Convertidor DC/DC Tipo Boost Autorregulado en Voltaje
Enviado por Jefferson Manuel Vega Suarez • 26 de Junio de 2017 • Informes • 1.949 Palabras (8 Páginas) • 233 Visitas
Luis Camilo Fonseca, Jefferson Vega Suarez, Edwin Carreño Lozano
Presentado a: ing. Julio Flórez
Convertidor DC/DC Tipo Boost Autorregulado en Voltaje
Escuela de Ingeniarías Eléctrica, Electrónica y Telecomunicaciones, Universidad Industrial de Santander, Bucaramanga, Colombia
Resumen—Este documento es un compendio de todo el proceso para la realización de una fuente de voltaje DC/DC tipo Boost, además de eso se describe la realización de la etapa de control que consiste en la conversión de la fuente en un regulador del voltaje, todo auto controlado.
Términos Clave—Modulación por Ancho de Pulso (PWM), Reguladores, Sistemas en lazo cerrado.
introducción
El proyecto final de la materia de control consiste en la realización de una fuente de voltaje tipo Boost o elevadora que sea estable ante cualquier tipo de carga, es decir que mantenga su salida de voltaje constante ante variaciones de carga, técnicamente un regulador conmutado1.
Para la realización del diseño se parte de especificaciones dadas por el profesor de laboratorio, que en el caso de quienes realizaron el presente documento fueron las siguientes.
[pic 3]
[pic 4]
[pic 5]
[pic 6]
[pic 7]
Bajo estas especificaciones el diseñar la fuente2 es sencillo desde punto de vista de una topología básica tal y como se verá más adelante en este documento.
La siguiente etapa del proyecto es el control de reacción para distintas cargas puestas a la salida del convertidor; el resultado de la sinergia entre la etapa de control y la fuente es lo que se conoce como regulador de voltaje conmutado.
objetivos
- Analizar cada una de las etapas tanto teóricamente como experimentalmente y concluir sobre los resultados.
- Conocer las posibles aplicaciones de este sistema.
- Cumplir a cabo los requisitos del laboratorio.
Marco teorico
Convertidor elevador (Boost Converter)
Este tipo de fuentes de voltaje se llaman elevadoras porque el voltaje de salida es mayor que el voltaje de entrada.
[pic 8]
Figura 1.Topologia básica del convertidor elevador
El principio de funcionamiento es la conmutación entre dos estados del interruptor, cerrado o abierto; cuando el interruptor está cerrado durante un tiempo , la rápida conmutación hace que se almacene gran cantidad de energía en el inductor.[pic 9]
Luego de este tiempo se abre el interruptor, dejando que la energía almacenada en el inductor circule a través de diodo y cargue el capacitor que alimentará la carga a la salida de la fuente.
[pic 10]
Figura 2.Circuito equivalente con el interruptor cerrado
[pic 11]
Figura 3 . Circuito equivalente con el interruptor abierto.
Antes de calcular los parámetros de diseño[1] se presentará algo básico sobre la Modulación de Ancho de Pulso (PWM)
Pulse Width Modulation (PWM)
[pic 12]
Figura 4. PWM con variación en el ciclo útil
Una señal se puede enmascarar dentro de otra y a este proceso se llama modulación, en este caso el valor de una señal se verá reflejado en el ancho de un pulso como se ve en la figura 4.
La característica más relevante de la señal de PWM es que la frecuencia con la que se generan los pulsos es constante, esto a nivel de análisis analógico significa que el ancho de pulso cambia en forma lineal el valor promedio de la misma.
Un parámetro importante de esta señal es el ciclo útil , que no es más que el tiempo que dura activa la señal o alcanza su máxima amplitud, suele indicarse este valor en porcentaje.
Duty Cycle = x 100[pic 13]
Para finalizar, las señales PWM suelen aplicarse en procesos de control debido a su baja contaminación de ruido, fácil generación y sencillo dominio de su valor promedio.
Calculo de parámetros
Los parámetros que se tienen que calcular son: inductancia, capacitancia y la capacidad de corriente que el inductor es capaz de soportar sin dañarse.
Para generar 20 [V] a la salida, a partir de 8 [V] a la entrada, el cálculo del ciclo útil de la señal de PWM es el siguiente:
[pic 14]
Vo: Voltaje de salida
Vin: Voltaje de entrada
D: Ciclo Útil (Duty Cycle)
Entonces se tiene un ciclo útil de 60% para la señal de PWM, tal cual como aparece dentro de los parámetros de diseño dados.
La resistencia de carga es de 51 [Ω] pero la potencia que es capaz de disipar debe ser de:
[pic 15]
Po: Potencia a disipar en la carga
R: Resistencia de carga.
La potencia a disipar es de aproximadamente 7.84 [W], pero la resistencia soporta 20 [W] de disipación constante.
La corriente media, máxima y mínima que la bobina debe soportar está dada por:
[pic 16]
[pic 17]
[pic 18]
La inductancia mínima está dada por:
[pic 19]
Un valor aceptable que no está al límite del cálculo es el valor mínimo sobredimensionado un 25%, en este caso el resultado la inductancia sería de 153 [µH].
Por último el cálculo del rizado permite obtener la capacitancia de carga:
[pic 20]
La capacitancia mínima es de 58 [µF].
Resumen de parámetros:
L = 153 [µH]
C = 3300 [µF]
R = 51 [Ω]
[pic 21]
Figura 5 . Circuito convertidor elevador
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