Fuente Tipo Buck-Boost

INSTITUTO TECNOLOGICO DE MORELIA




DIVISION DE POSTGRADO E INVESTIGACIÓN








“DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES DE POTENCIA”








“FUENTE TIPO BUCK-BOOST “



ING: EDGAR GARCIA ZIRANDA








MORELIA MICH., ENERO DE 2010
OBJETIVO.

Diseñar un SWPS tipo Buck-Boost siguientes características: Vi=127V AC, f = 50KHZ, Po=50W, Rizosalida = ± 5%, K=0.2 – 0.8.


DESARROLLO.

Para diseñar esta practica, se comenzó por calcular los valores de los elementos que generan la señal PWM, la cual pilotea el MOSFET que actúa como interruptor para variar el ciclo de servicio del convertidor y los cálculos hechos se muestran a continuación.

Para calcular la resistencia externa y el capacitor externo, los cuales ajustan lafrecuencia del PWM, se propone el Cext y se despeja la resistencia externa de la siguiente manera:
[pic] (9)

Una vez configurada la frecuencia se calcularon las resistencias para obtener el tiempo de subida y bajada lo mas pequeño posible, ya que mientras mayor sea este tiempo, mas va a tardar el MOSFET en pasar de un estado a otro, lo que se reflejaría en el voltaje de salida del convertidor comouna disminución, y se tienen los siguientes cálculos:
[pic] (10)

Este valor de resistencia es la que se conecta de emisor a tierra teniendo una configuración de colector común, y la resistencia que va de emisor a la compuerta del MOSFET se propuso de 2.2Ω, de tal manera que el circuito PWM implementado se muestra en la figura 1.1.
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Figura 1.1 Diagrama de Conexiones del CI TL494
Una vezdiseñado la señal PWM se procedió a calcular el valor y escoger la matricula del dispositivo que se usaron en la fuente, los cuales son el inductor, el capacitor, el diodo y el interruptor, y partiendo de las características deseadas, se hacen los siguientes cálculos:
Se calcula el voltaje de salida con la variación del ciclo de servicio:
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[pic] (13)

Se calcula lacorriente que circula por la carga, la resistencia de carga y se tiene que:
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Para obtener la corriente que circula por la bobina se tiene la siguiente expresión:
[pic] (17)

El valor de la inductancia es el siguiente:
[pic] (18)

El valor de la inductancia critica, es decir, el valor de inductancia el cual llevaría el convertidor a pasar de un modoen conducción continua a un modo de conducción discontinua se calcula a continuación:
[pic] (19)

La inductancia a utilizar es de 8µH
Así como se tiene un valor de inductancia crítica, también se tiene un valor de carga o resistencia critica, el cual esta dado por la siguiente expresión:

[pic] (20)

Para calcular el valor del capacitor se obtiene primero la variación de carga en el yluego ya se determina su valor:
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De tal manera que el capacitor comercial que se debe usar es de uno de 23.5uF, esto es dos capacitares en serie de 47uF a un voltaje de 450V, para que pueda cubrir los 718.44V de salida máximos.

La corriente promedio que circula por el inductor se calculo de la siguiente manera:
[pic] (23)

Dadas las características de corriente yvoltaje en los dispositivos, se escogieron para implementar la fuente las siguientes matriculas de componentes:
Diodo=DTV56, Switch=MOSFET IRFPG50, 2 Capacitores electrolíticos de 47μF a 450V y para hacer la bobina se escogió un núcleo de ferrita en forma de toroide embobinado con cable magneto de calibre 30G.
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Figura 1.2 Esquemático completo de fuente Buck-Boost.

En la figura 1.2 seobserva el esquemático de la fuente conmutada tipo Buck-Boost, se puede observar que hay dos etapas rectificadoras la primera rectifica la señal de línea de 127VAC después de pasar por un transformador que baja el voltaje a 12 volts, esta señal es regulada, y su principal función es alimentar al circuito Tl494 (PWM) y al IR2110 (Pivoteo de Mosfet).

FORMAS DE ONDA EXPERIMENTALES.

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