Askeri havacılık uygulamaları için 1/8 tuğla boyutu ve yüksek güç yoğunluğuna sahip olan dört anahtarlı bir düşürücüyükseltici dönüştürücünün tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of a four-switch buck-boost converter with 1/8 brick-size and high-power density for military aviation applications
Yazar: ENES KAVAK
Danışman: PROF. DR. HACI BODUR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anahtarlamalı güç kaynağı = Switched mode power supply ; Güç çeviriciler = Power converters

Özet:
Son yıllarda yarı iletken teknolojileri ve devre kartı üretim süreçlerinde meydana gelen gelişmeler ile DC-DC dönüştürücülerin boyutlarının küçültülmesi, ağırlıklarının azaltılması, verimlerinin ve güç yoğunluğunun artırılması çalışmaları ivme kazanmıştır. Özellikle boyutların ve ağırlığın kritik öneme sahip olduğu askeri havacılık uygulamalarında tuğla boyutlu DC-DC dönüştürücüler yoğun olarak kullanılmaktadır. Tuğla boyutlu dönüştürücülerin mekanik ve elektriksel parametreleri DOSA standardında belirtilmektedir. DOSA standardı, farklı üreticilerin ürünlerinin birbirleriyle uyumlu olmasını sağlamayı hedeflemektedir. Bu sayede tedarik zincirinde meydana gelen aksamalara alternatif çözümler bulunabilmektedir. DOSA standardına uygun tasarımı yapılan izolesiz dönüştürücülerde genellikle dört anahtarlı düşürücü-yükseltici dönüştürücü topolojisi kullanılmaktadır. Bu çalışmada, MIL-STD-704F askeri havacılık standardına uygun, geniş bir giriş gerilimi aralığında çalışabilen ve geniş bir çıkış gerilimi aralığında ayarlanabilen, 1/8 tuğla boyutunda ve yüksek güç yoğunluklu, dört anahtarlı düşürücü-yükseltici DC-DC dönüştürücünün çalışma aralıkları incelenmiş, dönüştürücünün detaylı bir analizi, simülasyonu ve uygulaması yapılmıştır. Devrenin teorik analizi, simülasyon ve uygulama sonuçları ile doğrulanmıştır. Simülasyondan ve devreden alınan sonuçlar etraflıca sunulmuştur. Ayrıca, DOSA standardı ve MIL-STD-704F askeri havacılık standardı hakkında bilgi verilmiştir.

Abstract:
In recent years, with the developments in semiconductor technologies and printed circuit board production processes, efforts to reduce the size of DC-DC converters, reduce their weight, and increase their efficiency and power density have gained momentum. Brick-sized DC-DC converters are used extensively, especially in military aviation applications where dimensions and weight are of critical importance. The mechanical and electrical parameters of brick-sized converters are specified in the DOSA standard. The DOSA standard aims to ensure that products from different manufacturers are compatible with each other. Since different manufacturers produce to the same standard, a product from one company can be safely replaced with a product from a different company. Thanks to the DOSA standard, alternative solutions can be found for disruptions in the supply chain. In non-isolated converters designed in accordance with the DOSA standard, a four-switch buck-boost converter topology is generally used. In this study, the operating ranges of the 1/8 brick size and high-power density four-switch buck-boost DC-DC converter, which complies with the MIL-STD-704F military aviation standard, can operate in a wide input voltage range and can be adjusted in a wide output voltage range, are examined. Simulation and application of the converter were made. The application circuit results have been verified by simulation of the converter. Waveforms of the results from the simulation and circuit are presented. Additionally, information is given about the DOSA standard and the MIL-STD-704F military aviation standard.