Projeto de um conversor CC2

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Projeto de um conversor CC-CC Buck
Objetivo 
Este relatório consiste na realização de um breve estudo e o projeto de um conversor do tipo Buck, bem como os cálculos para levantamento dos parâmetros dos componentes a serem utilizados e a simulação para verificação do funcionamento teórico do mesmo além de algumas aplicações.
Introdução 
Os conversores CC-CC têm como objetivo fornecer uma tensão variável na saída a partir de uma fonte de tensão fixa na entrada do circuito. São constituídos basicamente de semicondutores de potência atuando como interruptores, capacitores, indutores, diodos e resistores. Dos tipos mais comuns de conversores CC-CC pode-se citar o Buck, boots, Buck-boost, cúk, SEPIK e ZETA, sendo utilizados em diversas aplicações como no controle de velocidade de motores CC, em fontes de alimentação, em equipamentos alimentados por bateria, etc.
O Buck é um conversor abaixador que permite que a tensão de saída seja inferior à tensão de entrada. A Figura 1 mostra o circuito de um conversor Buck constituído de uma fonte de alimentação (Vin), um MOSFET (S, que funciona como uma chave), um resistor (R), indutor (L) e um capacitor (C). O funcionamento desse conversor ocorre em dois estágios da chave (MOSFET), aberta ou fechada, realizada por um PWM (Pulse Width Modulation). Com a chave S e fechada o diodo é polarizado reversamente fazendo com que a tensão de entrada seja aplicada sobre o resistor () e o capacitor (), carregando-o. Já quando a chave S abre, o diodo passa a ser polarizado diretamente e assim a tensão da fonte não flui para o restante do circuito fazendo que circule uma corrente no circuito devido à descarga do capacitor.
Figura 1: Configuração simples do conversor Buck simulado no software PSIM.
Os conversores possuem três modos de condução: contínua, descontínua e crítica. Para este projeto será utilizado apenas o modo de condução contínua onde a corrente que passa pelo indutor não se anula durante o período de comutação.
Desenvolvimento 
Etapas e cronograma do projeto
A Tabela 1 apresenta as etapas do projeto com as datas limite para entrega.
Tabela 1: Etapas do projeto.
	O que
	Como
	Data limite
	Quanto
	Breve pesquisa a cerca de todos os temas propostos
	A pesquisa deve ser realizada com o auxilio da bibliografia disponível da biblioteca da universidade, bem como com a consulta de artigos disponíveis na internet e consulta a professores da instituição. 
	08/09/2015
	Sem custos
	Escolha do tema a ser abordado no projeto e pesquisa aprofundada sobre o assunto escolhido.
	Após a escolha do tema, deve se realizar uma pesquisa aprofundada, com o auxilio da bibliografia disponível da biblioteca da universidade, bem como com a consulta de artigos disponíveis na internet e consulta a professores da instituição.
	08/09/2015
	Sem custos
	Criação de uma logomarca e nome para o grupo.
	A logomarca e o nome devem ser criados pelos integrantes do grupo com o auxilio do software Corel Draw.
	08/09/2015
	Sem custos
	Realização dos cálculos
	Os cálculos devem ser realizados para a obtenção dos parâmetros dos componentes a serem utilizados.
	08/09/2015
	Sem custos
	Simulação 
	A simulação do circuito deve ser realizada com o auxilio do software PSIM para verificação do funcionamento teórico e obtenção das principais formas de onda (tensão e corrente).
	08/09/2015
	Sem custos
	Montagem do circuito em Protoboard
	Realização da montagem do conversor no protoboard e testes no circuito para comprovação de seu funcionamento parcial ou total. 
	13/10/2015
	Orçamento a ser realizado
	Montagem do circuito em placa impressa e apresentação final.
	O conversor deve ser montado em placa impressa e deve ser apresentado em laboratório. Deverão ser levantadas as principais formas de onda com o auxílio do osciloscópio. 
	16/11/2015 e 17/11/2015
	Orçamento a ser realizado
	
Relatório final
	Deve ser confeccionado um relatório detalhado referente ao projeto desenvolvido.
	16/11/2015 e 17/11/2015
	Sem custos
Obtenção dos parâmetros
Para o levantamento dos componentes a serem utilizados, foram estabelecidos alguns valores iniciais:
Ondulação máxima de tensão ΔV=0,001V, ondulação máxima de corrente no indutor ΔI= 0,03A, tensão de entrada Vin=11V , tensão de saída Vout=6V , corrente na carga I=1A , frequência de comutação f=31,25KHz . 
A partir disso é possível levantas os valores dos componentes. 
Potência de saída
Razão cíclica
Tempo total
Tempo de permanência ligado
Tempo de permanência desligado
Para calcular o tempo de estado desligado, é necessário obter os tempos de subida e descida, que se encontram do datasheet do MOSFET. Nesse caso o MOSFET utilizado foi o IRF2805, que possui tr= 120ns e tf=110ns:
Capacitor
Indutor
Resistor
O valor do resistor foi definido a partir de tentativas, a fim de garantir a corrente dissipada de no mínimo 1A. Para tal, foi utilizado o resistor de valor comercial de 4,7 Ω.
Corrente dissipada
Componentes do circuito 
Na Tabela 2 são apresentados os componentes a serem utilizados no projeto e seus respectivos valores e/ou modelos.
Tabela 2: Componentes e seus respectivos valores.
	Componente
	Valor Calculado
	Valor comercial
	Descrição
	Quantidade
	Resistor 
	4,7 Ω
	4,7 Ω
	-
	1
	Capacitor 
	120 µF
	150 µF
	10 V
	1
	Indutor
	2.9 mF
	-
	-
	1
	Mosfet 
	-
	IRF2805
	55 V, 75 A, 4,7 m Ω
	1
	Diodo 
	-
	EGP30J
	3 A, 560 V, 1 MHz
	1
	Fonte de tensão
	11 V
	Fonte de tensão CC +/- 15 V
	-
	1
	Arduino 
	-
	-
	-
	1
Simulação
A simulação foi realizada no software PSIM para uma frequência de 31250 Hz no gerador de sinal. Dentre as formas de ondas obtidas estão a corrente no indutor (Figura 3), tensão de saída (Figura 4) e corrente de saída (Figura 5).
	
	
	Figura 2: Circuito simulado no software PSIM
	Figura 3: Corrente no indutor
	
	
	
Figura 4: Tensão de saída.
	
Figura 5: Corrente de saída
Universidade Federal de São João del-Rei
 Departamento de Engenharia Elétrica
 Disciplina: Eletrônica de Potência
 Professor: Eduardo Moreira Vicente
		
Resultados 
A Tabela 3 apresenta uma comparação entre os valores calculados ou estabelecidos com os valores simulados. Como se pode observar houve uma diferença entre tais valores, no entanto a diferença apresentada é considerada aceitável em termos de projeto. 
Tabela 3: Comparação entre os valores calculados/estabelecidos e simulados.
	Parâmetro 
	Valores calculados/estabelecidos
	Valores simulados
	Tensão de entrada
	11 V
	11 V
	Tensão de saída
	6 V
	5,68 V
	Corrente de saída
	1,2766 A
	1,209 A
Referências bibliográficas 
Petry, Clóvis Antônio. Introdução aos Conversores CC-CC. Disponível em: < http://www.professorpetry.com.br/Bases_Dados/Apostilas_Tutoriais/Introducao_Conversores_CC_CC.pdf>. Acesso em: 28 ago. 2015.
Pomilio, José Antenor. Apostila de Eletrônica de Potência. Disponível em: <http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/eltpot/cap5.pdf>. Acesso em : 28 ago. 2015. 
Rashid, H; Muhammad. Power Electronics: circuits, and applications. 3ª Edição. 
I. Barbi, D. C. Martins, “Conversores CC-CC Básicos Não-Isolados”, 2ª edição, edição dos autores, 2006.
V. Vorpérian, “Simplified Analysis of PWM Converters Using Model of PWM Switch, Parts I & II: Continuous and Discontinuous Conduction Modes”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 26, no. 3. May 1990.