Com o avanço da tecnologia dos microprocessadores nos últimos anos, a implementação de controladores digitais tornou-se comum no mundo da Eletrônica de Potência. Nesse contexto, a Texas Instruments® possui uma linha de kits de desenvolvimento chamada LaunchPad Piccolo C2000, que é muito utilizada para o controle de conversores de potência.

Dentre os produtos dessa linha, a placa de menor custo é a LaunchPad XL – F28027, exibida na Figura 1. Esta possui todas as características de hardware e software necessárias para desenvolver aplicações baseadas nos microprocessadores F2802x.

Características da Placa

Essa placa traz consigo as seguintes características [1],[2]:

Microcontrolador

• CPU de 32-Bit (TMS320C28x): 60 MHz, 16×16 e 32×32 operações MAC (multiplica e acumula em um ciclo de clock), arquitetura Harvard, interrupções e processamento de resposta rápida.
• Até 22 pinos de entrada/saída multiplexados e programáveis individualmente com filtragem de entrada.
• Bloco PIE (Peripheral Interrupt Expasion) que suporta todas as interrupções dos periféricos.
• Três temporizadores de 32-Bit da CPU.
• Temporizador independente de 16-bit em cada modulador ePWM (Enhanced Pulse Width Modulator).
• Memória flash de 64kB e RAM de 12 kB.
• Chave de segurança e bloqueio de 128-Bit: protege os blocos de memória e impede engenharia reversa de firmware.
• Comunicações seriais: SCI, UART, SPI e I2C.
• Periféricos de controle aprimorados: 8 canais ePWM, 4 canais PWM de alta resolução, 1 módulo de captura (eCAP), 13 canais ADC de 12-Bit, sensor de temperatura ­on-chip e 2 comparadores com DAC integrado.

Hardware

• Conector USB JTAG isolado para realização de debug em tempo real e gravação na memória
• 2×20 conectores headers com acesso a todos os pinos do microcontrolador.
• Botões e LEDs programáveis.

Software

• O ambiente de desenvolvimento utilizado para a programação é o Code Composer Studio, que pode ser baixado gratuitamente nesse link.
• O controlSUITE inclui diversos exemplos, documentações e drivers que facilitam o desenvolvimento dos projetos.

Diagrama Ilustrativo da Placa

A Figura 2 mostra detalhes da placa LaunchPad XL F28027, onde podemos ver algumas das características listadas acima, com destaque para o circuito JTAG que permite “debugar” o código em tempo real. Outra característica interessante é a possibilidade de isolar o microcontrolador da entrada USB do PC, por meio dos jumpers JP1, JP2 e JP3. Assim, elimina-se o risco de queimar a porta USB devido a eventuais problemas no conversor de potência durante os testes.

Exemplos de Aplicações na Eletrônica de Potência

Diante de todas essas características e versatilidade da placa LaunchPad XL – F28027, diferentes soluções podem ser implementadas.

Driver de LED

A título de exemplo, a Texas Instruments® disponibiliza toda a documentação do desenvolvimento de um driver de LED com ajuste de cores (ver Figura 3) para aplicações como luz de estúdios e projetos de arquitetura [3].

Conversor CC-CC PSFB

Outro exemplo de aplicação é de um conversor CC-CC Phase Shifted Full Bridge (PSFB) [4]. Essa topologia é muito utilizada quando se necessita reduzir níveis elevados de tensão e/ou garantir isolação em aplicações de média e alta potência, como fontes de alimentação de grandes servidores e telecomunicação, sistemas de carregamento de baterias e sistemas de energias renováveis. A Figura 4(a) mostra o diagrama de blocos completo do conversor implementado e a Figura 4(b) apresenta o protótipo final.

Acionamento de Motores Trifásicos

Adicionalmente, a placa envolvendo o microcontrolador F28027F (terminado em ‘F’) contém uma tecnologia, denominada InstaSPIN-FOC (Field Oriented Control), que permite identificar, ajustar e controlar qualquer tipo de motor trifásico de velocidade variável. Em [5] é possível analisar os detalhes da implementação de um sistema de acionamento para motores síncronos de imã permanente, utilizando essa tecnologia. Para fins demonstrativos, a Figura 5(a) apresenta o diagrama de blocos do sistema e a Figura 5(b) mostra uma foto da bancada com o protótipo implementado.

Retificador com Correção do Fator de Potência

Por fim, apresento uma aplicação que implementei, juntamente com um amigo, durante uma disciplina do mestrado. Trata-se de um retificador monofásico da família Boost com correção ativa do fator de potência. Para quem não conhece, esse tipo de aplicação é responsável por melhorar a qualidade da corrente drenada da rede elétrica, principalmente, por aparelhos que utilizam fontes chaveadas. A característica não linear dessas fontes tende a distorcer a corrente e, consequentemente, comprometer a qualidade de energia da concessionária. Mais especificamente, a topologia utilizada está representada na Figura 6(a) e o protótipo final pode ser visto na Figura 6(b).

Conclusão

Conforme apresentado nesse artigo, a placa de desenvolvimento Launch XL – F28027 (ou F28027F) da Texas Instruments® possui diversas características importantes para o controle de conversores de potência. Alguns exemplos de aplicação foram apresentados com intuito de demonstrar a versatilidade da placa, mas ainda existem diversas outras possibilidades. Vale ressaltar que a Texas Instruments® possui outros kits da mesma família (LaunchPad Piccolo C2000), com mais periféricos e capacidade de processamento maior, porém com um custo mais elevado.

Diante disso, o objetivo para os próximos artigos é entrar mais a fundo no tema de controle digital, apresentando tutoriais de como configurar os diversos periféricos da placa Launch XL – F28027F. Quanto aos exemplos de aplicações mostrados acima, alguns são mais avançados, mas também pretendemos chegar até eles.

Referências

[1] LAUNCHXL-F28027 C2000 Piccolo LaunchPad Experimenter Kit – User’s Guide.

[2]  TMS320F2802x Piccolo™ Microcontrollers – Datasheet.

[3] RGBW LED Luminaire Reference Design. Disponível em: <http://www.ti.com/tool/tida-01415?jktype=design>.

[4] Phase-Shifted Full Bridge DC/DC Power Converter. Disponível em: <http://www.ti.com/tool/tidm-psfb-dcdc?jktype=design>.

[5] Sensorless-FOC With Flux-Weakening and MTPA for IPMSM Motor Drives. Disponível em: <http://www.ti.com/lit/an/spracf3/spracf3.pdf>.