Manyetik izoleli geri beslemeli ileri yönlü dönüştürücü tasarımı
Forward converter design with magnetic feedback
Yazar: AHMET ÖZDAL
Danışman: PROF. DR. AHMET FARUK BAKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Güç dönüştürücülerinde galvanik izolasyon, uzay ve havacılık uygulamalarında, güvenilirlik,  elektromanyetik  girişim  ve  hata  yönetimi  açısından  önemli  bir ihtiyaçtır. İzoleli  DC-DC dönüştürücülerde izolasyon, güç katında yüksek frekanslı transformatör ile sağlanırken geri besleme döngüsünde izolasyonu sağlamanın belirli yöntemleri vardır. Ticari uygulamalarda geri besleme döngüsünde izolasyonu sağlamak için ucuzluğu, az yer kaplaması ve tasarımının diğer yöntemlere göre daha az karmaşık olması sebebiyle genellikle optokuplör kullanılmaktadır. Buna karşılık optokuplörün  yıpranma, sıcaklığın değişmesiyle ve zamanla akım dönüştürme oranının çok fazla değişmesi, radyasyon ortamından etkilenmesi, kontrol devresinin dolayısıyla  dönüştürücünün  kazancını  ve  bant  genişliğini  sınırlaması  gibi dezavantajları  sebebiyle;  zorlu  şartlar  altında  çalışma  ve  yüksek  güvenilirlik istenilen  askeri,  uzay  ve  havacılık  uygulamalarında  kullanımı  tercih edilmemektedir.  Bunun  yerine  geri  besleme  döngüsünde,  yüksek  sıcaklık değişimlerinde stabil çalışabilen, radyasyon ortamından  etkilenmeyen,  malzeme 
toleranslarından daha az etkilenen galvanik izolasyon tercih edilmektedir. Galvanik  izolasyonlu  geri  besleme devresinde izolasyon için yüksek frekanslı ve düşük güçlü transformatör kullanılmaktadır.  Bu çalışmada manyetik  geri  besleme devresi analiz edilmiş tasarım denklemleri adım adım çıkartılmış ve  küçük işaret modeli  oluşturulmuştur.  Akım mod kontrol kullanılan dönüştürücünün  güç katı PWM Anahtar Hücresi modeli ile modellenmiş transfer fonksiyonları çıkartılmıştır. Bu trasnfer fonksiyonları kullanılarak kontrolcü tasarlanmıştır.  Yapılan tasarımın dinamik cevabı ve stabilitesi simülasyon ortamında doğrulanmıştır.

Abstract:
Galvanic  isolation  in  power  converters  is  an  important  requirement  in  terms  of reliability,  electromagnetic  interference  and  fault  management  in  aerospace applications.  While  isolation  in  isolated  DC-DC  converters  is  provided  by  high frequency  transformer  in  power  stage,  there  are  certain  methods  to  provide isolation  in  the  feedback  loop.  In  commercial  applications,  optocouplers  are generally used to provide isolation in the feedback loop, because of their cost, small footprint and less design complexity than other methods. On the other hand, due to the disadvantages of the optocoupler such as aging, temperature change and current conversion  rate  changing  over  time,  being  affected  by  the  radiation  environment, limiting gain and bandwidth of the control circuit and converter; It is not preferred for use in military and aerospace applications where operation and high reliability are required under harsh conditions. Instead, galvanic isolation is preferred in the feedback loop, which can work stably at high temperature variations, is not affected by the radiation environment and almost immune to component tolerances. In  galvanic  isolated  feedback  circuit  high  frequency  and  low  power  signal transformer is used for isolation. In this study, the magnetic feedback circuit analyzed and design equations extracted step by step and a small signal model was created. Current mode controlled Forward converter is modeled with PWM Switch Cell model, and according to that  transfer functions are extracted. Compensator  is designed  using  these  transfer  functions.  Dynamic  response  and  stability  of  the design is verified in the simulation environment.