PROJETO E SIMULAÇÃO DO CONVERSOR BOOST

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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]

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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.