T.C. KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ DC-DC BOOST CONVERTER DEVRESİ AHMET KALKAN 110206028 Prof. Dr. Nurettin ABUT KOCAELİ-2014
1. ÖZET Bu çalışmada bir yükseltici tip DA ayarlayıcısı ( Boost Converter ) deneysel olarak gerçekleştirilmiş, simulasyon sonuçlarıyla deneysel çalışmanın sonuçları karşılaştırılmıştır. 2. GİRİŞ Gücün kontrol edilme yollarından birisi bir gerilim seviyesinden başka bir gerilim seviyesine güç dönüştürme işlemidir. Alternatif akımda (AA) dönüştürme işlemi transformatörlerle verimli olarak yapılmaktadır. Fakat transformatörler doğru akım (DC/DC) güç dönüşümü için kullanılmaz. Bu tezde DC-DC konvertörlerin yük akımı ve gerilimine göre incelenmesi amaçlanmıştır. Ancak incelemenin büyük bir bölümü anahtarlama modlu çalışan ve gerçekleştirdiği işlem açısından beş gruba ayırabileceğimiz. DC-DC konvertör çeşitlerine ayrılmıştır. Gücün DC/DC dönüşümünün verimli olarak yapılabilmesi için anahtar mod konvertörlerine ihtiyaç vardır. Güç konvertörleri, reaktif elemanlarve anahtarlardan meydana gelir. Çalışma prensibi devrede kullanılan anahtarların iletim ve kesim sürelerinin ayarlanması ile yapılır. Yükü besleyen gerilim frekansı büyük değerlerde ise pratik olarak yüke kesintisiz DC güç aktarımı mümkün olur. Bu tür konvertölerin tatmin edici işletimi, reaktif elemanların uygun konfigürasyona ve uygun anahtarlama metotlarına bağlıdır. 3. DC-DC BOOST(YÜKSELTİCİ) DEVRE ÇALIŞMA PRENSİBİ Bir DA gerilimi başka bir değerdeki DA gerilime dönüştüren güç elektroniği düzenlerine DA ayarlayıcı ( DC to DC converter ) denir. DA ayarlayıcılar gerçekleştirdiği işlev açısından sınıflandırılacak olursa üç temel devre çeşidi vardır. Düşürücü tip DA ayarlayıcı Yükseltici tip DA ayarlayıcı Düşürücü-Yükseltici tip DA ayarlayıcı Örnek bir dc-dc boost devresi Gerekli işlemler yapıldığında devrenin giriş gerilimi ve çıkış gerilimi arasındaki bağıntı aşağıdaki gibidir. V çıkış = V giriş 1 D
Devrenin Çalışması Yükseltici tip DA ayarlayıcı adında da anlaşıldığı gibi girişindeki doğru gerilimi yükselterek çıkışa iletir. Başka bir deyişle çıkış gerilimi giriş geriliminden yüksektir. Mosfet iletimde iken çıkış direnci daha önceden şarj olmuş kondansatör üzerinden beslenir. Anahtarlama elemanı kesimde iken ise çıkış direnci hem kaynaktan beslenir hem de bobin üzerinden ani bir akım geçmesinden dolayı bobinde oluşan zıt emk tarafından beslenir. Böylece çıkış gerilimi kaynak gerilimden daha yüksek olur. Yükselmenin ne kadar olacağı kullanılan bobinin endüktansı ile alakalıdır. Bobin kısa devre özelliği gösterdiği için anahtarlama işleminin yüksek frekansta sürekli olarak tekrar edilmesi gerekir. Anahtarlama frekansı mosfetin gate uçuna gelen tetikleme sinyali ile belirlenir. 4.DEVRE ŞEMASI VE ELEMANLARI
470 uh bobin 0.1 ohm direnç BUZ11 mosfet 150 uf kutuplu kondansatör 100 ohm direnç 4.7k pot (simülasyonda deneysel frekansı gözlemlemek için 100k pot kullanılmıştır özellikle 720 hz yi gözlemleyebilmek için.) 10nF kondansatör 555 entegre 3 tane 47 ohm taş direnç 1N4148 diyot 5.ALINAN DENEYSEL VE SİMÜLASYON SONUÇLARI Kondansatör akımı 720 hz
1khz 10khz
68khz Bobin Akımı 720hz için
1khz 10khz
68khz Devre çıkış gerilimi 720hz için
1khz 10khz
68khz Kare Dalga
Çıkış gerilimi 1 khz için
555 kare dalga
7.DEVRE ONAY ŞEMASI
8.SONUÇLAR VE ÖNERİLER Devrede frekans değişimine bağlı olarak çıkış geriliminde dalgalanmalar gördük. Yapılan bu devre temel bir dc dc boost devresidir. Grafiklerde gördüğümüz üzere her ne kadar simülasyon sonuçları ve deneysel çalışma farklılık göstersede alınan değerler birbirlerine yakındırlar. Ancak zamanımızda teknolojinin gelişmesi üzerine artık mikrodenetleyicilerle daha kapsamlı ve doğru bir dc dc konvertör devresi yapılabilir. Yarı iletken teknolojisinin çok gelişmesi üzerine neredeyse simülasyon sonuçlarıyla aynı derecede sonuçlar elde edilebilir. Pot değerinde değiştirmelerle frekans ayarını yaptık. Kullandığımız elemanlar gayet basit ve bilindik elemanlar. Yalnız mosfet çok ısınıyordu bunun için ya yolları kalın yapmamız yada soğutucu bağlamamız gerekiodu bu yüzdende air conditionerli basit bi soğutucu bağladık mosfetin ucuna. 9.KAYNAKLAR 1. Nasır Çoruh, Tarık Erfidan, Satılmış Ürgün "DA DA Boost Dönüştürücü Tasarımı ve Gerçeklenmesi", Elektrik-Elektronik-Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu, Eleco 2008 2. Güç elektroniği ders notları