Gerçek Zamanlı FLYBACK Dönüştürücü Tasarımı ve Kontrolü Real Time FLYBACK Converter Design and Control

Transkript

1 Otomatik Kontrol Ulual olantıı, OK 017, 1 3 Eylül, Yıldız eknik Üniveritei, İtanbul Gerçek Zamanlı FLYBAK önüştürücü aarımı ve Kontrolü Real ime FLYBAK onverter eign and ontrol uğçe Yaren 1, olkan Süel, Faruk Fırat 3 1 Mekatronik Mühendiliği Bölümü Kocaeli Üniveritei, Kocaeli tugce.yaren@kocaeli.edu.tr Akım Metal A.Ş., İtanbul Mekatronik Mühendiliği Bölümü Kocaeli Üniveritei, Kocaeli arge19@akimmetal.com.tr 3 Protag Ar-Ge, Kocaeli Elektronik ve Haberleşme Mühendiliği Bölümü Kocaeli Üniveritei, Kocaeli f.firat.f@gmail.com Özetçe Bu çalışmada, belirlenen taarım kriterleri göz önünde bulundurularak bir Flyback dönüştürücü taarlanmış, taarlanan dönüştürücünün analizi yaılmış ve SM3F4 kitden yararlanılarak dönüştürücünün kontrolü gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilmiştir. önüştürücünün kontrolünde rimer taraf algılama (rimary ide eng) tekniği kullanılmıştır. aarım, analiz ve kontrol olmak üzere 3 temel üreç; ratik bir uygulama ile bir arada ele alınmıştır. Flyback çeviricilerde kullanılan kontrol teknikleri ve gerçekleştirilen denetleyici yaıı açıklanmıştır. eneyel çalışmalar ve onuçları verilmiştir. SM3F4 kit güç elektroniği alanındaki kullanılabilirliği, kullanım alanı oldukça geniş olan bir güç elektroniği devre gerçekleştirilebilirliği, taarlanan denetleyici yaıının uygulanabilirliğ açık ve ayrıntılı bir şekilde ortaya konmaı hedeflenmiştir. Abtract n thi aer, a flyback converter wa deigned coniderg the ecified deign criteria. Analyi of the deigned converter wa imlemented. And the converter wa controlled real time ug the SM3F4 kit. Primary ide eng technique wa ued the control of the converter. he three baic rocee (deign, analyi, control) are handled together with a ractical alication. he control technique which ued flyback converter and the imlemented controller tructure are exlaed. Exerimental tudie and reult are given. lear and detailed decrition of the uability of the SM3F4 kit the ower electronic field, the feaibility of a ower electronic circuit which with a very wide range of alication and the alicability controller architecture that wa deigned i tended. 1. Giriş önüştürücüler, akım ve gerilim eviyeleri üzerde gerekli değişiklikler yaılmaı ile giriş gerilim kullanıcının iteği doğrultuunda itenilen eviyeye dönüştürülmei işlemi gerçekleştirirler. önüştürücü uygulamalarının kullanım alanları giderek genişlemekte dolayııyla önemi de her geçen gün artmaktadır. dönüştürücüler ce telefonu, lato gibi bataryadan belenen cihazlar, beyaz eşya vb. gibi evde kullanılan elektronik eşyaların ana kartları, mekanik itemler anoları gibi daha birçok önemli yerde kullanılmaktadır. Anahtarlamalı çalışan dönüştürücü yaılarında giriş gerilimi bir endüktanın veya trafonun uçları araına belli bir zaman dilimde uygulanır. Kaynağın açık kaalı olduğu zaman dilimleri ayarlanarak çıkış gerilimi itenen eviyede tutulabilir. Böylece gücün verimli bir şekilde kullanılmaı ağlanmış olur. Burada kritik nokta anahtarlama işlemidir, bu işlem haa ve doğru biçimde yaılmaı gerekmektedir. Yaılan itatitiklere göre her yıl oluşturulan yeni toolojilerle birlikte mevcut 500 den fazla / çevirici toolojii vardır [1]. İtenen A çıkış değerleri birçok dönüştürücü toolojii ile elde edilebilir. Ancak anahtarlama elemanlarının anma değerleri ile trafonun anma değerleri ve boyutları nedeniyle her bir tooloj çalışmaının uygun olduğu güç ınırları bulunur. ooloji eçimi çoğunlukla çıkış güç değerlere göre yaılır. önüştürücülerdeki temel ınıflandırma izoleli ve izoleiz dönüştürücüler şeklde yaılmaktadır. Flyback ie izoleli dönüştürücülerden biridir. Flyback, düşük çıkış gücüne ahi uygulamalarda en yaygın olarak kullanılan izoleli anahtarlamalı güç elektroniği toolojiidir []. Bu tooloji küçük güçlü güç kaynaklarında (tülü televizyonların güç kaynaklarında), telefon şarj aletlerde, iç aydınlatma 545

2 Otomatik Kontrol Ulual olantıı, OK 017, 1 3 Eylül, Yıldız eknik Üniveritei, İtanbul armatürlerde, yalıtımlı ürücü devrelerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Flyback toolojii ile geniş giriş gerilim aralığında, birden fazla çıkış elde edilmei mümkündür. Çıkış gerilimi giriş gerilim eviyeden büyük veya küçük olabilir. Ayrıca ozitif veya negatif çıkış gerilimi elde edilebilir. Yaıı bait ve maliyeti düşüktür çünkü diğer toolojilere göre kullanılan eleman ayıı azdır. Çıkış filtrede bob yoktur ve devrede manyetik eleman olarak adece trafo bulunmaktadır [3]. Giriş ve çıkış gerilimi araında yalıtım olmaı önemli bir avantaj ağlamaktadır. Bu avantajlardan dolayı flyback dönüştürücü ık tercih edilen dönüştürücüler araındadır [4]. Bu çalışmada belirlenen taarım kriterlere göre bir flyback dönüştürücü taarımı gerçekleştirilmiş ve taarımın bakı devrei hazırlanmıştır. Hazırlanan bakı devre üzerden dönüştürücünün açık çevrim cevaları oilokotan gözlenmiş, yaller doğruluğu celenmiştir. Son olarak devreye kontrol ünitei eklenmiş ve dönüştürücünün kaalı çevrim kontrolü gerçekleştirilmiştir. çıkışındaki diyotta ter kutulanı, keime gitmektedir. Bu durumda yük akımı Şekil 3 de görüldüğü üzere çıkıştaki kaaite tarafından ağlanmaktadır. L (rimer endüktanı) uçlarında abit bir gerilim olduğundan rimer akımının artışı doğrual olmaktadır [5]. Şekil 3: Anahtarın İletim urumu[3]. Anahtar keime gittiğde ie trafoda biriken enerji diyotun iletime girmei ile ekonder endüktanı üzerden çıkış yüküne ve kondanatörüne iletilmektedir. Sekonder akımı doğrual olarak azalmaktadır. Şekil 4 de anahtar keim durumunda iken devren çalışma yaıı görülmektedir.. Flyback önüştürücünün Analizi.1. Çalışma Yaıı Şekil 1 de temel flyback toolojii görülmektedir. Görüldüğü üzere trafo argıları birbirlere göre ter olaritededir. Yani bir argıdan akım geçerken diğer argıdan akım geçmeyecek şekilde ter kutulanırlar. Şekil 4: Anahtarın Keim urumu[3]. Bir eriyot boyunca trafonun rimer ve ekonder argılarının akım ve gerilimler değişimi Şekil 5 de görülmektedir. Şekil 1: Flyback önüştürücü evrei. evrede kontrollü bir anahtarlama elemanı mevcuttur. Kontrollü anahtarlama elemanına PWM yali uygulanarak itenilen koşullarda anahtarlama yaılmaı ağlanır. evren temelde mofet açık ve kaalı konumuna göre çıkışta ortalama bir gerilim elde edilmei vardır. Elde edilen gerilim ie anahtarlama elemanına uygulanan PWM işaret doluluk oranına bağlıdır. Şekil 5: Primer, Sekonder Akım Gerilim alga Şekilleri. Şekil : Örnek PWM Syali. Şekil de örnek bir PWM yali görülmektedir. Bu PWM yale göre anahtarlama elemanı t on ürei boyunca iletimde t off ürei boyunca keimde olacaktır. Bu durumda devren iki ayrı modda çalıştığı açıkça görülmektedir. Anahtarlama elemanının iletim veya keimde olma durumuna göre devren çalışma yaıı farklılık götermektedir. Anahtar iletimde iken giriş gerilimi rimer argıına uygulanmakta ve endüktan üzerdeki akım leer olarak artmaktadır. Sargıların olariteden ve diyotun konumundan dolayı ekonder argıından akım akmamakta, ekonder Bir anahtarlama eriyodunda, bob üzerdeki ortalama gerilim ıfıra eşit olmaktadır. Primer bob gerilimi iç bu durum ea alındığında giriş ve çıkış gerilimi araındaki ilişki denklem 1 deki gibi elde edilmektedir. on on off 1 off w w w (1) 546

3 Otomatik Kontrol Ulual olantıı, OK 017, 1 3 Eylül, Yıldız eknik Üniveritei, İtanbul İdeal durumda devrede herhangi bir kayı olmadığından verim % 100 dür. Yani giriş gücü ile çıkış gücü eşittir. Bu eşitlikten yola çıkıldığında ie denklem deki giriş ve çıkış akımı araındaki ilişki elde edilmektedir. P P () 1 Anahtar iletime geçtiğde rimer akımında gerçekleşen doğrual artış denklem 3 deki eşitlik ile ifade edilmektedir. di (3) dt L İletim ürei onunda rimer argı bobdeki akım, (4) on L Primer bob akımının teeden teeye dalgalanma akım miktarı ie denklem 5 deki gibi bulunmaktadır. L on (5) on L f L w m Çıkış kondanatör gerilim teeden teeye dalgalanma gerilim miktarı denklem 6 da verilmiştir. on 1 on c ( ) dt (6) f 0 eolanan enerji, L E (7) Bir eriyot onunda rimer argı bobde deolanan enerji, L P (8).. Çalışma Modları çeviriciler ürekli, ürekiz, ınır çalışma modları bulunmaktadır. Aynı devre yaıına rağmen manyetik endüktana ve çıkıştaki yüke göre çalışma modları belirlenmektedir [6]. Anahtarlama elemanın keimde olduğu ürede çıkış argı endüktan akımı ıfır eviyee kadar düşer ie ürekiz akım modu (dicontuou current mode-m), düşmez ie ürekli akım modu (contuou current mode- M) oluşmaktadır. Bu iki çalışma modunun verdiği frekan domeni cevaları çok farklı olduğundan, çeviric bu modlardan adece birde çalışmaı itenmektedir. Şekil 6 da ürekli ve ürekiz çalışma modlarındaki dalga şekilleri görülmektedir. Her iki moddaki dalga şekillere bakıldığında temel farkın ölü zamandan (t d ) kaynaklandığı görülmektedir. Sürekli modda t d gibi bir zaman dilimi yoktur. Sekonder akımı ıfır eviyee düşmemektedir. Sürekiz modda ie anahtarın keim (t off ) ve iletimde (t on ) olduğu üreler tolamı bir anahtarlama eriyodunun % 80 i kadardır, %0 lik üre ie ölü zamandır [5]. Sekonder akımı w anahtar keime girdiğde azalmaya başlamakta, t off ürei onunda ıfıra düşmekte ve t d kadar ıfırda kalmaktadır. Her bir çalışma modunun avantaj ve dezavantajları bulunmaktadır. Anahtar keime gittiğde çıkış gerilimde yükek frekanlı tee gerilimi görülmektedir ve her iki modda da bu gerilim giderilmei iç L filtree ihtiyaç duyulmaktadır. Uygulamalarda ağladıkları avantajlar bakımından her iki çalışma modunun karşılaştırmaı ayrıca ablo 1 de verilmiştir. Şekil 6: M ve M alga Şekilleri. M etk akım değeri M çalışmaına göre daha yükek olduğundan, trafoda kullanılacak kablo keitleri ve kullanılan nüve daha büyük olmalıdır. M çalışmaında bircil tarafta daha yükek etk akımlar oluştuğundan mofet ıcaklığında daha yükek bir artış meydana gelmektedir [7]. Sürekiz çalışma modunun bahedilen dezavantajları olmaına rağmen Flyback dönüştürücülerde bu çalışma modu ürekli çalışma moduna göre daha çok tercih edilmektedir. Çıkış yük akımı ile giriş gerilimdeki değişimlere çok hızlı ceva vermei ve anahtar iletime geçerken akımın ıfır olmaından kaynaklı anahtarlama kayılarının olmamaı tercih ebeleridir. ablo 1: M M Karşılaştırmaı. Uygulama Avantajı aha küçük boyutlu trafo aha hızlı geçici yanıt Geri beleme devre taarım kolaylığı Sekonder diyot ter toarlanma akımı üşük iletime geçiş kaybı Çok çıkışlı uygulamalardaki regülayon roblemi Mofet, diyot düşük tee akım değeri aha düşük akım dalgalanmaı aha küçük çıkış kondanatörü 3.1. Genel Kontrol Yaıı 3. Kontrol M Kontrolün amacı, item çıkışının itenen davranış biçimi götermei ağlamaktır. İncelenen item çıkışı devren çıkış gerilimidir. Çalışmada, item çıkışının değişen giriş koşullarına karşılık abit bir değerde kalmaı itenmektedir. Yani değişen giriş gerilime karşılık abit çıkış gerilimi alınarak kontrolün gerçekleşmei hedeflenmektedir. Kontrol itemleri çıkışın ya da kontrol edilen büyüklüğün kumanda edilmei bakımından açık çevrim ve kaalı çevrim olmak üzere iki türe ayrılmaktadır [8]. Açık çevrimde çıkışın giriş üzerde herhangi bir etkii yoktur. Kaalı çevrim kontrol itemde ie item çıkışı ölçme elemanı ile ölçülür, M 547

4 Otomatik Kontrol Ulual olantıı, OK 017, 1 3 Eylül, Yıldız eknik Üniveritei, İtanbul geri belenerek referan giriş ile karşılaştırılır. Karşılaştırma onucu hata yali elde edilir. Hata yal yaıına göre de çıkış değişkene uygun bir kontrol yali kontrolör tarafından üretilir. Bu çalışmada gerçekleştirilen kontrol yaıı da kaalı çevrim kontrol yaııdır. Çıkış değişkeni olan çıkış gerilimi ölçülü, geri belenecek ve referan giriş ile karşılaştırılacaktır. aarlanan kontrol algoritmaı karşılaştırma onucu üretilen hata yale göre uygun kontrol yali üretecektir. 3.. A A Çeviricilerde Kontrol eknikleri Gerilim Akım urumlu Kontrol Sabit anahtarlama frekanında çalışan Flyback tii SMPS itemlerde kullanılan kontrol teknikleri ikiye ayrılmaktadır [9]. Bu yöntemler gerilim ve akım durumlu kontroldür. Gerilim durumlu kontrol ana çıkış argıından alınan gerilim bilgie dayanmaktadır. Akım durumlu kontrolde ie gerilim bilgi yanında anahtar veya bob üzerden geçen akım bilgii de dahil edilmektedir. Şekil 7: Gerilim Kontrolü Blok iyagramı. A A çevirici devrede bulunan anahtar, darbe genişlikli yal (PWM) ile ürülmektedir. PWM doluluk oranına göre çıkış gerilim büyüklüğü ayarlanmaktadır. Giriş gerilimi değişire çıkış gerilimi de değişir böylece çıkış gerilimde bir hata meydana gelir. Kontrol algoritmaının amacı da bu hatayı yok etmektir. Şekil 7 deki blok diyagramından görüldüğü üzere öncelikle çıkış gerilim referan gerilim ile karşılaştırılı yükeltilmei ile bir gerilim değeri elde edilmektedir. Bu gerilim tetere dişli dalga ile karşılaştırılmaı onucunda anahtarın ürülmei iç gerekli olan PWM yalleri üretilmektedir. Hatanın değeri artara doluluk oranı yani yal darbe genişlikleri artmakta, hata değeri azalır ie doluluk oranı azalmaktadır. Böylelikle değişen doluluk oranı ile referan çıkış gerilimi elde edilmektedir. Gerilim durumlu kontrol yaıı yalnızca çıkış gerilim bilgie dayandığından taarımı ve analizi kolaydır. Üretilen çıkış yali gürültülere karşı kararlıdır. Sabit yüklü çalışma durumlarında iyi onuçlar vermektedir. Bu avantajların yanı ıra çıkış gerilimdeki değişimlere karşı cevabının yavaş olmaı gibi bir dezavantajı da bulunmaktadır [, 9]. Blok diyagramı Şekil 8 de verilen akım durumlu kontrolde, kontrol yaıına iç kontrol çevrimi de dahil edilmektedir. Bu çevrim anahtar veya endüktan akımını kontrol etmektedir. olayııyla hem akım hem gerilim bilgie dayalı bir çıkış gerilim kontrolü gerçekleştirilmektedir. Kontrol gerilimi, en hızlı yanıt iç doğrudan endüktan akımının ortalama değere etki etmektedir. Şekil 8: Akım Kontrolü Blok iyagramı. Akım kontrol yöntemi, giriş gerilim değişimlere karşı hızlı ceva vermektedir. Ayrıca bu yöntemde anahtarlama eriyodu iç akım ınırlamaı yaılabilmektedir. Ancak doluluk oranının % 50 yi aşmaı durumunda item kararız hale gelmei, anahtarın iletime geçişlerde oluşan ani akım değişimler kontrol çevrimde gürültüye ebe olmaı ve itemi kararızlığa götürme olaılığı bu yöntem dezavantajlarındandır. Bu çalışmada giriş gerilimi değişken, yük abit iken çıkış gerilimi kontrol edilmektedir. Yük abit olduğu iç akım bilgi kontrol algoritmaına dahil edilmee gerek duyulmamış ve gerilim durumlu kontrol tekniği kullanılmıştır Geri Beleme evrei Bu çalışmada geri beleme yaıı oldukça önem taşımaktadır. Anahtarlamalı dönüştürücüler geri belemeleri, itemler çıkış gerilimler itenen değerde tutulmaını ağlamaktadır [6]. olayııyla geri beleme devreden alınan gerilim bilgii ne kadar gürültüüz, doğruluğu yükek bir bilgi ie dönüştürücünün kontrolü de o kadar kararlı yaıda olacaktır. Flyback dönüştürücülerde çıkış gerilim bilgii genellikle trafonun ekonder tarafından bir geri beleme devrei ile elde edilmektedir. Çoğunlukla otik yalıtıcılı geri beleme devrei kullanılmaktadır. Burada kullanılan otik bağlayıcı ayede devren giriş katı ile çıkış katı araında elektrikel bir yalıtım ağlanmaktadır. Fakat bahedilen ekonder taraflı kontrol yaıında bekleme modunda (tandby mode) güç kaybı oluşmaktadır. Yani boşta harcanan güç fazladır ve % 10-0 civarında bir güç kaybı meydana gelmektedir. Son zamanlarda ie rimer taraflı kontrol tekniği ekonder taraflı kontrole göre daha düşük maliyet ve güç kayıları nedeniyle önem kazanmıştır. Anahtar keimde iken çıkış gerilim bilgii trafonun rimer tarafında mevcuttur. Bu nedenle rimer tarafına eklenen yardımcı bir argı ile çıkış gerilim-akım bilgii elde etmek mümkündür. Buna rimer taraflı kontrol tekniği denilmektedir. Primer taraflı kontrol, ekonder taraflı kontrole göre daha bait ve anlaşılır yaıdadır. Bu kontrol tekniği ile PB üzerde yerden taarruf ağlanır, maliyet düşürülür ve item güvenilirliği artar. En önemli avantajı ie izolayon roblemi ortadan kalktığı iç otik yalıtıcı kullanımına gerek kalmamaıdır. Bu avantajlardan dolayı rimer taraflı kontrol edilen Flyback dönüştürücüler, ce telefonu şarj cihazı veya LE aydınlatma gibi küçük ve orta güçteki uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır [10]. Bu çalışmada trafonun rimer tarafına yardımcı argı eklenmiş ve çıkış gerilim bilgii bu argıdan ağlanmıştır. 548

5 Otomatik Kontrol Ulual olantıı, OK 017, 1 3 Eylül, Yıldız eknik Üniveritei, İtanbul Böylelikle Flyback dönüştürücüde rimer taraflı kontrol yaıı oluşturulmuştur SM3F4 Geliştirme Kiti SMicroelectronic firmaının ürünü olan SM3F4 geliştirme kit günümüzde kullanımı oldukça yaygındır. üşük maliyetli olmaı, ARM tabanlı yükek erforman ergilemei, kolaylıkla rogramlanabilmei tercih ebelerdendir [11]. SM3F4 ün rogramlanabilmei iç Matlab SMULK, Keil, AR, Attolic, OOOX gibi birçok yazılım geliştirme ortamı mevcuttur. Bu çalışmada Keil kullanılarak kit rogramlanmaı gerçekleştirilmiştir. Keil, ortex-m ve ortex-r tabanlı mikroişlemci cihazlar iç bir yazılım geliştirme ortamıdır. Kontrol yaıı devren çıkış gerilim bilgie dayanmaktadır. olayııyla bu bilgiye erişim ağlanmaı gerekmektedir. Bu erişim de A yaıı ile mümkündür. A (Analog to igital onverter) ile analog bir veri alını, dijital bir veriye dönüştürülür. Yani bu dönüşümden onra analog çıkış gerilim bilgii, işlemc anlayabileceği dijital bir veri hale gelmektedir. Sonuç olarak donanımdan alınan çıkış bilgii yazılımal olarak işleme hazır haldedir. Çıkış gerilimi, referan gerilim ile karşılaştırılarak, hata bilgii elde edilir. Hata bilgii Şekil 9 da görüldüğü gibi P denetleyici yaıında işlenerek item iç gerekli olan kontrol yali üretilir. Üretilen kontrol yali çıkış gerilim itenen değere gelmei ağlayarak, hata bilgii yok eder. ablo : aarım Kriterleri. Kriter eğer Giriş gerilim aralığı ( ) [0-30] Çıkış gerilimi ( ) 5 Makimum çıkış akımı (,max) 0.5 A Anahtarlama frekanı (f w) 65 khz Çalışma modu M erim (µ) % 75 erilen kriterlerden makimum çıkış gücü healanır. Güç dönüşüm verimliliğden de makimum giriş gücü bulunur. Bu bilgi de girişten çekilecek makimum akım değeri bulmamızı ağlar. Uygun anahtar eçimi iç giriş argılarından tee akımının healanmaı gerekmektedir. Girişten çekilen makimum akım değeri rimer akım değer ortalama değeridir. Primer akımının tee değeri ie denklem 9 ile healanmaktadır. r, eak (9) r, dc max Yukarıdaki denklemden görüldüğü üzere akımın tee değer healanabilmei iç anahtarın makimum iletimde kalma üre belirlenmei gerekmektedir. önüştürücü M modda çalışacağı iç doluluk oranı 0,5 altında olmalıdır. olayııyla makimum iletimde kalma ürei 0.5 dir. Güvenlik ebebiyle yazılımda üt ınır 0.49 olarak belirlenmiştir. rafonun giriş argı endüktanı aşağıdaki gibi healanır.,m L m di (dt) max (10) Şekil 9: P enetleyici Yaıı. Gerçekleştirilen çalışmada kontrol yali, mofet anahtarlanmaı iç gerekli olan PWM yalidir. Kontrol algoritmaı çıkıştan aldığı geri belemeye göre PWM yal doluluk oranını artırı, azaltarak çıkış gerilimdeki hatayı yok etmeye çalışır. Kontrol yal devreye uygulanmaı, SM3F4 kit MER modülü ile gerçekleştirilir. Bu modül ile itenen frekan ve doluluk oranında PWM yali üretilebilir. Kontrol algoritmaının belirlediği doluluk oranı MER modülüne atanır ve bu modülün çıkışı devredeki anahtarlama elemanına uygulanır. Sarım ayıları, tel çaları healanarak kriterlere uygun trafo taarımı gerçekleştirilir. Uygun diyot ve kondanatör eçimden onra geri beleme devre elemanları belirlenir ve taarım tamamlanır. 4.. Açık Çevrim Analizi aarlanan Flyback devrei Altium eigner rogramında çizilmiş ve bakı devrei hazırlanmıştır. 4. aarım ve Analiz 4.1. evre aarımı evre taarımının ilk aşamaında item arametreler belirlenmei gerekmektedir. ablo de belirlenen taarım kriterleri görülmektedir. Şekil 10: Giriş Çıkış Gerilimi. 549

6 Otomatik Kontrol Ulual olantıı, OK 017, 1 3 Eylül, Yıldız eknik Üniveritei, İtanbul Giriş gerilimi 4, doluluk oranı % 15 iken devren açık çevrim cevabı celenmiştir. Bahedilen koşullarda elde edilen giriş ve çıkış gerilimi Şekil 10 da görülmektedir. Grafikten görüleceği üzere birci kanalın olt/iv değeri 10.0, dördüncü kanalın ie 500 m dur. Bu durumda oiloko çıktıından giriş gerilim değer 4, çıkış gerilim değer ie 1.70 civarında olduğu görülmektedir. Şekil 11 de verilen grafikte oilokobun birci kanalında PWM, ikci kanalında rimer akımı, üçüncü kanalında ekonder akımı, dördüncü kanalında ie mofet dra-ource gerilimi görülmektedir. Görüldüğü üzere rimer akımı anahtar iletimde iken leer olarak artmakta, ekonder akımı ie anahtar keimde iken leer olarak azalmaktadır. oluşmaktadır. Bu ebelerden dolayı açık çevrim cevabında healanan ve ölçülen çıkış gerilim değerleri araında hata meydana gelmektedir. Oluşan hata oranları kabul edilebilir ınırdadır. 5. eneyel Sonuçlar Kontrolörden beklenen belirlenen giriş gerilim aralığında devre çıkış gerilim her zaman referan değerde kalmaını ağlamaıdır. Yani giriş gerilimi değişe bile kontrolörün devreye girmei ile çıkış gerilimi abit kalacaktır. Şekil 1: eney üzeneği. Şekil 11: Flyback Açık Çevrim alga Şekilleri. Mofet keime gittiği zaman trafonun hava aralığında deolanan enerji çıkışa aktarılmaktadır. İlk olarak mofet keime girdiğde mofet üzerde giriş gerilimi ( ), ekonderden rimere yanıyan gerilim (n* ) ve kaçak endüktanta biriken enerjiden kaynaklı aşım gerilimi ( n ) görülmektedir. Belli bir üre onra ie enerj tamamı çıkışa iletilmekte ve mofet üzerdeki gerilim düşümü giriş gerilime eşit olmaktadır. Gerilim düşmei ile rimer endüktanı ile mofet çıkış kaaitanı araında rezonan oluşmaktadır. Şekil 11 de mofet dra-ource gerilimde bahedilen aşım ve rezonan görülmektedir. % İ oluluk Oranı ablo 3: Örnek Açık Çevrim Sonuçları. OU (Healama) OU (Ölçüm) Hata 0 % dc 1.77 dc % dc 3.85 dc % dc 1.68 dc % dc 3.56 dc % dc 1.31 dc % dc 6.7 dc ablo 3 de farklı giriş gerilim değeri ve doluluk oranına göre healanan ve ölçülen çıkış gerilimleri verilmiştir. Gerçek zamanlı uygulanan Flyback dönüştürücülerde trafonun giriş ve çıkış argılarında oluşan kaçak endüktan, mofet ve trafo argılarının oluşturduğu arazitik kaaiteler vardır. evrede oluşan bu arazitik etkiler dönüştürücünün açık çevrim erformanını etkilemektedir [1]. Ayrıca ekonder diyotu üzerde, çıkış filtrelerde gerilim düşümü Kontrolörün algoritmaında işlemei iç gerekli olan bilgi, devren çıkış gerilim bilgiidir. Bu bilgi trafonun rimer tarafına eklenen yardımcı bir argı tarafından ağlanmaktadır. Elde edilen çıkış gerilim bilgii, yaıı daha önce açıklanan kaalı çevrim kontrol algoritmaında işleme okulur. İşlenen bilgiye göre referan değer elde edilebilmei iç gerekli olan doluluk oranı belirlenir. Yani kontrolör, devren anahtarlanmaı iç devreye uygulanan PWM yal doluluk oranını değiştirerek referan değeri ağlar. aarım kriterlere göre devren M modda çalışmaı itendiğden doluluk oranının 0,5 i geçmemei gerekmektedir. Yazılımal olarak da doluluk oranına alt ve üt limit eklenmiştir. evre ile kontrolör araındaki iletişimi kit ağlamaktadır. olayııyla SM3F4 kiti ile bakı devre araında gerekli bağlantılar ağlanmış ve kontrolör devreye uygulanmıştır. Kontrolör yaıındaki P katayıları Ziegler-ichol yöntemi ile elde edilmiştir. ablo 4: Kaalı Çevrim Kontrol Sonuçları. % İ oluluk Oranı OU (Referan) OU (Ölçüm) Hata 0 % dc 4.70 dc % dc 4.95 dc % dc 5.00 dc % dc 5.0 dc % dc 4.99 dc % dc 5.03 dc % dc 5.0 dc % dc 5.0 dc % dc 4.99 dc % dc 5.05 dc % dc 5.03 dc Şekil 1 de görülen deney düzeneğe giriş gerilim aralığındaki tüm değerler ıraı ile uygulanmış ve kontrolörün erformanı celenmiştir. ablo 4 de elde edilen onuçlar verilmiştir. Görüldüğü üzere çıkış gerilimi yaklaşık 5 550

7 Otomatik Kontrol Ulual olantıı, OK 017, 1 3 Eylül, Yıldız eknik Üniveritei, İtanbul civarında abitlenmiştir. Referan ve ölçülen gerilim araındaki hata değerleri oldukça düşüktür. oluluk oranlarının değişimi de tablodan açıkça görülmektedir. Yani kontrolör, doluluk oranlarını değiştirerek referan değer elde edilmei başarıyla ağlamıştır. Ayrıca devreye 10 ayrı giriş gerilim uygulanmaı ile elde edilen çıkış bilgilere dayanarak kontrol yaıının kararlı olduğu da öylenebilir. Kontrolör erformanının daha da anlaşılır olmaı açıından 4 ve 8 olmak üzere iki farklı giriş gerilimde devren çıkışı ve PWM yali oiloko aracılığıyla gözlenmiş ve çıktılar verilmiştir. Şekil 13 de giriş gerilimi 4 iken alınan onuçlar görülmektedir. Birci kanal giriş gerilim yali götermektedir ve görüldüğü üzere değeri yaklaşık 4 dür. İkci kanal PWM yali götermektedir, doluluk oranı % 4.10 dur. Üçüncü kanal ie çıkış gerilimi götermektedir, değeri 4.99 dur. erilen onuçlar ablo 4 deki onuçlarla eşleşmektedir. Şekil 13: =4 iken giriş-çıkış gerilimi, PWM. Şekil 14 de ie giriş gerilimi 8 iken elde edilen onuçlar görülmektedir. Birci kanal giriş gerilim yali götermektedir ve görüldüğü üzere değeri 8 dir. İkci kanal PWM yali götermektedir, doluluk oranı % dür. Üçüncü kanal ie çıkış gerilimi götermektedir, değeri 4.99 dur. erilen onuçlar ablo 4 deki onuçlarla eşleşmektedir. Şekil 14: =8 iken giriş-çıkış gerilimi, PWM. 6. Sonuçlar Bu çalışmada, düşük çıkış güç uygulamalarında en yaygın olarak kullanılan izoleli anahtarlamalı güç kaynaklarından Flyback devre taarımı ve kontrolü gerçek zamanlı olarak gerçekleştirilmiştir. Bu doğrultuda belirlenen kriterlere göre bir Flyback dönüştürücü taarlanmış ve taarımın bakı devrei çıkartılmıştır. Bakı devre üzerden dönüştürücünün açık çevrim cevaları gözlenmiş ve elde edilen yaller devre çalışma mantığına uygun olduğu dolayııyla devre taarımının başarıyla gerçekleştirildiği gözlenmiştir. evre taarımının doğruluğundan em olduktan onra kaalı çevrim kontrol yaıına geçilmiştir. Bu aşamada rimerden kontrollü P algoritmaı geliştirilmiştir. Kontrolör erformanının celenmei iç giriş gerilim aralığındaki tüm değerler devreye uygulanmış ve çıkış gözlenmiştir. Elde edilen verilere göre kontrolörün başarılı ve kararlı bir erforman ergilediği görülmüştür. Kaynakça [1] F. L. Luo ve H. Ye, Advanced / onverter, R Pre, 004. [] S. Kavak, Flyback - önüştürücüler Paralel Bağlanmaı ve Kontrolü, Balıkeir Üniveritei FBE Elektrik Elektronik Mühendiliği Anabilim alı, Yükek Lian ezi, 011. [3]. Çoruh,. Erfidan, S. Ürgün, S. Öztürk, Flyback önüştürücü aarımı ve Analizi, EMO. [4] Prieto, R., obo, J.A., Garcia, O., Aeni, R., Uceda, J., Otimizg the wdg trategy of the tranformer a flyback converter Power Electronic Secialit onference, PES '96 Record., 7th Annual EEE olume, 3-7 June 1996 Page(): [5] Preman A.., "Switchg Power Suly eign", Second Ed. McGraw-Hill, 1998, [6]. Kıraç, Güç Çaranı üzeltilmiş Çok Çıkışlı Anahtarlamalı Kaynak eori ve Uygulamaı, Gazi Üniveritei FBE Elektrik Elektronik Mühendiliği, Yükek Lian ezi, 007. [7] G. Çoban, Programlanabilir Çaraz önüştürücü, İtanbul eknik Üniveritei FBE Elektrik Mühendiliği, Yükek Lian ezi, 007. [8] Ogata, K., Modern ontrol Engeerg, 4th Edition Prentice Hall 011. [9] F. Öztürk, Anahtarlamalı Güç Kaynakları, Kocaeli Üniveritei FBE Elektrik Mühendiliği, Yükek Lian ezi, 009. [10] Y. Bai, W. hen, X. Yang, J. Sun, A ovel ontant urrent and ontant oltage Adative Blankg Regulation Scheme for Primary-ide ontrolled Flyback onverter, EEE 8th nternational Power Electronic and Motion ontrol onference, 016. [11]. Yaren,. Süel, Y. Yeniaydın, B. Sakacı, S. Kizir, SM3F4 Kiti ile Simulk abanlı Kontrol Eğitimi Uygulamaları Geliştirme, Otomatik Kontrol Ulual olantıı, 014. [1] M. Akdere, Anahtarlamalı Güç Kaynakları ve elevizyonlarda Uygulanmaı, Gazi Üniveritei FBE Elektrik Elektronik Mühendiliği, Yükek Lian ezi,