Fonte CC Controlada Baseada em Conversor Buck: Modelagem, Identificação e Controle

Eletrônica de Potência
Instrumentação
Em andamento
Modelagem, identificação de sistemas e controle de tensão e corrente (PI, PI Tipo 2 e MPC) de uma fonte CC controlada composta por retificador a diodo, filtro capacitivo e conversor Buck.
Data de Publicação

11 de setembro de 2026

Plano de Trabalho

Pesquisador - IC: Kauã dos Santos Oliveira — Plano de Trabalho completo (PDF)
Orientador: Prof. Dr. Raphael Teixeira

Objetivos

A fonte CC regulada — retificador a diodo em ponte completa, filtro capacitivo e conversor CC-CC Buck — é a topologia mais usual para obtenção de uma tensão contínua estável a partir da rede CA, reunindo em uma única bancada os conceitos de retificação, filtragem, comutação, sensoriamento e controle. Objetivos:

  • Projetar analiticamente o estágio de potência: ponte retificadora e capacitor de filtro (a partir da corrente de carga e da ondulação admissível), indutor e capacitor de saída do conversor Buck para condução contínua, MOSFET de potência, circuito de gate drive e condicionamento dos sensores de tensão e de corrente;
  • Derivar o modelo de pequenos sinais do conversor Buck (espaço de estados médio) e simular o sistema completo em MATLAB/Simulink (Simscape Electrical), validando o comportamento em malha aberta e gerando dados para identificação;
  • Montar a bancada física no laboratório de eletrônica de potência da FEE-CAMTUC, com aquisição de dados e geração de PWM em microcontrolador/DSP;
  • Identificar experimentalmente a relação entre razão cíclica e tensão de saída por mínimos quadrados (convencional e recursivo), validando o modelo obtido frente ao modelo analítico;
  • Projetar, simular e implementar embarcadamente três estratégias de controle em cascata (malha de corrente interna, malha de tensão externa), em ordem crescente de complexidade: PI (alocação de polos), PI Tipo 2 (compensador por resposta em frequência, referência em fontes chaveadas comerciais) e MPC (horizonte finito, com restrições de razão cíclica e de corrente no indutor);
  • Comparar experimentalmente as três estratégias quanto a tempo de acomodação, sobressinal, erro em regime permanente e rejeição a perturbações de carga.

Pré-requisitos

  • Eletrônica de Potência I (retificação, filtragem, conversores CC-CC);
  • Sistemas de Controle I;
  • Instrumentação (condicionamento de sinais de tensão e corrente, gate drive);
  • Programação em C/C++ para microcontrolador/DSP e Python/MATLAB para identificação e análise de dados.

Estrutura Sugerida para o Grupo Autogerenciado

  • Reuniões semanais internas do grupo, com reunião quinzenal com o orientador para validação de resultados;
  • Entregáveis mensais: firmware/notebook reprodutível cobrindo o pipeline projeto → simulação → bancada → identificação → controle;
  • Ferramentas: bancada de retificador + Buck do LINCE (ou montagem própria), osciloscópio, MATLAB/Simulink, Python, repositório Git compartilhado;
  • Divisão sugerida: um membro focado no projeto analítico e na montagem da bancada de potência, outro na identificação de sistemas, outro no projeto e na validação dos três controladores (PI, PI Tipo 2, MPC).

Referências

  1. Basso, C. P. Designing Control Loops for Linear and Switching Power Supplies: A Tutorial Guide. Artech House, 2012.
  2. Erickson, R. W.; Maksimović, D. Fundamentals of Power Electronics. 3ª ed. Springer, 2020.
  3. Mohan, N.; Undeland, T. M.; Robbins, W. P. Power Electronics: Converters, Applications, and Design. 3ª ed. Wiley, 2003.
  4. Camacho, E. F.; Bordons, C. Model Predictive Control. 2ª ed. Springer, 2007.
  5. Aguirre, L. A. Introdução à Identificação de Sistemas. 4ª ed. Editora UFMG, 2015.
  6. Hafiz, F. et al. Multi-objective evolutionary approach to grey-box identification of Buck converter. IEEE Trans. Circuits and Systems I, v. 67, n. 2, p. 584-597, 2020.