BOOST CONVERTER

Tenemos un proyecto en mente, pero nuestra fuente de alimentación (pilas - baterias) no llega al valor que esperamos ¿Que podemos hacer? Si tu respuesta fue utilizar un boost converter estas en lo correcto. El día de hoy realizaremos este elevador tensión sin microcontrolador, empleando el famoso timer 555, algunos operacionales para el feedback y por supuesto la topología del boost converter. La ventaja principal de esta versión de boost converter es que el control no necesita un microcontrolador, asimismo puedes modificar la frecuencia de trabajo para colocar el inductor y capacitor que tengas a la mano.

TOPOLOGIA BOOST

En resumen la forma de trabajar de esta topología consta de 3 fases, las cuales se muestran continuación:

Fase 1

En está fase el condensador de salida se carga con la tensión de entrada.

Fase 2

En ésta fase. el interruptor o MOSFET crea un cortó circuito, y Toda la corriente se desvía a través del inductor. Debemos tomar en consideración que el capacitor de salida permanecerá cargado debido al diodo que está polarizado y no podrá descargarse. La fuente de alimentación no se cortocircuita de inmediato, ya que una de las propiedades del inductor es hacer que la corriente aumente relativamente lenta, muy aparte de crear un campo magnético alrededor del mismo.

Fase 3

El MOSFET se apaga y la corriente al inductor se detiene abruptamente. La naturaleza de un inductor es mantener el flujo de corriente. Por lo tanto, responde generando un gran voltaje con polaridad opuesta con respecto a su entrada. Si olvidamos el resto de los elementos del circuito, notamos que el inductor ahora actúa como una fuente de voltaje en serie. Esto significa que el ánodo del diodo está ahora con un voltaje más alto que el cátodo. ¡Ahora el condensador de salida está cargado a un voltaje mayor que antes, lo que significa que hemos aumentado con éxito su voltaje de salida respecto a su entrada!

IDEA EN PRACTICA

La topología boost necesita un inductor, capacitor, diodo y generador PWM. Veamos continuación como proporcionar adecuadamente cada uno de estos elementos.

El primero y segundo (inductor y capacitor) son calculados en base a la frecuencia de PWM (5.2 kHz), voltaje de entrada (5.5v), voltaje de salida (18v), corriente de salida (3A) a través de estas igualdades. No se mostrará en detalle los cálculos por cuestiones de tiempo, pero puedes acceder a este Excel que contiene las mencionadas anteriormente, el mismo que puedes descargar desde la página del canal. Retomando el cálculo como puedes notar me dio una inductancia de 249uH y 257uF, ambos valores cercanos a los que encontrarías comercialmente.

El tercero (diodo) deberá ser uno de conmutación de alta velocidad, en este caso en particular el SS34 en su versión smd. Para realizar una señal PWM en síntesis es necesario comparar 2 señales, la primera un diente de sierra y la segunda una señal constante de referencia.

El generador de diente de sierra (nombre de la onda), está conformado por el timer 555 en configuración astable, el cual de por si genera una onda cercana a la triangular (pero no lo que buscamos). (agregas pestaña de corriente constante) Para aproximarnos aún más debemos de añadir un circuito de corriente constante, el cual permite que el capacitor se cargue constantemente dándonos como resultado una señal sin la curva que tenía originalmente, ahora para variar la frecuencia cambiamos esta resistencia por una variable, lo cual permite disminuir o aumentar el tiempo de carga del capacitor, posteriormente añadimos un diodo para que nuestra onda recorra de 0 volts a los 2v como máximo.

La señal constante de referencia será creada por el zenner programable tl431, el cual con la ayuda de un potenciómetro y resistencia permitirán regular el voltaje deacuerdo a nuestro interés, 3.40v en este caso.

Ambas señales son comparadas por el mcp6002, que contine 2 amplificadores operacionales  rail to rail  y que permite obtener a su salida una señal de pwm, la cual será inyecta en el mosfet de canal N a esta, se le puede ajustar el ciclo de trabajo, lo cual se traduce en controlar la cantidad de energía que se envía a la carga.

TECNICA DE CONTROL

Asi como vamos, ya podriamos utilizar nuestro boost converter (simplemente variando el ciclo de trabajo del pwm), pero si colocamos una carga a la salida del convertidor notaras como el voltaje disminuye progresivamente, incluso llegando a colapsar la señal diente de sierra, (producto de la gran demanda de corriente).

Esto se soluciona a través de una etapa de control que incluye al feedback, con lo cual nos aseguramos que el voltaje de salida sea siempre el esperado. Añadimos un operacional entre la entrada de la señal o voltaje de referencia y la entrada no inversora del otro operacional, en este nuevo operacional para la entrada inversora se colocara una fracción del voltaje de salida y para la no inversora se colocara el mismo voltaje de referencia de 3.40v ya que necesitamos tomar una muestra del voltaje de salida del convertidor y posteriormente restarlo del voltaje de referencia para establecer una pequeña señal de error (V ERROR ). Esta señal de error se compara con la señal diente de sierra en el otro amplificador . El comparador emite una salida digital (PWM) que es enviada al mosfet. Cuando cambia el voltaje de salida del circuito, V ERROR también cambia y, por lo tanto, hace que cambie el umbral del comparador. En consecuencia, el ancho de pulso de salida (PWM) también cambia. Este cambio de ciclo de trabajo luego mueve el voltaje de salida para reducir la señal de error a cero, completando así el ciclo de control.

VAMOS CON EL ARMADO

Incicialente fue realizado en el protoboard, del cual puedo extraer 3 prouestas de circuito, los caules, se los presnto a continuación:

MODELO DE TRSNSITORES PUSH PULL: Tiene mayor eficiencia en cuanto activar o desactivar el mosfet

MODELO DE FRECUENCIA VARIABLE: se añade un otenciomero para variar la freucencia

MODELO DE OFFSET PROGRAMABLE se varia el votjae de referencia

Acontinuacion vermos todos en conjunto…(pasas a hablaren micro realidad)

PRUEBAS

Para evitar la naturaleza pro momentos impredeicble del protoboard decidí montar el cnjunto en una placa preperforada lo cual me permitió manejar mejor las mediciones realizadas, en esta tabla puedes notar la frecuencia, voltaje de entrada corriente de entrada, voltaje de salida y coltaje de salida, con la finalidad de hallar las respectivas potencias y posteriormente la eficiencia estimada.

 Como pudimos ver este circuito tiene sus ventajs y desventajas, dado como va cumple mis expectativas ya que lo empleare para alimentar un pack de baterías, de 12,6v, lo resaltable de esto emncionado es que el voltaje de etrada provendrá de nuestro panel solar ensamblado en este video… no estaría nada mal que te encamiens a realizar el tuyo propio empleando los conceptos mencionados, y quien sabe s ontener mejores resultados para la función que quieras destinarlo.

¿Qué te pareció? Sin duda un proyecto intesante, espero tus comentarios e iniciativa para desarrollar el tuyo propio, quizá con mejores ideas, no dudes en suscribirte darle like, y compartir. Sigue adelante y nos vemos en la próxima oportunidad.