Fig. 6 Schema de principiu a convertorului ridicator (boost)
Fig. 7 Implementarea convertorului ridicator(boost)
Fig. 8 Circuitele echivalente ale convertorului ridicator(boost)
Pentru a transforma un
Ca si in cazul precedent se foloseste un trazistor si o dioda.Este indicat tranzistorul npn pentru a evita o tensiune de comanda a sa cu masa flotanta.
Pastrand notatia Ts pentru perioada de comanda a tranzistorului Q, pe durata MTs , (M<1), se comanda conductia la saturatie a lui Q.
Dioda D este blocata ,fiind polarizata invers de tensiunea Vs.
Pe durata (1-M)Ts tranzistorul Q ramane blocat, curentul mentinut de inductanta L se va inchide prin dioda D si circuitul de sarcina .
Se dau formele de unda ale unora
din marimile care intervin in functionarea convertorului, in ipoteza unei
capacitate C de valoare foarte mare, astfel ca tensiunea de iesire sa poata fi considerata ve = Ve =
Scriind ecuatia de echilibru a volt-secundelor tensiunii vL de la bornele inductorului L rezulta:
ViMTs = (Ve- Vi) (1-M)Ts ,
Deoarece M<1→ Ve/Vi>1, deci convertorul nu poate furniza decat o tensiune de iesire mai mare ca cea de intrare , de unde deriva si numele sau de convertor ridicator(boost).
Fig. 9 Formele de unda ce caracterizeaza functionarea convertorului ridicator (boost)
https://www.qtransform.com/ - converteste unitati de masura
Forma de unda a curentului prin inductorul L, iL ,este identica cu cea a curentului debitat de sursa de intrare Vi,ii. S-a pastrat notatia IL pentru valoarea medie a curentului iL.
Scriind egalitatea energiilor debitate de sursa Vi si disipata pe rezistorul R intr-o perioda Ts obtinem:
Ts
∫Viiidt = ∙ Ts IL ViTs = ∙ Ts → IL =
0
Riplul curentului prin inductor :
∆iL =, este cu atat mai mare cu cat M este mai mare.
Valorile maxime repetitive ale curentilor prin tranzistorul Q si dioda D rezulta:
IQmax = IDmax = IL max = IL + = ,
iar valorile medii ale acestor curenti sunt:
IQ = MIL = , ID = (1- M)IL =
Solicitarile in tensiune ale tranzistorului si diodei sunt:
VQmax = VDimax = Ve
Fig. 10 Caracteristica de reglaj a convertorului ridicator
Se constata ca pentru alegerea tranzistorului si a diodei trebuie cunoscuta gama de variatie a tensiunii Ve, careia ii va corespunde o anumita gama de variatie a foctorului de comanda M. Toate marimile de interes se calculeaza pentru valoarea maxima a acestuia.Curentul maxim prin inductor intervine direct in calculul circuitului magnetic al acestuia.
Pe intervalul de timp t € [0, MTs] ,condensatorul C apare conectat doar la rezistenta R, deci tensiunea la bornele sale va fi:
Ve = Vemaxe – t/RC , Vemin = Vemaxe - MTs/RC
Vemin ≈ Vemax
Considerand acum Vemax≈ Ve = si Ts = obtinem:
∆ve ≈
Se constata ca pe masura ce M se apropie de 1 riplul tensiunii de iesire creste foarte mult.
In continuare ne propunem sa analizam functionarea schemei considerand inductorul real.
In fig. 12 a fost introdusa rezistenta inductorului RI.
Fig. 12 Schema convertorului ridicator(boost) considerand si rezistenta inductorului
In prezenta sa randamentul de conversie este subunitar si anume:
η =
Notand cu α = si folosind relatiile :
ID =
obtinem:
η =
Dar randamentul poate fi calculate si cu raportul puterilor medii de la intrare si iesire.Deci:
η = (1-M),
de unde rezulta:
In ceeace priveste caracteristica de reglaj a convertorului se observa ca raportul de conversie al tensiunilor nu poate depasi valoarea Ve/Vi = 1∕ 2√α,care se obtine pentru un factor de comanda M = 1- √α.Pentru M> 1-√α tensiunea de iesire incepe sa scada, iar pentru M = 1 ea devine nula.
Reprezentand variatia randamentului cu foctorul de comanda M, se constata o pronuntata scadere a randamentului pe masura ce M se apropie de 1.
Convertorul ridicator(boost) prezinta doua dezavantaje:
- nu poate furniza tensiuni de iesire mai mari decat cea de intrare;
- curentul de iesire ,care se inchide prin dioda, are un pronuntat caracter pulsator conducand la perturbatii prin interferenta electromagnetica.Curentul debitat de sursa Vi este mai neted datorita prezentei la intrare a inductorului L.
Fig. 13 Caracteristica de reglaj si randamentul convertorului ridicator (boost) considerand rezistanta inductorului