forma de onda de saída quase 
quadrada, também denominada de pseudo-senoidal, ajustada em 60Hz e 115VAC. 
A estrutura básica do inversor com a topologia Full Bridge pode ser vista na 
figura 23, onde há uma fonte de tensão contínua e dois ramos inversores. Esta estrutura exige 
o comando de quatro interruptores, sendo que dois necessitam de fonte isolada ou circuito 
bootstrap para seu acionamento. Apesar de um maior número de interruptores, com dois 
braços inversores, há a vantagem de uso de uma fonte CC única e de menor tensão, quando 
comparado à topologia Half Bridge (MARTINS; BONAN; FLORES, 2008). 
 
Figura 23: Inversor de topologia Full Bridge. 
O inversor implementado funciona na modulação de três níveis, conforme 
explicitado na figura 24. 
Embasando-se na parte a) da figura 24, tem-se num primeiro momento a 
condução dos transistores M1 e M3, e a tensão da fonte Vi se estabelece sobre a carga, 
durante o intervalo de tempo t0 a t1, vide gráfico da figura 25. 
 
 
 
48 
 
 
Figura 24: Etapas de funcionamento de um inversor, modulação tres niveis. 
Deste modo, antes que o par de transistores M2 e M4 entrem em condução, 
o transistor M1 é desligado, porém com M3 ainda conduzindo. Assim se a carga alimentada 
contenha parte indutiva, a mesma fluirá por M3 e pelo diodo D4, conforme denotado na parte 
b) da figura 25. Assim durante o intervalo de tempo t1 a t2, não há tensão sobre a carga. 
Para evitar a condução simultânea do transistor M3 com o par M2 e M4, 
provocando um curto circuito, M3 e todas as chaves ficam cortados, durante um curto período 
de tempo t2 a t3, denominado tempo morto; consequentemente, a saída permanece sem 
tensão. 
Após o tempo morto, o par de transistores M2 e M4 passam a conduzir, 
durante o intervalo de tempo t3 a t4, fazendo com que a corrente e a tensão da fonte de 
entrada Vi se estabeleça sobre os terminais da carga, porém com sentido contrário das etapas 
anteriores, vide parte c) da figura 25. 
 
 
 
49 
 
 
Figura 25: Formas de onda de tensão do inversor. 
Modificado de FERREIRA (2009). 
Em seguida tem-se o intervalo de tempo t4 a t5, necessário para que 
possível componente indutiva da corrente de carga flua pelo circuito, com isto o transistor M4 
é cortado e M2 continua conduzindo, com o diodo D1 em roda livre, vide parte d) da figura 
25. Assim, durante o intervalo de tempo t4 a t5 não haverá tensão na saída. 
Finalmente, tem-se novamente um intervalo de tempo pequeno, t5 a t6, para 
que todas as chaves permanecem cortadas, garantindo o acionamento seguro do par de 
transistores M1 e M3, iniciando o ciclo. 
2.9. PAINEL FOTOVOLTAICO 
Encontra-se na literatura que a primeira célula solar fora inventada ao final 
do século XIX. Sendo inicialmente utilizadas em satélites artificiais da Bell Telephone, na 
década de 50. 
 
 
50 
 
Todavia, somente com o agravamento da problemática relacionada ao 
aquecimento global, é que os painéis fotovoltaicos passaram a ser vistos como opção viável, 
sendo fabricados e utilizados em uma escala maior. 
O painel fotovoltaico nada mais é que um sistema que converte a luz da 
emissão solar em energia elétrica, ou seja, é responsável por extrair energia de uma fonte 
renovável, a luz solar, e converte-la em energia elétrica. 
O painel é composto de quatro camadas de material, na seguinte ordem, a 
partir do lado exposto ao Sol: uma peça de vidro plano, uma película antirrefletiva (para 
minimizar a luz refletida pelo vidro, que não pode ser aproveitada), a célula solar e uma 
camada de fundo, que pode ser também de vidro ou de um polímero como o poliéster, por 
exemplo. Camadas de acetato de etilvinila (Ethylene Vinil Acetate – EVA) podem ser usadas 
para proteção e vedação do sistema. Dando estrutura ao painel está uma grade de material 
rígido e condutor, como o alumínio, que transmite a energia elétrica. 
 
Figura 26: Componentes do painel fotovoltaico 
A célula solar em sistemas fotovoltaicos é a parte principal, podendo ser de 
diferentes tipos de silício monocristalino ou policristalino. 
O silício monocristalino é obtido a partir de um rigoroso processo de 
desoxidação e purificação, atingindo um elevado grau de pureza em torno de 98 e 99%, 
possibilitando assim atingir uma eficiência energética de até 18%. 
Já o silício policristalino, do ponto de vista econômico são mais baratas que 
as de silício monocristalino, pois o processo de preparação das pastilhas não são tão exigentes 
acarretando num grau de purificação menor e consequentemente uma eficiência de 12% para 
tais células. 
 
 
51 
 
Uma célula solar tem duas camadas de silício: uma enriquecida com fósforo 
e outra enriquecida com boro. Para que se obtenha energia elétrica das células é necessário 
que ocorra a incidência de luz sobre o sistema. Assim, quando a luz contendo fótons atingem 
as camadas de silício, eles forçam os elétrons a separar de seus núcleos, fazendo que as duas 
camadas da célula fiquem magneticamente carregadas. 
Pelo fato de cada camada estar dopada com elementos diferentes, ter-se-á 
então que a camada de silício dopada com fósforo fica negativamente carregada (-), enquanto 
que a camada de silício dopada com boro fica positivamente carregada (+). Com isto, 
estabelece-se um campo elétrico entre as camadas. 
A junção entre as duas camadas, propositadamente, não permite que os 
elétrons da parte negativa se recombinem com as lacunas da camada positiva. 
Por isso, fios elétricos comuns são conectados a cada uma das camadas e 
unidos, ambos, a um elemento armazenador de energia, em geral, uma bateria. Deste modo, 
estabelece-se um circuito fechado e consequentemente há circulação de corrente elétrica. Os 
elétrons saem de uma camada pelo fio, passam pela bateria, e prosseguem chegando à outra 
camada, conforme ressaltado na figura 27. 
 
Figura 27: Célula fotovoltaica, como funciona a captação de energia. 
A partir de uma associação de unidade de células solares, obtêm-se então 
um módulo fotovoltaico, que por sua vez associados em um número maior possibilita obter 
uma maior capacidade de geração de eletricidade para uma instalação. A exemplificação 
anterior está denotada na figura 28. 
 
 
52 
 
 
Figura 28: Organização de um sistema fotovoltaico a partir de uma célula solar. 
Demonti (1998) salienta que painéis fotovoltaicos podem ser encontrados 
comercialmente com tensões entre 12V e 68V, com corrente de 0,5 A a 8 A e potências de 
3W a 110W. 
A característica de saída genérica de um painel fotovoltaico é explicitado no 
gráfico da figura 29. 
Do gráfico observa-se que para um determinado valor de radiação solar a 
resposta corrente versus tensão do painel é dado pela curva 1, enquanto que para um valor de 
radiação menor é dado pela curva 2. Em cada curva tem-se um ponto de máxima potência do 
painel MPP, do inglês Maximum Power Point. Cabe ressaltar também que a temperatura 
sobre a junção PN afeta o MPP e o rendimento do painel. 
Vale ressaltar que um painel fotovoltaico não utiliza a energia térmica do 
Sol. É muito comum confundirem os termos painéis fotovoltaicos com painéis solares. A 
utilização de energia térmica é feita por painéis solares, que utilizam um sistema mecânico 
para aquecer a água de uma edificação a partir do calor irradiado pelo Sol. Os painéis solares 
não fornecem eletricidade, diferente do que acontece com os fotovoltaicos. 
 
 
 
53 
 
 
Figura 29: Características de saída tensão x corrente de um painel fotovoltaico típico