Tam Köprü Dönüştürücü

Tam-Köprü Anahtarlamalı Güç Kaynağı
Tam Köprü Anahtarlamalı Güç Kaynağı primer tarafından anahtarlanan dönüştürücüler
grubuna girer ve düşük çıkışlı dönüştürücüden türetilmiştir. Çıkış ile giriş arasında izolasyon
mevcuttur. Çok yüksek çıkış güçleri için uygundur.
Anahtarlamalı güç kaynağı belirli bir giriş gerilimi aralığında (Vin_min - Vin_max) çalışır.
-
Şebeke gerilimi Avrupa’daki gerilim olan 230V +/-%10 ve doğrultucu çıkışında
bulunan kondansatördeki gerilim dalgalanması %10 kabul edilirse giriş gerilimi aralığı
Vin_min = 250V ve Vin_max = 360V olur.
-
Geniş giriş gerilimi aralığı durumunda şebeke gerilimi minimum 100 V-%10
(Japonya) ve maksimum 240V +%6 (İngiltere) alınır ve güç kaynağı girişindeki DC
gerilim Vin_min = 110V ile Vin_max = 360V arasında değişir.
-
Güç faktörü regülatörü ile birlikte kullanılırsa giriş gerilimi Vin_min = 360V ile
Vin_max = 400V arasında değişir.
Tasarım Yöntemi
Tasarımda Vout ve Iout çıkış değişkenlerinin bilinmesi gerekir. Transistörlerin çalışma frekansı
f’in belirlenmesi gerekir.
L’nin tavsiye edilen değeri, giriş gerilimi Vin_max olduğunda akımdaki dalgalanma ΔIL =
0.4Iout olacak şekilde hesaplanır.
N1/N2 dönüştürme oranı, giriş gerilimi Vin_min olduğunda istenilen çıkış gerilimini sağlayacak
şekilde seçilir.
Çalışma Prensibi
Şekil 1. Prensip devre şeması.
Analiz açısından transistörler ideal anahtar ve diyodun gerilim düşümü sıfır kabul edilmiştir.
Hesaplarda diyot gerilim düşümü VF = 0.7V alınmıştır.
Tam köprü dönüştürücü yüksek frekans transformatörünü AC gerilim ile besler. Hem negatif
hem de pozitif alternansta enerji transfer edilir.
T1,T4 veya T2,T3 transistör çiftlerinin iletimde ve kesimde olması durumuna göre
transformatörün V1 primer gerilimi +Vin, -Vin veya sıfır olabilir. Sekonderde AC gerilim
doğrultularak V3 gerilimi elde edilir. V3 gerilimi, sıfır ile Vin.(N2/N1) arasında PWM
kontroluna bağlı olarak değişir. Doğrultmadan dolayı V3 geriliminin frekansı 2.f’tir. L
endüktansı ve Cout kondansatörü ile oluşturulan alçak geçiren (LP) filtre çıkışta V3 geriliminin
ortalama değerini üretir. Sürekli çalışma modunda IL sıfır olmaz ve çıkış gerilimi aşağıdaki
şekilde hesaplanır.
Teorik olarak bu dönüştürücünün bağıl iletim süresi D %100’e kadar artırılabilir. Pratikte ise
bu mümkün değildir. Çünkü aynı koldaki seri bağlı T1 ve T2 transistörlerinin giriş kaynağını
kısa devre yapmaması için bir boşluk bırakılması gerekir.
Bağıl iletim süresi D’nin teorik olarak %100’e kadar artırıldığı kabul edilirse, dönüştürme
oranı ile ilgili aşağıdaki eşitlik elde edilir.
V
N2
 2 out
N1
Vin min
Uygulamada bu değer 0.95 ile çarpılır. Bulunan N1/N2 değeri, giriş gerilimi minimum iken
nüvenin demagnetize olmaması için bir boşluk kalmasını sağlar. Minimum giriş geriliminde
D maksimum olur.
L bobininin seçiminde düşük çıkışlı dönüştürücü için geçerli olan kriterler kullanılır. Kesintili
ve kesintisiz çalışma modu transistörün iletim aralığında bobin akımının sıfıra düşmesine göre
belirlenir. Kesintisiz çalışma modunda çıkış gerilimi bağıl iletim süresine ve giriş gerilimine
bağlı olup yükten bağımsızdır. Endüktans akımı IL üçgen şeklindedir ve ortalama değeri yük
tarafından belirlenir. Akımdaki değişim miktarı ΔIL endüktansın değerine bağlıdır. Sürekli
çalışma modunda frekans aşağıdaki eşitliğe göre seçilir. Bobin akımındaki değişim yükten
bağımsızdır. Çıkış akımının ortalaması bobin akımının ortalamasına eşittir.
ΔIL = 0.4 Iout
Şekil.2. Kesintisiz çalışma modunda değişimler.
Devredeki akım ve gerilim değişimlerini elde edebilmek için önce devrenin çalışma modu
tespit edilir.
Vin' 
Vin
( N1 / N 2 )  2VF
Kesintisiz modda ΔIL< 2Iout olup iletim süresi, çıkış akımındaki
akımının maksimum değeri aşağıdaki şekilde hesaplanır.
dalgalanma ve çıkış
Yük akımı Iout < ΔIL/2 ise akım peryot tamamlanmadan sıfıra düşer ve kesintili çalışma
oluşur. Yukarıdaki eşitlikler kesintili çalışmada geçerli değildir. Bobin akımı sıfır olduğunda
V3 gerilimi Vout gerilimine eşit olur. Diyodun jonksiyon kapasitesi ile endüktans arasında
oluşan kayıplı rezonans giriş tarafında bir süre salınım oluşturur. ΔIL> 2Iout ise kesintisiz
çalışma oluşur ve aşağıdaki eşitlikler geçerlidir.
Şekil 3. Kesintili çalışma modunda değişimler.