Los convertidores DC-DC también se conocen como Helicópteros. Aquí vamos a echar un vistazo a la Convertidor «Step Up Chopper» o «Boost». que aumenta el voltaje de entrada de DC a una salida de DC especificada voltaje. Un típico Convertidor de impulso se muestra a continuación.
La entrada fuente de tensión está conectado a un inductor. El dispositivo de estado sólido que funciona como un interruptor está conectado a través de la fuente. El segundo interruptor utilizado es un diodo. El diodo está conectado a un condensadory la carga y las dos están conectadas en paralelo como se muestra en la figura de arriba.
El inductor conectado a la fuente de entrada conduce a una entrada constante actualy así el convertidor Boost es visto como la fuente de entrada de corriente constante. Y la carga puede ser vista como una fuente de voltaje constante. El interruptor controlado se enciende y se apaga usando la modulación de ancho de pulso (PWM). La PWM puede estar basada en el tiempo o en la frecuencia. La modulación basada en la frecuencia tiene desventajas como un amplio rango de frecuencias para lograr el control deseado del interruptor que a su vez dará la salida deseada voltaje. La modulación basada en el tiempo se utiliza principalmente para Convertidores DC-DC. Es simple de construir y usar. La frecuencia permanece constante en este tipo de modulación PWM. El Convertidor de impulso tiene dos modos de funcionamiento. El primer modo es cuando el interruptor está encendido y conduciendo.
Modo I: El interruptor está encendido, el diodo está apagado.
El interruptor está encendido y por lo tanto representa un cortocircuito que idealmente ofrece cero resistencia al flujo de la corriente, así que cuando el interruptor está encendido todos los actual fluirá a través del interruptor y volverá a la fuente de entrada de corriente continua. Digamos que el interruptor está encendido durante un tiempo TEN y está fuera por un tiempo TOFF. Definimos el período de tiempo, T, como y la frecuencia de conmutación,
Definamos ahora otro término, el ciclo de trabajo,
Analicemos el convertidor Boost en operación de estado estacionario para este modo usando KVL.
Como el interruptor está cerrado por un tiempo TEN = DT podemos decir que t = DT.
Mientras se realiza el análisis del convertidor Boost, tenemos que tener en cuenta que
- La corriente inductora es continua y esto es posible seleccionando un valor apropiado de L.
- La corriente del inductor en estado estable se eleva desde un valor con una pendiente positiva hasta un valor máximo durante el estado de encendido y luego vuelve a bajar hasta el valor inicial con una pendiente negativa. Por lo tanto, el cambio neto de la corriente del inductor en cualquier ciclo completo es cero.
Modo II: El interruptor está apagado, el diodo está encendido.
En este modo, la polaridad de la inductor se invierte. La energía almacenada en el inductor se libera y finalmente se disipa en la carga resistenciay esto ayuda a mantener el flujo de actual en la misma dirección a través de la carga y también aumentar la salida voltaje ya que el inductor ahora también actúa como una fuente en conjunto con la fuente de entrada. Pero para el análisis, mantenemos las convenciones originales para analizar el circuito usando KVL.
Analicemos ahora el Convertidor de impulso en operación de estado estable para el Modo II usando KVL.
Ya que el interruptor está abierto por un tiempo podemos decir que .
Ya se ha establecido que el cambio neto de la corriente del inductor en cualquier ciclo completo es cero.
Sabemos que D varía entre 0 y 1. Pero como podemos ver en la ecuación anterior, si D = 1, entonces la relación entre el voltaje de salida y el voltaje de entrada en estado estable va al infinito, lo cual no es físicamente posible. De hecho, como el convertidor Boost es un circuito no lineal, en un convertidor Boost práctico el ciclo de trabajo, D, si se mantiene en un valor superior a 0,7 llevará a la inestabilidad. A circuito de un convertidor Boost y sus formas de onda se muestran a continuación. El inductanciaL, es 20mH y C es 100F y la carga resistiva es 20. La frecuencia de conmutación es de 1 kHz. La entrada voltaje es de 100V DC y el ciclo de trabajo es de 0.5.
Las formas de onda del voltaje son las que se muestran arriba y las formas de onda de la corriente son las que se muestran en la siguiente figura.