Elevador tipo boost

INGENIERIA ELECTRONICA

ELEVADOR DC-DC
Fuentes Conmutadas
LABORATORIO DE ELECTRONICA INDUSTRIAL

POR: ISRAEL A. VALENCIA UNIVERSIDAD DEL QUINDIO COLOMBIA

ELEVADOR DC-DC
Resumen En este documento se describe el diseño e implementación de un conversor DC-DC, se evalúan las características de corriente y potencia del circuito elevador tipo Boost y se refuerzan los conceptos y precaucionesde seguridad en los circuitos de potencia. Además se realizan las simulaciones previas a la practica en el programa Proteus 7 Professional y se concluye acerca de errores experimentales.

1. FUNDAMENTACION: ELEVADOR TIPO BOOST
La figura 1a. describe un convertidor elevador tipo Boost. Consiste en una entrada de voltaje DC, un inductor Boost L, controlado por un Switch S, un diodo D, uncapacitor de filtro y una resistencia de carga R.

Figura 1a : Elevador tipo Boost Las formas de onda son presentadas en la figura 1b. Cuando el switch S está cerrado, la corriente en el inductor crece linealmente y el diodo esta desactivado. Cuando el interruptor S se abre la energía almacenada en el inductor es liberada a través del diodo hacia el circuito RC de salida. Usando la ley de Faraday porel inductor : (1) Para que al función de transferencia de DC resulte ser:

(2)

Y así como lo sugiere su nombre, la salida de voltaje siempre es más grande que la entrada.

Figura 1b: Formas de onda En condición de conducción ininterrumpida, el conversor tipo boost opera para un L > Lb , donde: (3)

y f = 100 kHz, la valor limite de Lb Entonces por ejemplo para D = 0,5 ; R = 10 es 6,25 µH,como se muestra en la figura 1b, la corriente entregada al circuito RC es , discontinua. Por esta razón se requiere un capacitor de filtro el cual debe proveer la razón, salida dc de corriente a la carga cuando el diodo D está inactivo. El valor mínimo del . capacitor de filtro que resulta en el voltaje de rizado es dado por:

(4)

Entonces por ejemplo para D=0,5; Vr= (1%)Vo R= 10 y f = 100KHz, el mínimo (1%)Vo, valor del capacitor para el conversor elevador es Cmin = 50µF. l En el siguiente apartado se discutirán las razones externas que hacen que se deban considerar otros parámetros aparte de las ecuación descritas para el optimo funcionamiento de circuito.

2. DISEÑO DEL ELEVADOR El primer obstáculo a la hora de realizar el diseño es que este se debe ajustar a los valoresexistentes en el laboratorio o lo que sean asequibles en la región, en este caso en Armenia Quindío. Se plantea hacer la conversión de 9 Vdc a 120 Vdc, para una carga de baja potencia, (cautín, bombillo). Entonces lo primero que se plantea es la ecuación del ciclo de trabajo en función de los voltajes de entrada y salida:

Como se menciono anteriormente la carga será un cautín, cuyo fabricante lodiseño para una potencia de 25 vatios , por lo tanto la resistencia de carga será:

El valor mínimo que debe tener la inductancia entonces es:

Ahora se calcula, el valor mínimo del capacitor de filtro asumiendo el valor de rizado que se quiera permitir. Para este caso se permitirá un rizado de 2 voltios, es decir, del 1.66 % del voltaje de salida de 120 voltios.

Ya se obtuvieron los valoresgenerales del circuito, para obtener el Switcheo se usara un MOSFET de potencia de referencia IRF540 cuyo configuración se muestra a continuación.

En la terminal marcada por la letra G, entra la señal cuadrada la cual al variar su ciclo G, útil produce cambios en la salida de voltaje. Para generar dicha señal cuadrada se podría dicha usar simplemente el generador de señales suministrado en loslaboratorios de la universidad. Pero en busca de hacer un sistema aplicativo a la industria se diseña un circuito astable con el integrado LM555, dejando nuestro diseño independiente de diseño generadores o sistemas externos. El diseño del astable se muestra en la figura 2, la frecuencia y ciclo útil de la señal de salida depende de los valores de R1, R2 y C. ida

Figura 2: Circuito Astable...