İki yönlü izoleli iki köprü DC-DC dönüştürücünün tasarımı ve analizi

Abstract

Güç kontrolü geçmişten bu güne farklı yöntemlerle yapılmıştır. İlk zamanlar klasik yöntemler kullanılmasına karşılık yarı iletken teknolojisinin gelişmesiyle yerini güç elektroniği düzenlerine bırakmıştır. Teknolojik ürünlerin günlük hayatta kullanımının artması, endüstrileşme, nüfus artışı, yeni yerleşim bölgelerinin oluşumu enerji talebini gün geçtikçe arttırmaktadır. Artan bu enerjinin bir kısmını tüketen DC cihazların varlığı DC-DC dönüştürücülere olan ihtiyacı arttırmaktadır. Düşürücü ve yükseltici dönüştürücüler gibi temel tek yönlü DC-DC dönüştürücüler, iki yönlü güç akışı özelliğine sahip değildir. Bu sınırlama, yapılarında ters akım akışını önleyen diyotların varlığından kaynaklanmaktadır. Genel olarak, tek yönlü DC-DC dönüştürücülerin diyotları, kontrol edilebilir bir anahtarla değiştirilerek iki yönlü DC-DC dönüştürücü elde edilir. İki Yönlü DC-DC Dönüştürücüler, giriş ve çıkış arasında galvanik izolasyona sahip olup olmama durumlarına göre İzolesiz ve İzoleli olmak üzere iki sınıfa ayrılır. Bu çalışmada önce Matlab/Simulink ortamında Temel İki Yönlü İzolesiz Düşürücü ve Yükseltici Dönüştürücü' nün analizi ve tasarımı gerçekleştirilmiştir. Daha sonra İzoleli İki Yönlü İki Köprü Dönüştürücü'nün güç akış analizi ve tasarım parametrelerinin belirlenmesi teorik olarak incelenmiş ve MATLAB/ Simulink ortamında 48/28V, 2kW 'lık bir dönüştürücü tasarlanarak simule edilmiştir. Dönüştürücü ileri ve geri yönde farklı bağıl iletim süreleri için çalıştırılmış, sıfır gerilimde anahtarlama sınırları içerisinde kalıp kalmadığı değerlendirilmiştir. Tasarımı yapılan dönüştürücünün çıkış gerilim seviyesinin her iki çalışma durumu için de PID kontrolör ile istenilen değere ayarlanabildiği görülmüştür.

Power control has been done with different methods from past to present. Although classical methods were used at first, with the development of semiconductor technology, it was replaced by power electronics schemes. The increase in the use of technological products in daily life, industrialization, population growth, the formation of new settlements increase the energy demand day by day. The existence of DC devices that consume some of this increasing energy increases the need for DC-DC converters. Basic unidirectional DC-DC converters, such as buck and boost converters, do not feature bidirectional power flow. This limitation is due to the presence of diodes in their structure, which prevent reverse current flow. Generally, the diodes of unidirectional DC-DC converters are replaced by a controllable switch, resulting in a bidirectional DC-DC converter. Bidirectional DC-DC Converters are divided into two classes as Non-isolated and Isolated, depending on whether they have galvanic isolation between input and output. In this study, firstly, the analysis and design of Basic Bidirectional Unisolated Buck and Boost Converter was carried out in Matlab/Simulink. Then, the power flow analysis and determination of the design parameters of isolated bidirectional dual active bridge (DAB) DC-DC converter were examined theoretically and a 48/28V, 2kW converter was designed and simulated in the MATLAB / Simulink. The converter was operated for different relative transmission times in the forward and reverse directions, and it was evaluated whether it remained within the switching limits at zero voltage. It has been observed that the output voltage level of the designed converter can be adjusted to the desired value with the PID controller for both operating conditions.