Diseño de un circuito convertidor de 12V a 24V DC usando LM324

El objetivo principal de este proyecto es diseñar y construir un convertidor de CC de 12V a 24V. Básicamente, este circuito es un convertidor de tensión CC-CC del tipo Boost Converter. Una de las aplicaciones de este circuito es el sistema eléctrico solar. Este sistema eléctrico solar consta de un panel solar de 12 V, la tensión de entrada de 12 V procede del equipo de almacenamiento de la batería y la tensión de salida de 24 V será la entrada del inversor del sistema eléctrico solar. El circuito es un convertidor de tensión CC-CC construido con un CI LM324 que está configurado como oscilador para producir la frecuencia de conmutación y un transistor como elemento semiconductor de conmutación.

convertidor de 12V a 24V de corriente continua con LM324

Antes de pasar a la construcción y funcionamiento del circuito, hablaremos de los fundamentos del convertidor CC-CC de tipo Boost y del CI LM324. El LM324 es un op-amp cuádruple, lo que significa que tiene cuatro amplificadores operacionales en su interior; el circuito del convertidor CC de 12V a 24V está diseñado utilizando sólo dos op-amps del LM324.

Conceptos básicos del convertidor Boost (Step-Up)

El convertidor elevador se utiliza para elevar una tensión de entrada hasta un nivel superior, requerido por la carga. El nivel más alto se consigue almacenando energía en un inductor y liberándola a la carga con una tensión más alta. El circuito principal de un convertidor elevador o de refuerzo consta de un inductor, un diodo, un condensador, un interruptor y un amplificador de error con un circuito de control del interruptor. A continuación se muestra el circuito básico del convertidor elevador.

Funcionamiento del convertidor Boost

Cuando el interruptor está en ON, la salida del inductor se conecta a tierra y la tensión Vin se coloca a través de él. La corriente del inductor aumenta a una velocidad igual a Vin/L.

Cuando el interruptor está apagado, la tensión a través del inductor cambia y es igual a Vout-Vin. La corriente que circulaba por el inductor decae a una velocidad igual a (Vout-Vin)/L.

Por la ley de conservación de la energía, la potencia de entrada tiene que ser igual a la de salida (suponiendo que no hay pérdidas en el circuito). Potencia de entrada (Pin) = potencia de salida (Pout).

Como Vin < Vout en un convertidor boost, se deduce entonces que la corriente de salida es menor que la de entrada.

Por tanto, en un convertidor boost Vin < Vout e Iin >Iout

Amplificador operacional LM324

El LM324 consta de cuatro amplificadores operacionales independientes de alta ganancia en un único sustrato monolítico. Para mantener la ganancia unitaria, cada uno de los amplificadores está provisto de un condensador en el chip que proporciona compensación de frecuencia.

Disposición de pines

Características

• Funcionamiento de suministros simples o dobles
• Ancho de banda de ganancia unitaria - 1MHz
• Ganancia de tensión continua - 100dB
• Corriente de polarización de entrada - 45nA
• Tensión de desplazamiento de entrada - 2mV
• Corriente de entrada - 5nA

Aplicaciones

• Amplificadores de suma
• Multivibradores
• Osciladores
• Amplificadores de transductores
• Bloques de ganancia de CC

circuito convertidor de 12V a 24V DC usando LM324 y funcionando

A continuación se muestra el diagrama del circuito del convertidor de 12V a 24V CC. El IC1 LM324 es el núcleo de este circuito. El IC1-A, las resistencias R1, R2, R3 y el condensador C1 forman un oscilador que funciona a unos 500 Hz. R2 y C1 se utilizan para sintonizar la frecuencia del oscilador. El IC1-B está conectado como un comparador que compara la tensión de salida con una referencia y devuelve una tensión a la etapa del oscilador para controlar la tensión de salida.

Al pin no inversor de IC1 se conecta un divisor de potencial mediante el preajuste R5. La tensión de salida se conecta al pin de entrada inversor a través de una resistencia de 100K. La salida de esta etapa de comparador se alimenta a la patilla de entrada no inversora de IC1a través de otra resistencia de 100K. La salida de la etapa osciladora se conecta a la base del transistor Q1 y la resistencia R7 se utiliza para limitar la corriente de base de Q1.

Cuando la salida del oscilador es alta, el transistor Q1 se pone en ON y el inductor L1 se carga (la corriente a través del inductor L1 empieza a aumentar). Cuando la salida del oscilador sea baja, el transistor Q1 se pondrá en OFF y ahora el único camino para la corriente del inductor es a través del diodo D2, el condensador C3 y la carga, si la hay.

El diodo flyback D2 estará polarizado hacia delante y la energía almacenada en el inductor durante el estado ON se volcará en el condensador. El diodo D1 actúa como un diodo de descarga libre.

Un inductor siempre intentará oponerse a cualquier variación de la corriente que lo atraviesa y aquí se aprovecha esta propiedad del inductor. Cuando se carga, almacena energía y cuando se descarga se comporta como una fuente de energía.

La tensión que emite durante la fase de descarga es proporcional a la velocidad de cambio de la corriente que lo atraviesa. A medida que aumenta la frecuencia de conmutación, también aumenta la FEM (fuerza electromotriz) inducida por el inductor.

Espero que hayas entendido bien el tema del Convertidor de 12V a 24V CC. Si tienes alguna duda sobre este tema o sobre los proyectos eléctricos y electrónicos, deja los comentarios a continuación.