DC-DC Dönüştürücü(Converter)

DC-DC dönüştürücüler endüstriyel uygulamlarda ve kişisel uygulamalarda sıkça kullanılan bir devre tipidir. Kullanım ihtiyacınıza göre akım ve gerilim oranları ile oynayarak devrenizi ihtiyacınıza uygun bir hale getirmenizi sağlar.

DC-Dc konvertör devreleri akım ve gerilim düzeylerini ayarlamak için kullanılan DC dönüştürücü devrelerdir. Güç elektroniğinde sıkça kullanılan, ihtiyaç duyulan devrelerdir. Bir DC konvertörü trafonun(transformatör) eş değer devresi olarak ele alabiliriz. Trafo(transformatör) AC bir gerilim kaynağının gerilimini arttırıp azaltabildiğine göre DC konvertörde DC bir kaynağın gerilimini arttırıp azaltabilir. Tabi gerilimdeki değişimlere paralel olarak akım da artıp azalacaktır. Dikkat edilmesi gereken nokta gerilim ile akım ters orantılı olarak artıp azalmaktadır. Gerilim arttığında akım azalır, gerilim azaldığında ise akım artar.

DC-DC Konvertör Devresi Blok Diyagramı

DC-DC konvertör devrelerinin yaptığı işleve göre bir kaç çeşidi mevcut. Biz düşürücü ve Yükseltici tip olanları inceleyeceğiz. Diğer konvertörler bu iki tip konvertörün birleştirilmesinden elde edilirler ya da türevleridirler bu nedenle temel olan iki konvertörü öğrenirsek diğerlerini yapmak çok zor olmaz.

Buck Konvertör(Düşürücü(Azaltan) – Step Down)

DC kaynaklarda ya da DC gerilim uygulanmış devrelerde gerilim değerini düşüren konvertörlerdir. Teoride ideal bir anahtar ve saf omik bir yük ile çalıştırıldığında çıkış gerilimini anahtar belirler.

OrCad programı kullanarak Buck konvertör devresini aşağıdaki gibi çizdiğimizde;

Yukarıda Örnek bir Bcuk konvertör devresini görüyoruz. İdeal anahtarımız S1 anahtarı ve ideal yükümüz ise R1 direncidir. S1 anahtarının tetikleme sinyalini CONTROL ucuna bağlı olan V2 sinyal generatörü ile uyguluyoruz. Sinyal generatörünün yanında bulunan değerler ise istenen sinyalin alınması için gerekli olan değerlerdir(Bu programda). Sol üstte bulunan Freq frekans ve Duty ise k katsayısı yani duty cycle dir. Sinyal generatörünün ürettiği sinyal aşağıdaki gibi 5 Voltluk bir kare dalgadır.

Bu tetikleme sinyalini anahtara uyguladığımızda ise anahtar çıkışında elde ettiğimiz dalga şekilleri şöyledir;

Kırmızı çizgi olan 3.3Volt değerindeki DC giriş gerilimimizdir ve yeşil olan kare dalga ise anahtar çıkışına ait sinyalimizdir. Tetikleme sinyalimiz normalde 5 volttu fakat anahtar çıkışımızın 3.3 volt olduğunu görüyoruz.

Çıkış akımına baktığımızda;

Yeşil olan giriş akımı, kırmızı olan ise çıkış akımıdır. Şekilleri incelediğimizde çıkış akımının giriş akımına göre arttığını görebiliyoruz. Bu demek oluyor ki çıkış gerilimimiz düşmüştür.

Hemen çıkış gerilimine bakalım;

Kırmızı olan giriş, yeşil olan ise çıkış gerilimidir. Gerilimin 3.3 volttan 1.2 volta düştüğünü görüyoruz. Yani Buck konvertör(kıyıcı) devremiz sorunsuz bir şekilde çalışmaktadır.

Boost Konvertör(Yükseltici(Arttıran) – Step Up)

Buck konvertör devresi ile benzerdir. Farkı gerilimi yükseltip akımı düşürmesidir. Yani tam tersi şekilde çalışır. Akımı yüksek olan kaynaklarda kullanılır.

Boost konvertör devresi;

Yukarıdaki iki devre birbirinin aynısıdır. Aralarındaki tek fark devrede kullanılan anahtardır.

İlk devrede VB kaynağı kullanılarak anahtarlama elemanı olan BJT Transistör tetikleniyor. BJT tetiklenince iletime geçiyor ve akım BJT üzerinden devresini tamamlıyor.

İkinci devrede ise yine bir BJT var fakat biraz farklı bir yapıda. Bu hali OrCad programı kütüphanesindeki halidir. Tetikleme işleminin nasıl gerçekleştiğini anlamak için BJT’nin genişletilmiş halidir.(IB=10A)

IB tetiklemesi RB yani beyz direncine uygulanıyor. IB’nin teikleme sinyalini hemen üstünde kare dalga olarak görüyoruz.

Tetikleme sinyali ve Kaynak gerilimine bakalım;

Kaynak gerilimi kırmızı olan çizgidir. 100 Voltluk DC bir gerilimdir. Tetikleme sinyali ise yeşil kare dalgadır. İstediğimiz şekilde tetikleme sinyalini elde ettik.

Tetikleme sinyalini devreye uygulayıp giriş ve çıkış akımındaki değişimlere bakalım.

Yeşil olan Giriş, kırmızı olan ise Çıkış akımıdır. Akım değerindeki düşüşü görüyoruz. Yaklaşık olarak 285 Amper’den 95 Amper’e düşmüş.

Gerilim değerinin de bu durumda yükselmesi gerekmektedir. Hemen ona da bakalım.

Gerilim Değeri;

Giriş gerilimi yeşil olan sabit bir 100 VDC’dir. Çıkış gerilimi kırmızı olan ortalama değeri yaklaşık 285VDC olan daha yüksek bir gerilimdir. Gördüğümüz gibi gerilim yükselmiş akım ise aynı oranda düşmüştür. Boost devremizde sağlıklı bir şekilde çalışmaktadır.
Çıkış gerilimindeki salınımın kaynağı filtre devresidir. Filtre devresi ile oynanarak daha düz bir DC gerilim elde edilebilir.

Önemli olan bir diğer hususta gerilim ve akımdaki değişim oranlarının aynı olmasıdır. Yani ne kadar akım azalmışsa o kadar akım artmıştır.

 

İlker GÜVEN

Posted in Elektrik, Elektronik and tagged , , , , , , , , , , , .

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

Güvenlik Sorusu * Time limit is exhausted. Please reload the CAPTCHA.

Şu HTML etiketlerini ve özelliklerini kullanabilirsiniz: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>