BOOST CONVERTER
CONVERTIDOR BOSST
I. OBJETIVOS
Analizar y comprender el comportamiento de un convertidor boost
Con la experiencia podemos encontrar la relación del voltaje de salida (Vo) y el
voltaje de Entrada (Vin).
Con la manipulación del Circuito del Boost Converter, podemos hallar
experimentalmente la eficiencia de dicho circuito y a la vez podemos determinar
cuáles son los parámetros que influyen en la variación de dicha eficiencia
Encontrar el error que tiene dicho circuito, comparando los resultados que sale
en la experiencia con los resultados teóricos.
II. DEFINICION
El convertidor Boost (o elevador) es un convertidor DC a DC que obtiene a su salida
una tensión continua mayor que a su entrada. Es un tipo de fuente de
alimentación conmutada que contiene al menos dos interruptores semiconductores y al
menos un elemento para almacenar energía. Frecuentemente se añaden filtros construidos
con inductores ycondensadores para mejorar el rendimiento.
Un conector de suministro de energía habitual normalmente no se puede conectar
directamente a dispositivos como ordenadores, relojes o teléfonos. La conexión de
suministro genera una tensión alterna (AC) y los dispositivos requieren tensiones continuas
(DC). La conversión de potencia permite que dispositivos de continua utilicen energía de
fuentes de alterna, este es un proceso llamado conversión AC a DC y en él se usan
convertidores AC a DC como rectificadores.
Electrónica de potencia
BOOST CONVERTER
La energía también puede provenir de fuentes DC como baterías, paneles solares,
rectificadores y generadores DC, pero ser de niveles inadecuados. El proceso de cambiar
una tensión de continua a otra diferente es llamado 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.
III. HISTORIA
Para aumentar la eficiencia, las fuentes conmutadas deben activarse y desactivarse
rápidamente y tener bajas pérdidas. La llegada de los dispositivos semiconductores de
conmutación de la década de 1950 supuso el mayor hito y provocó que fuentes conmutadas
como el convertidor Boost fuesen posibles. Los interruptores semiconductores pueden
conmutar rápidamente y ser más duraderos que otros conmutadores como válvulas de
vacío o relés electromecánicos.
El mayor desarrollo de los convertidores DC a DC se produjo a principios de la década
de 1960 cuando los interruptores semiconductores fueron dispositivos asequibles, además
se aplicaron en la industria aeroespacial, que necesitaba pequeños, ligeros y eficientes
convertidores.
En 1977 R.D. Middlebrook (CalTech) publicó los modelos para convertidores DC a DC
usados hoy en día usando el modelo del espacio de estados.
IV. ANALISIS DEL CIRCUITO BOOST CONVERTER
El principio básico del convertidor Boost consiste en dos estados distintos dependiendo del
estado del interruptor:
Electrónica de potencia
BOOST CONVERTER
Durante el Tiempo OFF
- Interruptor cerrado
- Fuente de alimentación del condensador para cargar
- Aumenta la corriente del inductor
Durante el Tiempo ON
- Interruptor abierto
- Asumimos que el diodo es ideal
- La corriente del inductor disminuirá
Electrónica de potencia
BOOST CONVERTER
MODO CONTINUO
Sea Ts = Ton + Toff
Ya que en el estado de equilibrio, la integral de VL = 0, durante un ciclo
∫V L ( t ) dt=0
(V d t on )+(V d−V 0 )∗(T S−ton )=0
V d T s=V o(T S−t on)
V O=V d[ T S
T S+t on]
Electrónica de potencia
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Donde D=t on
T S
V O=V d[ 11−D ] ….. (1)
Suponiendo un circuito sin pérdidas
Potencia de entrada = Potencia de Salida
V d I D=V o I O
V d
V o
=I o
I D
oI O
I D
=(1−D)
En donde I D = corriente entrada promedio
Supongamos que:
I D=iL (t)
Así
I D=I 1+ I 2
2( promedio decorriente de entrada) …. (2)
I D=I 0
1−D
Electrónica de potencia
BOOST CONVERTER
Entonces:
I 1+ I 2
2=
I 0
1−D…(3)
Ahora utilizando la siguiente definición
V L=Ldldt
iL (t )= 1L∫V L dt+ ic
I 2=1L∫0
ton
V d dt+ I 1
I 2=V d ton
L+ I1
I 2−I 1=V dton
L…(4 )
Acontinuación hallamos el sitio limítrofe donde la corriente del inductor se convierte
discontinua.
I 1=0
Electrónica de potencia
BOOST CONVERTER
I 2+ I 1=2 I O
1−D
I 2−I 1=V dton
L
2 I1=2 IO
1−D−
V d ton
L
PeroI 1=0
2 I O
1−D−
V d ton
L=0
I 0=(V d ton
2 L)(1−D)
De la ecuación (1): 1−D=V d
V O
Entonces:
I 0≥(V d ton
2 L)(
V d
Vo)
Electrónica de potencia
BOOST CONVERTER
CONDENSADOR RMS CORRIENTE RIZO
- Durante el tiempo ton, el interruptor esta encendido y el capacitor debe suministrar
la corriente Io a la carga
- Durante el tiempo toof, el interruptor esta encendido y el inductor proporciona Io a
la salida y también carga los gastos del condensador
Para 0 ≤ t ≤ toff , I L ( t )=I 2−mt
Dónde:
Electrónica de potencia
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m=I 2−I1
toff
I C ( t )=I L (t)−I O
Para otros tiempos:
I C (t )=−I O
I cRMS=√ 1Ts
¿¿
Voltaje de rizado debido a
ESR=∆ I∗RESR
V RR=I 2 RESR
Voltaje rizado debido a la carga:
∆ V =∆ qC
Durante ton, la cantidad de carga eliminada de C es: ∆ q=I O∗ton
Electrónica de potencia
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∆ V =I O ton
C
MODO DISCONTINUO
Sea Ts = Ton + Toff + TD , en donde TD = tiempo muerto
Durante el tiempo ton
Electrónica de potencia
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D1 = off
VL = Vd
Para el inductor:
V L=Ld lL(t )
dt
I L=1L∫0
ton
V L(t )dt
I 2=V d ton
L…(a)
Durante el tiempo toff
Diodo ideal
D1 = on
VL = Vd– Vo
Electrónica de potencia
BOOST CONVERTER
VL< 0
Para el inductor: V L=LdlL (t)
dt
iL (t )= 1L∫V L dt+ I 2
0=1L
∫ton
ton+toff
(V ¿¿d−Vo)dt+ I 2 ¿
I 2=Vo−V d
Ltoff …(b)
Para asegurar que está en modo discontinuo, decimos que:
tD=0.2 T S
ton+ toff ≤ 0.8 T S …(c)
Equilibrio: Potencia entregada por la fuente AVG
Pd=V d<iL>¿
Durante ton + toff ¿ iL>¿I 2
2
Electrónica de potencia
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¿ iL≥¿ iL>(ton+ toff )
T S
¿I 2
2[ ton+ toff
Ts]
PD=V d I 2
2[ ton+toff
Ts]
De la ecuación (a), decimos
I 2=V d ton
L…(a)
PD=V d
2 ton2 LT S
[Ton+ toff ]
Voltaje de salida:
Po = Vo Io
Pero
Po = PD
Electrónica de potencia
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Vo=V d
2 ton2 LT S Io
[ ton+toff ] …(d)
BALANCE DE ENERGIA
Energía disipadaen la cargadeciclo completo:
Eo = Vo*Io*Ts
Durante toff
- Toda la energía almacenada en L se entrega a la carga
- La fuente Vd proporciona la energía para carga
EL=12
L I 22
I 2=Vd ton
L
Entonces:
EL=1 L2
¿
Ahora encontramos la energía suministrada por la fuente
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Es = Vd<Id> toff
¿ I d>¿I2
2=Vd ton
L
ES=V d
2 ton2 L
toff
Entonces, el balance de la energía:
EL + ES = Eo
12 L
V d2 ¿n2 +
V d2 ton2 L
toff = Vo Io Ts
12 L
V d2 ton [ ton +t off ] = Vo Io Ts
CONDENSADOR RMS CORRIENTE RIZO
-Durante el tiempo ton y tdead, el capacitor debe proporcionar la corriente de salida (Ic = -Io)
-Durante el tiempo toff, la corriente fluye atreves del inductor y suministra la corriente de
salida y la carga del condensador.
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Ic = IL – Io
Durante 0 ≤ t ≤ toff ,
I L (t )=I 2[1− ttoff ]; I C=I L (t )−Io
Durante otros tiempos
Ic = -Io
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IcRMS=√ 1T s
¿¿
V. CALCULO DE LA BOBINA
L=V l x ∆ T∆ I
L =5 X 25 μH200 mA
L = 625μH
VI. GENERACION DE FRECUENCIA DE CONMUTACION
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Ts =50us
Fs=20KHz
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PROGRAMACION UTILIZADA EN EL PIC16F877A
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VII. CIRCUITO PARA EXITACIÓN DE MOSFET
VIII. VISUALIZACION DE DATOS
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IX. SIMULACION DEL CIRCUITO
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Circuito del Boost Converter
X. PROCEDIMIENTO PARA PODER DESARROLLAR DICHA PRACTICA
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a. Utilizar los componentes y configuraciones anteriormente vistos. Dicho circuito
corresponde al Boost Converter, contiene una bobina de 650uH, un condensador de
220uF, y resistencias.
La señal PWM es generada es generada con del uC PIC 16F877A, asi mismo se ha
añadido una realimentación a dicho uC, la cual por medio de resistencias, permitirá
obtener niveles de tensión a la entrada del ADC del uC (PIN RC0)
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GRAFICAS EN EL OSCILOSCOPIO
VOLTAJE EN BOBINA A UN DUTTY DE 50%
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GRAFICA DE DUTTY A 50%
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GRAFICA DEL DUTTY AL 75%
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GRAFICA DE LA CORRIENTE DE BOBINA A UN DUTTY DE 50%
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CUADRO DE DATOS.
Ítem Vin Vo(experimental)
Duty Vo(teórico)
Eficiencia N%
1 5 6.33 30% 7.14 92
2 5 7.36 40% 8.33 89
3 5 8.9 50% 10 87
4 5 10.9 60% 12.5 86
5 5 14.5 70% 16.6 87
6 5 20.26 80% 25 83
7 5 27.9 87% 38.4 72
XI. CONCLUSIONES
El BoostConverter es un elevador, en donde su voltaje de salida es mayor a su
voltaje de entrada, en el cual su proporción de elevación se debe al Duty que se está
trabajando
Cuando el Duty se va aumentando en el BoostConverter, a un porcentaje de 92% -
97% el efecto de amplificación se va deteriorando, y es por ello que su
funcionamiento no es el correcto.
El BoostConverter, es un convertidor DC – DC, el cual es una excelente manera de
obtener máximo provecho de una solo fuente de alimentación.
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