Herkese merhaba ben Merve! Bu yazımda sizlerle staj süreci boyunca yaptığım proje hakkında bilgi paylaşımında bulunacağım. Stajım boyunca DC/DC BUCK-BOOST CONVERTER (DC/DC Anahtarlamalı Güç Kaynağı) tasarımı üzerine çalıştım. 

1.Adım:Projenin Konusu Nedir?

Anahtarlamalı güç kaynakları günümüzde özellikle elektrikli araçlar, yenilenebilir enerji
sistemleri, bilgisayar, televizyon, cep telefonu ve birçok elektrikli ev aletlerinde
oldukça yaygın olarak kullanılmaktadır. Anahtarlamalı güç kaynaklarının diğer klasik
güç kaynaklarına göre avantajı oldukça hafif, daha küçük ve dolayısıyla daha az yer
kaplamalarıdır. DC-DC dönüştürücüler bir doğrultucu, batarya ya da güneş pilinin
çıkışındaki regülesiz doğru akım gerilimi regüleli doğru akım gerileme
dönüştürülmesinde kullanılan yapılardır.

DC-DC dönüştürücüler bir doğrultucu, batarya ya da güneş pilinin çıkışındaki regülesiz
DC gerilimi regüleli da gerileme dönüştürülmesinde kullanılan yapılardır. Buck-boost
dönüştürücü genel olarak izoleli ve izolesiz olarak iki farklı yapıda olabilir. Ancak
izolesiz yapı daha yaygın olarak kullanılmaktadır. Buck-boost dönüştürücünün çıkış
gerilim değeri görev periyodunun (Duty Cycle) değerine bağlı olarak giriş gerilim
değerinden daha büyük ya da daha küçük olabilir. Bunun yanında çıkış geriliminin
polaritesi giriş geriliminin polaritesinin tersidir.

DC-DC dönüştürücüler yük ve giriş gerilimi değişse bile çıkışta sabit da çıkış gerilimi
sağlamalıdır. Doğrusal olmayan ve zamanla değişen yapılarından dolayı bu
dönüştürücülerin kontrolü zordur.

Buck-boost dönüştürücü iki farklı modda çalışabilir. Eğer indüktans akımı IL sıfıra
düşmüyorsa dönüştürücü sürekli iletim modunda çalışıyordur. Aksi takdirde, sürekli
olmayan çalışma modunda çalışıyordur. Buck-boost dönüştürücülerin verimi yüksektir.
Çıkışa kısa devre koruması yerleştirmek kolaydır. Ancak giriş akımı kesiklidir ve Q
anahtarından yüksek tepe akımları akar. Tek yarı iletken anahtardan oluşan buck-boost
dönüştürücü devresi kullanmak devreyi daha basit ve kompakt yapar. Aynı zamanda
görev periyodu ayarlanarak istenen çıkış gerilimi elde edilebilir.

 

                                                        Şekil 1. Buck-Boost Dönüştürücü Devresi

Buck-boost devresini analiz etmek için Q anahtarının iletimde olduğu (Qon) ve Q anahtarının kesimde olduğu (Qoff) iki durumu göz önüne almak gerekir.

Anahtarın görev periyodu d ise;

d = Ton/Ton+Toff=Ton/Ts

Burada Ton ve Toff sırasıyla anahtarın iletimde ve kesimde kalma süreleridir. Ts ise anahtarlama periyodudur.

İdeal koşullarda dönüştürücünün çıkış gerilimi;

V0=d/1-d*Vg

olarak değişir.

Burada d görev periyodu 0-1varalığında değişir. Farklı d değerleri için farklı çıkış gerilim değerleri elde edilebilir. Çıkış gerilimi; d<0.5 ise buck (düşürücü), d>0.5 olursa boost (yükseltici) olur. Buck-Boost dönüştürücünün çıkışı biraz fazla dalgalı olduğundan akım da kesintilidir.

Anahtar iletimde iken (Qon)  D diyodu ise ters gerilime maruz kaldığı için kesimdedir. Giriş kaynak akımı, Q anahtarı ve indüktans üzerinden artarak akar.

Bu durumda;

dIl/dt=Vg/L

dVc/dt= -Vo/Rc

Anahtar kesimde iken Q anahtarı kesimdedir. İndüktanstan akan akım C, D ve yük üzerinden akar. İndüktansta depolanan enerji yüke aktarılmış olur.

dIl/dt=Vc/L

dVc/dt=-Il/C-Vc/RC

 

Kullanılan Malzemeler (Şematik İsimleri – Değeri ):

C1, C2, C3, C16, C19 – 2.2uF

C4, C10- 1uF

C5, C6, C11, C13- 0.1uF

C7, C8, C9 – 470uF

C12- 100pF

C14- 300pF

C15- 22nF

C17, C18-2200pF

C20-2200pF

D1, D2-100V

L1- 22uH

Q1, Q2- MOSFET, N-CH, 80V, 45A, DDPAK

U1- Buck-Boost Controller

R1-60.4Kohm

R2-3.32K ohm

R3-1M ohm

R4-3.24K ohm

R5, R6- 0 ohm

R7-18.2K ohm

R8- 34.8K ohm

R9-10.0Kohm

R10-12.1K ohm

R11- 301Kohm

R12-0.012K ohm

 

2.ADIM: Projenin Şematiğinin Çizilmesi

KiCad kullanılarak şematize edilmiştir.

 

3.Adım:  PCB TASARIMI

KiCad kullanılarak PCB tasarımı yapılmıştır.

                                                                             PCB TASARIMI

Teşekkürler…

Merve Akyürek

KTO Karatay Üniversitesi 

Elektrik-Elektronik Mühendisliği

merveakyurekk@gmail.com