Conversor CC/CC abaixador de tensão – BUCK: Dimensionamento, controle e otimização de modelos

Abstract

A eletrônica de potência é um campo da engenharia que se dedica ao estudo do controle e da conversão de energia elétrica, por meio da utilização de dispositivos semicondutores de potência, bem como de componentes passivos, como capacitores e indutores. Essa área tem ampla aplicação em diversas tecnologias, incluindo veículos elétricos, fontes de energia renovável, sistemas computacionais, entre outros.

Este trabalho tem como objetivo o estudo do conversor BUCK, amplamente empregado na redução de tensão contínua. São analisados o princípio de funcionamento, o dimensionamento dos componentes e as metodologias utilizadas para a obtenção da função de transferência do sistema. Além disso, é apresentado o projeto de um controlador proporcional-integral (PI), aplicado tanto ao controle de tensão quanto à estrutura em cascata para controle de corrente e tensão.

Por fim, são realizados experimentos práticos com o uso de kits de desenvolvimento, a fim de validar o desempenho do controle implementado em um conversor real, bem como otimizar as funções de transferência envolvidas no sistema.

Power electronics is a field of engineering dedicated to the study of electrical energy control and conversion using power semiconductor devices, as well as passive components such as capacitors and inductors. This field has broad applications in various technologies, including electric vehicles, renewable energy sources, computer systems, and more.

This paper examines the BUCK converter, widely used for DC voltage reduction. The operating principle, component sizing, and methodologies used to obtain the system's transfer function are analyzed. Furthermore, the design of a proportional-integral (PI) controller is presented, applying it to both voltage control and a cascaded structure for current and voltage control.

Finally, practical experiments are carried out using development kits to validate the performance of the control implemented in a real converter, as well as to optimize the transfer functions involved in the system.