ANAHTARLAMALI GÜÇ KAYNAKLARI (AGK, SMPS) GÜÇ ELEKTRONİĞİ ANAHTARLAMALI GÜÇ KAYNAKLARI (AGK, SMPS)

Genel Tanım ve Sınıflandırma Genel olarak DC güç kaynakları düzensiz ve çok dalgalı bir DC gerilimden ayarlı ve regüleli bir DC gerilim elde etmeye yarar. Bu kaynaklar, Lineer güç kaynakları Anahtarlamalı güç kaynakları Rezonanslı güç kaynakları şeklinde 3 genel gruba ayrılır.

Güç Kaynaklarından Beklenen Önemli Özellikler Yüksek verim, yüksek güç yoğunluğu Düşük fiyat, düşük hacim Az bakım, az gürültü Yüksek güvenilirlik, uzun garanti Giriş geriliminde büyük dalgalanmalara müsade

Düzgün çıkış gerilimi, ucuz çıkış filtresi Giriş ve çıkış arasında elektriksel izolasyon Yüksek güçlere erişebilme, paralel bağlanabilme Aşırı akım ve kısa devre koruması

Anahtarlamalı Güç Kaynaklarının Sınıflandırılması Güç katındaki elemanlara göre anahtarlamalı güç kaynakları, Diyot ve Kondansatörlü Endüktans ve Tek Çıkışlı Transformatörlü olmak üzere üç genel gruba ayrılır.

Diyot ve kondansatörlü anahtarlamalı güç kaynaklarının, Düşürücü (Buck) Yükseltici Boost) Düşürücü-Yükseltici (Buck-Boost) olmak üzere 3 türü mevcuttur. Bu kaynaklar, genellikle düşük güçlerde girişten daha yüksek gerilimler elde etmek için kullanılır. İşitme aletlerinde, sıvı kristal göstergeli saatlerde ve pil gerilimlerinin yükseltilmesinde bu kaynaklar yaygın olarak kullanılmaktadır.

Endüktans ve tek çıkışlı (izolasyonsuz) anahtarlamalı güç kaynaklarının, Düşürücü (Buck) Yükseltici (Boost) Düşürücü-Yükseltici (Buck-Boost) olmak üzere 3 türü bulunmaktadır. Genel olarak, bu kaynakların tasarımı transformatörlü olanlardan daha kolaydır. Ancak, en önemli dezavantajları giriş ve çıkış arasında elektriksel izolasyonunun olmamasıdır.

Transformatörlü (izolasyonlu) anahtarlamalı güç kaynaklarının ise, Geri Dönüşlü (Fly Back) İleri Yönlü (Forward) Yarım Köprü (Half Bridge) Tam Köprü (Full Bridge) Push–Pull (Push-Pull) türleri mevcuttur. Bu kaynakların en önemli özelliği, giriş ile çıkış arasında izolasyonun sağlanması ve çok sayıda çıkışın elde edilebilmesidir.

Anahtarlamalı Güç Kaynaklarının Blok Diyagramı

Anahtarlamalı Dönüştürme Kavramı Anahtarlamalı güç kaynaklarında, prensip olarak çıkış güç katındaki yarı iletken kontrollü eleman ya da elemanlar uygun bir frekans ve aralıklarla anahtarlanır, dalgalı bir DC gerilim veya AC gerilim üretilir. DC gerilim doğrudan AC gerilim ise doğrultularak süzülür. Böylece, ayarlanabilen ve regüleli bir DC gerilim elde edilmiş olur.

Anahtarlamalı temel DC–DC dönüştürücüler, bir kontrollü yarı iletken güç elemanı, bir yarı iletken güç diyodu ve bir anahtarlama endüktansından oluşan 3 temel elemanın farklı şekillerde bağlanmasıyla elde edilmiştir. Devrede ya tam iletimde ya da tam kesimde olarak çalıştırılan kontrollü güç elemanına, güç anahtarı veya aktif eleman denilmektedir. Güç diyodu ise yarı iletken pasif elemandır. Ayrıca, çalışma frekansına göre endüktans değerinin yeterince büyük olduğu ve böylece endüktanstan geçen akımın genellikle kesintisiz olduğu kabul edilmektedir.

İZOLASYONSUZ TEMEL DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER Anahtarlamalı dönüştürücülerin çalışma prensibi, anahtarlanan endüktansın enerji aktarımına dayalıdır. Bu dönüştürücülerde, bir anahtarlama peryodu içerisinde ya güç anahtarı ya da güç diyodu iletimdedir. Genellikle, anahtar iletimde iken endüktansa enjekte edilen enerji, diyot iletimde iken çıkışa aktarılır.

Düşürücü (buck) AGK

Endüktans Akımındaki Dalgalanmanın Hesabı aralıkları için aşağıdaki eşitlikler yazılabilir. (1) (2) (2)’den bulunur. Bu ifade (1)’de yerine konulursa, sonucu bulunur.

ya göre türevinin sıfıra eşitlenmesiyle, aşağıdaki gibi akımdaki maksimum dalgalanma miktarı hesaplanabilir. 1-2=0 =1/2

Kondansatör Gerilimindeki Dalgalanmanın Hesabı Her zaman kondansatörlerde, Gerilimdeki maksimum dalgalanma için ise, yazılabilir. endüktanslarda, genel ifadeleri geçerlidir. genel tanımından, bulunur.

Yükseltici (Boost) AGK

Yükseltici (Boost) AGK

Yükseltici (boost) AGK

Yükseltici (boost) AGK

Yükseltici dönüştürücüde, T1 aralığı için, Çıkış gerilimi için, T2 aralığı için, Giriş akım için, bağıntıları geçerlidir.

Düşürücü-Yükseltici (Buck-Boost) AGK

Düşürücü-Yükseltici (Buck-Boost) AGK

Düşürücü–yükseltici dönüştürücüde, T1 aralığı için, Çıkış gerilimi için, Giriş akımı için, T2 aralığı için, bağıntıları mevcuttur.

Temel Anahtarlamalı Güç Kaynaklarının Karşılaştırılması Dönüştürücünün seçiminde, öncelikle istenen çıkış gerilimi aralığı etkilidir. Giriş ve çıkış akımlarındaki dalgalanma miktarları da dikkate alınmalıdır. Ayrıca, yükseltici ve düşürücü–yükseltici dönüştürücüler, özellikle belirli ve sabit yükler için düşünülmelidir. Bu dönüştürücülerde, güç elemanlarının gerilim değerlerine göre bir maksimum DC çıkış gerilimi belirlenmeli ve bu değer denetlenmelidir. Çıkış geriliminin aşırı değerler alması nedeniyle, bu dönüştürücüler boşta çalışma özelliğine sahip değildir.

ANAHTARLAMALI TEMEL DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN KARŞILAŞTIRILMASI Karşılaştırma Konusu Düşürücü Yükseltici Düşürücü - Yükseltici T1 aralığında çalışma Vi çıkışı besler. Vi , L’ye ilave bir enerji enjekte eder. Vi , L’ye ilave bir enerji enjekte eder. C yükü besler. T2 aralığında çalışma L’deki ilave enerji çıkışa aktarılır. Vi çıkışı besler. L’deki ilave enerji çıkışa aktarılır. Vo çıkış gerilimi Vi Ii giriş akımı Io Vo kontrol aralığı 0 ile Vi Vi ile Vomax - (0 ile Vomax)

ANAHTARLAMALI TEMEL DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN KARŞILAŞTIRILMASI Karşılaştırma Konusu Düşürücü Yükseltici Düşürücü - Yükseltici Güç elemanlarının maruz kaldığı gerilim Vi Vo Vi + Vo IL endüktans akımı Io Ii Ii + Io Ii’deki dalgalanma Büyük Çok küçük Io’daki dalgalanma Vo’daki dalgalanma Vo’ın yönü Pozitif Negatif Boşta çalışma özelliği Var Yok