Convertidor elevador boost

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RESUMEN

En esta práctica se realizó el análisis del comportamiento de las señales de un convertidor de cd-cd tipo Boost que es capaz de elevar el voltaje de salida hasta obtener un valor deseado de una manera más segura. Se realizará el diseño de este convertidor Boost en psim en donde se mostrará cómo se obtuvieron las formas de onda de la fuente de alimentación, del transistor, inductor, capacitor y la carga; y así mismo se analizará el comportamiento respectivo de cada onda obtenida.

INTRODUCCIÓN

Los convertidores de potencia de CD-CD (corriente directa) son circuitos electrónicos asociados a la conversión, control, y acondicionamiento de energía eléctrica donde la potencia de salida puede ser de unos cuantos miliwatts a megawatts. La fiabilidad de estos convertidores de potencia es clave ya que deben ser robustos con el fin de lograr una vida útil elevada. Dentro de las topologías de los convertidores de CD-CD.

En este trabajo se considera la topología Boost que tiene como característica principal que el voltaje salida siempre es mayor al voltaje de entrada, por esta razón es necesario tener una ley de control que realice este propósito, además es necesario evitar cambios bruscos en la corriente y el voltaje lo que ayuda aumentar la vida útil de los dispositivos a los cuales se conecte el convertidor. Los convertidores de potencia de CD-CD Boost se pueden aplicar dos tareas de control: la de regulación y la de seguimiento de trayectoria del voltaje de salida.

PALABRAS CLAVE

CONVERTIDORES DC/DC.

Los convertidores DC/DC son circuitos capaces de transformar niveles de voltaje en otros  usando elementos como bobinas y capacitores, almacenando temporalmente energía en  ellos y descargándola de tal forma que los niveles de voltaje final son los buscados.

CONVERTIDORES BOOST.

El convertidor tipo Boost es un circuito elevador de tensión, que usa las características del inductor y el capacitor como elementos almacenadores de energía para elevar la  corriente proveniente de la fuente de alimentación y usarla para inyectarla al  condensador, produciendo así niveles de voltaje mayores en la carga que los de la  fuente.

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PWM.

La modulación por ancho de pulsos también conocida como PWM, siglas en inglés de  pulse-width modulation de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se  modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica senoidal o una cuadrada.

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CICLO DE TRABAJO.

es la relación que existe entre el tiempo en que la señal se encuentra en estado activo y el periodo de la misma.

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DESARROLLO.

para este circuito simulado se necesitaron los siguientes elementos de circuito: capacitor, inductor, fuente de alimentación, carga, transistor y el diodo.

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Figura 1.0.

Para esta simulación se utilizó una resistencia de 1 ohm para facilitar el análisis de las formas de onda obtenidas, al igual que el convertidor buck este se divide en etapas, que son necesarias para su funcionamiento, las cuales son las siguientes:

Etapa de alimentación.

En esta etapa se definió el voltaje de corriente directa con el cual se alimenta el circuito. es una parte muy importante ya que será el voltaje base del cual parte la elevación de voltaje que se verá reflejado en la etapa de la carga la cual mostrará el voltaje de salida del convertidor.

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Figura a Alimentación cd.

Etapa de conmutación

En esta etapa se define el ciclo de trabajo D, el cual estará controlando la conmutación del MOSFET, normalmente cuando se hace la práctica en físico se utiliza un circuito complejo el cual realiza la función del PWM.

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figura b. Control del ciclo de trabajo.

Etapa filtro pasabajas

En esta etapa se eliminan los rizos de voltaje que pueden llegar a quedar debido a la conmutación para así lograr un voltaje más estable.

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Figura c. Filtrado del capacitor

Etapa de carga

En esta etapa se puede ver que se está utilizando una resistencia de 1 ohm para facilitar el análisis de las señales obtenidas.

también esta etapa es la salida de nuestro convertidor en la cual se ve reflejado el aumento de voltaje que hay respecto a la entrada el cual está en función del ciclo del trabajo, el cual se calcula de la siguiente forma

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Tomando en cuenta que el voltaje de entrada es de 10 volts y el ciclo de trabajo es de 0.5, el voltaje de salida debe de dar un valor máximo de 20 volts.

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Figura d. Resistencia de carga

RESULTADOS

El primer elemento a analizar será el inductor.

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En la primera parte de la grafica se representa el control, con el cual se activa el transistor, cuando se enciende el transistor el voltaje del inductor es el valor de la fuente se observa en la parte de en medio de la gráfica, el transistor se comporta como un corto, se comienza a cargar el inductor, por el transistor fluye toda la corriente del inductor se observa en la parte de debajo de la gráfica. Se empieza a cargar el inductor hasta completar su carga o que se desactive el transistor.    

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