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:

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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

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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]

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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

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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

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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)

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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:

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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

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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

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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

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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

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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

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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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