Convertidor DC/DC Tipo Boost Autorregulado en Voltaje

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El interruptor descrito en la figura 1 en realidad puede reemplazarse por un relé, un transistor o un contacto eléctrico; la mejor opción es el transistor debido a que no sufre desgaste mecánico como las otras opciones y además tiene tiempos de conmutaciones muy superiores que lo hace la opción ideal.

Como comentario final el transistor debe configurarse entre las regiones de corte y tríodo para tecnología MOS o en corte y saturación para tecnología BJT.

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Etapa de control

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Figura 6 Esquema de control

Partiendo de la figura 8 se tiene un Sistema de control ya desarrollado en prácticas anteriores de laboratorio, pero en realidad solo aparece de manera ilustrativa porque es necesario modificar algunos puntos para conectarlo a la fuente de voltaje.

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Figura 7. Circuito controlador-actuador y planta con realimentación negativa.

La planta en este caso es la fuente de voltaje, la señal de realimentación negativa es la salida de voltaje.

La señal de error es generada por la diferencia entre dos valores, una señal de referencia (20 [V]) que es la señal que se desea a la salida de la fuente y la señal realimentada que es la salida de voltaje actual.

El actuador es el circuito que toma la salida del controlador, lo procesa y lo envía a la planta para obtener al final el valor deseado, en este caso viene desde la salida del diferenciador hasta la compuerta del transistor. La diferencia entre actuador y controlador es que el actuador maneja niveles de corriente y voltaje más altos, es decir actúa como una interfaz de baja/alta potencia en este caso específicamente.

El diferenciador o sumador, controlador, actuador tiene como núcleo los amplificadores operacionales (OPerational AMPlifiers), en el caso de este diseño los OPAMP’s usados son de referencia LM324 los cuales son de alimentación dual y permiten un voltaje diferencial a sus entradas de hasta 32 [V].

Por comodidad de diseño no se pretende usar un fuente externa para generar la referencia, por eso se opta por hacer un divisor de tensión a la salida de la fuente, esto se hace para atenuar el nivel de voltaje.

Ahora con estas consideraciones se tiene que si hay un voltaje a la salida de 20[V] entonces el divisor generará aproximadamente 5 [V] y la señal de referencia también tendrá 5 [V] y esto es más cómodo si no se quiere usar una fuente externa.

Como el divisor es resistivo, la carga se ve afectada pero el control autocorrige este efecto.

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Figura 8. Circuito complete, Fuente de voltaje y controlador

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Descripción etapa de control

La idea básica de este tipo de control es alternar entre dos estados uno encendido y el otro apagado, pero en realidad eso se traduce a girar el motor en un sentido y en otro con el fin de variar el PWM que va a entrar en la compuerta del transistor.

Todo comienza en el diferenciador, si existe una diferencia entre el valor medido y el de referencia entonces se genera una señal de error que pasa directamente al controlador; el controlador es un seguidor de tensión aunque podría ser un comparador de histéresis al final ofrecieron el mismo resultado ya que el error generado era una señal muy pequeña comparada con la referencia o la salida de la fuente.

Luego de pasar por el controlador, la señal pasa a través del actuador que consiste en un amplificador que maneja el voltaje de base de un arreglo de transistores que permite manejar la corriente y voltaje del motor. La velocidad con que reacciona el motor se puede ajustar con el potenciómetro que está en el lazo de realimentación del OPAMP que maneja los transistores.

El movimiento del motor es proporcional a la señal de error y a su vez el movimiento del potenciómetro que controla el PWM también es proporcional. El tipo de control usado se llama ON/OFF ya que alterna entre dos estados discretos.

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Imágenes y Resultados

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Figura 9.Voltaje de alimentación del convertidor

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Figura 10.Señal de PWM (Amarillo), Voltaje de salida del convertidor con el efecto del control, sin carga (Azul).

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Figura 11. Señal de PWM (Amarillo), Voltaje de salida del convertidor con el efecto del control, con carga (Azul).

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Figura 12. Señal de PWM (Amarillo), Voltaje de salida del convertidor con el efecto del control, con otra carga (Azul).

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Figura 13.Voltaje de alimentación de los amplificadores operacionales.

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Observaciones

- Para el correcto comportamiento del circuito es de vital importancia verificar los instrumentos a utilizar, debido a que por alteraciones internas de ellos se puede llegar a obtener resultados poco satisfactorios si no se tiene el debido cuidado.

- Tener las precauciones necesarias al trabajar el circuito, debido a que se está trabajando con corrientes relativamente altas, y podrían causar daños a los elementos.

- A la hora de tomar los datos es importante verificar que el ciclo de trabajo calculado de 60%, no varié, ya que al hacerlo estaría variando los anchos de pulso de la entrada, ocasionando tensiones no deseadas a la salida.

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Conclusiones

- Tener en cuenta, que los datos obtenidos tienen un margen de error con respecto a los teóricos, dado que los teóricos se hallaron de forma ideal sin tener en cuenta perturbaciones, como la temperatura, la exactitud de los implementos utilizados, la precisión de instrumentos de medición, entre otras cosas, por tales motivos no se obtuvieron exactamente los mismos valores pero si una muy buena aproximación.

- Debido a que se