Neste projeto vamos reduzir 12v DC para qualquer valor DC entre 2 e 11volts. O circuito que diminui a tensão CC é conhecido como conversor buck. A tensão de saída ou tensão de redução necessária é controlada usando um potenciômetro conectado ao arduino.
Por Ankit Negi
INTRODUÇÃO AOS CONVERSORES:
Existem basicamente dois tipos de conversores:
1. Conversor Buck
2. Conversor de impulso
Ambos os conversores alteram a tensão de entrada de acordo com a necessidade. Eles são semelhantes a um transformador com uma diferença principal. Enquanto os transformadores aumentam/diminuem uma tensão CA, os conversores CC aumentam/diminuem a tensão CC. Os principais componentes de ambos os conversores são:
A. MOSFET
B. INDUTOR
C. CAPACITOR
BUCK CONVERTER: como o próprio nome sugere, buck significa diminuir a tensão de entrada. O conversor Buck nos dá a tensão menor que a tensão DC de entrada com alta capacidade de corrente. É uma conversão direta.
BOOST CONVERTER: como o próprio nome sugere, boost significa aumentar a tensão de entrada.
O conversor Boost nos dá a tensão DC mais do que a tensão DC na entrada. É também uma conversão direta.
** neste projeto vamos fazer um circuito conversor buck para diminuir 12 v DC usando arduino como fonte PWM.
ALTERANDO A FREQUÊNCIA PWM NOS PINOS ARDUINO:
Os pinos PWM do arduino UNO são 3, 5, 6, 9, 10 e 11.
Para realizar o PWM, o comando utilizado é:
analogWrite( PWM PIN NO, PWM VALUE);
e a frequência PWM para esses pinos são:
Para pinos Arduino 9, 10, 11 e 3 —- 500Hz
Para os pinos 5 e 6 do Arduino —- 1kHz
Essas frequências são boas para uso geral, como desvanecimento de um led. Mas para circuitos como conversor buck ou boost, é necessário uma fonte PWM de alta frequência (na faixa de dezenas de KHZ) porque o MOSFET precisa de alta frequência para comutação perfeita e também a entrada de alta frequência diminui o valor ou o tamanho dos componentes do circuito como indutor e capacitor. Assim para este projeto precisamos de fonte PWM de alta frequência.
O bom é que podemos alterar a frequência PWM dos pinos PWM do arduino usando um código simples:
PARA ARDUINO UNO:
Frequência PWM disponível para D3 e D11:
//TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000001; // para frequência PWM de 31372,55 Hz
//TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000010; // para frequência PWM de 3921,16 Hz
//TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000011; // para frequência PWM de 980,39 Hz
TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000100; // para frequência PWM de 490,20 Hz (O PADRÃO)
//TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000101; // para frequência PWM de 245,10 Hz
//TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000110; // para frequência PWM de 122,55 Hz
//TCCR2B = TCCR2B & B11111000 | B00000111; // para frequência PWM de 30,64 Hz
Frequência PWM disponível para D5 e D6:
//TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001; // para frequência PWM de 62.500,00 Hz
//TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000010; // para frequência PWM de 7812,50 Hz
TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000011; // para frequência PWM de 976,56 Hz (O PADRÃO)
//TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000100; // para frequência PWM de 244,14 Hz
//TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000101; // para frequência PWM de 61,04 Hz
Frequência PWM disponível para D9 e D10:
//TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000001; // define o divisor do temporizador 1 para 1 para a frequência PWM de 31372,55 Hz
//TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000010; // para frequência PWM de 3921,16 Hz
TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000011; // para frequência PWM de 490,20 Hz (O PADRÃO)
//TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000100; // para frequência PWM de 122,55 Hz
//TCCR1B = TCCR1B & B11111000 | B00000101; // para frequência PWM de 30,64 Hz
** vamos usar o pino no. 6 para PWM daí o código:
//TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001; // para frequência PWM de 62,5 KHz
LISTA DE COMPONENTES:
1. ARDUINO UNO
2. INDUTOR (100Uh)
3. DIODO SCHOTTKY
4. CAPACITOR (100uf)
5. IRF540N
6. POTENCIÔMETRO
7. 10k, 100ohm RESISTOR\
8. CARGA (motor neste caso)
9. BATERIA DE 12 V
DIAGRAMA DE CIRCUITO
Faça as conexões conforme mostrado no diagrama de circuito.
1. Conecte os terminais finais do potenciômetro ao pino de 5v e ao pino terra do arduino UNO, respectivamente, enquanto o terminal do limpador ao pino analógico A1.
2. Conecte o pino PWM 6 do arduino à base do mosfet.
3. Terminal positivo da bateria para drenar o mosfet e negativo para o terminal p do diodo schottky.
4. Do terminal p do diodo Schottky, conecte a carga (motor) em série com o indutor ao terminal fonte do mosfet.
5. Agora conecte o terminal n do diodo Schottky ao terminal fonte do mosfet.
6. Conecte o capacitor de 47 uf no motor.
7. Por fim, conecte o pino terra do arduino ao terminal fonte do mosfet.
Objetivo do mosfet:
O Mosfet é usado para alternar a tensão de entrada em alta frequência e fornecer alta corrente com menor dissipação de calor.
Objetivo do arduino:
Para alta velocidade de comutação do mosfet (na frequência 65 KHz aprox.)
Objetivo do indutor:
Se este circuito for executado sem conectar um indutor, há grandes chances de danificar o mosfet devido a picos de alta tensão no terminal do mosfet.
Para evitar o mosfet desses picos de alta tensão, ele é conectado conforme mostrado na figura, pois quando o mosfet está ligado, ele armazena energia e quando o mosfet está desligado, ele libera essa energia armazenada para o motor.
Finalidade do diodo Schottky:
para indicar a redução da tensão na carga.
Objetivo do potenciômetro:
O potenciômetro dá valor analógico ao arduino (com base na posição do terminal do limpador) de acordo com o qual a tensão pwm é recebida pelo terminal da porta do mosfet do pino 6 do PWM do Arduino. Esse valor, em última análise, controla a tensão de saída na carga.
Por que o resistor está conectado entre a porta e a fonte?
Mesmo uma pequena quantidade de ruído pode ativar o mosfet. Portanto, um resistor pull-down é conectado entre o portão e a fonte, ou seja, o terra.
Código do programa
Burn this code to arduino:
int m ; // initialize variable m
int n ; // initialize variable n
void setup()
{
pinMode(6,OUTPUT) ; // set pwm pin 6 as output pin
pinMode(A1,INPUT) ; // set analog pin as input pin
TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001 ; // for PWM frequency of 62.5 KHz on pin 6( explained under code section)
Serial.begin(9600) ; // begin serial communication
}
void loop()
{
m= analogRead(A1) ;// read voltage value from pin A1 at which pot. wiper terminal is connected
n= map(m,0,1023,0,255) ; // map this ip value betwenn 0 and 255
analogWrite(6,n) ; // write mapped value on pin 6
Serial.print(" PWM Value ") ;
Serial.println(n) ;
}
EXPLICAÇÃO DO CÓDIGO
1. A variável x é o valor de tensão recebido do pino A1 no qual o terminal do limpador do potenciômetro está conectado.
2. A variável y é atribuída ao valor mapeado que está entre 0 e 255.
3. **como já explicado na seção acima para circuito como conversor buck ou boost, é necessário uma fonte PWM de alta frequência (na faixa de dezenas de KHZ) porque o MOSFET precisa de alta frequência para comutação perfeita e a entrada de alta frequência diminui o valor ou tamanho de componentes do circuito como indutor e capacitor.
Assim, vamos usar este código simples para gerar tensão pwm de aprox. Frequência de 65 kHz:TCCR0B = TCCR0B & B11111000 | B00000001 ; // para frequência PWM de 62,5 KHz no pino 6
Como funciona:
Como o potenciômetro fornece valor analógico ao arduino (com base na posição do terminal do limpador), isso determina o valor da tensão pwm recebido pelo terminal da porta do mosfet do pino 6 do PWM do Arduino.
E esse valor, em última análise, controla a tensão de saída na carga.
Imagens de protótipo:
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FONTE
Nota: Este conteúdo foi traduzido do Inglês para português (auto)
Pode conter erros de tradução
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Veja na FONTE até ser revisado o conteúdo.
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