convertido boost
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Publicado: 20 de octubre de 2013
Convertidor Boost
El convertidor Boost es un circuito en el cual la señal de voltaje de salida siempre es mayor que la señal de voltaje de entrada, con una relación mayor o igual a 1 entre la señal de salida y la de entrada en estado estacionario. Comúnmente la potencia de salida de este circuito puede variar en un rango de 20 a 400 W y es usado comúnmente como corrector de factor de potenciaen algunas conversiones AC-DC. El circuito que describe este convertidor puede verse en la figura 1:
Figura 1
Para analizar este circuito, es necesario tomar las dos diferentes etapas de switcheo generada por el transistor de potencia MOSFET, es decir tanto en el estado de encendido como en el estado de apagado, para así poder determinar la función de transferencia entre las tensiones desalida y entrada respectivamente, y adicionalmente poder calcular los diferentes valores elementos que conforman el circuito, en especial del inductor el cual nos asegurara un funcionamiento de la corriente en modo continuo, ya que si el circuito trabaja con una corriente en modo discontinua sobre el inductor, no se puede tener una carga en circuito abierto porque el condensador de salida notendría camino alguno para poderse descargar, lo cual no es deseable ya que para nuestros fines deseamos entregar la mayor cantidad de energía posible a una respectiva carga.
Para realizar el análisis se debe considerar que los elementos son ideales, evitando perdidas en los mismos. Adicionalmente se les considera independientes de la frecuencia y lineales para los elementos pasivos, mientras que loselementos de conmutación como son el transistor y el diodo se les considera ideales sin efectos inductivos o capacitivos para no tener en cuenta las pérdidas y realizar un análisis más sencillo. Se divide la operación del circuito en base al ciclo útil de trabajo de la señal de conmutación.
0 < t < DT
Comenzamos entonces el análisis cuando el transistor entra en el estado de encendido. Elcircuito respectivo puede apreciarse en la figura 2, reemplazando los elementos de conmutación por interruptores ideales:
Figura 2
Se ve que el diodo esta polarizado en sentido inverso debido a que la tensión sobre el mismo es igual a por lo cual no entra a conducir. La tensión existente sobre el transistor y la corriente que circula por el diodo son iguales a cero. El voltaje a través delinductor es igual a . Se ve adicionalmente que la corriente suministrada al transistor es igual a la corriente que circula por el inductor y a la corriente de entrada, por lo que integrando la expresión anterior tenemos que la corriente sobre estos elementos es igual a:
Donde es el valor de la corriente en el inductor en el inicio del ciclo de encendido. De la expresión anterior el valorpico de corriente sobre el inductor en este intervalo es:
La variación de corriente en el inductor o el valor pico a pico de la corriente se calcula por medio de la expresión:
Donde es la frecuencia de conmutación del transistor. Finalmente, la corriente sobre el condensador de salida es igual a .
DT < t < T
Para este ciclo, el circuito equivalente se muestra en la figura 3,donde el transistor se encuentra en estado de apagado y el diodo ha comenzado a conducir debido a que el inductor se comporta como una fuente de corriente y porque ha cambiado su polaridad de tensión, haciendo que el terminal ánodo sea mas positiva con respecto al terminal cátodo:
Figura 3
Durante este tiempo, la corriente del transistor y la tensión del diodo son iguales a cero. El valor detensión sobre el inductor es igual a . Lo que indica que la tensión de salida es mayor que la de entrada. En este caso, la corriente del diodo es igual a la corriente sobre el inductor y a la misma suministrada por la fuente, por lo que integrando la expresión anterior, se encuentra que la corriente sobre estos elementos en este intervalo de tiempo es:
Donde es la corriente inicial del...
El convertidor Boost es un circuito en el cual la señal de voltaje de salida siempre es mayor que la señal de voltaje de entrada, con una relación mayor o igual a 1 entre la señal de salida y la de entrada en estado estacionario. Comúnmente la potencia de salida de este circuito puede variar en un rango de 20 a 400 W y es usado comúnmente como corrector de factor de potenciaen algunas conversiones AC-DC. El circuito que describe este convertidor puede verse en la figura 1:
Figura 1
Para analizar este circuito, es necesario tomar las dos diferentes etapas de switcheo generada por el transistor de potencia MOSFET, es decir tanto en el estado de encendido como en el estado de apagado, para así poder determinar la función de transferencia entre las tensiones desalida y entrada respectivamente, y adicionalmente poder calcular los diferentes valores elementos que conforman el circuito, en especial del inductor el cual nos asegurara un funcionamiento de la corriente en modo continuo, ya que si el circuito trabaja con una corriente en modo discontinua sobre el inductor, no se puede tener una carga en circuito abierto porque el condensador de salida notendría camino alguno para poderse descargar, lo cual no es deseable ya que para nuestros fines deseamos entregar la mayor cantidad de energía posible a una respectiva carga.
Para realizar el análisis se debe considerar que los elementos son ideales, evitando perdidas en los mismos. Adicionalmente se les considera independientes de la frecuencia y lineales para los elementos pasivos, mientras que loselementos de conmutación como son el transistor y el diodo se les considera ideales sin efectos inductivos o capacitivos para no tener en cuenta las pérdidas y realizar un análisis más sencillo. Se divide la operación del circuito en base al ciclo útil de trabajo de la señal de conmutación.
0 < t < DT
Comenzamos entonces el análisis cuando el transistor entra en el estado de encendido. Elcircuito respectivo puede apreciarse en la figura 2, reemplazando los elementos de conmutación por interruptores ideales:
Figura 2
Se ve que el diodo esta polarizado en sentido inverso debido a que la tensión sobre el mismo es igual a por lo cual no entra a conducir. La tensión existente sobre el transistor y la corriente que circula por el diodo son iguales a cero. El voltaje a través delinductor es igual a . Se ve adicionalmente que la corriente suministrada al transistor es igual a la corriente que circula por el inductor y a la corriente de entrada, por lo que integrando la expresión anterior tenemos que la corriente sobre estos elementos es igual a:
Donde es el valor de la corriente en el inductor en el inicio del ciclo de encendido. De la expresión anterior el valorpico de corriente sobre el inductor en este intervalo es:
La variación de corriente en el inductor o el valor pico a pico de la corriente se calcula por medio de la expresión:
Donde es la frecuencia de conmutación del transistor. Finalmente, la corriente sobre el condensador de salida es igual a .
DT < t < T
Para este ciclo, el circuito equivalente se muestra en la figura 3,donde el transistor se encuentra en estado de apagado y el diodo ha comenzado a conducir debido a que el inductor se comporta como una fuente de corriente y porque ha cambiado su polaridad de tensión, haciendo que el terminal ánodo sea mas positiva con respecto al terminal cátodo:
Figura 3
Durante este tiempo, la corriente del transistor y la tensión del diodo son iguales a cero. El valor detensión sobre el inductor es igual a . Lo que indica que la tensión de salida es mayor que la de entrada. En este caso, la corriente del diodo es igual a la corriente sobre el inductor y a la misma suministrada por la fuente, por lo que integrando la expresión anterior, se encuentra que la corriente sobre estos elementos en este intervalo de tiempo es:
Donde es la corriente inicial del...
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