CONVERSORES ESTATICOS CONVERSOR DC/DC ELEVADOR
RESUMEN El objetivo objetivo de este trabajo trabajo es describir describir el proceso de construcc construcción ión de un circuito circuito electrónico capaz de convertir el nivel de DC de una fuente de entrada variable a un nivel de DC de mayor amplitud usando técnicas de regulación r egulación por conmutación.
Se realiza el
proyecto a partir de los datos de la carga máxima de trabajo. En este caso se podrá escoger entre tres tipos de carga de diferente valor. Esta carga es variable debido a que se desea observar la variación de corriente que tiene cada una de ellas.
Con estos datos la corriente media del conversor será de 1.6 A, con un rizado del 10% para lo cual es necesario una inductancia a la entrada del conversor. Esta Esta indu induct ctan anci cia a tamb tambié ién n serv servir irá á para para el alma almace cena nami mien ento to de ener energí gía, a, muy muy importante para la elevación de voltaje a la salida.
El circuito de control está basado en un microcontrolador microcontrolador ATMEGA 8, el cual es el encargado de generar una señal PWM.
1 CAPITULO UNO FUNDAMENTOS BASICOS
El convertidor Boost (o elevador) es un convertidor de potencia que obtiene a su salida salida una tensión continua mayor que a su entrada. Es un tipo de fuente fuente de alimentación conmutada que contiene interruptores semiconductores y al menos un elemento para almacenar energía. almacenar energía.
La conexi conexión ón de sumin suminist istro ro gener genera a una tensió tensión n altern alterna a (AC) (AC) y los dispos dispositiv itivos os requieren tensiones continuas (DC).
El proc proces eso o de camb cambia iarr una una tens tensió ión n de cont contin inua ua a otra otra dife difere rent nte e es llam llamad ado o conversión DC a DC. Un convertidor Boost es uno de los tipos de convertidores DC a DC. Presenta una tensión de salida mayor que la tensión de la fuente, pero la corriente de salida es menor que la de entrada.
1.1 DEFINIC DEFINICION IONES ES BASICA BASICAS S
1.1.1UN CONVERTIDOR CONMUTADO BÁSICO En un convertidor conmutado, el transistor funciona como un interruptor electrónico, al estar completamente activado o completamente desactivado (saturación o corte para un transistor bipolar BJT). Este circuito también se denomina troceador de continua (DC chopper).
Si supo supone nemo mos s que que el inte interr rrup upto torr de la figur figura a es idea ideall a la entr entrad ada a cuan cuando do el inte interr rrup upto torr está está cerr cerrad ado o y es cero cero cuan cuando do está está abie abierto rto.. La aper apertu tura ra y cier cierre re periódicos del interruptor producen la salida de pulsos mostrada
1.1.2MOSFET DE POTENCIA Un transistor MOSFET es una barra de silicio con un sector oxidado (el óxido de silicio se conoce vulgarmente como vidrio) sobre el que se produce un metalizado. Este metalizado está por lo tanto aislado de la barra de silicio pero suficientemente cercano como para cambiar la magnitud de la corriente circulante por la barra.
Existen diferentes versiones de MOSFETs en función del tipo de barra de silicio (canal tipo P y canal tipo N) y del funcionamiento del dispositivo, ya que existen MOSFET de ensanchamiento de canal y otros de estrechamiento del canal (los primeros tiene una resistencia intrínseca alta, que se reduce al aplicar tensión a la compuerta y los segundos tienen una resistencia intrínseca baja, que aumenta al aplicar tensión a la compuerta). Los cuatro tipos se individualizan por el símbolo, la flecha hacia el canal significa tipo N y la flecha hacia el lado contrario al canal significa tipo P.
El dispositivo MOSFET es perfectamente capaz de amplificar señal eléctrica y de hecho existen amplificadores de potencia basados en ellos; sin embargo se les utiliza como interruptor con posiciones de cierre o apertura dejando la función de amplificación de potencia en manos de transistores Darlington complementarios que también también presenta presentan n excelente excelentes s caracterí característica sticas s de excitació excitación n (alta impedanc impedancia ia de entrada aunque no tan elevada como los MOSFET).
El comportamiento del MOSFET es bastante distinto al de un bipolar. El MOSFET tien tiene e sus sus 3 elec electr trod odos os (pin (pines es)) llama llamada das s DRAI DRAIN, N, GATE GATE y SOUR SOURCE CE (dre (drena naje je,, compuerta y fuente). Se utiliza aplicando tensión de entre 0 y 12V entre G y S. El G es un capacitor (del orden del pícofaradio) que tiene conectada una placa al pin y la otra placa a la pastilla interna con un dieléctrico de oxido de silicio en el medio. El D y el S se encuentran eléctricamente aislados y físicamente próximos al capacitor de G. Al colocarle tensión entre G y S el capacitor se cargará y acumulará cargas en la pastilla interna. De esta manera, dichas cargas unirán eléctricamente al D y al S comenzando la circulación de corriente. Así con la Vgs (tensión entre G y S) se controla la ID (I de drenaje). Debido a su estructura, la característica de salida del MOSF MOSFET ET es una una resi resist sten enci cia a que que camb cambia ia su valo valorr func funció ión n de Vgs. Vgs. Cuan Cuando do el
MOSFET está saturado, se especifica la RDSon en vez de la Vsat. Esto es un problema en potencias sumamente grandes.
La distancia entre placas del capacitor de G es de algunos pocos micrones lo que hace al G sumamente frágil a las tensiones estáticas. Por ello se obtienen los mejores resultados de los MOSFET evitando las tensiones estáticas excesivas. Las características de conmutación son muy buenas. El hecho que en el G se muev muevan an poca pocas s carg cargas as hace hace que que el tiem tiempo po entr entre e ence encend ndid ido o y apaga pagado do sea sea sumamente corto; al igual que a la inversa. i nversa. La curva en la conmutación es una recta, ya que mientras la VDS disminuye, inyecta cargas en el G a través del capacitor CDG.
Su coeficiente térmico positivo, les permite ser paralelizados sin precaución alguna ya que a medida que su temperatura se eleva, aumenta la RDSon bajando la ID y aument aumentand ando o en el otro otro MOSFET MOSFET del parale paralelo. lo. La estab estabiliz ilizaci ación ón del sistem sistema a es inmediata y sin riesgos ri esgos de embalajes térmicos.
La principal ventaja del MOSFET es la prácticamente nula energía requerida en la G para manejarlo, además de su velocidad de conmutación. Si comparamos con un equivalente bipolar, que en corrientes grandes pueden tener un hfe típico de 8 o menos nos,
el
MOSFE OSFET T
no
req requiere iere
prác prácti tic came amente nte
ener energ gía
para
manej anejar arlo lo
correctamente, mientras que en el bipolar es considerable.
1.1.3REGULADOR DE VOLTAJE Un regulador de voltaje (también llamado estabilizador de voltaje o acondicionador de voltaje) es un equipo eléctrico que acepta una tensión eléctrica de voltaje variable a la entrada, dentro de un parámetro predeterminado y mantiene a la salida una tensión constante (regulada). Son diversos tipos de reguladores de voltaje, los más comunes son de dos tipos: para uso doméstico o industrial. Los primeros son utilizados en su mayoría para proteger equipo de cómputo, video, o electrodomésticos. Los segundos protegen instalaciones eléctricas completas, aparatos o equipo eléctrico sofisticado, fabricas,
entre otros. El costo de un regulador de voltaje estará determinado en la mayoría de los casos por su calidad y vida útil en funcionamiento continuo.1
1.1.4OPTOACOPLADOR Un optoacoplador combina un dispositivo semiconductor formado por un fotoemisor, un fotorreceptor y entre ambos hay un camino por donde se transmite la luz. Todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP.
Funcionamiento La seña eñal de entr entrad ada a es aplic plica ada al foto fotoem emis isor or y la sali salida da es tom tomada ada del fotorreceptor. Los optoacopladores son capaces de convertir una señal eléctrica en una señal luminosa modulada y volver a convertirla en una señal eléctrica. La gran vent ventaj aja a de un opto optoac acop opla lado dorr resi reside de en el ais aislam lamient iento o eléc eléctr tric ico o que que pue puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida.
Los fotoemisores fotoemisores que se emplean en los optoacoplado optoacopladores res de potencia potencia son diodos diodos
1 http://es.wikipedia.org/wiki/Regula http://es.wikipedia.org/wiki/Regulador_de_Voltaje dor_de_Voltaje
que emite emiten n rayos rayos infrar infrarroj rojos os (IRED) (IRED) y los fotore fotorecep ceptor tores es pueden pueden ser tirist tiristore ores s o transistores. Cuando aparece una tensión sobre los terminales del diodo IRED, este emite un haz de rayos infrarrojo que transmite a través de una pequeña guia-ondas de plástico o cristal cristal hacia hacia el fotorrecep fotorreceptor. tor. La energía energía luminosa que incide incide sobre sobre el fotorrecep fotorreceptor tor hace que este genere una tensión eléctrica a su salida. Este responde a las señales de entrada, que podrían ser pulsos de tensión.
Tipos Fototransistor : se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada
por un transistor BJT. Fototriac : se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un
triac Fototriac de paso por cero : Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un
triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la corriente alterna.2
2 CAPITULO DO DOS ANALISIS Y DISEÑO DEL CONVERSOR La entrada de un convertidor DC-DC es una tensión continua no regulada E. El convertidor produce una salida regulada de voltaje V, con una magnitud que difiere de la E.
Obte Obtene nerr una una alta alta efic eficie ienc ncia ia siem siempr pre e es un pará parám metro etro requ requer erid ido o ya que que el enfriamiento de convertidores ineficientes de potencia es difícil y caro. El convertidor DC-DC DC-DC ideal ideal muestr muestra a 100% 100% de eficie eficienc ncia, ia, en la prácti práctica, ca, estos estos prese presenta ntan n una efic eficie ienc ncia ia de 70% 70% a 95% 95% típi típica cam mente ente.. Esto Esto se logr logra a util utiliz izán ándo dose se en modo odo conmutado, o troceador, donde los elementos de sus topologías poseen elementos
2 http://www.uv.es/marinjl/electro/op http://www.uv.es/marinjl/electro/opto.html to.html
que disipan muy poca energía. La modulación del ancho de pulso (PWM) permite el control y la regulación de la tensión de salida total.
2.1 ANALISIS DEL CONVERSOR DC-DC El conv conver erso sorr
DC-D DC-DC C elev elevad ador or BOOS BOOST T pose posee e cara caract cter erís ísti tica cas s que que perm permite iten n
almacenar energía y enviarla hacia la carga. De este modo al momento de poner en funcio funcionam namien iento to el conver converso sorr
llega llega hacia hacia la carga carga la energí energía a de la fuente fuente y la
almacenada en la inductancia. Este efecto permite definir al conversor como uno de tipo directo.
Ilustración 2–1. Diagrama del conversor Elevador
El switch cuando está en estado de conducción permite que la corriente circule por la primera malla, de tal forma que por el capacitor el valor de la corriente comienza a disminuir; la inductancia inductancia está almacenando almacenando energía en forma forma de corriente para este tiempo. En cambio, cuando el switch no conduce, toda la energía almacenada es envía con ayuda de la conducción del del diodo hacia el capacitor y la carga. carga.
Los circuitos equivalentes en cada estado de conducción son los siguientes:
Ilustración 2–2 Estado de conducción del SW (0
Ilustración 2–3 Estado de conducción del SW (a
Debido a que se tiene una inductancia en el circuito el tipo de conducción de la corriente será continua o discontinua, a continuación se describirá los dos tipos
2.1.1MODO DE CONDUCCION CONTINUA
Ilustración 2–4 Formas de Onda
Para el funcionamiento funcionamiento del conversor, se analizará analizará primero el voltaje en el inductor. La siguiente simbología será empleada para el respectivo análisis: V: voltaje de salida E: Voltaje de entrada T: período de trabajo δ:Relación de trabajo Como una inductancia en DC funciona como un cortocircuito se tiene que VDC = 0V, po lo tanto: Durante a: V=1T0aE.dt
V=ITE.δT
V=E.δ
Durante b: V=1TδTTE-V.dt
V=IT(E-V).(1-δ)T
V=(E-V).(1-δ)
Durante T:
VDC total= 0
δE+ 1-δE-V=0
V=E1-δ
Tomando en cuenta que la eficiencia teórica en un conversor DC-DC es un 100%:
Iin=Iout1-δ
En esta ecuación se tiene que el factor de elevación del voltaje de entrada, debido a que la relación de trabajo trabajo varía entre:
Vin≤Vo≤Vmax 0≤δ≤δmax
No se pued puede e hace hacerr que que δ=1 δ=1 porq porque ue la corri corrien ente te se elev elevar aría ía hast hasta a tene tenerr un cortocircuito.
Es importante analizar el valor de la inductancia, por medio del cual se tiene un porcentaje de rizado de corriente, esta expresión se consigue a `partir de las formas de onda de la siguiente manera:
VL=0
E=L∆I∆t=L∆IδT
L=Eδ∆I*f Donde: L: Valor de la inductancia
∆I: Rizado de corriente δ: Relación de trabajo F: Frecuencia de conmutación
Para Para diseñ diseñar ar la induct inductanc ancia ia debem debemos os consi conside derar rar el valor valor de la frecue frecuenc ncia ia del elemento de conmutación. Io=C∆Vδ T C=Ioδf∆V Donde: C: valor de la capacitancia
∆V: Rizado de voltaje Io: Corriente en la carga
2.1.2MODO DE CONDUCCION CONDUCCION DISCONTINUA
Ilustración 2–3 Formas de Onda
Como se pude observar en las graficas, la corriente I L se anula durante un intervalo de tiempo durante el cual se encuentra conduciendo el diodo.
Así Así mism mismo o se cons consid ider era a que que VDC VDC indu induct ctor or=0 =0 y se obti obtien enen en las las sigu siguie ient ntes es expresiones:
Durante a: V=E.δ, es igual que cuando estamos en conducción continua.
Durante b: De esta ecuación V=1TδTTE-V.dt tenemos
VDC=1T(E-V)(θ-δ)T
VDC=(E-V)(θ-δ) Donde:
θ: Angulo de extinción de la corriente Durante T: VDC total =0 Resolviendo las ecuaciones tenemos:
V=θEθ-δ
Tomando en cuenta la eficiencia del conversor tenemos:
IIN=θIoutθ-δ
Para esta aplicación es conveniente trabajar en conducción continua, ya que así obtendremos la corriente media con un valor un poco mas bajo que si trabajáramos en conducción discontinua.
2.2 DISEÑO DEL DEL CONVERSOR CONVERSOR-POTEN -POTENCIA CIA
2.2.1RIZADO DE CORRIENTE Para el diseño del conversor se tomó en cuenta un rizado de corriente del 10% de la corriente media. Definiendo el rizado se tiene: ∆I=Imax-Imin
Ilustración 2–6 Formas de Onda del rizado de Corriente
Calculando tenemos:
Pout=Pin E. IE= Vo. Io IE=20Io5 IE=4Io
Calculando para la peor condición cuando Io=400mA tenemos que: IE=4400mA IE=1.6 A
Por lo tanto ∆I=0.11.6A ∆I=0.16A
⇒
Necesitamos una fuente que soporte una corriente de 3A
2.2.2DIMENSIONAMIENTO DEL MOSFET De los cálculos realizados previamente, el valor de la corriente que debe soportar el MOSFET es Imax, debido que durante el intervalo de conducción es la misma que tenemos a la entrada.
Valor de la corriente: Imax = 1.6 A
Valor del voltaje: VDS= V+Vsat VDS= 20V + 1.5V VDS= 21.5V
Para
el
conversor
elevador
se
empleará
un
MOSFET
de
la
marca
STMicroelectronics (ver anexo), modelo P835XG.
2.2.3DIMENSIONAMIENTO DEL DIODO La corriente que circula por el diodo se dimensiona durante el tiempo que no conduce el MOSFET.
Durante la polarización inversa el diodo debe soportar el voltaje de VPI=V- VCEsat VPI=20V- 1.5V VPI=18.5V
La corriente del diodo es: Imax = 1.6 A
Se emplea emplea un diodo diodo F06C20C Fast Fast Recovery Recovery de potencia de la marca MOSPEC MOSPEC (ver anexo).
2.2.4CALCULO DEL VALOR DE LA INDUCTANCIA Despejando de la siguiente ecuación: V=E1-δ
tenemos: δ=1-EV δ=1-520 δ=0.75 Reemplazando en la ecuación L=Eδ∆I*f tenemos: L=5*0.750.16*2Khz L=11.7 mH
La frecuencia de de trabajo escogida escogida para el control es de 2Khz debido a que no todos todos los elementos trabajan a frecuencias fr ecuencias muy elevadas. Por la dificultad de encontrar la inductancia adecuada se optó por usar el secundario de un transformador como inductancia y se obtuvo excelentes resultados.
2.2.5CALCULO DEL VALOR DE LA CAPACITANCIA ∆V = 10%V ∆V = 2V
Vc
=
1 C
∆V = C =
δ =
C =
C =
C =
∫ i dt
I C
I
∆V
c
∆t ∆t
∆t = a
a T
I
∆V
a
400 40 0mA(0.75) 2 * 2 KHz 1 75[ uF ]
Para reducir el rizado de voltaje y por las pruebas realizadas al circuito se optó por usar un capacitor relativamente grande.
2.3 DISEÑO DEL DEL CIRCUITO CIRCUITO DE CONTROL CONTROL Para el circuito de control de nuestro conversor se necesita conocer el valor de entra entrada da para para lo cual cual cens censam amos os la entr entrad ada a y por por medi medio o de un ampl amplif ific icad ador or operaciona operacionall transform transformamos amos la entrada a valores valores de 0 a 5v que son los admisible admisibles s para el microcontrolador de con la siguiente relación:
Vin
Vout
5V
0V
20V
5V
Luego Luego al tener los valores de la entrada entrada en el microcon microcontrola trolador dor hacemos hacemos uso de la conversión A/D que nos ofrece el Microcontrolador ATMEGA.
Entonces procedemos procedemos a realizar la técnica del PWM para el transistor encargado del chop chopeo eo,, ento entonc nces es,, cono conoce cem mos la entr entrad ada a vari variab able le grac gracia ias s al conv conver erso sorr y procedemos a calcular la relación relación de trabajo que tendrá el transistor. Conocemos que para el elevador: V=E1-δ Entonces: δ=1-EV Conociendo que E es nuestra entrada variable y V es nuestro voltaje deseado a la salida de 20 V. Este valor de relación de trabajo será enviado al MOSFET por medio de la técnica PWM.
VOLT VARIABL
Como se puede observar se emplea un optoacoplador, en este caso el 4N25 (ver anexo) ,que nos ayuda a aislar la parte de control con la de potencia.
En la siguiente ilustración se puede apreciar que tenemos tres diferentes cargas, para trabajar con cualquiera de ellas solamente debemos seleccionarlas por medio de un switch.
Es importante recordar que este tipo de conversor no puede trabajar en vacío, es por ello que las tres cargas están en paralelo y por precaución se tiene una carga conectada siempre que cuida que el elevador nunca pierda carga.
CONTROL: DIAGRAMA DE FLUJO Inicio
Configuaracion de puertos
Configuracion de variables
Configuracion ADC y PWM
Obtener el valor de la entrada en el adc
Conversion del voltaje de entrada 0 es 5 5 es 20
Calculo de la relacion de trabajo = PWM
FIN
2.4 ETAPA ETAPA DE ALIMENTAC ALIMENTACION ION Para Para obtene obtenerr un voltaje voltaje de entra entrada da entre entre 5-20V 5-20V se diseño diseño una fuente fuente con el regulador regulador LM350, LM350, primero primero se toma la señal señal de la red se realiza realiza la rectificac rectificación ión y el filtro, y gracias gracias al siguiente siguiente circuito circuito se logra tener tener nuestra nuestra fuente variable de los valores pedidos.
Para alimentar al ATMEGA ATMEGA 8 es necesario necesario emplear un un regulador de voltaje voltaje de 5V. Si el
voltaj ltaje e supe superra
este valo valorr
podrí odríam amos os caus ausar daños años irre irrepa para rab bles les al
microcontrolador.
Por otro otro lado, lado, para para alime alimenta ntarr al LM324 LM324 de la etapa etapa de acondi acondicio cionam namien iento to es necesario usar una fuente de 24V. Todas las fuentes que hemos usados se las mostramos a continuación. Se utilizara un ventilador para la disipación de calor del regulador de voltaje LM350 para lo cual se necesita obtener 12 V para el alimentación, que se toman de la fuente de 24v diseñada.
3 CAPITU ITULO TR TRES PRUEBAS, RESULT RESULTADOS y CONCLUSIONES CO NCLUSIONES Para la realización de las pruebas en el conversor DC- DC se analiza primero la señal señal de control, control, para verificar verificar hemos hemos realizados realizados simulaciones simulaciones y posteriorm posteriormente ente pruebas en el laboratorio utilizando un osciloscopio. Se comprobó el funcionamiento para diferentes cargas y voltajes de entrada
3.1 ETAPA ETAPA DE CONT CONTROL ROL Para esto se escogió el software de diseño y simulación electrónica PROTEUS PROFESSIONAL versión 7 de la compañía compañía LABCENTER ELECTRONICS. ELECTRONICS. Con PROTEUS no solamente es posible diseñar y simular circuitos electrónicos, tamb tambié ién n se pued puede e real realiz izar ar el mont montaj aje e y circ circui uito to impr impres eso o para para las las plac placas as que que contendrán nuestro proyecto.
El resultado de la simulación del PWM en PROTEUS es la siguiente: Para las pruebas se trabajo con el ATMEGA 16 pero la implementación se uso el ATMEGA 8.
R4 1000k 4
R3(1)
R2
1 2
1000k
R6 3000k
1 1
9 t s 7 . l o 0 V +
+0.16 5
Amps
7
3
1000k
R3
U2:B
4
U2:A
.
6 1 1
(+)
LM324
L1
D1
100mH
LM324
DIODE
R7
R5
C1 +5.00
1000k
3200u
Volts
1000k
Q1 IRF740
U1(AREF)
U1 9 13 12 +0.00 Volts
4
U3:B
5 7
R8 1000k
6 1 1
LM324
40 39 38 37 36 35 34 33 1 2 3 4 5 6 7 8
RESET XTAL1 XTAL2 PA0/ADC0 PA1/ADC1 PA2/ADC2 PA3/ADC3 PA4/ADC4 PA5/ADC5 PA6/ADC6 PA7/ADC7 PB0/T0/XCK PB1/T1 PB2/AIN0/INT2 PB3/AIN1/OC0 PB4/SS PB5/MOSI PB6/MISO PB7/SCK ATMEGA16
PC0/SCL PC1/SDA PC2/TCK PC3/TMS PC4/TDO PC5/TDI PC6/TOSC1 PC7/TOSC2 PD0/RXD PD1/TXD PD2/INT0 PD3/INT1 PD4/OC1B PD5/OC1A PD6/ICP1 PD7/OC2
22 23 24 25 26 27 28 29 14 15 16 17 18 19 20 21
0.00 Volts
A B
LCD1 LM016L
C D
AREF AVCC
32 30
S D E 0 1 S D E S W V V V R R E D D 1 2 3 4 5 6
7 8 9
.
La forma de onda de la corriente en la carga tomada en el laboratorio es:
La señal de control mantiene una frecuencia de 2KHz y una relación de trabajo variab variable le aprox aproxim imada adame mente nte entre entre 0 y 0.75, 0.75, con con lo que se garant garantiza iza una buena buena conmutación.
3.2 ETAPA ETAPA DE POTENC POTENCIA IA
3.2.1VOLTAJE DE ENTRADA Para obtener obtener un voltaje variable variable a la entrada entrada empleamos empleamos un regulador regulador de voltaje con salida variable. El voltaje que tenemos en la entrada varia su valor entre los 4.99-19.67V.
3.2.2CORRIENTE A LA SALIDA DEL CONVERSOR La señal de corriente a la salida del conversor depende de la carga. La variación de la carg carga a se la real realiz izó ó con con un conju onjunt nto o de resi resist sten enc cias ias las las cual cuales es form forman an configuraciones en paralelo hasta llegar al valor de las corrientes especificadas en el diseño.
3.2.3VOLTAJE A LA SALIDA DEL CONVERSOR El voltaje a la salida del conversor elevador debe ser proporcional al voltaje de entrada de acuerdo a la relación de trabajo calculada anteriormente. La seña señall lleg llega a hast hasta a un valo valorr apro aproxi xima mado do de 20V 20V para para cada cada carg carga a teni tenien endo do problemas para el valor mínimo de entrada de 5 V para el cual se logra amplificar
tan solo hasta 12 v con la carga de mayor exigencia, esto se debe a que no se logró encontrar el valor adecuado de inductancia que nos permita elevar más el voltaje.
APLICACIONES DEL CONVERSOR DC-DC ELEVADOR Los conve converso rsores res DC-DC DC-DC se utiliz utilizan an ampli ampliam ament ente e en el contro controll de motor motores es de tracción de automóviles eléctricos, tranvías eléctricos, grúas marinas, montacargas y elevadores de minas. Proporcionan control en aceleraciones continuas, una alta eficiencia y una respuesta r espuesta rápida dinámica.
Los conve converso rsores res DC-DC DC-DC elevad elevadore ores s se utiliz utilizan an en el frenad frenado o regene regenerat rativo ivo de motores de DC para devolver la energía a la alimentación, característica que da como resultado un ahorro en aquellos sistemas de transporte que tienen paradas frecuentes.
3.3 CONCLU CONCLUSION SIONES ES El conversor DC-DC elevador construido satisface nuestros objetivos planteados al inicio de la realización del presente proyecto, ya que se logró obtener el nivel de voltaje de salida requerido que va de acuerdo acuerdo con los niveles de voltaje de de entrada y cumple con una relación de trabajo adecuada.
El conversor es de fácil uso y los elementos que lo constituyen se encuentran correctamente dimensionados dimensionados para que soporten cualquier tipo de falla y en caso de que se requiera aumentar el valor del voltaje de salida.
En cuanto a la bobina empleada tuvimos que usar el bobinado secundario de un transformador, ya que las bobinas bobinas que venden en en el comercio local cumplían cumplían con el valor especificado en nuestro diseño pero soportaban la corriente que por ellas debía circular.
A la salida de un conversor DC-DC elevador se obtienen voltajes desde el valor de la fuente hasta valores infinitos pero este es un caso ideal, en la práctica el rango que se obtiene a la salida está entre E≤Vo≤3E., que también también sería una razón para no obtener el valor deseado de 20v para la mínima entrada.
3.4 RECOMEN RECOMENDAC DACION IONES ES La relación de trabajo de estos conversores no puede ser uno, porque si lo fuera, el voltaje voltaje de salida sería infinito, infinito, con lo que la corriente corriente incrementa incrementaría ría su valor, se provocaría que le capacitor a la salida explote.
En el caso de diseñar la bobina bobina debemos debemos considerar considerar que el núcleo a emplearse emplearse debe ser de ferrita para evitar la saturación del mismo y obtener mayores niveles de corriente por el conversor, además de disminuir el ruido producido por la vibración de la frecuencia de trabajo. En el mercado local es difícil conseguirlo por lo que se convierte en un limitante al momento de implementar este conversor, sin embargo emplear el bobinado de un transformador s convierte en una alternativa que da buenos resultados.
Se recomienda probar el conversor diseñado en un laboratorio dado que posee todos los recursos necesarios para probar el circuito de manera real ya que un simulador no pone de manifiesto todas las falencias que podría tener.
3.5 REFERENCIAS REFERENCIAS BIBLIOGRAFIC BIBLIOGRAFICAS AS [1]CONVERTIDORES
CONMUTADOS,
TOPOLOGIAS
BASICAS,”http://iecon02.us.es/~leopoldo/Store/tsp_14.pdf BASICAS,”http://iecon02.us.es/~leopoldo/Store/tsp_14.pdf ”
[2]WIKIPEDIA, http://www.uv.es/marinjl/electro/opto.html [3]CONVERSORES
DC-DC,
FABIO
ANDRES
JIMENEZ,
http://www.scribd.com/doc/36596330/Informe-Final-Potencia-1 [4]REVISTA DE INGENIERIA, http://www.scielo.unal.edu.co/scielo.php?pid=S012149932008000200007&script=sci_arttext [4] R.D. Middlebrook and S. Cuk. Modelling and Analysis Methods for DC-to-DC Switching Converters Advances in switched mode power conversion. conversion. Vol. 1 and 2. Pasadena, C.A.: Teslaco, 1981, pp. 131-151.
CONVERSORES ESTATICOS , Apuntes de clase , Ing. Nelson Sotomayor,2010. Sotomayor,2010.
Anexos Anexo 1 INSTRUCCIONES INSTRUCCIONES DE USO DEL CONVERSOR ELEVADOR IMPLEMENTADO
1.
Verif Verific icar ar que que el el fus fusib ible le este este en corre correct cto o est estad ado. o.
2.
Cone Conect ctar ar a la la red red de alim alimen enta taci ción ón el módul ódulo. o.
3.
Encender el módulo.
4.
Escoge Escogerr una una de de las las tres tres cargas cargas y vari variar ar el el volta voltaje je de de entra entrada da con con la peril perilla. la.
5.
Obse Observ rvar ar los los valo valore res s de volt voltaj aje e de entra entrada da,, salid salida a y corri corrien ente te de la la carg carga a en
los instrumentos indicados. 6.
Si se se dese desea a conm conmut utar ar a otra otra car carga ga,, apag apagar ar la ant anter erio iorr y prend prender er la otr otra a o si
prefiere apagar el modulo, cambiar de carga y volver a encenderlo. 7.
Para Para conec conectar tarse se al al volta voltaje je de de salid salida, a, utilic utilice e los los term termina inales les que dicen dicen volt voltaje aje de de
salida.
Anexo 2
IMPLEMENTACION IMPLEMENTACION DEL CONVERSOR
Anexo 3 DISEÑO DE UNA FUENTE CON EL REGULADOR AJUSTABLE LM350K Este regulador de tensión proporciona una tensión de salida variable sin más que añadir una resistencia y un potenciómetro. un potenciómetro. Se puede usar el mismo esquema para un regulador de la serie 78XX pero el LM350 tiene mejores características eléctricas. El aspecto es el mismo que los anteriores, pero este soporta hasta 3A.con el esquema siguiente tomado del dat asheet del integrado:
Los diodos D2 y D3, son de de protección, recomendados por el fabricante, y los capacitores C1, C2, y C3 son de valores igual dados por el fabricante, para eliminar el rizado (ver anexos). En este regulador, como es ajustable, al terminal GND se le llama ADJ (AJU). La tensión entre los terminales Vout y ADJ es de 1,25 voltios, por lo tanto podemos calcular inmediatamente la corriente I1 que pasa por R1: I1 = 1,25 / R1
Por otra parte podemos calcular I2 como: I2 = (Vout – 1,25) / R2
Como la corriente que entra por el terminal ADJ la consideramos despreciable (esta en el orden los uA), toda la corriente I1 pasará por el potenciómetro el potenciómetro R2, es decir: I1 = I2 1,25 / R1 = (Vout - 1,25) / R2
que despejando Vout queda: Vout = 1,25 * (1 + R2/R1)
Si consultamos la hoja de características del LM350k verás que la fórmula obtenida no es exactamente esta. Ello es debido a que tiene en cuenta la corriente del terminal ADJ. El error cometido con esta aproximación no es muy grande pero si se desea se puede usar la fórmula exacta. Observando la fórmula obtenida se pueden sacar algunas conclusiones: cuando se ajuste el potenciómetro el potenciómetro al valor mínimo (R2 = 0Ω) la tensión de salida será de 1,25 V. Cuando se vaya aumentando el valor del potenciómetro del potenciómetro la tensión en la salida irá aumentando hasta que llegue al valor máximo del potenciómetro. potenciómetro.
Por lo tanto ya sabemos que podemos ajustar la salida desde 1,25 en adelante. En realidad el fabricante nos avisa que no pasemos de 30V. Cálculo de R1 y R2: Los valores de R1 y R2 dependerán de la tensión de salida máxima que queramos obtener. Como solo disponemos de una ecuación para calcular las 2 resistencias tendremos que dar un valor a una de ellas y calcularemos la otra. En teoría podemos dar cualquier valor a R1 pero son preferibles valores entre 100Ω y 330Ω. Lo más recomendable es dar un valor de 240Ω a R1 y despejar de la última ecuación el valor de R2 (el potenciómetro (el potenciómetro). ). La ecuación queda de la siguiente manera: R2 = (Vout - 1,25) * (R1/1,25)
Anexo 4 PLACAS UTILIZADAS
CIRCUITO DE CONTROL
Ilustración 4–1 VISTA FRONTAL
Ilustración 4–2 VISTA POSTERIOR
CIRCUITO DE LAS FUENTES
Ilustración 4–3 VISTA FRONTAL
Ilustración 4–4 VISTA POSTERIOR
CIRCUITO DE POTENCIA
Ilustra ción 4–5 VISTA FRONTAL
Ilustración 4–6 VISTA POSTERIOR
