1. Convertorul CC-CC Ridictor - Boost

1.1 Breviar teoretic

Convertorul cc-cc ridictor face parte din configuraiile clasice, producnd la ieire o

tensiune mai mare dect tensiunea de la intrare. Se compune din tranzistorul T cu rol de

comutator, dioda D, bobina L i condensatorul C (figura 1).

Tranzistorul T comut periodic tensiunea UI pe bobina L. Pe durata conduciei

tranzistorului T o parte din energia absorbit din UI este stocat n L. Dioda D este polarizat

invers i curentul IS este asigurat de sarcina stocat n condensatorul C. Cnd tranzistorul T se

blocheaz, tensiunea autoindus n bobina L deschide dioda D. Prin bobina L circul acum

curentul de sarcin i curentul de ncrcare al condensatorului de ieire.

Se va analiza doar funcionarea n regim staionar. Vom distinge dou moduri de

funcionare:

a) funcionare n conducie nentrerupt;

b) funcionare n conducie ntrerupt.

Fig. 1 Schema convertorului cc-cc ridictor.

Formele de und prezentate n figura 2 descriu funcionarea convertorului cc-cc pentru

cele dou moduri i au fost reprezentate n urmtoarele ipoteze simplificatoare:

- cderile de tensiune pe comutatoare n stare de conducie sunt nule;

- cderea de tensiune pe condensatorul de ieire aproximativ constant;

- rezistena bobinei i condensatorului este 0;

- timpii de comutare ai diodei i tranzistorului foarte mici n raport cu perioada de

comutaie T .

Fig. 2 Curenii i tensiunile pentru convertorul c.c.-c.c. ridictor: a) regim nentrerupt; b)

regim ntrerupt.

1.1.1 Funcionarea n conducie nentrerupt

n ipotezele enunate mai sus se pot scrie urmtoarele relaii:

- pe durata de conducie a tranzistorului (TC):

T

I-IL=

T

IL=U=U

C

minLmaxL

C

L

IL

(1)

- pe durata de blocare a tranzistorului (TB):

B

minLmaxL

B

L

ISLT

IIL

T

IL=UU=U

(2)

innd seama c n regim permanent valoarea medie a tensiunii pe bobin este nul se

poate scrie:

BISCI TUUTU (3)

de unde rezult:

1

1U

T

T1UU I

B

CIS (4)

U

U-1 T=T

S

IC (5)

U

UT=T

S

IB (6)

S-a inut cont c: BC TTT ; T

TC (factorul de umplere) .

Considernd IS ca fiind valoarea medie a curentului prin diod se poate deduce (figura

2a):

T

TI2=I+I

B

SminLmaxL (7)

Din (1) i (5) rezult relaia:

I=U

U-1

L

TU=

L

T U=I-I L

S

IICIminLmaxL

(8)

iar din (7) i (8):

U

U-1

L2

TU-

U

UI

L

TU

1

I=

2

I-

T

TI=I

S

II

I

SS

ISL

B

SminL

(9)

U

U-1

L2

TU+

U

UI

L

TU

1

I=

2

I+

T

TI=I

S

II

I

SS

ISL

B

SmaxL

(10)

Din relaia (4) se observ c n conducie nentrerupt tensiunea de ieire nu depinde de

sarcin. De asemenea forma curentului prin bobin nu este afectat de curentul de sarcin,

aceasta deplasndu-se n sus i n jos dup cum IS crete sau scade.

Dac curentul de sarcin IS scade spre o valoare limit ISL, ILmin atinge valoarea zero.

Convertorul se afl la limita conduciei ntrerupte. Punnd condiia ILmin=0 i innd cont de

(4) din relaia (9) rezult:

ISS

I

2

2SSL UU

U

U

L2

T1

L2

TUI

(11)

Cnd tensiunea de intrare variaz ntre UImin i UImax factorul de umplere variaz ntre

max i min pentru a pstra constant tensiunea de ieire. Curentul ISL variaz, de asemenea

ntre o valoare minim i una maxim. Se demonstreaz c ISL atinge valoarea maxim cnd

=0.33.

n acest caz:

L

UT074.0I SmaxSL

(12)

1.1.2 Funcionarea n conducie ntrerupt

Dac ILmin=0, nainte ca tranzistorul T s intre n conducie, convertorul funcioneaz n

regim ntrerupt.

Formele de und ce descriu funcionarea acestui regim sunt reprezentate n figura 2b.

Rampa cresctoare a curentului prin bobin nu se modific fa de cazul anterior, n

schimb rampa descresctoare devine mai abrupt cu descreterea curentului IS, deoarece US

crete (=constant).

Neglijnd pierderile din circuit putem scrie:

SI PP (13)

unde: PI, PS reprezint puterea absorbit, respectiv debitat de convertor. Relaia (13) se

poate lua i sub forma:

SSII IU=IU (14)

unde: II este valoarea medie a curentului absorbit de convertor.

innd seama de figura 2b se deduce imediat:

T2

TTII BCmaxLI

(15)

Dar

L

TUI CImaxL

(16)

i

CIS

ImaxL

IS

B TUU

UI

UU

LT

(17)

nlocuind (16) i (17) n relaia (15) se obine:

IS

2

CSII

UUTL2

TUUI

(18)

Revenind la relaia (13) dup cteva calcule simple rezult:

I2

+1=UN

2

N

(19)

unde am am notat:

TU

IL=I

U

U=U

I

SN

I

SN

(20)

tensiunea de ieire normat, respectiv curentul de sarcin normat.

1.2 Rezultate simulate

1. Sa se realizeze circuitul de mai sus in PSIM. 2. Sa se vizualizeze formele de unda indicate de aparatele de msura din schema. 3. Sa se modifice circuitul astfel nct:

tensiunea de la ieire sa fi 7V sa se reduc riplul tensiunii de la ieire sa se reduc riplul curentului IL sa se obin formele de unda pentru ambele tipuri de conducie.

Pentru fiecare task se va nota pe foaia cu rspunsuri ce elemente au fost modificate. 4. Se va realiza utiliznd LTSpice urmtorul circuit:

5. Condensatorul de ieire va avea o rezistenta serie (ESR) egala cu 50m. Ce efect are aceasta rezistenta?

6. Determinai expresia tensiunii de ieire.

1.3 Rezultate experimentale

Schema circuitului cobortor este prezentata in figura de mai jos.

1. Se alimenteaz montajul cu o tensiune continua de 15V.

2. La ieire se conecteaz sarcina electronic.

ATENIE! Sarcina electronica se seteaz in modul curent constant iar curentul

iniial este Io = 0. Curentul se incrementeaz apoi treptat pana la valoarea maxim Imax

= 1A.

3. Se vor desena pe foaie formele de und pentru ambele regimuri de funcionare.

4. Se msoar tensiunea de ieire pentru diferii cureni de sarcina si diferite tensiuni de

intrare si se completeaz tabelele urmtoare.

IO 100mA 300mA 500mA 700mA 900mA 1A

Vout

Tabel 1.

Vin 14V 15V 16V 17V 18V 19V

Vout

Tabel 2.

5. Se vor trasa caracteristicile Rezisten ieire si Factor de stabilizare in raport cu

tensiunea de intrare si se vor compara cu cele simulate