Booster de 6V a 40V con 4A de salida (Preguntas)

#1
Buen dia moderadores y usuarios del foro, quisiera si me lo permiten hacerles una consulta.
Es sobre un elevador de tension (booster), debo realizar los calculos para realizar el circuito.
A continuacion les muestro el diagrama.
1525051296458.png
Es un elevador de tension de 6V a 40V con una corriente de salida de 4A.
Me he basado en un pdf de Texas Instruments. El cual anexo adjunto por si acaso.

El problema mayor esta en la corriente, en lugar de entregar 4A que se necesita, da mas o menos 48mA
y el valor es identico al valor del voltaje por ejemplo 48.392V y 48.392mA ambos valores son iguales.

Nunca habia realizado un elevador de tension, por lo que tengo muy poca experiencia en ellos, alguna
recomendacion con la salida de amperaje? es normal que de tan bajo de salida?


1525055331396.png
 

Adjuntos

#3
Si pones una resistencia de carga de 1kOhm siempre habra una relacion de 1000 entre tension y corriente de salida. Para tener 4A a la salida tendrias que tener una resistencia de carga de unos 12 Ohm. Revisa tus calculos, ese capacitor de salida me parece muy chico. Y por ultimo, el diodo no debe ser uno cualquiera, tiene que ser un diodo Schottky.
 
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#4
Vamos por parte dijo Jack, mientras mostraba..................
Como primera medida te dice que el ciclo de trabajo determina la corriente para la peor condición que es cuando el voltaje Vin es mínimo
Y te pone D=1-(Vin_min x N)/Vout
Donde N=eficiencia del convertidor
En tu caso no has elegido Vin_min
En el pdf te dice que se estima la eficiencia en un 80%, y me parece que te has confundido con el duty cicle
Luego te dice que hay que determinar el siguiente es la máxima corriente de swiching para determinar el inductor
Para poder ayudarte seria necesario que por favor publiques todos tus calculos y ver que ha pasado

Seguí todos los pasos ya que esta muy bien explicado, si tenes duda consultanos
 
#5
Vamos por parte dijo Jack, mientras mostraba..................
Como primera medida te dice que el ciclo de trabajo determina la corriente para la peor condición que es cuando el voltaje Vin es mínimo
Y te pone D=1-(Vin_min x N)/Vout
Donde N=eficiencia del convertidor
En tu caso no has elegido Vin_min
En el pdf te dice que se estima la eficiencia en un 80%, y me parece que te has confundido con el duty cicle
Luego te dice que hay que determinar el siguiente es la máxima corriente de swiching para determinar el inductor
Para poder ayudarte seria necesario que por favor publiques todos tus calculos y ver que ha pasado

Seguí todos los pasos ya que esta muy bien explicado, si tenes duda consultanos
Gracias Pandacba por tu respuesta.

El voltaje de entrada serían 6V, entonces el mínimo podría ser 5V o algo menor, creo que por lo pronto tengo que corregir ese error.
En el Duty Cycle, n lo puse como 0.8 como en el pdf, habrá algún error allí, lo que también hice fue en el generador de señales del Multisim poner el Duty Cycle a 80% antes lo tenía en 50% pero ese cambio no genero cambio en el voltaje o amperaje de salida.

* Del 1 al 5 creo que no hay mucho problema, es desde el 6 al 9 donde puse unos asteriscos donde no se muy bien como hacerle.

1. Cálculo de Ciclo de Trabajo (D): R=0.9
D=ciclo de trabajo; n= eficiencia del convertidor (0.8); Vout=40V; Vin(min)=6V;
D = 1 - [Vin(min)*n] / Vout = 0.9

2. Calculo de corriente ondulada del inductor (ΔIL): R=8A
Iout=4A; Vout=40V; Vin=6V; (0.2 a 0.4) = tome un valor intermedio 0.3
ΔIL= (0.2 a 0.4) * Iout(max) * (Vout/Vin) = 0.3 * 4A * (40/4) = 8A

3. Calculo de Inductor (L): R=31.8uH
Vin=6V; Vout=40V; fs=frecuencia mínima de conmutación de convertidor (20khz); ΔIL=corriente ondulada del inductor (8A);
L= [Vin*(Vout - Vin)] / (ΔIL*fs*Vout) = [6V*(40V - 6V)] / (8A*20khz*40V) = 31.8uH

4. Corriente Máxima de Salida (Imaxout): R=-0.399A
I(Lim.min)=valor minimo de la corriente del integrado (100nA); ΔIL=corriente ondulada del inductor; D=0.9;
Imaxout=[I(Lim.min) - (ΔIL / 2)] * (1 - D) = [100nA - (8A / 2)] * (1 - 0.9) = -0.399A

* El I(Lim.min) esta en el datasheet como Gate current(min) y son 100nA.

5. Corriente Maxima de Conmutacion [Isw(max)]: R=44A
I(Lim.min)=valor minimo de la corriente del integrado (100nA); ΔIL=corriente ondulada del inductor (8A); D=0.9;
Iout(max)= maxima corriente necesitada en la aplicacion;

Isw(max)=(ΔIL / 2) + (Iout(max) / (1-D)) = (8/2) + [4A/(1-0.9)] = 44A

6. Seleccion de Capacitador de entrada (Cin):
* Me dice que el valor lo encuentro en el datasheet, pero todavia no se muy bien como encontrarlo.
Menciona el ESR (Resistencias Equivalentes en Serie).

7. Ondulación de voltaje de salida adicional debido a condensadores ESR [ΔVout(ESR)]: R= 44V
ESR= Resistencia en Serie Equivalente del capacitador de salida (1Ω); Iout(max)= máxima corriente necesitada en la aplicación (4A);
D=0.9; ΔIL=corriente ondulada del inductor (8A);
ΔVout(ESR)= ESR * [ (Iout(max)/(1 - D)) + (ΔIL/2) ] = 1Ω * [(4A/(1-0.9)) + (8A/2)] = 44V

*Es que obtener ESR a sido un poco complicado, encontre una tabla en wikipedia
He calculado con todos los de 10V. Este calculo se uso 10V y 47uF = 1Ω

1525062601192.png

8. Seleccion de Capacitador de salida (Cout): R=4.09uF
Cout(min)=minima capacitancia de salida; Iout(max)= maxima corriente necesitada en la aplicacion; D=0.9;
fs=frecuencia minima de conmutacion de convertidor (20khz);
ΔVout= ondulacion deseada del voltaje de salida [Puse 44V porque use el resultado de ΔVout(ESR)].
* Creo que ese valor no era, en el pdf no decia muy claro. Es algo dificil encontrar esa informacion.

Cout(min)= [Iout(max)*D] / [fs*ΔVout] = [4A*0.9] / [20khz*44V] =4.09uF

9. Selección del Diodo Rectificador
PD= Disipacion de potencia del diodo; Iout(Imax)= corriente maxima necesaria en la aplicacion (4A);
Vf=voltaje directo del diodo rectificador <--- * el valor de Vf es algo complicado, en el pdf dice muy poca informacion.

PD = Iout(max)*Vf =

Es todo lo que realice de cálculos, gracias Moderadores y usuarios del foro, buena noche.

Una disculpa a todos por poner tanta información, de hecho son todos los cálculos para un elevador booster, por si a alguien le sirve, gracias.

Probaste en poner una carga de 120 ohms a ver si te da los 4A en ves de la resistencia de 1k?
Realicé el cambio y de salida da 18.5V u 155.8mA, creo que los cálculos están equivocados ya que la proporción difícilmente será 40V y 4A. Puse los cálculos solamente pediría alguna recomendación del procedimiento donde están los asteriscos, y al final pongo el procedimiento correcto para futuras referencias a otros usuarios.

Si pones una resistencia de carga de 1kOhm siempre habrá una relación de 1000 entre tension y corriente de salida. Para tener 4A a la salida tendrías que tener una resistencia de carga de unos 12 Ohm. Revisa tus cálculos, ese capacitor de salida me parece muy chico. Y por ultimo, el diodo no debe ser uno cualquiera, tiene que ser un diodo Schottky.
Gracias Chclau, si sabía de los diodos schottky pero todavía no encuentro cual modelo seria el correcto por eso puse uno virtual, desde allí debe afectar a todo el circuito. Al poner 12 ohms de carga, me da 7.7V y 645.8mA de salida, como le decía a Juanma2468 aumentó el Amperaje pero el voltaje bajo mucho, debo revisar el procedimiento algún valor probablemente esta mal empleado, hablo del capacitor, por lo pronto sigo buscando mas información, gracias y saludos.
 
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#6
Bueno, un ultimo consejo, te conviene poner tambien puntas de osciloscopio y revisar tensiones y corrientes en el circuito en alterna. Veinte kHz me parece una frecuencia muy pero muy baja, puedes tranquilamente trabajar con una diez veces mas grande con la ventaja de que los capacitores y la bobina tendran un funcionamiento mucho mejor, ganando en capacidad de almacenamiento de energia y reduciendo el ripple. Buen trabajo, vas a aprender mucho con esta simulacion. Si tienes oportunidad intenta armar algo, las simulaciones son buenas pero donde mas se aprende es en la vida real. Exitos!
 
#7
Veinte kHz me parece una frecuencia muy pero muy baja,
Si te tomas la molestia de leer el pdf esa sería la frecuencia mínima de trabajo,
Siempre se calculan des de la peor condición de trabajo hasta la optima
No es que haya elegido mal, esta haciendo los pasos que dice el pdf y eso esta perfecto

ΔVout= ondulacion deseada del voltaje de salida [Puse 44V porque use el resultado de ΔVout(ESR)].
* Creo que ese valor no era, en el pdf no decia muy claro. Es algo dificil encontrar esa informacion.
La ondulación se refiere a la tensión de rizado, esa se establece por ejemplo y dependiendo del uso en 100mV, o 50mV, ese es el rizado que queda luego del filtrado
 
#8
Creo que ya entendi cual es uno de tus problemas. El calculo del capacitor de salida no esta bien.

Dejemos de un lado por un momento el ESR, supongamos un capacitor ideal. Lo que tienes que hacer es calcular C para que el ripple de salida sea chico, digamos de 100mV. Si no me equivoco para lograr ese ripple necesitas un capacitor de 1800u. Tu fuente tal como esta tiene muchisimo ripple de salida, si conectas el osciloscopio en la simulacion y la miras en AC lo podras ver por ti mismo. Prueba de agrandar el capacitor y nos cuentas. Saludos.
 
#9
Si te tomas la molestia de leer el pdf esa sería la frecuencia mínima de trabajo,
Siempre se calculan des de la peor condición de trabajo hasta la optima
No es que haya elegido mal, esta haciendo los pasos que dice el pdf y eso esta perfecto

La ondulación se refiere a la tensión de rizado, esa se establece por ejemplo y dependiendo del uso en 100mV, o 50mV, ese es el rizado que queda luego del filtrado
Pandacba te agradesco la respuesta, pero podrias decirme por favor cómo obtener esos valores 100mV y 50mV, hay alguna fórmula o procedimento?

El capacitor de entrada (Cin) se obtiene del datasheet, debia buscar otro datasheet ya que el que tenía no lo establecía.

Muchas gracias por sus respuestas

Creo que ya entendi cual es uno de tus problemas. El cálculo del capacitor de salida no está bien.

Dejemos de un lado por un momento el ESR, supongamos un capacitor ideal. Lo que tienes que hacer es calcular C para que el ripple de salida sea chico, digamos de 100mV. Si no me equivoco para lograr ese ripple necesitas un capacitor de 1800uF. Tu fuente tal como está tiene muchísimo ripple de salida, si conectás el osciloscopio en la simulación y la mirás en AC lo podrás ver por ti mismo. Prueba de agrandar el capacitor y nos cuentas. Saludos.
Muchas gracias Chclau, realice el cambio del capacitor a 1800uF, da 18.7V y 156.4mA, creo que todavía hay algún cálculo mal realizado, cambié el diodo a uno Schottky, puse un SB540 esto porque tiene 40V de tensión pico, y una corriente promedio de 5A, apenas voy a ver a un profesor para que me guie en ésta parte, si alguien tiene una recomendación de que valores serían mas óptimos se lo agradecería mucho.

1525109864684.png
 
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#10
Pues yo he hecho la simulacion de tu circuito con LT-Spice y los resultados son muy diferentes (y mucho mas cercanos a los resultados que tu esperas). Lo que si, he notado que tomar (o no) en cuenta la resistencia parasita de la bobina de conduccion tiene una influencia enorme en los resultados. Por lo que si, consultaria con el profe. A todo esto, el Schottky que elegiste parece bastante OK segun mi punto de vista. Acordate, y disculpame que insista, en verificar la frecuencia de conmutacion. Es demasiado baja.
 
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#11
Pues yo he hecho la simulacion de tu circuito con LT-Spice y los resultados son muy diferentes (y mucho mas cercanos a los resultados que tu esperas). Lo que si, he notado que tomar (o no) en cuenta la resistencia parasita de la bobina de conduccion tiene una influencia enorme en los resultados. Por lo que si, consultaria con el profe. A todo esto, el Schottky que elegiste parece bastante OK segun mi punto de vista. Acordate, y disculpame que insista, en verificar la frecuencia de conmutacion. Es demasiado baja.
Gracias Chclau por tu respuesta, como decia Pandacba me guie con valores recomendados decian de 20khz a 100khz, pero por supuesto que hare la prueba, aparte de modificar el valor en los calculos, se debe cambiar la frecuencia en el generador de funciones, es correcto? Se que es una pregunta muy basica pero es que no lo tengo muy claro todavia. muchas gracias de nuevo
 
#12
Gracias Chclau por tu respuesta, como decia Pandacba me guie con valores recomendados decian de 20khz a 100khz, pero por supuesto que hare la prueba, aparte de modificar el valor en los calculos, se debe cambiar la frecuencia en el generador de funciones, es correcto? Se que es una pregunta muy basica pero es que no lo tengo muy claro todavia. muchas gracias de nuevo
Si debes modificar la frecuencia en el generador de funciones. Una ventaja de trabajar a mayor frecuencia es que los valores de los elementos reactivos disminuye dado que el tiempo entre cada conmutación es menor, obteniendose mejores rendimientos que a baja frecuencia. Frecuencias de 100KHz es un valor normal, también puedes ir a valores mayores como 150KHz y hasta incluso a valores mayores como 250KHz, pero ahí ya las cosas se complican un poco, la resistencia de la inducatancia y el ESR del capacitor juegan papeles muy importantes en los calculos.
 
#13
Si debes modificar la frecuencia en el generador de funciones. Una ventaja de trabajar a mayor frecuencia es que los valores de los elementos reactivos disminuye dado que el tiempo entre cada conmutación es menor, obteniendose mejores rendimientos que a baja frecuencia. Frecuencias de 100KHz es un valor normal, también puedes ir a valores mayores como 150KHz y hasta incluso a valores mayores como 250KHz, pero ahí ya las cosas se complican un poco, la resistencia de la inducatancia y el ESR del capacitor juegan papeles muy importantes en los calculos.
Muchas gracias Juanma2468 me han ayudado mucho, y entiendo mucho mejor el circuito que antes de haberlos consultados, tratare estos dias de avanzar lo mas posible investigando y preguntando a profesores ya con toda la informacion que me han compartido, tanto en este foro como los profesores y lo que he encontrado, pero estoy en deuda con ustedes, si me permiten subire los resultados si es que ya funciona como deberia el circuito, muchas gracias :)
 
#14
Esos valores los determina el proyectista eso no se calcula a lo sumo se mide.
Es decir uno decide que nivel de rizado puede soportar nuestro circuito de aplicación, hay cosas que necesitan poco rizado, por ejemplo si lo voy a utilizar para alimentar lámparas o LEDs se puede aceptar un rizado más elevado
 
#15
Esos valores los determina el proyectista eso no se calcula a lo sumo se mide.
Es decir uno decide que nivel de rizado puede soportar nuestro circuito de aplicación, hay cosas que necesitan poco rizado, por ejemplo si lo voy a utilizar para alimentar lámparas o LEDs se puede aceptar un rizado más elevado
Ya comprendo Pandacba, muchas gracias por toda la ayuda, de verdad que han sido muy amables al explicarme, espero el circuito funcione y subir los cálculos ya trabajando, ya fueron muchas molestias, en cuanto quede paso a dejar el circuito, debe quedar ya tengo toda la información, solo falta unirla :) Muchas Gracias
 
#16
Buen dia Moderadores y Usuarios, queria realizarles una consulta es un circuito generador de onda cuadrada con 6V de Amplitud (Vp) y ya sea 20Khz o 50Khz de frecuencia, he realizado varios circuitos con un timer 555 pero necesitan un voltaje mayor, me gusta el diseño de circuitos pero tengo muy poca experiencia en ellos, si alguien tiene alguna informacion que pudiera resultar util se lo agradecere mucho. Gracias.
 
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#17
Podes utilizar un 555 a 12V y luego en la salida acondicionas la salida a la amplitud que necesites
Has leído la hoja de datos?
 
#19
Buen dia Pandacba, Moderadores y Usuarios, en el datasheet del timer 555 viene que Vcc puede ser de 4.5V a 16V, ademas encontre un circuito con el timer 555 para crear una onda cuadrada, en el circuito se alimenta con 15V y al simularlo genera una onda de aproximadamente 50khz y 15Vp de Amplitud, solo que al simularlo cada vez se produce un error y se detiene, anexe el programa y una captura.

Como el timer puede ser alimentado con 6V hice la prueba lo que dio como resultado una onda de 6Vp de Amplitud, que es exactamente el valor desado, solo que despues de unos segundos el programa en Multisim genera un error. Si alguien que lea esto tiene una idea compartala porfavor, seria de mucha ayuda escuchar opiones.

1525875735404.png

Encontre el circuito en la siguiente pagina. Onda cuadrada perfecta con 555 - Electrónica Unicrom
El valor de la fuente la puse a 6V y genera una onda de 6Vp lo cual seria ideal, solo que marca error luego de unos segundos.
Cuando se ingresa un voltaje de entrada de 15V marca el mismo error :/

Dice: Would you like to run the Convergence Assistant to attempt to resolve this problem automatically?
Y cuando se corre el Covergence Assistant marca: could not reproduce the error.

Este es el circuito original.

1525876821470.png
Muchas gracias
 
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DOSMETROS

High 2m Modereitor
#20
En un Boost no veo la necesidad de que sea absolutamente cuadrada :unsure: y hasta creo que según la frecuencia y el núcleo empleado hasta podría mejorar el rendimiento aumentando el ancho del pulso dando mayor tiempo de carga al inductor L.
 

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