6.4.1 Considerações Iniciais
Os conversores de potência são tipicamente controlados por circuitos analógicos, que são facilmente encontrados no mercado. Esses circuitos fornecem funções básicas para o controle e têm como principais vantagens o seu baixo custo e a facilidade de uso.
Os circuitos de correção de fator de potência não fogem a essa regra e usualmente utilizam CIs comerciais para resolver seus problemas de controle [22],[8],[23].
Existem basicamente duas estratégias de controle de um conversor estático. Uma estratégia é baseada no monitoramento da corrente da carga do conversor e a outra é baseada no monitoramento da corrente drenada da rede.
Para as duas estratégias de controle, tem-se uma malha de tensão que deve garantir que o valor médio da tensão na saída do conversor seja mantido constante, e uma malha de corrente que efetivamente faz com que o conversor compense as harmônicas de corrente da carga, impondo uma corrente na rede, de acordo com a estratégia de controle empregada.
6.4.2 Controle Digital utilizando Circuitos Lógicos Combinacionais
O chaveamento do conversor BUCK é definido, através de uma estratégia de controle, pela amostra dos sinais da malha de corrente e de tensão. Essas amostras devem ser devidamente digitalizadas, caso seja feita a opção pelo controle digital, que é o caso deste trabalho.
Ao fazer o controle de estruturas utilizando circuitos digitais, é necessário um ambiente de teste e simulação que comporte a descrição de toda a estrutura – sistema de potência e o controle. Por terem naturezas diferentes – analógica e digital –, a utilização de uma linguagem que possa utilizar circuitos analógicos, digitais e mistos se torna muito conveniente.
6.4.3 Controle Digital com FPGA
Tipicamente, um chip FPGA tem unidades funcionais, tais como os núcleos de DSP ou processadores embarcados para certas aplicações. Também podem ter grandes blocos de memória, entrada e saída de alta velocidade, assim como outros tipos de projetos de IPs. Este trabalho é um fluxo de projeto típico de sistema baseado em FPGA.
A partir de uma determinada especificação, é selecionado o dispositivo FPGA que será usado para implementar o sistema que utilizará a descrição de hardware, como Verilog ou VHDL, para especificar o comportamento do sistema baseado em sua especificação.
O FPGA adotado, xilinx spartan 3E-500, contém 500K portas e 10.476 células ló- gicas equivalentes, o que o torna suficiente para este trabalho. Os dispositivos FPGA da atua- lidade podem ter bilhões de transistores sob a tecnologia de 10 nanômetros. Para ajudar os desenvolvedores de sistema FPGA, a maioria dos vendedores FPGA colocam muitos recursos adicionais em suas placas FPGA, além de apenas células lógicas programáveis.
O fluxo de projeto deste trabalho não tem qualquer envolvimento com fundições de silício; tal característica pode poupar muito tempo e muito dinheiro. Esta mesma placa FPGA pode ser reprogramada para diferentes aplicações ou pode ser modificada para sistemas com especificações diferentes. Estas características fazem o FPGA uma plataforma de projeto muito popular. Também em comparação com a implementação de software para as mesmas especificações, sistemas baseados em FPGA são, em geral, muito mais rápidos, tendo um consumo de potência muito baixa. Isso ocorre porque a implementação de software normal- mente precisa do apoio de computadores de uso geral. Computadores de uso geral são muito mais caros do que placas FPGA. Assim, pode-se ir com a implementação de software, o códi- go C ou código Java, ou qualquer código de alto nível, compilá-lo e, em seguida, executá-lo em um sistema específico. Portanto, este tipo de aplicação tem um curto tempo de implemen- tação, é de eficiente depuração, atualização e também tem baixo custo. Oferecerá as seguintes vantagens:
Baixo consumo de energia; o sistema projetado é específico para este sistema de criptografia;
Alta taxa de transferência, ou de alta performance;
Velocidade muito mais rápida do que a implementação em software.
A implementação baseada em FPGA, em certo sentido, é um compromisso de im- plementação de hardware e software. Primeiro, surge a característica de estrutura celular ló-
gica programável em placas FPGA. Estas são boas para implementação de operações bit a bit. Em segundo lugar, as grandes memórias construídas em placas FPGA. A reconfiguração do FPGA, já mencionado anteriormente, é bom para a reutilização e integração. Este projeto de- monstrou que FPGA tem vantagens na implementação de alguns blocos de construção de criptografia, tais como a aritmética, campo finito, o ellip, cryptoprocessors, curva elíptica.
Aqui são listados alguns benefícios específicos de aplicação em FPGAs. Primeiro, implementação baseada em FPGA oferece flexibilidade de algoritmo de duas maneiras. A agilidade; sabe-se que muitas partículas de segurança, como SSL e IPSec, são de algoritmo independente e talvez implementados com múltiplos ou diferentes algoritmos de criptografia e isso oferece várias vantagens. Por exemplo, se um algoritmo é quebrado, ele está comprome- tido. Podemos simplesmente excluí-lo e usar outro algoritmo ou outra implementação para evitar o protocolo de segurança. E, da mesma forma, quando há um novo algoritmo desenvol- vido para implementar o protocolo seguro, pode-se adicioná-lo ao sistema para um melhor desempenho. Segundo, o custo baseado em projetos com solução muito específica torna mais forte a implementação via FPGA, devido a não haver a necessidade de fabricação em larga escala, facilitando também manutenção nas versões posteriores; e Terceiro, preocupação com tamanho, área, velocidade, pode diminuir se o FPGA utilizado atender aos requisitos mínimos de projeto.