Instituto Tecnológico de Estudios Superiores los cabos

Materia:

Electrónica Industrial.

Tema:

Control reductor-elevador. (Buck-Boost)

Alumnos:

Antonio Eligia Fuentes.

Maestro:

M.C Ismael Ojeda Campaña.

Fecha: 16/12/2011

Contents

Objetivo. ............................................................................................................................... 3

Introducción.......................................................................................................................... 3

Antecedentes. ....................................................................................................................... 4

Desarrollo. ............................................................................................................................ 5

Cálculos. ............................................................................................................................... 8

Fotos evidencia. .................................................................................................................... 9

Conclusión. ..........................................................................................................................14

Objetivo.

Diseñar e implementar un convertidor de CD-CD reductor elevador básico,

además de medir su desempeño.

Introducción.

Otra de las configuraciones básicas en modo conmutado es el convertidor

reductor elevador, el cual es ilustrado en la Fig. 7.1. Este convertidor como su

nombre lo dice, es capaz de alimentar la carga con un voltaje menor al de la

fuente de alimentación Vs o mayor. Esto, según el periodo de trabajo que se esté

implementando.

El convertidor consiste de fuente de entrada de CD Vs, un switch controlado, un

inductor L, un diodo D, un capacitor C y una resistencia de carga R.

Figura 7. 1. Convertidor CD-CD Reductor Elevador.

El ciclo de trabajo para esta configuración se calcula mediante la ecuación 1, de la

cual también es posible determinar la condición para que el voltaje sea de cero en

la carga idealmente.

𝑉𝑆 𝐷𝑇 = −𝑉𝑜(1 − 𝐷)𝑇 (1)

El valor del inductor se puede determinar de:

𝐿 𝑏 =(1−𝐷)2𝑅

2𝑓 (2)

Mientras que el valor del capacitor puede ser despejado de la ecuación de voltaje

de rizo que se presenta a continuación:

∆𝑉𝑜

𝑉𝑜=

𝐷

𝑅𝐶𝑓 (3)

Antecedentes.

Los convertidores buck-boost son el resultado de la combinación en cascada de un convertidor buck y otro boost. Así, si se suponen que el ratio de conducción D de estos dos convertidores básicos son idénticos, la relación entre la tensión de

salida V0 y la de entrada VD en modo de conducción continua viene dado por el producto de los ratios de conversión de cada convertidor conectado en cascada.

Esta característica permite que, en función del valor que adopte el ratio de

conducción D, la tensión de salida sea mayor o menor que la tensión de entrada, y además sus polaridades resultan opuestas. Por ello, los convertidores buck/boost se emplean principalmente en las fuentes de alimentación continua conmutadas,

ya que en ellas puede requerirse una tensión de salida negativa con respecto al terminal común de la tensión de entrada y donde la salida puede ser mayor o

menor que esta tensión de entrada.

Los convertidores cd se usan mucho para el control de motores de tracción de automóviles eléctricos, tranvías, grúas marinas, montacargas y elevadores de mina. Proporciona un control uniforme de aceleración, gran eficiencia y rápida

respuesta dinámica. Se puede usar en el frenado regenerativo de motores de cd para regresar la energía a la fuente. Los convertidores cd se usan en los

reguladores de voltaje de cd, y también se usan en conjunto con un inductor para generar una corriente de cd.

Desarrollo.

1.- Realice los cálculos para determinar los valores de los elementos que

componen el convertidor de cd-cd reductor elevador.

El valor del inductor se puede determinar de:

𝐿 𝑏 =(1−𝐷)2𝑅

2𝑓 (2)

Mientras que el valor del capacitor puede ser despejado de la ecuación de voltaje

de rizo que se presenta a continuación:

∆𝑉𝑜

𝑉𝑜=

𝐷

𝑅𝐶𝑓 (3)

Dichos cálculos están resueltos hojas posteriores.

2.- Arme el circuito y compruebe su correcto funcionamiento. Este deberá tener un

voltaje en carga que variara de un valor lo más cercano posible a cero hasta un

valor superior al de la fuente, de por lo menos dos veces el valor de Vs.

3.- Determine cual es la función del capacitor en este convertidor y obtenga la

forma de onda del voltaje en el mismo.

La capacidad del capacitor es lo suficientemente grande como para que se

considere que la tensión de salida se mantiene constante, es decir V0 (t) = V0.

Sin embargo, existe un pequeño rizado en esta tensión de salida.

a) Cambie el valor del capacitor por uno de mayor capacidad de almacenar

energía. Explique los resultados.

Los valores varían por consiguiente como me menciona anteriormente

no se mantiene el voltaje de salida constante.

b) Retire el capacitor, explique los resultados.

Existe un efecto de elementos parásitos debido a las perdidas

asociadas a la bobina, condensador, interruptor y diodo, repercutiendo en

forma importante en la relación entre las tensiones salida y entrada.

4.- Determine cuál es la función del inductor en este convertidor y de ser posible

observe la forma de onda de la corriente.

a) Aumente la capacidad de almacenar energía de la bobina, explique el

resultado de este cambio.

Cuando el interruptor S está cerrado, la alimentación proporciona

energía a la bobina, lo que origina un aumento de la intensidad iL. El

diodo, al quedar inversamente polarizado, aísla las etapas de

entrada y de salida del convertidor.

b) Disminuya la capacidad de almacenar energía de la bobina y explique su

resultado. Es caso de no poder realizar este paso, intente predecir el resultado.

Cuando el interruptor S se abre, el diodo comienza a conducir, y la energía

almacenada en la bobina se transfiere a la carga, no recibiendo ésta energía

alguna de la alimentación de entrada. La intensidad iL disminuye.

5.- Explique cuál es la razón por la que el voltaje en la carga tiene una polaridad

negativa a la de la fuente.

Este regulador proporciona un voltaje de salida que puede ser mayor o

menor al voltaje de entrada, la polaridad del voltaje de salida es inversa a la del voltaje de entrada, estos reguladores también se llaman reguladores

inversores. Presenta dos modos de operación que tienen el mismo funcionamiento que el descrito anteriormente para un regulador reductor. Presenta un pequeño rizo el cual puede ser despreciable, la salida de la

corriente es prácticamente continua.

6.- Cual es la función del diodo en esta configuración y cuál es la razón por la cual

está colocado en sentido inverso a los demás convertidores

Ocurre por el aumento de la intensidad en la bobina, lo cual produce que

este quede inversamente polarizado, aislando asi las etapas de entrada y

salida. Cuando este está en conducción energiza a la bobina y esta a su vez

transfiere a la carga energía, disminuyendo asi la Intensidad en la bobina.

7.- “No en todos los casos sucede”

¿Porque al llegar al ciclo de trabajo limite del PWM el voltaje en la carga

disminuye? No pude resolverlo, por tanto no puedo dar un dato concreto.

Cálculos.

Datos

𝑽𝒔 =12V

𝑽𝟎 =20V

𝒇 = 𝟖𝑲𝑯𝒛

𝑻 =𝟏

𝒇=

𝟏

𝟖𝑲𝑯𝒛= 𝟏.𝟐𝟓𝑿𝟏𝟎−𝟒

𝐃 = 𝟏 − 𝐕𝐨

𝐕𝐒= 𝟏 −

𝟏𝟐

𝟐𝟎= 𝟎.𝟒

El ciclo de trabajo para esta configuración se calcula mediante la ecuación 1, de la

cual también es posible determinar la condición para que el voltaje sea de cero en

la carga idealmente.

𝑉𝑆 𝐷𝑇 = −𝑉𝑜(1 − 𝐷)𝑇 (1)

𝑽𝒔𝑫𝑻 = −𝑽𝟎(𝟏 − 𝑫)𝑻 = −𝟏𝟐 (𝟏 − 𝟎. 𝟒)𝟏.𝟐𝟓𝑿𝟏𝟎−𝟒 = −𝟗𝑿𝟏𝟎−𝟒

El valor del inductor se puede determinar de:

𝐿 𝑏 =(1−𝐷)2𝑅

2𝑓 (2)

𝑳𝒃 =(𝟏−𝟎.𝟒)𝟐𝟏𝟎𝟎𝑲Ω

𝟐 (𝟐𝟎𝑲𝑯𝒛) =2.5

Mientras que el valor del capacitor puede ser despejado de la ecuación de voltaje

de rizo que se presenta a continuación:

∆𝑉𝑜

𝑉𝑜=

𝐷

𝑅𝐶𝑓 (3)

𝜟𝑽𝟎

𝑽𝒐=

𝑫

𝑹𝑪𝒇= 𝑪 =

𝑫

𝑹𝒇 (𝜟𝑽𝟎 /𝑽𝟎)=

𝟎.𝟒

(𝟏𝟎𝟎𝑲Ω)(𝟐𝟎𝑲𝑯𝒛)(𝟎.𝟎𝟏)= 𝟐𝑿𝟏𝟎

−𝟖

uF

Fotos evidencia.

Conclusión.

Antonio Eligia Fuentes

El regulador reductor elevador es muy útil ya que se puede varias el voltaje de

salida de 0 a un valor muy grande, pero no se tiene suficiente control para valores

muy pequeños o muy grandes del voltaje de salida. Eso según a mi criterio puesto

que se tuvieron varios problemas aunque la idea se mantenía del funcionamiento,

anexando así un PWM el cual no arrojaba a la salida la señal esperada

provocando errores en las pruebas y deduciendo una mala conexión la cual se

analizaba una y otra vez con diferentes componentes tales como amplificadores

operacionales 741, LM324 entre otros obteniendo de otras maneras resultados

esperados sin controlar los pasos estos últimos en función del PWM.