Dispositivo de Distribuição de Potência para Sistemas Automotivos em Baixa Tensão
distribuição de potência; eletrônica automotiva; baixa tensão; proteção redundante; chaveamento de lado alto; controle PWM/PID.
Esta dissertação apresenta o desenvolvimento e a análise de um módulo de distribuição de potência (PDM) para sistemas automotivos de baixa tensão, voltado ao acionamento de cargas resistivas e indutivas em barramento de 12 V. O dispositivo integra chaveamento eletrônico de lado alto por MOSFET de canal P, sensoriamento de corrente e tensão, proteção em duas camadas — digital configurável e analógica redundante em hardware — e controle do chaveamento por modulação por largura de pulso. O trabalho adota uma abordagem aplicada e iterativa: a primeira versão (V1), prova de conceito com amplificador único e PWM empregado apenas como partida suave, revelou em ensaios de bancada a impossibilidade de conciliar, em um mesmo caminho de ganho, uma proteção no limite de operação do MOSFET com uma medição de boa resolução na faixa de trabalho. A versão evoluída (V2) respondeu a essa e a outras limitações com uma arquitetura de duplo amplificador, proteção dedicada orientada à área de operação segura do dispositivo, controle em malha fechada com PID, entradas digital configurável e analógica, e comunicação por CAN. São apresentados a memória de cálculo da seleção dos componentes, o layout em quatro camadas com segmentação de terra e alimentação por domínio, e a validação experimental por ensaios de redundância analógica, carga resistiva, carga indutiva, PWM e térmico. Os resultados confirmam as decisões de projeto: a sensibilidade da cadeia de medição, caracterizada por regressão linear em níveis discretos, resultou em 198 mV/A (IS1) e 197 mV/A (IS2), praticamente coincidente com o nominal de 200 mV/A (erro < 2%) e a proteção passou a atuar dentro da área segura do MOSFET, cortando uma trajetória de 62 A em 234 µs. A capacidade de controle em malha fechada foi validada em uma aplicação automotiva real na regulação eletrônica da pressão de combustível do veículo Formula SAE UNIFEI, reduzindo o consumo da bomba em 76,8% com erro RMS de pressão de 107 mBar.