Relatório de projeto conversor boost

Introdução

Conversores CC-CC

Os conversores estático CC-CC, também denominado de choppers, são formados por circuitos que contém elementos semicondutores de potência operando como chaves, e por elementos passivos, geralmente indutores, capacitores e resistores, que tem a função de controlar o fluxo de potência entre a entrada e a saída.

Os choppers são utilizados em diversas aplicações, dentre elas como regulador de tensão CC, abaixar ou elevar a tensão de uma fonte CC e utilização em inversores do tipo fonte de corrente (RASHID, 1999). De acordo com Borges (2013), existem várias tipos conversores CC, as principais topologias deste são: abaixador de tensão (buck), elevador de tensão (boost), a combinação abaixador-elevador (buck-boost), Zeta, Sepic e Cuk.

Conversor boost

Em um conversor boost a tensão de média saída V_0 é maior que a tensão média de entrada V_in. O digrama do circuito do conversor é mostrado na Figura 1.

Figura 1 – Topologia do conversor boost

Fonte: BORGES (2013)

A operação do circuito é dividida em duas etapas. Na etapa 1, quando a chave é ligada, o diodo está reversamente polarizado e a energia da fonte é transferida para o indutor. Essa etapa é mostrada na Figura 2. Na etapa 2, a chave é comutada e a energia armazenada no indutor, juntamente com a da fonte, fluirá pelo diodo, capacitor e carga. Nessa etapa o diodo fica polarizado diretamente e conduz, fechando o circuito ( RASHID,1999; BORGES,2013). A etapa 2 é ilustrado na Figura 3.

Figura 2 – Etapa de operação 1 do conversor boost

Fonte: BORGES (2013)

Figura 3 – Etapa de operação 2 do conversor boost

Fonte: BORGES (2013)

OBJETIVOS

Geral

Este trabalho tem por objetivo projetar um conversor CC elevador de tensão (Boost) e fazer a simulação do circuito.

Específico

Dimensionar os parâmetros do conversor: Ganho estático, Razão cíclica, indutância, capacitância e resistência;

Dimensionar os parâmetros da chave e diodo do conversor;

Simular o circuito no software PSIM 9.2;

Gerar os gráficos dos pontos de interesses do circuito do conversor;

Escolher a chave e o diodo adequada para o circuito.

 

Projeto do conversor boost

O dimensionamento do conversor foi realizado de acordo com os requisitos pré-estabelecidos do projeto, apresentados na Tabela1.

Tabela 1 – Características do conversor

Potência da carga (Pboost) 1 kW

Tensão de entrada (Vin) 75 V

Tensão de saída (V0) 180 V

Frequência de comutação (FS) 20 kHz

Ripple de corrente do indutor (ΔiL) 1%

Ripple de tensão do capacitor (Δvc) 8%

Fonte: Autores.

Foram determinados os parâmetros dos componentes utilizados no projeto com auxílio das equações descritas, e em seguida, realizou-se a simulação do conversor boost no software PSIM 9.2

Razão cíclica e Ganho estático

Utilizando a equação (1), determinou-se a ganho estático (G) do conversor.

G=1/(1-D)=V_0/V_i =180/75=2,40 (1)

Após foi determinado a razão cíclica (D_boost) a parti da relação demostrada na equação (1). Esses parâmetros são de fundamental importância na determinação dos parâmetros posteriores.

D_boost=1-V_i/V_0 =1-75/180=0,5833 (2)

Indutância

Calculou-se a corrente na carga a parti da equação (3).

I_carga=P_Boost/V0=(1000 W)/(180 V)=5,55 A (3)

Calculou-se a corrente no indutor a parti da equação (4).

i_L=I_carga/(1-D)=(5,55 A)/(1-0,5833)=13,3189 A (4)

Com o percentual de ondulação pico a pico da corrente no indutor (ΔiL) fixado em 1%, e utilizando a equação (4), obtém-se:

∆_iL=13,3189 ∙0,01=0,1331 A (5)

Assim, a indutância será dada pela equação (6).

L_boost= (V_i∙D)/(F_S∙Δi_L )=(75∙0,5833)/((20∙〖10〗^3 )∙(0,1331))=16,43 mH (6)

Capacitância

Com o percentual de ondulação pico-a-pico da tensão no capacitor (Δvc) fixado em 8%, e utilizando a equação (7), obtém-se:

〖∆v〗_C=180∙0,08=14,4 V (7)

A carga utilizada, foi calculada através de (8):

R_carga= 〖V_0〗^2/P_boost =〖180〗^2/1000=32,40 Ω