Yersabit yörünge uydular için yüksek verimli güneş paneli regülatörü tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of high efficiency solar array regulator for geosynchronous orbit satellites
Yazar: DOĞACAN YILDIRIM
Danışman: PROF. DR. UĞUR BAYSAL
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, tam regüle bara yapısında sahip uydu elektriksel güç alt sisteminde kullanılmak üzere bir güç dönüştürücü tasarlanmıştır. Tasarlanan dönüştürücüde, geleneksel tam regüle bara sistemlerinde ayrı birimler altında kullanılan pil şarj ve güneş paneli regülasyonu işlevleri tek bir topoloji altında toplanmıştır. Tez çalışması kapsamında tasarlanan güneş paneli regülatörü, literatürde S4R olarak tanımlanan topolojiye sahip olmakla birlikte, tüm operasyonel çalışma modlarını kapsaması ve bu modların kart seviyesindeki uygulamaları açısından literatürdeki benzer çalışmalara göre farklılık göstermektedir. Tasarlanan güneş paneli regülatörünün giriş gerilimi 105-140V, çıkış gerilimi ise, ana barada regüle 100V, pilde ise 60-84V olacak şekilde seçilmiştir. Dönüştürücü, 100V ana bara çıkış gücü 500W, pil şarj çıkış gücü ise 210W olacak şekilde tasarlanmıştır. Güneş paneli regülatörü sabit akım, sabit gerilim ve lineer mod olmak üzere 3 farklı pil şarj moduna sahiptir. Maksimum 1 kHz anahtarlama olacak şekilde devre bileşenleri ve kontrolcü parametreleri belirlenmiştir. Geleneksel bir düşürücü tip pil şarj düzenleyici yaklaşık \%92 verime sahipken, tasarlanan güneş paneli regülatörü ile pil şarj verimi \%98'lerin üzerine çıkılmıştır. Güneş paneli regülatörüne farklı yük akımı, şarj akımı ve pil gerilimi altında işlevsel testler uygulanmıştır. Dönüştürücünün çalışma modları benzetim ortamında ve daha sonra test ortamında doğrulanmıştır. Yapılan çalışmalar ışığında gerçekleştirilen güneş paneli regülatörünün uydu güç alt sistemlerinde kullanımının  avantaj ve dezavantajları incelenmiştir.

Abstract:
In this thesis, a power converter is designed to be used in a fully regulated bus structure satellite electrical power subsystem. In the designed converter, battery charging and solar array regulation functions, which are used as separate units in conventional fully regulated busbar systems, are combined under a single topology. Although the solar array regulator designed in this thesis has the topology defined as S4R in the literature, it differs from similar studies in the literature in terms of its coverage of all operational operating modes and the board-level applications of these modes. The input voltage of the designed solar array regulator is 105-140V and the output voltage is selected to be 100V regulated at the main bus and 60-84V at the battery. The converter is designed so that the 100V main bus output power is 500W and the battery charging output power is 210W. The solar array regulator has 3 different battery charging modes: constant current, constant voltage and linear mode. The circuit components and controller parameters were determined with a maximum switching rate of 2 kHz. While a conventional buck-type battery charge regulator has an efficiency of about 92\%, the battery charge efficiency is increased to over 98\% with the designed solar array regulator. Functional tests were performed on the solar array regulator under different load current, charging current and battery voltage. The operating modes of the converter were verified in the simulation environment and then in the test environment. In the light of the studies, the advantages and disadvantages of using the designed solar array regulator in satellite power subsystems are analyzed.