Çok çıkışlı değişken frekanslı ve yumuşak anahtarlamalı flyback dönüştürücü tasarımı ve uygulaması
Multi-output variable frequency and soft switching flyback converter design and application
Yazar: YUSUF ZİYA GÖÇER
Danışman: DOÇ. DR. SÜLEYMAN SUNGUR TEZCAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anahtarlamalı güç kaynağı = Switched mode power supply ; Yumuşak anahtarlamalı inverter = Soft switching inverter

Özet:
Gelişen dünya teknolojisinde enerjinin verimli, sürekli ve güvenilir bir şekilde kullanılması için elektronik cihaz tasarımları yapılmaktadır. Bu tasarımlar hem kendi gömülü alt birimleri hem de bulundukları sistemler için gerekli enerjiyi, istenilen enerjiye dönüştüren elektronik cihazlardır. Günümüzde yüksek verimi ve uygun maliyeti sebebiyle anahtarlamalı güç kaynakları çok yaygın kullanılmaktadır. Yüksek frekanslı anahtarlamalı güç kaynağı devresi flyback dönüştürücü, verimi, maliyeti ve elektriksel izolasyonlu olması nedeniyle güç uygulamalarında tercih edilmektedir. Bu yöntem anahtarlama kayıplarına neden olduğu gibi düşük güç devrelerinde de verimliliği düşürmektedir. Devrede anahtarlama kayıplarını azaltmak için değişken frekanslı anahtarlama yöntemi incelenmiştir. Bu çalışmada yaygın olarak gördüğümüz darbe genişlik modülasyonunda (PWM) doluluk oranı değiştirme tekniğinden farklı bir yöntem olan değişken frekanslı anahtarlama tekniği tercih edilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre değişken anahtarlama frekansıyla çalıştırılan dönüştürücü, sabit frekans anahtarlamalı dönüştürücüden daha verimli görülmüştür. Ayrıca kullandığımız yumuşak anahtarlama ile transformatörün kaçak endüktansından kaynaklı anahtarın üzerindeki gerilim stresi sıkıştırılmıştır. Flyback dönüştürücü çok çıkış sağlaması sayesinde, devresinin alt birimleri için farklı gerilimlere ihtiyaç duyan cihaz ve sistemlere istenilen seviyede gerilim sağlamaktadır. Bu araştırmada, dört adet çıkışı olan hem birbiriyle izoleli hem de giriş geriliminden izoleli flyback dönüştürücü güç kaynağı tasarlanmıştır. Tasarımın örnek bir sistemi matematiksel bağıntıları ile hesaplanarak Matlab/SIMULINK programında modellemesi yapılmıştır. Benzetim çalışmalarında sonuç kontrolü için çıkış gerilimi, anahtar gerilimi ve akımı, trafo akımı ve gerilimi hesaplanmıştır. Çalışmada tasarlanan dört çıkışlı izolasyonlu flyback dönüştürücünün yük değişimlerinde, çıkış gerilimlerinde oluşan değişimler farklı gerilim durumlarında analiz edilmiştir. Bu analizler çerçevesinde trafo tasarımı, anahtar seçimi ve anahtarlama olarak öneriler bildirilmiştir.

Abstract:
In the developing world technology, electronic device designs are made to use energy efficiently, continuously and reliably. These designs are electronic devices that convert the required energy for both their embedded subunits and the systems they are in, into the desired energy. Nowadays, switching power supplies are widely used due to their high efficiency and affordable cost.Flyback converter with high-frequency switching power supply circuit is preferred in power applications due to its efficiency, cost and electrical isolation. This method not only causes switching losses but also reduces efficiency in low power circuits. Variable frequency switching method has been examined to reduce switching losses in the circuit. In this study, the variable frequency switching technique, which is a different method than the commonly used pulse width modulation (PWM) occupancy rate changing technique, was preferred. According to the results obtained, the converter operated with variable switching frequency was found to be more efficient than the converter with fixed frequency switching. In addition, the voltage stress on the switch caused by the leakage inductance of the transformer is compressed by the soft switching we use. Thanks to its multiple outputs, the flyback converter provides the desired level of voltage to devices and systems that require different voltages for the subunits of the circuit In this research, a flyback converter power supply with four outputs, isolated from each other and isolated from the input voltage, was designed. An example system of the design was calculated with mathematical relations and modeled in the MATLAB/Simülink program. In the simulation studies, output voltage, switch voltage and current, transformer current and voltage were calculated for the result control. In the study, the changes in output voltages of the designed four-output isolated flyback converter with load changes were analyzed in different voltage situations. Within the framework of these analyses, suggestions were given as transformer design, switch selection and switching.