8/18/2019 Convertiro Boost

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Convertidor Boost(elevador).Hector Hernandez C.

ContenidoConvertidor Boost. ............................................................................. 1 

I.  Introducción. ............................................................................ 1 

II.  Principio de funcionamiento. ................................................... 1 

III.  Modelo matemático. ............................................................ 2 

Referencias ........................................................................................ 2 

I.I NTRODUCCIÓN.

En diversas aplicaciones es necesario obtener un voltaje más elevadoa partir de una fuente de voltaje continuo fijo, e.g. los motores de grúas,

trenes, montacargas, etc. requieren voltajes muy altos que se encuentraen orden de los 500V, los cuales no podrían ser suministrados por unasola batería y el usar un banco de baterías pudiera resultar poco

 práctico debido al peso y espacio que este requiere. La solución a estoes usar unas cuantas baterías y un circuito elevador, el cual elevara elvoltaje de salida de las baterías.

El convertidor Boost es un circuito elevador de voltaje Fig. 1.1, el cualusa las características del inductor y capacitor como elementos dealmacenamiento de energía, los cuales elevan la corriente de la fuentede alimentación, inyectándola en el capacitor elevando así el voltaje desalida.

Fig. 0.1Circuito básico de un convertidor Boost (elevador).

II.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

El circuito arranca cuando la onda cuadra aplica en la entrada delMOSFET se encuentra en su valor máximo durante el periodo inicial.Durante este tiempo el MOSFET actúa como un corto circuito entre el

lado derecho del inductor (L1) y la entrada de la terminal negativa dela fuente ocasionando que la corriente fluya de la terminal positiva (+)hacia la terminal negativa (-) a través del inductor, permitiendo queeste ultimó almacene energía en su campo magnético. Al mismotiempo el diodo (D1) se polariza de manera que no permita el paso dela corriente. Esto se representa en la figura 2.1 a continuación.

Fig. 0.2 funcionamiento del convertir durante el punto más alto al

inicio del periodo de arranque y cuando el interruptor se encuentraencendido.

El siguiente periodo se da cuando la onda cuadra se encuentra en suvalor mínimo. Cuando el MOSFET cambia rápidamente a apagado larepentina caída de la corriente en inductor causa una FEM de vuelta

 para producir un cambio en la polaridad del voltaje que lo atravesabadurante ese periodo, para mantener el flujo de corriente. Esto tienecomo resultado dos voltajes, el voltaje de alimentación (Vin) y la FEM(VL) de vuelta a través del inductor en serie una con el otro.

Debido a la polaridad del diodo la corriente ya no atraviesa elMOSFET, permitiendo que la suma de los voltajes V in y VL cargue elcapacitor (C1) y alimente la carga (Load). Esto se muestra en la Fig.2.2 siguiente.

Fig. 0.3 funcionamiento del convertir durante el punto más bajo de

 periodo inicial y cuando el interruptor se encuentra apagado.

Cuando inicia el siguiente periodo después del arranque el MOSFETse encuentra conduciendo, el cátodo del diodo es más positivo que elánodo esto se debe a la carga del capacitor, por lo tanto, el diodo seencuentra apagado pero la salida del circuito se encuentra aislada de laentrada permitiendo que la carga siga siendo alimentada por la energíaalmacenada en el capacitor. A pesar que la energía en el capacitor esabsorbida por la carga durante este periodo, el capacitor es recargadocada vez que MOSFET cambia a apagado, esto mantiene una salida devoltaje constante hacia la carga. Esto es representado por la Fig. 2.3.

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Fig. 0.4 funcionamiento del convertir durante el punto más alto del

segundo periodo y cuando el interruptor se encuentra encendido.

III.MODELO MATEMÁTICO.

La relación entre el voltaje y la corriente en el inductor está dada por:

Para un pulso constante rectangular:

De esto se puede observar que la corriente es una rampa linear, dondeel voltaje es pulso constante.

Cual el transistor cambie a encendido la corriente es:

Cuando el transistor cambie a apagado la corriente es:

Donde VD es la caida de voltaje que pasa por el diodo, y V Trans es lacaída de voltaje que pasa por el transistor. Tome en cuenta que el límitede continuidad/discontinuidad ocurre cuando I0 es cero

A través de la ecuación de Δi, podemos resolver para el voltaje desalida Vout:

También podemos resolver para un ciclo de la siguiente forma:

Si despreciamos las caídas de voltaje en el transistor y en el diodoentonces:

Referencias

[1] Lazar Rozenblat, «LAZAR's POWER ELECTRONICS GUIDE,» [Enlínea]. Available: http://www.smps.us/.

[2] R. Colomo Ibañez, «Convertidor Dc/Dc Reductor (Buck) Con Control DeCorriente Y De Tension,» Escuela Técnica Superior De IngenierosIndustriales Y De Telecomunicación , Pamplona, 2013.

[3] E. Nieto, «Fidestec,» Comó funcionan las fuentes de alimentaciónconmutadas , [En línea]. Available: http://fidestec.com/blog/fuentes-de-alimentacion-conmutadas-01/.

[4] J. L. Gamboa Quesada , «Guía de Diseño y Análisis de ConvertidoresConmutados de alta Frecuencia,» Universidad de Costa Rica Facultada de

Ingeniería, 2008.