Practica 4-analisis y ensayos de convert boost.pdf

8/17/2019 Practica 4-analisis y ensayos de convert boost.pdf

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SISTEMAS ELECTRÓNICOS DE ALIMENTACIÓN

I.T.T.(S.E.) -Universitat de València- Curso 03/04 1

Práctica 4: Análisis y ensayo del Convertidor BOOST.

Objetivo:

• Comprender y analizar el funcionamiento del convertidor conmutado sin aislamiento galvánicotipo Boost.

• Visualización de las principales formas de onda de la etapa de potencia. Identificación de losmodos de funcionamiento continuo y discontinuo.

• Ajuste y puesta en funcionamiento del convertidor diseñado.

• Realización de las medidas de rendimiento, regulación de línea, regulación de carga, rizado,ruido, etc.

Contenido de la Práctica:

1.- Trabajo previo: Estudio de las características del convertidor Boost (elevador).

2.- Especificaciones:

Diseño BOOST: V12:Vi = ii V0.2:V ⋅=∆ V4.2Vi =∆ V0.6:VF =

V18:Vo = A1.0:Iomín = A1:Iomáx =

Hz1075:f 3s_boost ⋅=

La estructura de este convertidor se muestra a continuación:

- Circuito de control y disparo del conmutador:Para estas dos funciones utilizaremos la placa de control empleada en la practica 2.

3.- Montaje: Placa de control PWM con driver aislado + Placa base de losconvertidores conmutados sobre placa de circuito impreso.Módulos independientes para el conmutador, Inductancia, Diodo yCondensador.

Placa de soporte:

+

Vin

-

+

Vo

-

A B

C D

Boost

F

iF boost

VVo

VVVo:D

+

−+=

Vin RLC

D

M

L


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4. RESULTADOS EXPERIMENTALES 4.1.-PWM Calcular, a partir de las especificaciones del convertidor Boost, el ciclo de trabajo máximo ymínimo de funcionamiento:

CONVERTIDOR BOOST

DmaxDmin

Disponer los Interruptores en la siguiente posición:

SW2 SW1 R4 R3 SW3 C12 R15 Abierto

(Sinpuente)

Cortocircuito 27kΩ Cortocircuito A tierra. (Puenteen partesuperior.)

Cortocircuito 270Ω

Comprobar el correcto funcionamiento del PWM:

1. Fijar a través del Conector 1 Vin=12V para la alimentación de la placa (se va a utilizar lamisma tensión de alimentación para la placa PWM y para el Boost) y una tensión auxiliaren Vo de 18V.

2. Con SW2 abierto variar P1 para tener Vpin1 = Vpin2 del UC3524 con un ciclo de trabajo enel emisor de aproximadamente:

F

iFemisor

VVo

VVVo:D

+

−+= = ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅

Dicho valor estará comprendido entre los valores máximo y mínimo calculadospreviamente. De esa forma al aplicar esta señal de disparo al mosfet del convertidorBoost obtendremos una tensión de salida Vo de aproximadamente 18V. En ese momentola tensión en las patillas inversora y no inversora del amplificador de error debe ser enambas de aproximadamente 2.5V.

CARGA+

Vin

-


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3. Conectar SW2 (puente en parte superior) comprobando que la señal de disparo setransmite correctamente a la salida del circuito de aislamiento (VGS).

4. Desconectar la fuente de alimentación.

4.2. Convertidor BOOST

1. Conectar los 4 módulos que forman el convertidor Boost tal como se indica en el guión.

2. Conectar una carga de 47Ω.

4.3. Conexión PWM – Boost

1. Conectar el circuito de control (PWM) al convertidor tal como se indica:

GPWM(rojo) → GBOOST

SPWM (negro) → SBOOST LAZO ABIERTO:

2. Conectar la alimentación común de 12V al circuito de control y a la placa de potencia yajustar su limitación de corriente a casi el máximo. Conectar una tensión de 18V auxiliar

en Vo de la placa de control (Lazo abierto). Con estas condiciones ajustar el ciclo detrabajo para obtener a la salida del convertidor Boost una tensión aproximada de 18Vvariando el valor del potenciómetro P1.

Apagar la fuente y desconectar la tensión auxiliar Vo de la placa de control.

LAZO CERRADO: 3. En este apartado se va a observar el funcionamiento del sistema en lazo cerrado. Para

ello habrá que realimentar el circuito llevando la tensión de salida del convertidor a Vo dela placa de control. Por otra parte, el amplificador de error va a incluir un circuito decompensación PI cuyo objetivo es proporcionar una gran ganancia a baja frecuencia afin de eliminar el error estacionario.

Con C12 = 47nF y en lazo cerrado reajustar, si fuera necesario, el ciclo de trabajo paraobtener a la salida del convertidor Boost una tensión de 18V variando el valor delpotenciómetro P1.Hay que tener en cuenta que si se hace trabajar al sistema con esta compensaciónsin cerrar el lazo de realimentación, la ganancia DC en estado estacionario es muygrande por el efecto del condensador C12. El efecto de esta ganancia se manifiesta en

la imposibi lidad de estabilizar el ciclo de trabajo.

4.4. Modo de funcionamiento contínuo

Dibujar las formas de onda indicadas a continuación:

IMPORTANTE: Deben indicarse en cada oscilograma los niveles de tensión, identificando encada uno de éstos los tramos correspondientes a los tiempos de conducción (ton) y corte (toff )del transistor, verificando a su vez que los niveles obtenidos se corresponden con los teóricos.Explicar brevemente las formas de onda obtenidas.

+

-

KVo

Vref

R4 C12


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CH1: ....... CH2: ....... B.T.: ....... VKA

CH1: ....... CH2: ....... B.T.: ....... VL=VL+-VL-

CH1: ....... CH2: ....... B.T.: ....... VDS e IL


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CH1: ............. B.T.: ............. Idiodo

CH1: ............. B.T.: ............. IMOS

CH1: .............. B.T.: .............. ∆Vo


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• Mediante el empleo de un circuito resonante (serie o paralelo) obtener el valor de lainductancia:

L= ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ µH

• Obtener teóricamente la tensión máxima que debe ser capaz de bloquear el transistor y la

corriente máxima que puede circular a través de éste. A partir de las formas de ondaanteriores determinar dichos valores de forma experimental. Comparar los valores teóricos yexperimentales y justificar la selección adoptada para el transistor.

Valores teóricos Valores experimentales

VDS (max)IMOS (max)

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• Obtener teóricamente, a partir de las especificaciones del convertidor, la tensión inversamáxima que debe ser capaz de bloquear el diodo, así como los valores de la corrientemedia y máxima a su través. A partir de las formas de onda anteriores determinar dichosvalores de forma experimental. Comparar los valores teóricos y experimentales y justificar laselección adoptada para el diodo.

Valores teóricos Valores experimentales

VRRMIF (AV)

IF (max)

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Variación de la tensión de salida frente al ciclo de trabajo

El ciclo de trabajo que proporciona el circuito de control (en lazo cerrado) depende de Vo yaque en cuanto se detecte una pequeña variación de ésta repercutirá en la salida proporcionadapor el amplificador de error del PWM y por tanto en el ciclo de trabajo de la señal de disparo(aumentando o disminuyendo). Con ello se logra mantener la tensión V o, fijada al principiosegún las especificaciones dadas para el convertidor. Por otra parte es posible controlar el ciclode trabajo actuando directamente sobre el potenciómetro P1, según la variación que seproduzca, la tensión de salida del convertidor podrá aumentar o disminuir.

Indicar en la siguiente tabla la variación de la tensión de salida del convertidor en función del

ciclo de trabajo, variando éste en un intervalo del 20% al 40% con una carga de 47Ω.


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Vo(V) Duty(%)teórico. Duty(%)experim.

Tener en cuenta que la presencia del zener Dz_3V9 limita el valor del ciclo de trabajo a unmáximo ligeramente inferior al 50%. Al finalizar, ajustar P1 para Vo = 18V.

Regulación de línea (LAZO CERRADO)

Este parámetro se define como la máxima desviación de la tensión de salida respecto a suvalor nominal para variaciones de la tensión de entrada entre sus valores extremos. La medida

de la regulación de línea se va a realizar a carga nominal (47Ω). La regulación se calculará

mediante la siguiente fórmula:

x100V 0nom

|V input 0-V input 0| = RL[%]

mín) _ (máx) _ (

Vin 14V 13.5V 13V 12V 11V 10.5V 10V

V0

La regulación de línea será pues: RL[%] = ..........

Volver a ajustar Vin = 12V.

Regulación de carga (LAZO CERRADO)

Donde por regulación de carga se entiende la diferencia entre la medida de V0 para máximacarga y V0 para circuito abierto, o para la mínima carga especificada en el convertidor, siemprebajo condiciones de Vin nominal.

Vin nominal = 12V x100V0nom

|)RLmin(V 0-)RLmax(V 0| =RC[%]

RL 22 47 2x47

Io

V0

La regulación de carga será pues: RC[%] = ..........

Cuando se conecta una carga de 22Ω en la salida de 18V del Boost, se supera la potencia quepuede proporcionar la fuente de alimentación de entrada cuando ésta se ajusta para obtener latensión de 12V de entrada (ya que la limitación de corriente de dicha fuente es del orden delamperio). Por ello, en dicho caso, se ha de obtener la tensión de alimentación común de 12Vdel circuito de control y de la placa de potencia mediante la conexión en paralelo de las dossalidas de la fuente de alimentación de entrada y colocar su limitación de corriente a casi elmáximo (con ello se podrá obtener una corriente máxima a la entrada de 2A).


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Rendimiento (LAZO CERRADO)

Se define como el cociente entre la potencia de salida y la potencia de entrada expresada en

porcentaje. Normalmente se especifica a máxima carga y a Vin nominal.

Vin nominal = 12V 1000 ⋅=⋅

⋅

⋅

iii

00

P

P100

IV

IV =η

RL 22 47 2x47

V0

I0

Vin

Iin

El rendimiento será: η = ...........

4.5. Modo de funcionamiento discontínuo

Para el valor de la inductancia utilizada, calcular la corriente de salida para la que se alcanza elmodo de funcionamiento discontínuo.

L= ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ µH ( ) =−⋅⋅⋅⋅

=2

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D D f L

V I

s

o

disc ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ A

Seleccionar una carga para que se alcance dicho modo.

RL ≥ ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ Ω Escogemos RL = ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅ Ω

Ajustar el ciclo de trabajo para mantener la tensión de salida especificada de 18V.

Dibujar las formas de onda indicadas a continuación.

IMPORTANTE: Deben indicarse en cada oscilograma los niveles de tensión, identificando encada uno de éstos los tramos correspondientes a los tiempos de conducción ( ton) y corte (toff )del transistor, VERIFICANDO a su vez que los niveles obtenidos se corresponden con losteóricos. Explicar brevemente las formas de onda obtenidas.


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CH1: ....... CH2: ....... B.T.: ....... VKA

CH1: ....... CH2: ....... B.T.: ....... VL=VL+-VL-

CH1: ....... CH2: ....... B.T.: ....... VDS e IL


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CH1: ............. B.T.: ............. Idiodo

CH1: ............. B.T.: ............. IMOS

CH1: .............. B.T.: .............. ∆Vo


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Veamos a continuación las formas de onda más características del convertidor Boost enmodo continuo:


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Veamos a continuación las formas de onda características del convertidor Boost enmodo de funcionamiento discontinuo (DCM):

VDS

Vin

Vo

VF

VDS(ON)0

VKA Vo-VDS ON

-VF

Vin-Vo

VL Vin-VDS(ON)

Vin-(Vo+VF)

IMOS

0

0

0

0

ID

IL

0

Iin

IC Io

0

0

0

VC

VESR

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