24

eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

  • Upload
    vudang

  • View
    219

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 2: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 3: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 4: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

111

ACKNOWLEDGEMENT

First and foremost, I am thankful to Allah for making this possible for me,

and helped me through my life all these while. And salaam to Prophet Muhammad

Secondly, I would like to thank my mother, Noridah binti Ahmad and my

father, Ad.nan bin Ibrahim who love me so much. Thank you for every sacrifices and

love given to me. No matter what, I appreciate it. To my sisters and brother, you

three are important in my life.

Special gratitude to my supervisor, Mr. Azziddin bin Mohamad Razali.

Thank you for your guidance for me and for your willingness to share your precious

knowledge with me. Thank you to panel Mr. Mohd. Luqman bin Mohd. Jamil and

Mr. Fazlli bin Patkar.

To my colleagues Muna, Nina and Kak. Intan, a lot of thanks for helping me

out during the PSM. Also to my housemates who were there for me. Last but not

least, to all who helped and supported me directly or indirectly.

Page 5: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

IV

ABSTRACT

This project is about the development of a boost converter for the use in

photovoltaic applications. The Boost converter changes the voltage level of a 12V de

voltage from supply to 24 V de output voltage. The designing of the boost converter

requires basic elements such as an inductor, a capacitor, a diode, a switch and a load.

All those elements have important roles in a boost converter. A gate drive is also

needed to drive the switch, and UC3843 is chosen because of minimum external

components and other beneficial characteristics can help in obtaining a better output.

Simulation using OrCad Pspice shows the expected values and waveforms for the

converter, and can be used as a guideline in hardware implementation.

Page 6: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

v

ABSTRAK

Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk

kegunaan fotovoltan. Boost converter menukarkan aras voltan dari 12V arus terus

bekalan ke 24V arus terus voltan keluaran. Rekabentuk boost converter memerlukan

elemen asas seperti induktor, kapasitor, diode, suis clan beban. Kesemua elemen

tersebut mempunyai peranan penting dalam sebuah boost converter. Sebuah gate

drive diperlukan untuk memacu suis, dan UC3843 dipilih kerana bilangan komponen

luaran yang minimum clan mempunyai ciri-ciri lain yang berguna untuk

menghasilkan output yang lebih baik. Simulasi menggunakan OrCad Pspice

menunjukkan nilai-nilai clan bentuk waveform yang bertindak sebagai panduan dalam

membina converter ini.

Page 7: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

V1

TABLE OF CONTENTS

CHAPTER TITLES PAGES

TITLE PAGE

ACQUISITION ll

ACKNOWLEDGEMENT ll1

ABTSRACT iv

ABTSRAK v

TABLE OF CONTENTS V1

LIST OF TABLES VllJ

LIST OF FIGURES ix

LIST OF APPENDICES XI

1 PROJECT OVERVIEW

1.1 Introduction 1

1.2 Project Objectives 2

1.3 Project Scope 2

1.4 Problems Statements 2

1.5 Project Methodology 3

1.6 Step of Progress 4

1. 7 Project Contribution 5

2 LITERATURE REVIEW

2.1 Boost Converter 6

2.2 Microcontroller UC3843 9

2.3 Pulse Width Modulation 11

2.4 MOSFET 16

2.5 Schottky Diode 21

Page 8: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

vu

3 CALCULATION 25

4 SIMULATION AND DISCUSSION

4.1 The Circuit Diagram 28

4.2. The Simulation Results Waveforms 29

4.3 Analysis of Results 30

5 IMPLEMENTING PROJECT HARDWARES AND ANALYSIS

5.1 General Description ofHardware 31

5.2 Laboratory Testing Results 33

5 .3 Analysis of Results 34

5 CONCLUSIONS AND FUTURE SUGGESTIONS

FOR IMPROVEMENTS 36

7 REFERENCES 38

8 APPENDICES 40

Page 9: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

TABLE

NO.

5.1

7.1

LIST OF TABLES

TITLE

The Values of Electronic Components

The Cost of Components

PAGE

32

39

Vlll

Page 10: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

lX

LIST OF FIGURES

FIGURE TITLE PAGE

NO.

l.1 Flow Chart of Methodology. 3

2.1 Basic design of a boost converter. 6

2.2 Mode l of boost converter. 7

2.3 Mode 2 of boost converter. 8

2.4 Internal Block Diagram of MOSFET' s gate

driver, UC3843. 9

2.5 The pin connections ofminidip UC3843. 9

2.6 The values of Ct and Rt determines the

switching frequency. 10

2.7 The output voltage waveform is the

combination of a triangle wave with a sine wave. 11

2.8 The method to generate a PWM wave. 12

2.9 (a) PWM signals at 10% duty cycle. 14

2.9 (b) PWM signals at 50% duty cycle. 14

2.9 (c) PWM signals at 90% duty cycle. 14

2.10 A simple PWM circuit. 14

2.11 The symbol of a Power MOSFET. 16

2.12(a) n-Channel enhancement-type MOSFET 17

2.12 (b) p-Channel enhancement-type MOSFET 17

2.13 Enhancement-type MOSFET general transfer

characteristic curve. 20

2.14 The symbol of a Schottky diode. 21

Page 11: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

x

2.15 Point contact Schottky diode 22

2.16 Deposited metal Schottky diode 22

2.17 Deposited metal and oxide film Schottky diode. 23

2.18 Junction of lightly doped n-type semiconductor with

a metal electrode. 23

4.1 The circuit diagram in simulation using OrCad. 28

4.2 Simulation of Input voltage of 12V DC. 29

4.3 From top; Output current, Inductor current and

Output voltage waveforms. 29

5.1 The circuit diagram of Boost converter of this

project. 31

5.2 The real circuit of Boost converter implemented. 32

5.3 The voltage waveform at UC3843 output. 33

5.4 The voltage waveform at output resistor. 33

5.5 Voltage waveform at gate MOSFET. 34

5.6 Voltage waveform at the input of inductor. 34

Page 12: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

t\PPENDIX

A

B

c

LIST OF APPENDICES

TITLE

The cost of components

Datasheet for the MOSFET used

Datasheet for Microcontroller UC3843

PAGE

39

40

48

Xl

Page 13: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

CHAPTER I

PROJECT OVERVIEW

1.1 INTRODUCTION

Photovoltaic (PV) means the change of light to electricity directly.

Photovoltaic systems use energy from sunlight to power ordinary electrical

equipment such as lighting. And this is where photovoltaic applications are. A PV

cell consists of two or more thin layers of a semi-conducting material, which is

silicone usually. When the material is hit by sunlight, electrical charges are

generated. Electrical output that could be generated from a single cell is very small,

so a lot of cells are connected together to form a panel or called PV array.

The advantages of PV applications is that it reqwres only a minimal

maintenance, almost maintenance-free. This is because of no moving parts present. It

operates silently. Typical PV modules have a rated output power of 75-120 Watts

peak each. Most PV modules are able to deliver a direct current (DC) electricity at 12

volts. So a Boost converter is very useful to add up the voltage value for the use in

many PV applications.

PV power is used in various applications. In lighting and small appliances,

PV can be used to light homes, operate televisions and radios. Remote residential can

benefit from PV since there may be no conventional electric grid

Page 14: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

2

1.2 PROJECT OBJECTIVES

The objectives of this project is;

a) To develop a Boost converter with an output value of24V de

b) To study the operation of a Boost converter and its requirements

c) To obtain a Boost converter that has minimum output ripple and preferably

quite high in efficiency.

1.3 PROJECT SCOPE

The work scope of this project is to simulate the output waveforms using

OrCad Pspice, and to build a Boost converter, that is de to de type and obtaining the

values and possible waveforms of the Boost converter using function generator and

oscilloscope.

1.3 PROBLEM STATEMENTS

The output voltage from a PV array is usually low in voltage, that is only 12V

de, so it is very important to have a converter that could increase the voltage level so

it will become usable for any PV applications. The PV output is also high in ripple

and unstable.

Page 15: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter

3

1.5 PROJECT METHODOLOGY

Information Searching

Find Out Scope, Objectives, Problems Statements

Study Circuit Operations

Identify Suitable Circuit Components

Implementing Project Hardware

OK

Project Realization

Figure 1.1: Flow Chart of Methodology

Page 16: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 17: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 18: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 19: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 20: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 21: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 22: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 23: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter
Page 24: eprints.utem.edu.myeprints.utem.edu.my/8354/1/Development_Of_Boost... · v ABSTRAK Projek ini adalah mengenai pembangunan sebuah boost converter untuk kegunaan fotovoltan. Boost converter