boost | turancakil

Özet

Bu makalede, güç elektroniğinin, temel devrelerinden ve piyasada en çok kullanılan devrelerden boost(yükseltici)devresi ile ilgili Mathcad ve Isıs çizimleri ve program kodları ile analizi yapılmıştır.12v dc gerilimini 24v dc gerilimine yükselten devrenin, teknik özellikleri, devre şemaları, anahtarlama devresi ve pratikte laboratuvar sonuçları konu olarak ele alınmıştır.

In this article, power electronics, basic circuit of the market and the most widely used circuit-de booster (amplifier) related to the circuit Mathcad and Isıs drawings and program code with the analysis of the circuit raises made.12v dc voltage to the 24v voltage, specifications, wiring diagrams, switching circuit and is practically considered as subject laboratory results.

Bu devrelerde başlangıçta transistor iletimdedir, giriş kaynağı tarafından endüktans beslenir, endüktanstan geçen akım lineer olarak artar ve endüktansın enerji seviyesi de yükselir. Bu zamanda yükün beslemesini kondansatör üstlenir. Transistorun kesim süresinde sinyali kesilen transistörün kesime girmesiyle enerjili olan endüktansın ürettiği EMK ile diyot iletime girer.Diyodun iletimine geçtiği anda giriş kaynağı ve endüktansa biriken enerji tarafından yük beslenir.Endüktanstan geçen akım lineer olarak azalır ve endüktansın enerji seviyesi de düşer. Ayrıca bu devrede güç elemanları çıkış gerilimine de maruz kalır. Bunun sonucunda ortalama endüktans akımı giriş akımına eşittir. Endüktansın giriş tarafında olması nedeniyle, giriş akımındaki dalgalanma(ripple) düşük, çıkış kondansatörü akımındaki dalgalanma ise yüksektir.

GÜÇ ELEKTRONİĞİNİN TEMEL DEVRELERİNDEN DC-DC BOOST DEVRE TASARIMI

MATHCAD'DA ANALİZİ

Abstract

Dc-Dc Boost Dönüştürücü Nedir?

Devrenin Çalışma Prensibi Nedir?

Boost(yükseltici) devreleri boşta çalıştırılamaz, aksi halde çıkış gerilimi aşırı yükselebilir veya aşırı ısınan yükte devreye hasar verebilir. Yükseltici türü dönüştürücüler, PFC amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır.

Anahtarlama periyodu T, ve anahtar kapanma süresi DT açma zamanı (1-D)*T
Endüktans üzerinden geçen akımın continouns modda(genellikle pozitif )
İdeal güç elemanlarında oluşması
Çıkış geriliminin sabit olması gerektiği dalgalanmanın az olması istenen durumdur.

Devrede elde edilen çıkış gerilimi, dalgalanma faktörü kondansatörün değerine göre değiş-mektedir. Pratikte ise sınırlı kapasitans değerlerine göre dalgalanmalar istediğimiz değerlerde olmayabilir. Tepeden tepeye çıkış gerilimi hesaplamasında kapasitör akım dalga grafiğine göre tespit edilir. Dalgalanma gerilimi, istenen çıkış gerilimine, giriş gerilimine, yük direncine kondansatör değerine ve anahtarlama frekansına bağlıdır.

Direnç kullanımında ise devremizde kullandığımız dirençlerden en önemli kullanım ise TLP’nin girişine kullanılan dirençtir. Buradaki direnç TLP’nin 5v değerde oluşan akımın TLP’ye zarar vermesini engellemek için hesaplanan direnç değeri kullanılmalıdır. Diğer kullanılan dirençler anahtarlama devresinde olağan kullanılan dirençlerdir. Taş direncimiz ise yük olarak kullanılmaktadır.(örnek olarak Laptop benzetimi)

Devrenin Enerjili Durumdayken Osiloskop Çıktıları

turancakil™®

Devrede kullanılan elemanların sayısal analizi ise Mathcad de devre şeması ise Isıs yapılmıştır.

Şekil I (Boost Devre Şeması)

Boost(Yükseltici)Devre Tasarımı Ve Aşamaları

İlk olarak devre tasarımında kullanılan malzemeler:

Sinyal jeneratörü
DC Gerilim Kaynağı
Transistor(IRF 740)
TLP 250 (Optokuplör olarak)
Bobin
Kondansatör
27W lık 47Ω luk Taş Direnç ve anahtarlama devresi için bazı dirençler
Yüksek Hızlı Güç Elektroniği Diyodu
Gerekli Bağlantıları sağlamak amacıyla kablo ve giriş konnektörleri

Sinyal jeneratörü ve dc gerilim kaynağı laboratuvar ortamında edinilmiştir. Diğer ekipmanlar piyasada kolaylıkla bulunur. Sinyal jeneratörünün çıkış voltaj değeri 5V dalga tipini kare(square) sinyalin frekansını 22khz, duty(ratio) oranının da 0,5 alınmıştır. Dc gerilim kaynağı ise 2 tane giriş gerilimi vermek için kullanılmıştır. Birincisi devrenin girişine dc 12v değeri verilmiştir. İkincisi ise devrenin optokuplör görevini yapan TLP250 girişine dc 15v verilmiştir. Transistor olarak kullanılan devre elemanı IRF740 kullanılmıştır.

Devremizde kullanılan mosfet tipi güç transistoru anahtarlama görevini yapmaktadır. Bu transistor kullanılmasının nedeni, hızlı anahtarlama yapması, çeşitli devre elemanlarıyla sürme imkanı, dinamik akım gerilim değişimlerine dalgalanmasına karşı dayanıklı olduğundan dolayı kullanılmıştır.TLP250 ise IRF740 transistorunun sürmek amacıyla kullanılmıştır.

Bobin ise iletken tellerin yan yana ya da üst üste sarılmasıyla elde edilen devre elemanlarına denir. Bobinlerin sarıldığı kısma karkas, mandren ya da makara, iletkenin karkas üzerinde bir tur yapmasına ise sipir, tur ya da sarım adı verilir. Bobinlerde çoğunlukla dış yüzeyi izoleli (vernikli) bakır tel kullanılır.Hesaplanan değerlerin genellikle piyasada bulunmadığından eşlenikleri alınır ancak istenilen sonuçlar alınmayabilir. Bu nedenle bobin tasarımı yapılabilir. Deneyde kullanılan nüvenin yapısına göre hesaplanan bobin değerine ulaşmak için 7 sarımlık bakır tel kullanılmıştır. Bobin tasarımında önemli olan bir diğer etmen nüvenin ara uçlarının temiz olması gerekir. Bu sağlıklı bir bobin elde edilmesi için şarttır. Ayrıca bobinin kesime girmemesi gerekir. Bobinin enerjilenmesi durumunda ses gelmesi ise nüvenin ara uçlarında toz bulunması veya bobinin kesime yakın bir değerde olduğu anlaşılır. Böyle bir durumda bobin sökülmeli nüve uçları temizlenmeli veya karkasa sarılan sargının değerinin kontrol edilmesi gerekir.

Şekil II Optokublör Yapısı

Şekil III TLP250 Optokublörünün Datasheet Gösterimi

Boost(Yükseltici)Devre Tasarımı Ve Aşamaları

Şekil IV Bobinin Nüve Yapısı

Şekil V Bobinin Nüve ile Karkas Birleşimi

Şekil VI Taş Direnç

Güç elektroniğinde özel diyotlar kullanılır. Bu diyotlar yüksek hızlı diyotlardır. Yüksek hızlı olmasının nedeni iletimi hızlı bir şekilde yapması gerekir. Ayrıca yüksek gerilimlere karşı dayanıklıdırlar. Devrede kullanılan diyot yapısı 1N4148 kullanılmıştır.

Şekil IV 1N4148 Yüksek Hızlı Diyod Yapısı ve Datasheet Gösterimi

Devrenin Sayısal Analizi ve Devre Şeması

MATHCAD'de Numerik Analizi

**Mathcad da hesaplanmıştır.(alıntı değildir.)

Programda bulunan değerlerden kondansatör değeri 48uF olarak devrede kullanılmıştır. Bobin değeri olarak ise 142uH kullanılmıştır. Önemli bir paradoks ise TLP’nin toprağı ile devrenin toprağı ayrı olmalıdır. Bunun nedeni anahtarlama devresini izole etmek ve anahtarlamanın düzgün olmasını sağlamaktadır.

ISIS'de Devre Çizimi ve Simülasyonu

Devrenin Laboratuvar Ortamındaki Enerjili Durumu