güç elektron

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
T1 ve T2 aralıkları için aşağıdaki eşitlikler yazılabilir.
(2)’den
I L U g  U ç

T1
L
(1)
I L U ç

T2
L
(2)
Uç  L
I L 
I L
T2
T1 U g
L

I L  1   
bulunur. Bu ifade (1)’de yerine konulursa,
T1
I L
T2
Ug
f p .L
sonucu bulunur.
I L ' nin ' ya göre türevinin sıfıra eşitlenmesiyle, aşağıdaki gibi akımdaki
maksimum dalgalanma miktarı hesaplanabilir.
Ug
dI L
 1      
d
fpL
I L max 
Ug
4f p L

1-2=0

=1/2
Kondansatör Gerilimindeki Dalgalanmanın Hesabı
Her zaman kondansatörlerde,
C.U c  I c .t
U C max 
endüktanslarda,
L.I L  U L .t
genel ifadeleri geçerlidir.
Uc 
1
i c .dt genel tanımından,
C
1
U c  
C 
T1 / 2

0
I L / 2
t.dt 
T1 / 2
I L
U c 
8f p C
bulunur.
Gerilimdeki maksimum dalgalanma için ise,
T2 / 2

0

I L / 2
t.dt 
T2 / 2

I l max
8f p C
yazılabilir.
Yükseltici (Boost) AGK
Yükseltici (Boost) AGK
Yükseltici (boost) AGK
Yükseltici (boost) AGK
Yükseltici dönüştürücüde,
T1 aralığı için,
Çıkış gerilimi için,
diL U g

dt
L
Uç 
T2 aralığı için,
Giriş akım için,
Uç  Ug
di L

dt
L
Ig 
1
Ug
1 
1
Iç
1 
bağıntıları geçerlidir.
Düşürücü-Yükseltici (Buck-Boost) AGK
Düşürücü-Yükseltici (Buck-Boost) AGK
Düşürücü–yükseltici dönüştürücüde,
T1 aralığı için,
Çıkış gerilimi için,

Ug
1 
di L U g

dt
L
Uç 
T2 aralığı için,
Giriş akımı için,
Uç
di L

dt
L
Ig 

Iç
1 
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 , Vi , L’ye ilave bir enerji Vi , L’ye ilave bir enerji
L’ye ilave bir enerji
enjekte eder.
enjekte eder.
enjekte eder.
C yükü besler.
C yükü besler.
T2 aralığında çalışma
L’deki ilave enerji
çıkışa aktarılır.
Vo çıkış gerilimi
Vi
Ii giriş akımı
Io
Vo kontrol aralığı
0 ile Vi
Vi çıkışı besler. L’deki
ilave enerji çıkışa
aktarılır.

1 

1 
L’deki ilave enerji
çıkışa aktarılır.
Vi
1
Vi
1 
Io
1
Io
1 
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
Büyük
Io’daki dalgalanma
Çok küçük
Büyük
Büyük
Vo’daki dalgalanma
Çok küçük
Büyük
Büyük
Pozitif
Pozitif
Negatif
Var
Yok
Yok
Vo’ın yönü
Boşta çalışma özelliği