Günümüzde elektronik sektörünün gelişmesiyle birlikte güç dönüştürücü devrelere olan gereksinim artmaktadır. Yüksek gerilim dönüşümü yapılırken güç kayıplarının en az seviyede olması ve çalışma modlarında hata olmaması tasarım açısından önemlidir. Yüksek gerilim ihtiyacı bulunan sistemler için doğru akım ve gerilimi sağlayan kaynaklardan biri de DC-DC yükseltici güç dönüştürücüleridir. DC-DC dönüştürücülerin anahtarlama frekansları yüksek olduğundan güç çevirimi için daha az sayıda devre bileşenleri kullanımlıdır. DC-DC yükseltici dönüştürücüler giriş gerilimini anahtarlayarak yükselten ve giriş gerilimi seviyesinden yüksek çıkış gerilimi sağlayan elektronik devre yapılarıdır. Çok sayıda DC-DC yükseltici dönüştürücü tipi ve dönüştürücüler için kullanılan çok sayıda kontrolör tipi bulunmaktadır. Bu nedenle birçok tasarım kombinasyonu yapılabilmektedir. Bu çalışmada 30V civarı giriş geriliminden 500V seviyesinde çıkış gerilimi üreten kontrolör tabanlı DC-DC yükseltici dönüştürücü tasarımı yapılmıştır. Verimliliği artırmak için boost dönüştürücü ve flyback dönüştürücü topolojisinin birlikte kullanıldığı boost- flyback dönüştürücü devresi tasarlanmıştır. Çıkış geriliminin üretilme süresi, gerilim seviyesi ve kalıcı hal durumu PI kontrolcü ile kontrol edilmektedir. Tasarlanan kontrolör, farklı çıkış yüklerinde test edilerek doğrulanmıştır. Kontrolör tasarımında durum uzayı ortalama metodu kullanılarak boost-flyback dönüştürücünün durum uzayı denklemleri hesaplanmıştır. İki dönüştürücü sistemin seri bağlantısı ile oluşturulan boost-flyback dönüştürücünün analizini tek bir sistem olarak yapmak bazı zorluklara sahiptir. Matematiksel hesaplama sürecini basitleştirmek için boost ve flyback dönüştürücüleri ayrı ayrı analiz edilmiştir ve bir dönüştürücünün analizi yapılırken diğer dönüştürücü eşdeğer akım kaynağı olarak modellenmiştir. Sistemin kontrolör tasarımı için durum uzay denklemleri, küçük sinyal modeli ve transfer fonksiyonu hesaplanmıştır. Sistemin kontrolör ve devre tasarımına ait gerekli matematiksel hesaplamaları yapıldıktan sonra Matlab ve Simulink programı üzerinde sistemin simülasyonu ve analizi yapılmıştır.
Anahtar Kelimeler: PI Kontrolcü, Anahtarlamalı Güç Dönüştürücü, Yüksek Gerilim
|
