Conversor Boost

Conversor Boost

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UNIVERSIDADE REGIONAL DO NOROESTE DO ESTADO DO RS

CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

ELETRÔNICA DE POTÊNCIA I – Prof. Dr. Murilo Cervi

PROJETO E SIMULAÇÃO

CONVERSOR BOOST PARA ESTAÇÃO DE TELECOMUNICAÇÕES

Guilherme Zirr

Mauro Fonseca Rodrigues

Renan Hermes

Ijuí, 01 de julho de 2009.

APRESENTAÇÃO

Neste trabalho iremos projetar um conversor CC-CC elevador na configuração Boost.

O intuito do trabalho, além de dominar e praticar as ferramentas matemáticas usuais para projeto de conversores, é encontrar uma aplicação prática para um conversor no dia-dia da Engenharia Elétrica.

No caso a expor iremos, hipoteticamente, gerar uma necessidade inusitada ocasionada por uma implantação de novos equipamentos com tensão nominal diferente dos antigos. Dessa forma, para não retardar a instalação e atender a nova especificação de alimentação projetaremos o conversor para suprir as novas necessidades.

ÍNDICE

INTRODUÇÃO 04

ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS 05

    1. Teoria Conversores CC-CC 05

    2. Conversor Boost 07

    3. A Estação de Telecomunicações 10

      1. Circuito e Aplicação 11

      2. Dimensionamento do Conversor Boost 12

      3. Circuito Projetado e Simulado 14

CONCLUSÃO 16

BIBLIOGRAFIA 17

INTRODUÇÃO

Existem casos que as trocas de equipamentos acarretam problemas na alimentação dos mesmos gerando solicitações para a concessionária de energia e revisões na planta instalada como carga e demanda do local.

No caso deste trabalho buscamos uma possibilidade real, que pode acontecer a qualquer momento, onde a substituição de equipamentos gera a necessidade de adaptação da tensão de entrada com a tensão de saída.

O exemplo utilizado situa-se numa estação de telecomunicações, provedora de serviço de voz e dados para os clientes de uma pequena localidade. Essa estação possui uma demanda total máxima de 15A e os novos equipamentos instalados funcionam com 48V de tensão nominal. Os equipamentos antigos, substituídos, funcionavam com 44V e estavam ligados diretamente na Unidade Retificadora que convertia a tensão alternada fornecida pela concessionária.

De forma a não precisar substituir a Unidade Retificadora, UR, pode-se implantar um Conversor CC-CC para ampliar a tensão de entrada com vista a atender a nova tensão nominal do equipamento instalado. A opção, como a tensão de saída será maior que a tensão de entrada, é implantar um conversor elevador ou Boost, como é mais conhecido.

A seguir apresentaremos um pouco sobre a teoria de funcionamento deste conversor e as etapas de projeto para o mesmo. Utilizaremos as metodologias estudadas na Disciplina de Eletrônica de Potência da faculdade de Engenharia Elétrica da Unijuí.

  1. ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

    1. Teoria conversores CC-CC

Conversores CC-CC são sistemas formados por semicondutores de potência operando como interruptores, e por elementos passivos, normalmente indutores e capacitores que tem por função controlar o fluxo de potência de uma fonte de entrada para uma fonte de saída, adaptando tensão de entrada e saída conforme especificado em projeto.

Figura 1-Conversor cc-cc e forma de onda de tensão de saída

Onde Fs é a freqüência de comutação. Esta freqüência tende a ser a mais alta possível, diminuindo assim o volume dos elementos magnéticos e capacitivos do conversor e melhorando ou eliminando os ruídos audíveis produzidos pela oscilação. A razão entre o intervalo de comutação (Ts) e o intervalo de condução do interruptor S (Ton) é definida por razão cíclica e dada por:

A tensão média na saída deste conversor é calculada por:

Usando Ton = D.Ts tem-se:

A relação entre a tensão de saída e a tensão de entrada é definida por ganho estático do conversor e dada então por:

Pelo gráfico mostrado na Figura 2 pode-se notar que a variação da tensão de saída contra a razão cíclica é linear.

Gráfico 1-Ganho estático em função de D.

Os sinais de comando do interruptor podem ser gerados com freqüência de comutação fixa ou variável. Uma forma de gerar os sinais de comando com frequência fixa é através de modulação por largura de pulso (PWM). Na Figura 2 mostra uma forma simples de realizar PWM.

Figura 2-Exemplo de circuito PWM.

Algumas aplicações de conversores:

  • Controle de velocidade de motores CC;

  • Fontes chaveadas;

  • Energias alternativas;

  • Correção de fator de potência;

  • Carregadores de bateria;

  • Aplicações veiculares;

  • Adaptação de tensão contínua;

    1. Conversor Boost

Para a demanda idealizada para este relatório, iremos projetar um conversor Boost elevador, de forma a atende-la. Segue o princípio básico de funcionamento do mesmo.

O Boost é um conversor elevador de tensão, caracterizado por ter entrada em corrente e saída em tensão. Pode operar no modo de condução contínua ou descontínua, sendo que no primeiro apresenta pouca distorção e é preferencialmente seu modo de operação usual. Pode manter a tensão de saída regulada, sendo utilizado como pré-regulador. Além disso, também é utilizado para correção do fator de potência. A Figura 3 mostra o diagrama elétrico do conversor Boost.

Figura 3-Configuração conversor Boost.

As etapas de funcionamento do conversor Boost para operação no modo de condução contínua são descritas a seguir.

1aEtapa: S está conduzindo. O indutor L é carregado com a energia da fonte VI.

2aEtapa: S está bloqueado. O diodo D entra em condução. A fonte Vi e o indutor L fornecem energia à saída. A tensão na carga aumenta.

Ao retornar para a primeira etapa, o capacitor Co irá manter a tensão constante, idealmente, sobre a carga enquanto L é carregado novamente.

A forma de onda da tensão sobre o indutor é mostrada na Figura 4.

Figura 4-Configuração conversor Boost.

Como a tensão média sobre o indutor deve ser nula, então:

Na Figura 5 mostra a variação da tensão de saída em função da razão cíclica para o conversor Boost.

Figura5-Ganho estático em função de D.

As principais formas de onda do conversor Boost são mostradas na Figura 6.

Figura 6 – Principais formas de onda.

As principais características do conversor Boost são:

  • Tensão de saída maior que de entrada.

  • Utilizado na correção do fator de potência, com boa qualidade na corrente de entrada, operando em malha fechada ou malha aberta para, respectivamente, modo de operação contínua ou modo de operação descontínua.

  • Pode apresentar descontinuidade, conforme temporização e chaveamento.

    1. A estação de telecomunicações

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