Askeri hava araçları için 28 V DA bir katı hal güç kontrolörü
A 28 V DC solid-state power controller for aircraft and military applications
Yazar: HAYRETTİN ERTAŞ
Danışman: PROF. DR. BÜNYAMİN TAMYÜREK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Özellikle hava araçları güç dağıtım sistemlerinde koruma ekipmanlarının kullanımı gün geçtikçe artmaktadır. Hidrolik ve pnömatik sistemler değiştirilerek güç dağıtım sistemlerinin genişletilmesi tercih edilir. Bu amaçla; genişleyen elektrik güç dağıtım sisteminin güvenli ve sürdürülebilir olması önem kazanmıştır. Koruma yapan geleneksel röle ve kesiciler sağlam olmalarına rağmen kurulumları ve uzaktan kontrol edilmeleri zordur. En büyük dezavantajı aşırı yüklenmelerde açma yapma hızının düşük olmasıdır. Titreşim ve yüksek irtifada gerçekleşen yer çekimi kuvvetine karşı duyarlı olmaları diğer olumsuz etkenlerdir. Kısa devre olayında ya da herhangi bir kabarma olayında zamanında açma yapılamazsa dağıtım sistemine bağlı yükler arızalanır ya da kullanılamaz hale gelir. Bu tez çalışmasında; havacılık, uzay ve savunma araçlarında kullanılan koruma amaçlı röle ve kesicilere karşı alternatif sunmak için yarı iletken tabanlı bir SSPC (Solid State Power Controllers) devresi uygulaması gerçekleştirilmiştir. SSPC'ler aşırı yüklenmelerde daha kısa sürede açma yapar. Bunun nedeni yarı iletken teknolojisi kullanılmasıdır. Anahtarlama elemanı olarak MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) kullanılmıştır. Güç devresinde çift yönde anahtarlama topolojisi kullanılmıştır. Zıt-seri MOSFET çiftlerinin paralellenmesiyle oluşturulan anahtarlama devresi tek bir komutla kapılarından kontrol edilmiştir. Kontrol devresinde akım, gerilim ve sıcaklık kontrolü yapmak amacıyla 8 bitlik PIC18F46K22 mikroişlemcisi kullanılmıştır. Akım kontrolü hall effect akım sensörü üzerinde düşen gerilime göre yapılmıştır. Gerilim kontrolü gerilim bölücü yapılan dirençler üzerinden yapılmıştır. Uçağın elektrik güç dağıtım sisteminde bağlı bir rezistif yük simüle edilmiştir. Nominal gerilimi 28 V ve nominal akımı 80 A olan bir DA güç dağıtım sistemine bağlı olduğu kabul edilmiştir. Sonuç olarak, tasarlanan SSPC akım ve gerilim hatalarında hızlı bir yanıt süresine ulaşmıştır. Açma süresi aşırı gerilim arızasında 37 mikrosaniye; aşırı akım arızasında 215 mikrosaniye olarak ölçülmüştür.

Abstract:
Especially in aircraft power distribution systems, the use of protection equipment is increasing day by day. It is preferable to expand power distribution systems by replacing hydraulic and pneumatic systems. For this purpose, it has become important that the expanding electric power distribution system is safe and sustainable. Although traditional relays and breakers that provide protection are robust, they are difficult to install and control remotely. The biggest disadvantage is that the speed of opening in overloads is slow. Vibration and their sensitivity to the gravity force at high altitude are other negative factors. If timely opening is not made in the event of a short circuit or in any swell event, the loads connected to the distribution system fail or become unusable. SSPCs open up trip in less time under overloads. This is due to the use of semiconductor technology. In this thesis study, a semiconductor-based SSPC (Solid State Power Controllers) circuit application has been implemented to provide an alternative to protection relays and breakers used in aerospace and defense vehicles. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is used as the switching element. Bidirectional switching topology is used in the power circuit. The switching circuit formed by paralleling the serial MOSFET pairs was controlled from the gates with a single command. An 8-bit PIC18F46K22 microprocessor is used to control current, voltage and temperature in the control circuit. The current control is based on the voltage obtained from a hall effect current sensor. Voltage control is made over the resistors made of voltage divider. A resistive load connected to the aircraft's electric power distribution system is simulated. It is considered to be connected to a DA power distribution system with a nominal voltage of 28 V and a rated current of 80 A. In conclusion, the designed SSPC has achieved fast response to current and voltage faults. The trip time is measured as 37 us for overvoltage faults and 215 us for overcurrent fault.