İki anahtarlı alçaltıcı-yükseltici DA/DA dönüştürücü tasarımı ve uygulaması
Design and application of two switch buck-boost DC/DC converter
Yazar: NUR KÜBRA ÖZKAN TUYGAR
Danışman: PROF. DR. İBRAHİM SEFA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Bulanık mantık = Fuzzy logic ; Denetleyiciler = Controller ; PI denetleme = PI control

Özet:
Bu çalışmada, iki anahtarlı alçaltıcı-yükseltici DA/DA dönüştürücü devresi modellenerek, farklı denetleyici yöntemleriyle benzetimleri gerçekleştirilmiştir. Benzetim çalışmalarından elde edilen tecrübelerin ışığında oransal-integral denetleyici, iki anahtarlı alçaltıcı-yükseltici DA/DA dönüştürücü modelinde uygulanmıştır. DA/DA dönüştürücünün alçaltıcı ve yükseltici dönüştürücü modları için ayrı ayrı durum uzay modelleri oluşturulmuştur. Elde edilen durum uzay modellerine Laplace dönüşümleri uygulanarak her iki çalışma modu için transfer fonksiyonları hesaplanmıştır. Hesaplanan transfer fonksiyonları kapalı çevrim devrenin modellenmesinde kullanılmıştır. Benzetim çalışmaları MATLAB Simulink programı kullanılarak yapılmıştır. İlk benzetimde alçaltıcı dönüştürücü modu ve yükseltici dönüştürücü modu için birbirinden bağımsız PI denetleyiciler tasarlanarak dönüştürücü modeli test edilmiştir. PI denetleyicilerin Kp ve Ki parametrelerini hesaplamak için Ziegler-Nichols frekans tepkisi ve birim basamak etkisi yöntemlerinden faydalanılmıştır. İkinci benzetimde her iki çalışma modu için tek bir PI denetleyici tasarlanarak dönüştürücü modeli test edilmiştir. Denetleyici çıktısı farklı genlikli taşıyıcı sinyallerle modüle edilerek DA/DA dönüştürücünün anahtarlarına uygulanmıştır. Üçüncü benzetim ise her iki çalışma modu için iki farklı bulanık mantık denetleyici tasarlanarak dönüştürücü modeli test edilmiştir. Üç farklı benzetim çalışmalarının ardından daha iyi sonuç veren tek PI denetleyicili dönüştürücü modeli donanımda gerçeklemek için seçilmiştir. Gömülü sistem tasarımında STM32F407 geliştirme kartı kullanılmıştır. Tasarlanan denetleyici algoritması gömülü sistemde çalıştırılarak modelin kapalı çevrim denetlenmesi sağlanmıştır. Alçaltıcı ve yükseltici dönüştürücü modları için birbirinden bağımsız denetleyici isteri tek bir PI denetleyiciyle kurulmuştur. Sonuçta bataryaların sarj durumları için kararlı iki anahtarlı alçaltıcı-yükseltici dönüştürücü tasarlanabildiği gösterilmiştir.

Abstract:
In this study, two switch buck boost DC-DC converter was modeled and simulated using
different controller methods. In the light of the experience obtained from the simulation
studies, the proportional-integral controller was applied in the two switch buck-boost
converter model. Separate state space models have been created for the buck and boost
converter modes of the DC/DC converter. Transfer functions were obtained for both
operating modes by performing Laplace transforms to the obtained state space models. The
calculated transfer functions were used in the modeling of the closed loop circuit. Simulation
studies were carried out with the MATLAB Simulink program In the first simulation, the
control of the circuit was provided with different PI parameters for the buck operating mode
and boost operating mode and the converter model was tested. To calculate the Kp and Ki
parameters of PI controllers, Ziegler-Nichols frequency response and unit step response
methods were used. In the second simulation, a single PI controller was designed for both
operating modes and the converter model was tested. The controller output was modulated
with carrier signals of different amplitudes and applied to the switches of the DA/DA
converter. In the third simulation, two different fuzzy logic controllers were designed for
both operating modes and the converter model was tested. After three different simulation
studies, a single PI controller converter model, that had better result, was chosen for
hardware implementation. The STM32F407 discovery board was used in the embedded
system. The design controller algorithm was run on the embedded system and closed-loop
control of the model was provided. The independent controller hysteria was implemented
with a single PI controller for the buck and boost converter modes. As a result, it has been
shown that stable two switch buck-boost converters can be designed for the charging states
of the batteries.