R(Res. Intr. Da Bob.) 2.7mF

Transcrição

1 Introdução: O conversor DC para DC ou chopper, como costuma ser denominado, é usado para obter uma tensão DC variável a partir de uma fonte de tensão DC constante. Com este trabalho experimental procurámos testar a teoria que suporta os conversores DC-DC (step-down converter, step-up converter, step-down/step-up converter, etc). Os conversores DC-DC têm grande aplicação a regular fontes de DC, chaveamento de alimentadores de potência, UPS, equipamentos operados por bateria e em aplicações com motores DC para tracção eléctrica. Fundamentalmente um conversor CC-CC utiliza um ou mais interruptores para transformar um nível de tensão CC noutro nível desejado. Além disso, para obter essa conversão é normalmente utilizado um indutor, um capacitor. Neste trabalho tínhamos como objectivo implementar um conversor step-up, no qual elevamos uma tensão cc de 24V para uma de 100V, também cc. Realização Experimental: A montagem utilizada no elevador foi: Uma bobina, um condensador e um diodo ligados a uma carga. Controlados por um interruptor (neste caso um Power Mosfet ). Que constituem o circuito básico do conversor elevador. (imagempsim) Valor dos componentes utilizados no conversor: L R(Res. Intr. Da Bob.) C R(carga) 1mH 2 Ω 2.7mF 100 Ω Os valores da tensão máxima suportada pelo Power Mosfet e pelo o díodo são de V max =200V uma vez que a norma a utilizar para segurança na utilização dos mesmos prevê uma tensão suportável na ordem do dobro da esperada.

2 Principio de funcionamento do circuito: Usa-se o indutor L para fornecer uma corrente linear na entrada. Existe uma certa ondulação na corrente de entrada que é considerada desprezável devido à acção repetida de switching dar-se em altas frequências. O interruptor ao passar para o estado ligado (On-State), irá ter como consequência a ligação da bobina à alimentação, carregando-a. Ao passar para Off-state ( Interruptor desligado) a corrente cairá de modo violento e a energia armazenada na bobina será transferida para o condensador através do díodo,funcionando a bobina como uma fonte de corrente. O díodo, como elemento rectificador que é, deixando apenas a corrente fluir num sentido, obriga o condensador a descarregar-se pela resistência da carga. Em condições ideais, a perda de potência do conversor é zero. Portanto, a saída de potencia é igual á potência de entrada. No nosso circuito um Power Mosfet tinha o papel de interruptor, controlado por um circuito de comando. O circuito de comando é constituído por um comparador entre uma tensão DC e uma onda triangular ( dentes de serra ). Através do comparador temos t on quando a tensão da onda triangular é inferior a tensão DC e temos t off quando a tensão da onda triangular é superior á tensão DC. (fig 7.3 Power electronics pag. 163) Para realizar o circuito de comando utilizamos um TL594 para gerar as duas ondas necessárias (tensão DC e onda triangular) e um driver UCC27324 para alimentar o Power Mosfet (IRFP260N), à corrente necessária (4 A). Obtida a partir da simulação do PSIM. Na ligação do Power Mosfet ao circuito de potência a gate está ligada ao circuito de comando atrás referido, o drain está ligada entre a bobina e o díodo e a source á massa. Como já se referiu, neste trabalho queremos elevar uma tensão de 24V para uma de 100V. Usando uma razão de proporção concluímos que usando uma onda de dentes

3 de serra com um pico de 1V, a tensão de controlo cc deve ser de 0.76V (ou seja 76% do máximo da onda triangular). (foto breadboard) Vo Vi 1 t ( on) = =0.76 V, em que D= 1 D Ts Um dos métodos, o utilizado, para controlar a tensão de saída é a modulação do duty cycle a uma frequência constante, chamado PWM (pulse width modulation). O método não utilizado envolve tanto a variação de frequência como a variação do duty cycle, mais complexo e que requer o uso de tíristores. Ao aplicar uma tensão de entrada o valor médio da saída é controlada pela mudança de duração de t(on) e t(off), que somados são um período T(s). Resultados e Discussão: L 4.1mH 1mH R 2 Ω desprezável C 2.7mF 2.7mF Ro 33 Ω 100 Ω Vi 13.5 V 10V Vo 47V 50V Vgs 12V 13V Amplificação(elevação) x3.5 x5

4 Os valores obtidos na realização experimental, não foram totalmente de encontro aos obtidos no simulador (psim). Este facto deve-se: Bobina não ideal, possuindo uma resistência intrínseca elevada devido à sua produção artesanal. Isto implica também um acréscimo das perdas na bobina, afectando o seu rendimento. (Foi usado um segundo condensador no circuito de potencia para diminuir à ondulação(ripple) na saída Os efeitos dos elementos parasitas num conversor cc-cc step-up são devidos a perdas associadas à bobina, ao condensador, ao díodo e ao Mosfet. Ao contrário da característica ideal, Vo/Vi baixa à medida que o duty cycle se aproxima da unidade. Estes elementos parasitas foram ignorados neste trabalho, contudo podem ser incorporados em simulações avançadas por computador destes conversores.

5 Caso RL (resistência parasita da bobina) for igual a zero, estamos no caso ideal assumido acima. Caso contrário podemos ver a situação em que R/RL=100 (a verde na figura) ou um caso ainda pior em que R/RL=10 (a vermelho). Conclusão: Tanto a o step-up, o step-down e os outros conversores cc-cc, na sua forma básica são capazes de transformar energia numa só direcção. Consequência da sua capacidade para produzir apenas voltagem e corrente unidireccional. Em todos os conversores, a comutação do interruptor não causa descontinuidade no valor da corrente e da tensão.