PROJETO E SIMULAÇÃO DO CONVERSOR BOOST
Por: Gabriel Nascimento • 15/8/2016 • Relatório de pesquisa • 993 Palavras (4 Páginas) • 623 Visualizações
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PROJETO E SIMULAÇÃO DO CONVERSOR BOOST
Eletrônica Industrial
Gabriel França do Nascimento
Cajazeiras, 05 de agosto de 2016
Conversores CC-CC
Os conversores DC-DC, também conhecidos como fontes chaveadas, são dispositivos eletrônicos utilizados para converter uma fonte de tensão contínua de um nível para outro. Utilizando comutação de sinal e armazenamento de energia através de elementos semicondutores (diodo) e armazenadores (indutor e capacitor).
A conversão se dá através do armazenamento temporário da energia de entrada e da liberação na saída com uma tensão diferente. É um método de conversão com eficiência de cerca de até 80% em relação à regulação de tensão linear. A utilização desta técnica também proporciona uma redução do tamanho dos dispositivos em relação aos lineares.
Porém a utilização de conversores CC-CC inclui um maior custo, complexidade e emissão de ruídos.
A conversão pode ser realizada para diminuir ou aumentar a tensão de saída em relação à tensão de entrada, conhecidos como step-down e step-up respectivamente.
Nesse trabalho será projetado e simulado o conversor de topologia step-up, conhecido como Boost.
Conversor Boost
No circuito step-up, a tensão de saída pode variar desde a fonte de tensão até diversas vezes a fonte de tensão. O circuito básico do boost é mostrado abaixo. Usa-se o indutor L para fornecer uma corrente linear na entrada.
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Figura 1 - Conversor BOOST
Projeto do conversor Boost – Analise matemática
Para a análise matemática deve-se considerar: condições de estado estável; período de chaveamento é T e a chave é fechada pelo tempo DT e aberta por (1-D)T; o indutor funciona no modo de condução continua; o valor do capacitor é muito alto e a tensão de saída é mantida constante em Vo; os componentes são ideais.
Análise para a chave fechada. Quando a chave S é fechada, o diodo fica polarizado reversamente. A lei da tensão de Kirchhoff em torno da malha contendo fonte, indutor e a chave fechada é,
VL = VS = L ou = [pic 3][pic 4][pic 5]
A taxa de variação da corrente é uma constante, logo a corrente aumenta linearmente enquanto a chave S ficar fechada. A variação na corrente do indutor é calculada por,
= = [pic 6][pic 7][pic 8]
Resolvendo para IL com a chave fechada,[pic 9]
(IL)fechada = [pic 10][pic 11]
[pic 12]
Figura 2 - Formas de onda do conversor boost
Análise para a chave aberta: Quando a chave está aberta, a corrente no indutor não pode mudar instantaneamente, então o diodo fica polarizado diretamente para fornecer um caminho para a corrente no indutor. Supondo que a tensão na saída Vo seja constante, a tensão no indutor é:,
VL = VS – VO = L [pic 13]
= [pic 14][pic 15]
A taxa de variação na corrente do indutor é uma constante, logo a corrente muda linearmente enquanto a chave está aberta. A variação na corrente do indutor enquanto a chave está aberta é
= = [pic 16][pic 17][pic 18]
Resolvendo para IL[pic 19]
(IL)aberta = [pic 20][pic 21]
Para o funcionamento no estado estável, a variação liquida na corrente do indutor é zero,
(IL)fechada + (IL)aberta = 0[pic 22][pic 23]
+ = 0[pic 24][pic 25]
Resolvendo para Vo,
VS (D + 1 - D) – VO (1 - D) = 0
VO = [pic 26]
Além disto, a tensão média no indutor deve ser zero para um funcionamento periódico. Expressando a tensão média no indutor sobre um período de chaveamento,
VL = VSD + (VS – VO)(1 – D) = 0
A corrente média no indutor é determinada considerando que a potência média fornecida pela fonte deve ser a mesma potência média absorvida pelo resistor de carga em condições ideais, desconsiderando as perdas,
IL = [pic 27]
As correntes máxima e mínima no indutor são determinadas pelo uso do valor médio e da variação na corrente,
ILmax = IL + [pic 28]
ILmin = IL - [pic 29]
A combinação mínima da indutância e da frequência de chaveamento para o modo de condução contínua num conversor boost é portanto
(Lf )min = [pic 30]
Lmin = [pic 31]
Tensão de ondulação na saída se dá por
CVC = = [pic 32][pic 33]
| = C[pic 34][pic 35]
= [pic 36][pic 37]
Alternativamente, expressando a capacitância em termos da tensão de ondulação na saída produz.
C = [pic 38]
Projeto do conversor boost
Projete um conversor boost que tenha saída de 30 V a partir de uma fonte de 12 V. Projete para o modo de condução continua no indutor e uma tensão de ondulação na saída que seja menor que 1%. A carga é uma resistência de 50Ω. Suponha que os componentes sejam ideais, f = 25 KHz.
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