Artigo Redes

Monitoramento da Tensão de um Conversor CC-CC Buck por Acesso Remoto via Protocolos TCP e UDP

Dalmo Cardoso da Silva Júnior

Engenharia de Controle e Automação

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais

CEFET-MG, Leopoldina, Brasil

dalmocardoso.92@gmail.com

Lucas Carvalho Gonçalves

Engenharia de Controle e Automação

Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais

CEFET-MG, Leopoldina, Brasil

lucas.encautcefetmg@gmail.com

Resumo — O presente artigo tem como objetivo implementar o monitoramento da tensão de um conversor CC-CC buck por meio de acesso remoto via os protocolos de comunicação TCP e UDP. É feita a comparação entre as implementações dos dois protocolos de comunicação como forma de se obter a melhor opção, a fim de conseguir uma resposta de melhor qualidade para o projeto desenvolvido.

Palavras chave — Conversor Buck, Protocolos TCP e UDP, Acesso Remoto.

1. Introdução

Nas últimas décadas, a crescente utilização de dispositivos modernos fez com que a eletrônica de potência ganhasse ainda mais espaço no desenvolvimento de utensílios eletrônicos. Um bom exemplo disso, são as baterias de lítio usadas na área de telefonia celular. Essas baterias contam com o fornecimento de 12V, porém as aplicações em que estão inseridas, em geral, suportam até 5V [1, 2].

A partir do exposto acima, é interessante ressaltar a importância do conversor CC-CC buck (abaixador) no cenário da eletrônica de potência, o qual é caracterizado como um conversor abaixador de tensão. Sua relevância é devido ao fato do mesmo ser amplamente utilizado na área da eletrônica de potência, sanando problemas como o da bateria de lítio, uma vez que os conversores buck são altamente eficazes quando se diz respeito a baixa potência [3]. Outro ponto a ser destacado é quanto aos benefícios trazidos pelo monitoramento de acesso remoto ao controle exercido sobre o conversor.

Segundo Guerra et. al. [4], a motivação para a utilização de acesso remoto, quando levado para o âmbito da engenharia, mais especificamente na indústria, está na necessidade de se ter acesso à informação para fazer o monitoramento e controle de diferentes processos, obtendo otimização de recursos, qualidade e eficiência. Por esse motivo, é importante ter um sistema de comunicação versátil, que, integrando ferramentas de hardware e software, permitam acesso imediato e contínuo para plantar informações e fazer o monitoramento (remoto) de qualquer lugar do mundo. Ainda segundo Guerra et. al. [4], tem-se como provável solução inovadora para necessidades específicas, a integração de diferentes protocolos de comunicação com instrumentação e sistemas de controle, de modo a melhorar os recursos com base nas tendências tecnológicas atuais.

O sistema de controle de um conversor buck pode ser implementado de diferentes formas. Como afirmam Chen et. al. [5], um modo de controle para baixa potência, e elevada eficiência, é a implementação de um chip integrado PWM. Já Wu et. al. [6], abordam uma nova estratégia de controle PWM para conversor buck.

Por tudo que foi dito e a partir do cenário apresentado se insere o trabalho desenvolvido, o qual propõe o monitoramento do controle de tensão de um conversor buck por meio de acesso remoto, via os protocolos tradicionais de comunicação remota. É escopo do trabalho a implementação das aplicações utilizando os protocolos de comunicação TCP (Transmission Control Protocol) e UDP (User Datagram Protocol) para que se possa compará-las e inferir qual delas melhor satisfaz a implementação do projeto.

Sendo assim, a Seção II aborda os trabalhos já existentes relacionados ao controle de tensão de um conversor buck e ao monitoramento remoto de alguns processos. Na Seção III é mostrada a modelagem do conversor buck e a identificação da curva de reação, além da modelagem do sistema de monitoramento remoto via protocolos de transporte. A Seção IV destaca a implementação do conversor buck, juntamente com a comparação entre o sistema de monitoramento utilizando o protocolo TCP e este utilizando o protocolo UDP. Por fim, a Seção V trata das conclusões do trabalho na qual são feitos os comentários finais.

1. Trabalhos Relacionados

De acordo com os estudos realizados em torno do tema abordado nesse trabalho, encontrou-se diferentes formas de projeto quanto aos métodos utilizados.

No que se refere ao controle da tensão do conversor, Uran et. al. [7], utilizaram um controlador PI. Entretanto, a técnica de controle implementada no presente artigo foi realizada em espaço de estados, através da realimentação de estados.

Ainda em relação ao controle de tensão do conversor buck, Chen et. al. [5] e Wu et. al. [6], exploram possibilidades distintas quanto ao chaveamento PWM. Porém, no trabalho proposto, o chaveamento será realizado pelo dispositivo semicondutor Mosfet, através de um sinal PWM tradicional, originado por uma das portas do próprio controlador, o arduíno.

Já quanto ao monitoramento por acesso remoto, Sizu et. al. [8] e Seok et al. [9] propuseram o monitoramento por acesso remoto de diferentes processos, o primeiro trabalhou com dispositivos baseados em Ethernet e o segundo com tele robôs.

Toda via, o monitoramento realizado no presente artigo foi baseado nos protocolos TCP e UDP, o que se assemelha com o projeto desenvolvido por Suo et. al. [10], apesar desse ter utilizado rede Wireless.

Como foi possível observar, na maior parte das referências, o conversor buck foi controlado, a partir de distintas formas de controle, porém, localmente. Dessa forma, é escopo desse trabalho, a mérito de inovação, realizar o monitoramento do controle da tensão do conversor buck de forma remota.

1. Descrição do Cenário e Modelagem do Problema abordado

O modelo do conversor buck utilizado nesta proposta é encontrado na literatura de eletrônica de potência. Ele será alimentado a partir de uma fonte de tensão de 12V. A partir da faixa de operação determinada, de 1 a 11V, foi realizado o projeto dos componentes necessários: a resistência, o capacitor e o indutor. Vale ressaltar ainda que a frequência de chaveamento do dispositivo semicondutor (Mosfet), foi estabelecida em 25 KHz. O modelo do conversor buck utilizado está disposto na Figura 1.

...