experimento de um conversor dc-dc buck

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Experimento 2 – Conversor DC-DC 
Buck 
 
 
Guilherme Frick de Oliveira – 142684@upf.br 
José Augusto Canton - 142692@upf.br 
Edson Santos Acco – edson@upf.br 
 
 
Universidade de Passo Fundo 
Faculdade de Engenharia e Arquitetura 
Engenharia Elétrica 
Laboratório de Eletrônica de Potência II 
Passo Fundo – RS – 2017-08 
 
 
Resumo: Os conversores DC-DC são utilizados 
para, a partir de uma fonte primária DC, obter em 
sua saída um sinal DC em outro nível que pode ser 
inferior ou superior ao valor primário. O 
experimento desenvolvido foi o conversor Buck 
onde sua tensão media na saída Va ,e menor que a 
tensão media na entrada Vs. 
 
 
Palavra-chave: PWM, Conversor. 
 
 
Objetivos 
 
O objetivo do experimento é projetar 
parcialmente e montar um conversor DC-DC 
simples, do tipo rebaixador ou buck sem 
realimentação, com modulação feita por controles 
de chaves PWM. 
 
Material Utilizado 
 
• 01 fonte D.C.; 
• 01 transistor de potência Tip 31; 
• Resistores: 15kΩ, 27k Ω, 68Ω, 10 Ω/3W; 
• Capacitores: 1000uF/50V,1.5nF, 33uF. 
• Indutor de 3mH ; 
• 2 x Diodos 1N914 (1N4148) ou 
equivalente; 
• 1 CI´s 555 ; 
• 01 osciloscópio; 
 
 
 
• 01 multiteste ; 
• proto-board e fios para ligações. 
 
 
Procedimento Experimental e Resultados 
 
 
A topologia do conversor a ser montado é a 
elevadora ou buck, onde a fonte primária possui 
uma tensão de 12V contínuos. Neste tipo de 
conversor, a modulação para controle das chaves 
é a PWM – Pulse Width Modulation. Para 
implementar o conversor e a modulação PWM, 
conforme o circuito mostrado na figura 1. 
 
 
 
Figura 1 – Circuito conversor DC-DC. 
 
Foi solicitado que o conversor apresentasse as 
seguintes características: 
Tensão de entrada: 12VDC; 
Tensão de saída: 5VDC; 
Corrente de saída: 500mA; 
Frequência de chaveamento: 20kHz; 
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O ciclo de trabalho do chaveamento é definido pela 
equação 1: 
𝑘 =
𝑉𝑜
𝑉𝑠
 (1) 
 
Logo, 
𝑘 =
5𝑉
12𝑉
= 0.41 
 
∆𝑖 é a ondulação da corrente no indutor L de pico 
a pico. Para encontrar seu valor é encontrado 
conforme a equação 2: 
∆𝑖 =
𝑉𝑠 ∗ 𝑘(1 − 𝑘)
𝐹 ∗ 𝐿
 (2) 
 
∆𝑖 =
12 ∗ 0.41(1 − 0.41)
20𝐾 ∗ 3𝑚𝐻
= 48.38𝑚𝐴 
 
Δvc é a ondulação de tensão no capacitor de pico 
a pico e que também é expressa pela seguinte 
equação: 
∆𝑣𝑐 =
𝑉𝑜 ∗ (𝑉𝑠 − 𝑉𝑜)
8 ∗ 𝐿 ∗ 𝐶 ∗ 𝐹2 ∗ 𝑉𝑠
 (3) 
 
∆𝑣𝑐 =
(5 ∗ (12 − 5))
8 ∗ 𝐿 ∗ 33𝑢𝐹 ∗ 20𝐾2 ∗ 12
= 9.33𝑚𝑉 
 
 
Com o resultado da equação 2 é possível definif a 
corrente máxima e mínima na carga: 
 
𝐼𝑚á𝑥 = 500𝑚𝐴 + 48.38𝑚𝐴 = 524.19𝑚𝐴 
𝐼𝑚𝑖𝑛 = 500𝑚𝐴 − 48.38𝑚𝐴 = 475.81𝑚𝐴 
 
A corrente de entrada do circuito conversor é 
definida pela equação 4: 
𝐼𝑠 = 𝑘 ∗ 𝐼𝑜 
𝐼𝑠 = 0.41 ∗ 0.5 = 205𝑚𝐴 (4) 
 
Com o valor da corrente máxima do circuito, foi 
definido o transistor TIP31 para ser usado como 
chave, pois esse suporta uma corrente de 3(A) em 
regime normal de trabalho. Também foi utilizado um 
resistor RB na base do transistor, para polarização e 
limite de corrente de base. O valor adotado foi de 
100 Ω, também foi calculado a potência do resistor 
por lei de Ohm. 
𝑃𝑟𝑏 =
(5 − 0.7)
100
× (5 − 0.7) = 0.184𝑊 (5) 
 
A potência do resistor de carga foi também 
calculada através da lei de Ohm. 
 
Pr 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 = 0.524 × 5.004 = 2.62𝑊 (6) 
 
Logo, foi utilizado um resistor de 10 Ω/3W para 
carga. 
Após a montagem e os devidos testes foi obtido uma 
tensão de saída de 5.2V, muito próximo do esperado. 
 
O período de chaveamento solicitado no projeto é 
de 20KHz conforme a equação 1 o ciclo de 
trabalho é de 41%, a partir disso foi 
dimensionado o circuito de oscilação com o NE 
555 na configuração modo astável para 
apresentar estes parâmetros. Para encontrar os 
valores de R1 e R2 utiliza-se as seguintes 
equações o qual o capacitor presente na equação 
foi adotado no valor de 1.5nF. 
Sendo que, 
𝑇 =
1
𝐹
 (5) 
 
𝑇 = 50𝑢𝑠 
 
𝑇 = 𝑇𝐻 + 𝑇𝐿 (6) 
 
O tempo em 0v(TL) é define-se por: 
 
𝑇𝐿 = 0.7 ∗ 𝑅2 ∗ 𝐶 (7) 
 
Logo o tempo em +Vs é dado por: 
 
𝑇𝐻 = 0.7 ∗ (𝑅1 + 𝑅2) ∗ 𝐶 (8) 
 
Como o ciclo de trabalho k calculado foi de 41% 
então o período em ativo alto é de 20.5us 
Logo de acordo com a equação 6 é encontrado o 
período em ativo baixo que é de 29.5us. 
A partir disto é encontrado R2. 
29.5𝑢𝑠 = 0.7 ∗ 𝑅2 ∗ 1.5𝑛𝐹 
 
𝑅2 ≅ 27𝐾𝑂ℎ𝑚𝑠 
 
Atreves da equação 8 é obtido o valor de R1 que 
é aproximadamente 15KOhms. 
 
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No modo astável é adicionado um diodo em 
paralelo com R2 porque o ciclo de trabalho é 
assimétrico. 
Na figura 2, segue a forma de onda que o circuito 
555 astável apresenta em seu pino 3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2- Sinal PWM na saída do 555. 
 
 
 
 
 
 Conclusões 
 
Com PWM de frequência 20kHz, se mostrou um 
conversor DC-DC do tipo buck relativamente 
bom, apesar de simples, apresentou todas as 
características de que deveriam apresentar no 
projeto como tensão de saída em 5V e corrente 
de 500mA. 
 
Bibliografia 
 - BARBI, Ivo. Eletrônica de potência: projetos de 
fontes chaveadas. Florianópolis: Ed. do Autor, 
2007. 332 p. 
 
 
 
 
 
 - RASHID, Muhammad H.. Eletrônica de potência: 
circuitos, dispositivos e aplicações. São Paulo: Makron 
Books, 1999. 828 p.