Agradec!e"t#$ &ste &ste %roy %royec ecto to ue ue reai eai$a $ado do con con much mucho o es esuer$ uer$o> o> %or %or %art %arte e de os os integrantes de gru%o> com%rendiendo agunos d'as de trabajo> se agradece a Dios Dios %or darn darnos os a o%ortu o%ortunid nidad ad de vivir vivir esta esta e?%e e?%erie rienci ncia> a> a nuestr nuestros os %adres %or a%oyarnos> a nuestros com%añeros %or iustrar nuestra mente con conocimientos aun no revisados y gracias a director de este %royecto> 5ngeniero (atricio Chico> Docente de a &scuea (oit,cnica aciona> %or darnos darnos a o%ortu o%ortunid nidad ad de reor reor$ar $ar con este este %roye %royecto cto os conoci conocimie miento ntoss ad@uiridos.
!
Í"dce
C#"te"d# Caratua......................................................................................................... 1 +gradecimientos............................................................................................ ! 8ndice............................................................................................................. A Deniciones Bsicas:...................................................................................... )emoria descri%tiva.......................................................................................E #esumen ejecutivo:.....................................................................................E 4bjetivos:....................................................................................................E 4bjetivo %rinci%a:....................................................................................... E 4bjetivos es%ec'cos:................................................................................. E Determinación de a inductancia....................................................................E Construcción de a inductancia................................................................... E &s@uema -enera de circuito de dis%aro....................................................E Formas de onda obtenidas..........................................................................E Ccuo de vaores caracter'sticos de a inductancia...................................E 5m%ementación de conversor DC/DC Boost..................................................0 &s@uema -enera de conversor..................................................................0 Diseño de os eementos de %otencia..........................................................0 Diseño de circuito de contro......................................................................7 Determinación de votaje a a saida de conversor.................................. Bo@ue de com%aración con a reerencia................................................ 5m%ementación de controador (5..........................................................G 4btención de a onda %ortadora.............................................................. G 4btención de a (H)............................................................................. 11 Dis%aro de &emento de %otencia......................................................... 1! (ruebas reai$adas....................................................................................... 1A Concusiones y recomendaciones................................................................1
A
De%"c#"e$ &'$ca$( I"duct#re$( &s un eemento e,ctrico %asivo @ue amacena energ'a en orma de cam%o magn,tico> a %artir de a corriente @ue circua a trav,s de mismo> es muy usado en tros> en circuitos resonantes> en circuitos @ue imitan e di/dt> o en circuitos de amacenamiento de energ'a. &ntre sus caracter'sticas ms im%ortantes se tiene a curva de hist,resis magn,tica> e vaor de inductancia> a corriente de saturación> a densidad de Iujo magn,tico y a %ermeabiidad magn,tica.
Fg) *( F#t#gra+,a de u" "duct#r)
C#"-ertd#re$ DC.DC( 3os convertidores DC/DC> se han e?tendido am%iamente en a%icaciones de suministro de energ'a> ya @ue os circuitos eectrónicos de muchos dis%ositivos utii$an una uente DC como aimentación> como %or ejem%o ceuares> cacuadoras e incuso otros convertidores> siendo sus uentes comunes bater'as> (anees oares -eneradores DC y otros convertidores> os cuaes deben ser aco%ados %ara @ue %uedan uncionar a cabaidad> eso se ogra con a a%icación de as dierentes conguraciones de conversores DC/DC. 3as to%oog'as bsicas de os conversores DC/DC surgen a %artir de a era es%acia.
Fg) /( S$te!a de u"a c#"-er$#r DC.DC)
C#"-er$#r DC.DC &##$t( 3os conversores Boost o eevadores> son conversores DC/DC> amacenan energ'a de a uente en una inductancia n @ue e votaje a a sa'a aumente en reación directa a ancho de %uso de dis%aro de Jitch K)osetL> a ser una es@uema directo> en cierto %eriodo a uente entrega energ'a a a carga sin una amacenamiento %revio> %or o @ue no %uede uncionar en vac'o> si no se tiene un contro adecuado.
Fg) 0( E$1ue!a ge"eral de u" c#"-er$#r DC.DC 2&##$t3
4e!#ra de$cr5t-a Re$u!e" e6ecut-#( & %resente %royecto consiste en dos %artes> a construcción de una inductancia de @ue se sature en una corriente su%erior a am%erio> o cua se vericara con un circuito de dis%aro con un ancho de %uso muy %e@ueño en reación a %eriodo tota> y otra %arte @ue coneva a im%ementación de esta inductancia en un conversor DCDC eevador> e cua se aimentar con un votaje de 1!;dc> y %odr admitir cargas variabes.
O76et-#$( O76et-# 5r"c5al( •
Diseño y construcción de un conversor DC/DC eevador utii$ando una inductancia %reviamente construida.
O76et-#$ e$5ec,%c#$( •
•
•
#eai$ar e circuito de contro de conversor DC/DC &evador a n de @ue res%onda de manera eciente a a variación de cargas. )edir os %armetros adecuados %ara a determinación de os vaores caracter'sticos de a inductancia. ;ericar de orma %rctica os conocimientos ad@uir'os en e %resente semestre.
Deter!"ac8" de la "ducta"ca) C#"$trucc8" de la "ducta"ca) 1. Cocinando e Transormador E
!. uceo desarmado
A. Desarmando e bobinado
. 5nductancia con nueva bobina
0
E. 3istos %ara medir a inductancia
E$1ue!a Ge"eral d$5ar#)
del crcut# de
S!ulac8" del C#"tr#l
7
F#r!a$ de #"da #7te"da$)
C'lcul# de -al#re$ caracter,$tc#$ de la "ducta"ca)
G
Calcula"d# L L=
ΔV ∗ Δt ΔI
L=
15 V
ΔI
∗ Δt
L=
15 V
∗
110 mV 0.1
∗62 us
L=845 uH = 0.845 mH
Calcula"d# 9 L∗( 2∗ A 2 l 1 + A 1 l 1 + 2 A 1 l 2 ) µ= 2 2 N ∗ A 1∗ A 2 N =19 vueltas
D!e"$#"e$( l*:/;)=)0!!:=*)?@
2
mm
2
mm
A/:?)??>=)0:0/)?*
∗¿ 28.9 mm 2∗(32.4 mm + 71.46 mm ∗28.9 mm + 2∗( 71.46 mm ∗33.7 m m )) ¿ ( 0.845 mH ) ¿ µ =¿ 2
¿
−6
µ =1.76∗10
B=
2
2
H m
µ∗ N ∗i l
1"
B=
∗
1.75 10
−6
∗19∗1.12
12 0 mm
−3
B =0.31 2∗10
w 2
m
I!5le!e"tac8" del c#"-er$#r DC.DC &##$t (ara a im%ementación de este conversor se debe tener en cuenta os nivees tanto de votaje como de corriente @ue se manejara en e circuito de %otencia> como tambi,n a orma correcta de dis%arar a eemento de %otencia mediante e contro @ue se im%ementara.
E$1ue!a Ge"eral del c#"-er$#r) & conversor DC/DC Boost> a tener una to%oog'a sim%e> su im%ementación en a %arte de %otencia resuta sencia ya @ue contiene %ocos eementos @ue de ser dimensionados de a mejor manera se obtiene e resutado es%erado. &n a siguiente gura se %resenta e es@uema @ue se im%ementó en este %royecto teniendo en cuenta @ue e contro (5 anaógico ue im%ementado mediante o%eracionaes y una onda triangua de ata recuencia %ara @ue a seña (H) %ueda ser generada y mediante un eemento dis%arador de ata veocidad enviar a seña a )oset.
D$e# de l#$ ele!e"t#$ de 5#te"ca &n e circuito de %otencia se necesita ciertos eementos: • •
•
2na bobina a cua> ue construida en a ase a de %royecto 2na resistencia de %otencia de 1M> a cua imitara a corriente @ue %asa a trav,s de a bobina y %ermitir @ue esta no se sature. 2n Jitch de %otencia de ata veocidad> se escogió e )oset T(EEF"0> e cua ue recomendado %ara este ti%o de a%icaciones> a manejar 0"; y E"+. cuyo Datasheet se encuentra dis%onibe en: 11
•
•
•
•
•
htt%://JJJ.st.com/content/ccc/resource/technica/document/datashee t/"E/!"/0A/!d/c0/d/"/bG/CD""""!A11.%d/es/CD""""!A11.%d/jcr: content/transations/en.CD""""!A11.%d 2n ca%acitor eectro'tico de !!"uF de E";> este se escogió debido a @ue en as %ruebas reai$adas uno de vaores su%eriores se descargaba de manera muy enta y otros de vaores ineriores %resentaban un mayor ri$ado. #esistencia de AA"M de 1/!H> esta resistencia se coocó en %araeo a a carga %ara @ue e ca%acitor tenga un camino %ara descargarse de orma r%ida y as' mejorar e tiem%o de reacción a retirar a carga N#ecomendación de Director de %royectoO. Diodo 1E!10> de A+ a A";> este diodo es de acción r%ida y maneja a corriente @uerida %ara este conversor como tambi,n so%orta e votaje m?imo es%erado %ara e conversor. Dis%arador TC!G> este eemento %ermite aco%ar a seña de dis%aro dada %or e contro con e circuito de %otencia de manera ci> ya @ue %uede manejar ms corriente @ue a @ue env'a circuito de contro. Fuente de %oder> %ara a aimentación se utii$ó una uente de %oder de com%utadora de 7E"H ca%a$ de so%ortar A+.
3as cone?iones de a %arte de %otencia se reai$aron mediante e siguiente diagrama.
1!
D$e# del crcut# de c#"tr#l (ara e circuito de contro se im%ementó un controador (5> encontrado en internet y caibrado %ara esta a%icación> tanto a seña de entrada a controador como a de saida deben ser aco%adas %uesto @ue manejan dierentes nivees de votaje a @ue maneja e (5 de contro. Deter!"ac8" de -#lta6e a la $alda del c#"-er$#r + tener un conversor eevador de hasta ! ;> se debe tener un votaje a%ro%iado %ara @ue %ueda ser manejado %or e controador> %or o @ue se reai$ó un divisor de votaje a a saida de conversor con resistencias de 0.PM y !7PM> @ue %ermiten @ue e votaje a a saida de conversor %ase de !; a una vaor a%ro?imado de 0;> @ue %uede ser e'do %or e circuito de contro cimente.
+dems se debe recordar @ue este convertidor es variabe %or o @ue se debe im%ementar un circuito @ue entregue e et%oint de votaje y este votaje debe ser generado a%arte de votaje de saida de conversor> %or o @ue se usó a misma uente de aimentación de 1!;dc y un %otenciómetro. 1A
&l#1ue de c#!5arac8" c#" la re+ere"ca) &ste bo@ue es una resta entre a seña de reerencia y a reaimentación> se o reai$o mediante e am%icador o%eraciona T3"> en conguración de am%icador dierencia de ganancia 1. 3a resta es e error @ue entrara a (5> %ara @ue sea corregido> mediante a variación de ancho de %uso de dis%aro.
I!5le!e"tac8" del c#"tr#lad#r PI Teniendo e error se im%ementa e controador (5> e cua deber seguir a seña de error generada> se im%ementó a %arte %ro%orciona con ganancia de E/1!> %ara @ue %ueda ser com%arada de mejor maneja con a onda %ortadora de am%itud de E;. & circuito (5> ue sintoni$ado de orma em%'rica> es decir tomando en cuenta vaores encontrados en a bibiogra'a y a%ro?imndoos a vaores de eementos comerciaes y vericando su eectividad> %or medio de simuaciones> ya @ue de otra orma se deber'a saber toda a unción de transerencia de a %anta im%ementada.
&ste circuito %resenta un una seña de saida entre !.E; y !.E;> variabe de%endiendo e error @ue se tenga a a entrada> %ero debido a @ue se 1
necesita una seña de " a E;dc %ara ser com%arada con a orma de onda %ortadora> se im%ementa una eta%a con un am%icador en modo sumador a cua se e suma una seña de !.E;> esto se reai$ó %ara seguir a ógica de dis%aro> a cua se com%etara con a inversión de seña dada %or a misma conguración de circuito sumador.
+ sumar !.E;> y adems invertir a seña se cum%e con a ógica de contro @ue se debe tener> es decir cuando e error sea %ositivo K#eerencia mayor @ue reaimentaciónL> a reación de trabajo de dis%aro debe ser mayor a ".E y caso contrario es decir e error negativo K#eerencia menor @ue a reaimentaciónL> a reación de trabajo de dis%aro debe ser menor a ".E. 3a orma de onda de dis%aro se obtendr a com%arar a onda obtenida en este %aso con a onda %ortadora K4nda trianguar de ata recuenciaL. O7te"c8" de la #"da 5#rtad#ra (ara obtener a onda trianguar d am%itud de E;dc> se im%ementó e circuito descrito bsico descrito en e Datasheet de C5 Q#!!"0 K-enerador de ondasL> este circuito ue utii$ado ya @ue entrega una onda trianguar casi %erecta de ata recuencia> y am%itud reguabe. u datasheet est dis%onibe en: htt%s://JJJ.s%arPun.com/datasheets/Rits/Q#!!"0=1"="!"".%d.
1E
(ero se generó un inconveniente ya @ue a onda trianguar @ue se genera tiene un oSset> e @ue no %uede ser reguado %or e mismo circuito integrado> %or o @ue se im%ementó un circuito restador en base a am%icadores o%eracionaes.
10
O7te"c8" de la PB4 3a (H) %ara e dis%aro se contiene a com%arar a onda moduante con a %ortadora> %ara o @ue se utii$ó un com%arador de ata veocidad K3)A11L> e cua unciona mejor @ue un am%icador o%eraciona a momento de com%arar dos señaes.
D$5ar# del Ele!e"t# de 5#te"ca) (ara e dis%aro de eemento de %otencia se %ensó reai$ar con o%to aco%adores %ero deb'a a a recuencia @ue se manejaba esto no se %udo reai$ar ya @ue a os %ocos PU no ten'an una buena res%uesta> %or o @ue se ad@uirió un Driver %ara e dis%aro de )oset a ata veocidad KTC!GL> e cua %osee una ógica inversa> @ue ue su%erada a usa una com%uerta negadora 7""> @ue a tener ógica TT3> se debió reducir e votaje de saida de 3)A11 a E;dc> mediante un divisor de votaje de 1!; a E;. Datasheet de dis%arador TC!G dis%onibe en: htt%://JJ1.microchi%.com/doJnoads/en/DeviceDoc/!11GD.%d
17
Prue7a$ realada$ 3as %ruebas se reai$aron con A ocos como cargas y tambi,n con e circuito sin carga> obteniendo un votaje entre !A y !E ;> siendo nuestra reerencia !;> esta variación se debió a @ue e circuito no cuenta con todas as es%ecicación de un circuito comercia.
1
1G
C#"clu$#"e$ rec#!e"dac#"e$ •
•
•
•
3os conversores Boost son muy usados en circuitos de aimentación de e@ui%o DC> incuso se a%ican en con conversores en serie @ue o @ue hacen es generar una onda con menor distorsión @ue a onda %ro%orcionada %or a em%resa e,ctrica> esto se usa %ara a%icaciones es%eciaes. &?isten varias cases de am%icadores o%eracionaes> incuso e?isten a@ueos @ue son diseñados %ro%iamente como com%aradores como e 3)A11> @ue a %esar de su costo trabaja como un com%arador en ata recuencia a dierencia de t"> @ue es un am%icador en ata recuencia. 3as uentes de %oder de as com%utadoras a igua @ue todos os conversores tienen cierto margen de errores esto se debe a @ue se usan eementos con cierta toerancia> es decir no son eementos ideaes y se tiene %,rdidas> %or o @ue e conversor a%icado no est e?ento de estas variaciones e recomienda coocar una resistencia de bajo vaor en %araeo a a ca%acitor %ara cuando no se tenga carga este ca%acito %ueda descargar su energ'a en agVn eemento.
