DA-DA DÖNÜŞTÜRÜCÜLER (DA Kıyıcı, DA Gerilim Ayarlayıcı) DA gerilimi bir başka DA gerilim seviyesine dönüştüren devrelerdir.

Transkript

1 DADA DÖNÜŞÜRÜCÜLER (DA Kıyıcı, DA Gerilim Ayarlayıcı) DA gerilimi bir başka DA gerilim seviyesine dönüşüren devrelerdir. Uygulama Alanları 1. DA moor konrolü 2. UPS 3. Akü şarjı 4. DA gerilim kaynakları Özellikleri 1. am konrollü elemanlarla gerçekleşirilir 2. Giriş kaynağıdan yalıılmış veya yalıılmamış çıkış gerilimi üreebilirler 3. Çıkış geriliminde AA bileşenler bulunur. Doğrusal Gerilim Regülaörleri Yük akımı baz akımı i B ile doğru oranılıdır. ransisör akif bölgede, yani ayarlı direnç bölgesinde çalışır. V R i i i 0 L L L B V CE R L R L Akif bölgede çalışan bir ransisörün kayıpları bu sisemi düşük verimli yapar. P kayıp CE L

2 Anaharlamalı Dönüşürücüler (SMPS) 1. Çok az bileşen içerir, 2. Sağlamdır, 3. Elekromagneik gürülüleri azdır, 4. Yüksek verimlidir. Güç elemanı (ransisör) elekronik anahar olarak çalışır (doyumda veya kesimde). Bu devrelere genellikle DA kıyıcı denir. Aşağıdaki devrede ransisörün periyodik olarak açılıp kapanmasıyla alaki çıkış gerilimi oluşur. Bu gerilimin oralaması veya DA bileşeni; D 1 1 V v () d V d V D i i R L R L ileim kesim D (1D) Darbe oranı (Duy raio=d) on on D on f on off Yük akım ve geriliminin büyük AA bileşenler içermesi devrenin bu haliyle kullanışsız olduğunu, filre devrelerine ihiyaç duyduğunu gösermekedir.

3 C i C i 0 R L Yüke paralel büyük değerli bir kondansaör eklenirse gerilim dalgalanması konrol edilebilir. Faka V c = iken anahar kapaılırsa, kaynak akımı çok yüksek değerlere çıkıp yarıilekene zarar verir.. L C i C i 0 R L Akımın yükselmesini engellemek için kaynağa seri bir bobbin bağlanırsa, anahar açıldığında bobbin üzerindeki gerilim çok büyük değerlere çıkıp yarıilekene zarar verir.. D L C i C i 0 R L Serbes geçiş diyodu (FWD) eklenirse, anahar açıldığında bobin akımı akmaya devam eder. Yüksek anaharlama frekanslarında yük gerilimi dalgalanması küçük değerlere düşer. Anaharlamalı Dönüşürücüler (SMPS) günümüzde yaygın olarak, bilgisayar güç kaynakları, LCD elevizyonlar, moniörler, pil şarj devrelerinde kullanılmakadır. Anaharlama frekansları genellike 20kHz in üzerindedir.

4 Endükanslı Dönüşürücüler Bu dönüşürücüler, bir akif (ransisör), bir pasif (diyo) güç elemanı ile bir endükansın farklı şekilde bağlanmasıyla elde edilir. Bu dönüşürücülerin çalışma prensibi endükansın enerji depolaması ve akarması prensibine dayanır. Endükans akımı ana akımı aşıdığı için, ek yönlüdür ve aynı zamanda mıknaıslanma akımıdır. Doyumun engellenmesi, maliyein düşürülmesi için genellikle hava aralıklı endükanslar kullanılır. Ana akımı belirleyen endükans akımı, endükans değerine ve anaharlama frekansına bağlı olarak kesinisiz (sürekli, CCM) veya kesinili (süreksiz, DCM) olarak seçilebilir. Uygulamalarda güç akarımının çok iyi olduğu CCM modu daha çok ercih edilir. CCM DCM a) Kesinisiz akım modu a) Kesinili akım modu Yüke paralel bağlanan yeerince büyük kondansaör çıkış geriliminin sabi kalmasını sağlar. Endükans üzerindeki oralama gerilim ve akım Bazı devrelerde, endükans enerji depolamada kullanılır. Aşağıdaki Şekildeki devreyi göz önüne alınız. Endükansın üzerine sabi V gerilimi uygulanmışır. Endükans gerilimi şöyle verilir. v L dil L d 1 i v d i L L L0 L 0

5 Kararlı çalışma durumunda endükans üzerindeki gerilimin poziif ve negaif alanları birbirine eşiir veya oralaması sıfırdır. Aynı zamanda, endükans akımındaki arma ve azalma mikarı dolayısıyla endükansın aldığı ve verdiği enerji mikarı eşiir. Kapasiör üzerindeki oralama gerilim ve akım Bazı güç elekroniği devrelerinde kapasiörler enerji deposu olarak kullanılırlar. Aşağıdaki devrede sabi bir akım kapasiör üzerinden akmakadır. Kapasiör gerilimi şöyle verilir: dvc ic C d 1 v i d v C C C 0 C 0 Kararlı çalışma durumunda kapasiör üzerindeki akımın poziif ve negaif alanları birbirine eşiir veya oralaması sıfırdır. Aynı zamanda, kapasiör gerilimdeki arma ve azalma mikarı dolayısıyla kapasiörün aldığı ve verdiği enerji mikarı eşiir.

6 Öze : Kararlı Durumda; 1. Endükans akımı periyodikir. i ()() i L L 2. Oralama endükans gerilimi sıfırdır. Değilse, endükans akımı devamlı arar ve kararlı durum sağlanmaz VL vl() d 0 4. Oralama kapasiör akımı sıfırdır. Değilse, kapasiör gerilimi devamlı arar ve kararlı durum sağlanmaz. 1 IC ic () d 0 V g Devre Kararlı Durumda C L v L_avg = 0 i C_avg = 0 v L v 1 d Alanlar eşi v 2 Vol sn dengesi: V 1 d V 2 (1d) = 0 i C Alanlar eşi

7 Anaharlamalı dönüşürücüler (ideal) kayıpsızdır. Giriş Gücü P i = v i i i_avg i i v i Swichingmode DC/DC converer i O R L v O Çıkış Gücü P o = v o i o = v o 2 /R L Güç Dengesi P g = P o v g i g_avg = v o 2 /R L Anaharlamalı DADA dönüşürücüler ideal DA ransformaördür. i i_avg i O N = v o /v i 1:N DA ransformaör R L v O i i_avg = i o v o /v i = N i o

8 DADA Düşürücü (BUCK) Dönüşürücü v L D L C i C i 0 R L Yukarıdaki anaharlamalı dönüşürücüye LC elemanlarının eklenmesi ile alçak geçiren filre oluşurularak aşağıdaki BUCK dönüşürücü elde edilir. Devrenin analizi; 1. ransisör ileimde (=on) İleimde kalma süresi on =D v L = Bobin akımı lineer başlangıç değerinden en büyük değerine lineer olarak arar. Yukarıdaki denklemin çözümü ile 2. ransisör kesimde (=off) Diyo ileimdedir. İleimde kalma süresi off =(1D) v L = Bobin akımı ileim aralığındaki son değerinden lineer olarak azalır. Yukarıdaki denklemin çözümü ile

9 v L D I Lmax I 0 I Lmin I L i C Q I L /2 I L /2 v C Anaharın açık ve kapalı olma durumunda endükans üzerindeki akım değişimleri eşi olacağından;

10 2.yol Kararlı çalışmada endükans üzerindeki gerilimin oralama değeri sıfır olacağından; dil L L L d 0 0 v L v d L di d 0 D 0 ()()()() V V d 0 V d V V D V D i 0 0 i 0 0 D ()() V V D V D i V D V i 0<D<1 Sürekli ileim durumunda çalışan düşürücü dönüşürücü bir DC rafo gibi düşünülebilir. rafonun sarım oranı sürekli ve elekronik olarak 0 ile 1 değeri arasında anaharın darbe oranı kullanılarak konrol edilebilir. Sürekli çalışmada oralama kapasiör akımı sıfır olacağından, oralama endükans akımı oralama yük akımına eşiir.

11 Sürekli Çalışma için Endükans değerinin bulunması Endükans akımının en büyük ve en küçük değerleri; Sürekli çalışma iseniyorsa min >0 olmalıdır. min =0 durumunda sınır çalışma gerçekleşir.

12 Kapasiör Değerinin Bulunması Devrede kondansaörün şarjı veya deşarjı amamen endükans akımın dalgalanmasına bağlıdır. Çıkış akımına göre endükans akımının fazla olması kondasaörün şarjına, Çıkış akımına göre endükans akımının az olması kondasaörün deşarjına neden olur. Ayrıca kondansaör değeri frekansla azalır. grafiğinde, aralı alan enerjisi( Q a kondansaöre akarılmalıdır ki yük uçlarındaki gerilim sabi kalsın. Çıkışın gerilimindeki dalgalanmalar azalmak için, alçak geçiren filre frekansı ( 1 f c 2A ApLC w f ) anaharlama frekansından çok küçük seçilmelidir ( fc << f ).

13 DADA Yükselici (BOOS) Dönüşürücü v L D i C i 0 C R L Devrenin analizi; 1. ransisör ileimde (=on) İleimde kalma süresi on =D v L = Bobin akımı lineer başlangıç değerinden en büyük değerine lineer olarak arar. Yukarıdaki denklemin çözümü ile 2. ransisör kesimde (=off) İleimde kalma süresi off =(1D) Diyo ileimdedir. v L =v i v 0 Bobin akımı ileim aralığındaki son değerinden lineer olarak azalır. Yukarıdaki denklemin çözümü ile

14 v L D I Lmax I 0 I L I Lmin i C v C Anaharın açık ve kapalı olma durumunda endükans üzerindeki akım değişimleri eşi olacağından;

15 2.yol Kararlı çalışmada endükans üzerindeki gerilimin oralama değeri sıfır olacağından; dil L L L d 0 0 v L v d L di d 0 D 0 0 ()()()() V d 0 V V d V D V V D i i 0 i i 0 D V D ()() V V D i V V i 1 1 D i 0 0<D<1 Sürekli ileim durumunda çalışan yükselici dönüşürücüde çıkış gerilimi giriş geriliminden daha büyükür. 5 oranındaki arış bir sınır olarak kabul edilebilir, daha yüksek oranlarda anaharlama kayıpların çok arması ve diyokapasiör akımları büyük epe değerlerine çıkabilir. Çıkış gücü, giriş gücü ifadelerinin anımlanmasıyla, oralama akım ve endükans akımları bulunabilir. Çıkış gücü; Dönüşürücünün kayıpsız olduğu düşünülürse; Endükans akımının en büyük ve en küçük değerleri;

16 Sürekli Çalışma için Endükans değerinin bulunması Sürekli çalışma iseniyorsa min >0 olmalıdır. min =0 durumunda sınır çalışma gerçekleşir. Kapasiör Değerinin Bulunması Diyo akımının dalgalılık bileşeninin amamının capasiör içerisinden ve oralama değerinin de yük üzerinden akması gerekmekedir. D süresi boyunca diyo akımı sıfırdır. Yük akımı kapasiör arafından sağlanmalıdır. i c = i d i 0 Q I 0 Q D

17 ASARIMLARDA GÖZÖNÜNDE BULUNDURULMASI GEREKENLER 1.Yüksek anaharlama frekansları L ve C değerlerini düşürür, faka anaharlama kayıpları arırır. 2. İndükansın çekirdeği I Lmax için saurasyona ( doyuma) geçmemeli. 3.En düşük yük akımı için sürekliliği sağlayabilecek bir endükans değeri(l=1.25l min ) seçilmelidir. 4. Dalgalılık fakörünü düşürmek için uygun bir C seçilir. Genelde bu dalgalanma fakörü 1% den az olmalıdır.