2. Buck Converter :
Buck converterler, DC (doğru akım) voltajını daha düşük bir değere indirmek için kullanılan
elektronik devrelerdir. Genellikle güç kaynağı devrelerinde ve akıllı telefonlar, bilgisayarlar,
endüstriyel cihazlar gibi elektronik sistemlerde kullanılırlar. Buck converterler, yüksek
verimlilikleri ve düşük maliyetleri nedeniyle yaygın bir şekilde tercih edilen DC-DC
dönüştürücülerdir.
Bir buck converter, anahtarlamalı bir güç dönüştürücüsü olarak çalışır. Temel olarak, yüksek
voltajlı DC girişini düşük voltajlı DC çıkışına dönüştürmek için enerji depolayan ve
anahtarlayan bir endüktör kullanır. Buck converterin ana bileşenleri şunlardır:
1. Anahtarlama elemanı: Tipik olarak bir MOSFET (Metal-Oksit-Yarıiletken Alan Etkili
Transistör) veya IGBT (İzolasyonlu Gate Bipolar Transistör) kullanılır. Anahtarlama
elemanı, enerji akışını kontrol etmek için devre üzerinde açılıp kapanır.
2.
3. 3. Endüktör: Enerjiyi depolamak ve dönüştürmek için kullanılan bir bobin veya
endüktansdır. Endüktör, anahtarlama elemanı tarafından anahtarlama frekansında
açılıp kapanarak enerjiyi depolar ve çıkışa aktarır.
4. Diyot: Anahtarlama elemanı kapatıldığında, endüktörde depolanan enerjiyi çıkışa
aktarmak için bir diyot kullanılır. Diyot, ters polarizasyonlu olduğunda enerjiyi
yönlendirir.
5. Filtreleme elemanları: Giriş ve çıkışta kullanılan kondansatörler, dalgalanmaları
düşürmek ve düzgün bir çıkış sağlamak için kullanılır.
Buck converterlerin avantajları şunlardır:
1. Yüksek verimlilik: Buck converterler, yüksek verimlilik sağlar. Geleneksel lineer
regülatörlerden daha verimli çalışır ve enerjinin büyük bir kısmını yüksek verimlilikle
çıkışa aktarır.
2. Küçük boyut: Buck converterler, enerjiyi daha yüksek gerilimden daha düşük gerilime
dönüştürdüğü için daha küçük boyutlarda tasarlanabilir. Bu, taşınabilir cihazlar ve
yerleşik sistemler için idealdir.
3. Daha düşük ısı üretimi: Buck converterler, enerjiyi daha düşük gerilime dönüştürdüğü
için daha az ısı üretir. Bu da soğutma gereksinimlerini azaltır.
Buck converterlerin bazı dezavantajları şunlardır:
1. Çıkış gerilimi sınırlamaları: Buck converterler, giriş gerilimiyle orantılı olarak daha
düşük bir çıkış gerilimine sahip olabilirler. Bu nedenle, çıkış geriliminin giriş gerilimi
ile uyumlu olması önemlidir.
2. Yüksek anahtarlama frekansı: Yüksek anahtarlama frekansı, bazen elektromanyetik
parazitlere neden olabilir. Bu durumda, iyi bir PCB tasarımı ve filtreleme önlemleri
gerekebilir.
Buck converterlerin kullanım alanları şunları içerir:
1. Taşınabilir cihazlar: Buck converterler, cep telefonları, tabletler, dizüstü bilgisayarlar
gibi taşınabilir cihazlarda yaygın olarak kullanılır. Pilin yüksek gerilimini daha düşük
gerilimlere dönüştürerek cihazların çalışmasını sağlar.
4. 2. Güç kaynağı sistemleri: Buck converterler, güç kaynaklarında kullanılan anahtarlamalı
dönüştürücülerdir. AC (alternatif akım) gücünü DC güce dönüştürmek ve farklı voltaj
seviyelerine sahip cihazları beslemek için kullanılırlar.
3. Otomotiv sektörü: Araçlarda kullanılan elektronik sistemlerde, buck converterler enerji
verimliliği ve boyut avantajları nedeniyle sıkça tercih edilir. Örneğin, LED far aydınlatması,
navigasyon sistemleri ve araç içi eğlence sistemleri için güç sağlarlar.
Bu raporda buck converterlerin temel çalışma prensibi, avantajları, dezavantajları ve kullanım
alanları hakkında bilgi verdik. Buck converterler, enerji dönüşümü ve elektronik sistemlerin
verimli çalışması için önemli bir bileşendir.
Sabit frekanslı Buck converterler
Sabit frekanslı buck converterlar, DC (doğru akım) gücünü yüksek verimlilikle daha düşük
gerilime dönüştürmek için kullanılan anahtarlamalı güç dönüştürücülerdir. Bu converterlar,
sabit bir anahtarlama frekansıyla çalışır ve giriş gerilimi aralığında belirli bir çıkış gerilimini
sağlamak için tasarlanır. Sabit frekanslı buck converterlar, enerji verimliliği, düşük maliyet ve
küçük boyut avantajları nedeniyle geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Sabit frekanslı buck converterın temel bileşenleri şunlardır:
1. Anahtarlama Elemanı: Genellikle bir MOSFET (Metal-Oksit-Yarıiletken Alan Etkili
Transistör) veya IGBT (İzolasyonlu Gate Bipolar Transistör) kullanılır. Anahtarlama
elemanı, anahtarlama frekansında açılıp kapanarak enerji akışını kontrol eder.
2. Endüktör: Enerji depolama ve dönüşümü için bir bobin veya endüktans kullanılır.
Endüktör, anahtarlama elemanı tarafından anahtarlama frekansında açılıp kapanarak
enerji depolar ve çıkışa aktarır.
3. Diyot: Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda, endüktörde depolanan enerjiyi çıkışa
aktarmak için bir diyot kullanılır. Diyot, ters polarizasyonlu olduğunda enerjiyi
yönlendirir.
4. Çıkış Filtresi: Giriş ve çıkışta kullanılan kondansatörler, çıkış gerilimindeki
dalgalanmaları düşürmek ve düzgün bir çıkış sağlamak için kullanılır.
Sabit frekanslı buck converterın çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Durumu: Anahtarlama elemanı (MOSFET veya IGBT), belirlenen
anahtarlama frekansıyla açılıp kapanır. Anahtarlama elemanı açık olduğunda, giriş
gerilimi endüktöre akar ve enerji depolanır. Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda,
endüktörde depolanan enerji diyot aracılığıyla çıkışa aktarılır.
2. PWM Kontrolü: Sabit frekanslı buck converterlar, Pulse Width Modulation (PWM)
kontrolü kullanarak çıkış gerilimini düzenler. PWM kontrolü, anahtarlama elemanının
açık kalma süresini kontrol eder. Açık kalma süresi arttıkça, çıkış gerilimi yükselir. Bu
sayede, çıkış gerilimi sabit tutulabilir ve yük değişikliklerine yanıt verebilir.
Sabit frekanslı buck converterın avantajları şunlardır:
5. 1. Yüksek Verimlilik: Sabit frekanslı buck converterlar, yüksek verimlilik sağlar.
Anahtarlama elemanının açık veya kapalı olduğu süre boyunca enerji kaybı
minimumdur, bu da daha fazla gücün çıkışa aktarılmasını sağlar.
2. Basit Tasarım: Sabit frekanslı buck converterlar, basit bir tasarıma sahiptir. Temel
bileşenlerin kullanımıyla karmaşık bir kontrol devresine ihtiyaç duymazlar, bu da
tasarım ve üretim maliyetlerini düşürür.
3. Düşük Çıkış Dalgalanması: Sabit frekanslı buck converterlar, çıkış gerilimindeki
dalgalanmaları minimum düzeye indirir. Bu sayede, çıkış gerilimi istikrarlı bir şekilde
sağlanır ve bağlı olan yüklerin güvenli bir şekilde çalışması sağlanır.
4. Geniş Uygulama Alanı: Sabit frekanslı buck converterlar, elektronik cihazlardan güç
kaynaklarına kadar geniş bir uygulama alanına sahiptir. Taşınabilir cihazlar,
endüstriyel ekipmanlar, otomotiv sistemleri ve diğer birçok alanda yaygın olarak
kullanılırlar.
Sabit frekanslı buck converterın bazı dezavantajları şunlardır:
1. Sabit Çıkış Gerilimi: Sabit frekanslı buck converterlar, giriş gerilimi aralığında belirli
bir çıkış gerilimi sağlar. Bu nedenle, çıkış gerilimi değişikliği gerektiren uygulamalar
için uygun olmayabilir.
2. İçsel Güç Kaybı: Anahtarlama elemanı ve diyot tarafından oluşan geçiş kayıpları
nedeniyle, sabit frekanslı buck converterlar bazen içsel güç kaybına yol açabilir. Bu
durum, verimlilik üzerinde etkili olabilir.
Sabit frekanslı buck converterlar, DC gücünü düşük gerilimli bir çıkışa dönüştürmek için
kullanılan güç dönüştürücülerdir. Yüksek verimlilik, düşük maliyet, basit tasarım ve geniş
uygulama alanı gibi avantajları nedeniyle birçok elektronik sistemde tercih edilirler. Ancak,
çıkış gerilimi değişikliği gerektiren uygulamalarda uygun olmayabilirler.
Sabit frekanslı buck converter için matematiksel formül şu şekildedir:
1. Çıkış Gerilimi (V_out): V_out = D * V_in
Burada, V_out: Çıkış gerilimi D: Açma (duty) oranı (0 ile 1 arasında bir değer) V_in: Giriş
gerilimi
2. Açma (Duty) Oranı (D): D = V_out / V_in
Burada, D: Açma (duty) oranı V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
3. Verimlilik (η): η = V_out * I_out / (V_in * I_in)
Burada, η: Verimlilik V_out: Çıkış gerilimi I_out: Çıkış akımı V_in: Giriş gerilimi I_in: Giriş
akımı
4. Çıkış Akımı (I_out): I_out = I_in / (1 - D)
Burada, I_out: Çıkış akımı I_in: Giriş akımı D: Açma (duty) oranı
6. Bu matematiksel formüller, sabit frekanslı buck converterin temel parametrelerini hesaplamak
için kullanılabilir. Açma oranı, giriş ve çıkış gerilimleri, verimlilik ve çıkış akımı gibi
değerleri belirlemek için bu formüller kullanılır.
2) İnceleme Modlu Buck Converterler
İnceleme modlu buck converterlar, yükün taleplerine göre anahtarlama frekansını
değiştirebilen ve verimliliği artıran gelişmiş bir buck converter çeşididir. Bu tür converterlar,
hafif yük durumunda anahtarlama frekansını düşürerek verimliliği artırırken, ağır yük
durumunda anahtarlama frekansını yükselterek düşük çıkış dalgalanmasını sağlar. İnceleme
modlu buck converterlar, DC (doğru akım) gücünü yüksek verimlilikle daha düşük gerilime
dönüştürmek için yaygın olarak kullanılır.
İnceleme modlu buck converterın temel bileşenleri ve çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Elemanı: Genellikle bir MOSFET (Metal-Oksit-Yarıiletken Alan Etkili
Transistör) veya IGBT (İzolasyonlu Gate Bipolar Transistör) kullanılır. Anahtarlama
elemanı, anahtarlama frekansında açılıp kapanarak enerji akışını kontrol eder.
2. Endüktör: Enerji depolama ve dönüşümü için bir bobin veya endüktans kullanılır.
Endüktör, anahtarlama elemanı tarafından anahtarlama frekansında açılıp kapanarak
enerji depolar ve çıkışa aktarır.
3. Diyot: Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda, endüktörde depolanan enerjiyi çıkışa
aktarmak için bir diyot kullanılır. Diyot, ters polarizasyonlu olduğunda enerjiyi
yönlendirir.
4. Geri Besleme Devresi: İnceleme modlu buck converter, geri besleme devresi
aracılığıyla çıkış gerilimini ve akımını sürekli olarak izler. Geri besleme devresi, yük
taleplerine göre anahtarlama frekansını ayarlamak için kullanılır.
İnceleme modlu buck converterın çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Durumu: Anahtarlama elemanı (MOSFET veya IGBT), belirli bir
anahtarlama frekansında açılıp kapanır. Anahtarlama elemanı açık olduğunda, giriş
gerilimi endüktöre akar ve enerji depolanır. Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda,
endüktörde depolanan enerji diyot aracılığıyla çıkışa aktarılır.
2. Geri Besleme Kontrolü: İnceleme modlu buck converterlar, geri besleme devresi
aracılığıyla çıkış gerilimini sürekli olarak ölçer. Yük değişikliklerine bağlı olarak, geri
besleme devresi anahtarlama frekansını ayarlar. Hafif yük durumunda anahtarlama
frekansı düşerken, ağır yük durumunda anahtarlama frekansı yükselir. Bu sayede,
verimlilik artar ve düşük çıkış dalgalanması elde edilir.
İnceleme modlu buck converterın avantajları şunlardır:
1. Yüksek Verimlilik: İnceleme modlu buck converterlar, yük taleplerine göre
anahtarlama frekansını ayarlayarak verimliliği artırır. Hafif yük durumunda düşük
anahtarlama frekansı, anahtarlama kayıplarını azaltır. Ağır yük durumunda yüksek
anahtarlama frekansı ise düşük çıkış dalgalanmasını sağlar.
7. 2. Düşük Çıkış Dalgalanması: İnceleme modlu buck converterlar, yük değişikliklerine
yanıt olarak anahtarlama frekansını ayarlar. Bu sayede, çıkış gerilimindeki
dalgalanmalar minimum düzeye indirilir.
3. Dinamik Performans: İnceleme modlu buck converterlar, hızlı yük değişikliklerine
yanıt verebilir ve çıkış gerilimini istikrarlı bir şekilde korur.
4. Geniş Uygulama Alanı: İnceleme modlu buck converterlar, taşınabilir cihazlardan güç
kaynaklarına kadar geniş bir uygulama alanına sahiptir. Yüksek verimlilik ve düşük
çıkış dalgalanması, elektronik cihazların güç kaynağı gereksinimlerini karşılamak için
idealdir.
İnceleme modlu buck converterın bazı dezavantajları şunlardır:
1. Karmaşık Kontrol Devresi: İnceleme modlu buck converterlar, sabit frekanslı buck
converterlara göre daha karmaşık bir kontrol devresine ihtiyaç duyar. Bu, tasarım ve
üretim sürecini daha karmaşık hale getirebilir.
2. Ek Maliyet: İnceleme modlu buck converterlar, geri besleme devresi ve kontrol
devresi gibi ek bileşenler gerektirebilir, bu da maliyeti artırabilir.
İnceleme modlu buck converterlar, verimlilik ve düşük çıkış dalgalanması gerektiren
uygulamalarda tercih edilen buck converter çeşitleridir. Yük değişikliklerine yanıt verebilme
ve dinamik performansı sağlama yetenekleri, elektronik sistemlerin güç gereksinimlerini
karşılamak için önemlidir.
İnceleme modlu Buck converterler için matematiksel formül aşağıdaki gibi verilebilir:
1. Açma (Duty) Oranı (D): D = V_out / V_in
Burada, D: Açma (duty) oranı V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
2. Çıkış Gerilimi (V_out): V_out = D * V_in
Burada, V_out: Çıkış gerilimi D: Açma (duty) oranı V_in: Giriş gerilimi
3. Verimlilik (η): η = (1 - D) * 100
Burada, η: Verimlilik (yüzde olarak) D: Açma (duty) oranı
4. Açma Oranı (D) için İdeal Değer: D_ideal = V_out / (V_out + V_diode)
Burada, D_ideal: Açma (duty) oranının ideal değeri V_out: Çıkış gerilimi V_diode:
Kullanılan diyotun ön gerilimi
Bu matematiksel formüller, inceleme modlu Buck converterlerin temel parametrelerini
hesaplamak için kullanılabilir. Açma oranı, çıkış gerilimi, verimlilik ve ideal açma oranı gibi
değerleri belirlemek için bu formüller kullanılabilir. Bu formüller, Buck converterlerin
tasarımı, analizi ve performans optimizasyonu için önemli bir rol oynar.
8. Doğrusal işaret modlu buck Converterler
Doğrusal işaret modlu buck converterlar, yükün taleplerine göre anahtarlama frekansını ve
çalışma prensibini ayarlayabilen gelişmiş bir buck converter çeşididir. Bu tür converterlar,
düşük yük durumunda anahtarlama frekansını düşürerek verimliliği artırırken, ağır yük
durumunda anahtarlama frekansını yükselterek çıkış gerilimindeki dalgalanmayı düşürür.
Doğrusal işaret modlu buck converterlar, DC (doğru akım) gücünü yüksek verimlilikle daha
düşük gerilime dönüştürmek için yaygın olarak kullanılır.
Doğrusal işaret modlu buck converterın temel bileşenleri ve çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Elemanı: Genellikle bir MOSFET (Metal-Oksit-Yarıiletken Alan Etkili
Transistör) veya IGBT (İzolasyonlu Gate Bipolar Transistör) kullanılır. Anahtarlama
elemanı, anahtarlama frekansında açılıp kapanarak enerji akışını kontrol eder.
2. Endüktör: Enerji depolama ve dönüşümü için bir bobin veya endüktans kullanılır.
Endüktör, anahtarlama elemanı tarafından anahtarlama frekansında açılıp kapanarak
enerji depolar ve çıkışa aktarır.
3. Diyot: Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda, endüktörde depolanan enerjiyi çıkışa
aktarmak için bir diyot kullanılır. Diyot, ters polarizasyonlu olduğunda enerjiyi
yönlendirir.
4. Geri Besleme Devresi: Doğrusal işaret modlu buck converter, geri besleme devresi
aracılığıyla çıkış gerilimini ve akımını sürekli olarak izler. Geri besleme devresi, yük
taleplerine göre anahtarlama frekansını ve işaretin genliğini ayarlamak için kullanılır.
Doğrusal işaret modlu buck converterın çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Durumu: Anahtarlama elemanı (MOSFET veya IGBT), belirli bir
anahtarlama frekansında açılıp kapanır. Anahtarlama elemanı açık olduğunda, giriş
gerilimi endüktöre akar ve enerji depolanır. Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda,
endüktörde depolanan enerji diyot aracılığıyla çıkışa aktarılır.
2. Geri Besleme Kontrolü: Doğrusal işaret modlu buck converterlar, geri besleme devresi
aracılığıyla çıkış gerilimini sürekli olarak ölçer.
Doğrusal işaret modlu buck converterlar için matematiksel formüller aşağıdaki gibi
verilebilir:
1. Açma (Duty) Oranı (D): D = V_out / V_in
Burada, D: Açma (duty) oranı V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
2. Çıkış Gerilimi (V_out): V_out = D * V_in
Burada, V_out: Çıkış gerilimi D: Açma (duty) oranı V_in: Giriş gerilimi
3. Verimlilik (η): η = V_out / V_in
Burada, η: Verimlilik V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
9. 4. Açma (Duty) Oranı (D) için İdeal Değer: D_ideal = V_out / V_in
Burada, D_ideal: Açma (duty) oranının ideal değeri V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
Bu matematiksel formüller, doğrusal işaret modlu buck converterlerin temel parametrelerini
hesaplamak için kullanılabilir. Açma oranı, çıkış gerilimi, verimlilik ve ideal açma oranı gibi
değerleri belirlemek için bu formüller kullanılabilir. Bu formüller, doğrusal işaret modlu buck
converterlerin tasarımı, analizi ve performans optimizasyonu için önemli bir rol oynar.
Sıcaklık Kontrollü buck converterler
Sıcaklık kontrollü buck converterlar, çevresel sıcaklık değişikliklerine göre çalışma
parametrelerini ayarlayabilen bir buck converter çeşididir. Bu tür converterlar, sıcaklık
sensörleri veya termistörler aracılığıyla çıkış gerilimini ve/veya anahtarlama frekansını
sıcaklık değişimlerine göre düzenler. Sıcaklık kontrollü buck converterlar, termal koruma
sağlama, güvenli çalışma ve verimlilik artırma gibi avantajları nedeniyle birçok uygulamada
tercih edilir.
Sıcaklık kontrollü buck converterın temel bileşenleri ve çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Elemanı: Genellikle bir MOSFET (Metal-Oksit-Yarıiletken Alan Etkili
Transistör) veya IGBT (İzolasyonlu Gate Bipolar Transistör) kullanılır. Anahtarlama
elemanı, anahtarlama frekansında açılıp kapanarak enerji akışını kontrol eder.
2. Endüktör: Enerji depolama ve dönüşümü için bir bobin veya endüktans kullanılır.
Endüktör, anahtarlama elemanı tarafından anahtarlama frekansında açılıp kapanarak
enerji depolar ve çıkışa aktarır.
3. Diyot: Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda, endüktörde depolanan enerjiyi çıkışa
aktarmak için bir diyot kullanılır. Diyot, ters polarizasyonlu olduğunda enerjiyi
yönlendirir.
4. Sıcaklık Sensörü: Sıcaklık kontrollü buck converter, çevresel sıcaklık değişikliklerini
izlemek için bir sıcaklık sensörü veya termistör kullanır. Sıcaklık sensörü, çıkış
gerilimi veya anahtarlama frekansını sıcaklık değişimlerine göre ayarlamak için geri
besleme sağlar.
Sıcaklık kontrollü buck converterın çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Durumu: Anahtarlama elemanı (MOSFET veya IGBT), belirli bir
anahtarlama frekansında açılıp kapanır. Anahtarlama elemanı açık olduğunda, giriş
gerilimi endüktöre akar ve enerji depolanır. Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda,
endüktörde depolanan enerji diyot aracılığıyla çıkışa aktarılır.
2. Sıcaklık Kontrolü: Sıcaklık sensörü, çevresel sıcaklığı sürekli olarak ölçer. Sıcaklık
değişimlerine bağlı olarak, geri besleme devresi anahtarlama frekansını veya çıkış
gerilimini ayarlar. Örneğin, sıcaklık yükseldikçe anahtarlama frekansını düşürerek
termal koruma sağlar veya sıcaklık düştükçe çıkış gerilimini ayarlayarak istikrarlı bir
çıkış elde eder.
10. Sıcaklık kontrollü buck converterın avantajları şunlardır:
1. Termal Koruma: Sıcaklık kontrollü buck converterlar, çevresel sıcaklığın aşırı yüksek
seviyelere ulaşmasını engelleyerek termal koruma sağlar. Bu, converterin güvenli ve
istikrarlı bir şekilde çalışmasını sağlar.
2. Güvenli Çalışma: Sıcaklık sensörü aracılığıyla çıkış gerilimini veya anahtarlama
frekansını sıcaklık değişimlerine göre ayarlamak, aşırı yüklenmeyi önler ve sistem
güvenliğini sağlar.
3. Verimlilik Optimizasyonu: Sıcaklık kontrollü buck converterlar, çıkış gerilimi veya
anahtarlama frekansını sıcaklık değişikliklerine göre ayarlayarak verimliliği artırır. Bu
sayede, enerji kayıpları minimuma indirilir ve yüksek verimlilik elde edilir.
4. Geniş Uygulama Alanı: Sıcaklık kontrollü buck converterlar, elektronik cihazlardan
endüstriyel ekipmanlara kadar birçok uygulamada kullanılır. Termal yönetim ve
güvenli çalışma gerektiren sistemlerde idealdir.
Sıcaklık kontrollü buck converterın bazı dezavantajları şunlardır:
1. Daha Karmaşık Tasarım: Sıcaklık kontrollü buck converterlar, sıcaklık sensörü ve geri
besleme devresi gibi ek bileşenler gerektirebilir, bu da tasarım sürecini daha karmaşık
hale getirebilir.
2. Ek Maliyet: Sıcaklık sensörleri ve kontrol devreleri gibi ek bileşenlerin kullanımı,
maliyeti artırabilir.
Sıcaklık kontrollü buck converterlar, çevresel sıcaklık değişimlerine göre çalışma
parametrelerini ayarlayabilen gelişmiş buck converter çeşitleridir. Termal koruma, güvenli
çalışma ve verimlilik optimizasyonu gibi avantajları nedeniyle birçok uygulamada tercih
edilir. Ancak, daha karmaşık tasarım ve ek maliyetler göz önüne alınmalıdır.
Senkron Buck Converterler :
Senkron buck converterler, diyot yerine senkron MOSFET (Metal-Oksit-Yarıiletken Alan
Etkili Transistör) veya IGBT (İzolasyonlu Gate Bipolar Transistör) anahtarlarını kullanarak
verimliliği artıran bir buck converter çeşididir. Senkron buck converterlar, anahtarlama
elemanı olarak diyot yerine senkron anahtarları kullanarak geçiş kayıplarını azaltır ve daha
yüksek verimlilik elde eder. Bu converterlar, DC (doğru akım) gücünü daha düşük gerilime
dönüştürmek için kullanılır.
Senkron buck converterın temel bileşenleri ve çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Elemanı: Senkron buck converterlar, anahtarlama elemanı olarak
senkron MOSFET veya IGBT kullanır. Anahtarlama elemanı, anahtarlama
frekansında açılıp kapanarak enerji akışını kontrol eder.
2. Endüktör: Enerji depolama ve dönüşümü için bir bobin veya endüktans kullanılır.
Endüktör, anahtarlama elemanı tarafından anahtarlama frekansında açılıp kapanarak
enerji depolar ve çıkışa aktarır.
3. Senkron Anahtar: Senkron buck converterlarda, diyot yerine senkron anahtarlar
kullanılır. Senkron anahtarlar, anahtarlama elemanıyla senkronize olarak açılıp
11. kapanır. Bu sayede, geçiş kayıpları minimize edilir ve daha yüksek verimlilik elde
edilir.
4. Diyot: Senkron buck converterlarda da diyot kullanılır, ancak diyotun rolü senkron
anahtarlara yardımcı olmaktır. Senkron anahtarlar açıkken, diyot kapalı konumdadır
ve ters yönde akım geçişini engeller.
Senkron buck converterın çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Durumu: Senkron buck converter, belirli bir anahtarlama frekansında
açılıp kapanır. Anahtarlama elemanı açık olduğunda, giriş gerilimi endüktöre akar ve
enerji depolanır. Senkron anahtarlar, anahtarlama elemanı ile senkronize olarak açılır
ve diyotlar kapalı konumdadır. Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda, endüktörde
depolanan enerji senkron anahtarlar aracılığıyla çıkışa aktarılır.
2. Verimlilik Artışı: Senkron buck converterlar, senkron anahtarlar kullanarak
diyotlardan kaynaklanan geçiş kayıplarını azaltır. Bu sayede, daha yüksek verimlilik
elde edilir ve enerji kayıpları minimuma indirilir.
Senkron buck converterın avantajları şunlardır:
1. Yüksek Verimlilik: Senkron buck converterlar, diyot yerine senkron anahtarları
kullanarak geçiş kayıplarını azaltır. Bu sayede, daha yüksek verimlilik sağlar ve enerji
kayıpları minimuma indirilir.
2. Daha Az Isınma: Geçiş kayıplarının azaltılması, senkron buck converterların daha az
ısınmasını sağlar. Bu, termal yönetimi kolaylaştırır ve sistem güvenliğini artırır.
3. Daha İyi Dinamik Performans: Senkron anahtarlar, hızlı anahtarlamaya ve daha iyi
dinamik performansa olanak tanır. Bu sayede, yük değişikliklerine hızlı yanıt
verilebilir ve çıkış gerilimi istikrarlı bir şekilde korunabilir.
Senkron buck converterın bazı dezavantajları şunlardır:
1. Daha Karmaşık Tasarım: Senkron buck converterlar, diyot yerine senkron anahtarlar
kullanarak daha karmaşık bir tasarım gerektirir. Bu, kontrol devresi ve sürücü devresi
gibi ek bileşenlerin kullanımını içerebilir.
2. Yüksek Maliyet: Senkron buck converterlar, ek bileşenlerin kullanımı ve daha
karmaşık tasarım nedeniyle genellikle daha yüksek maliyetlidir.
Senkron buck converterlar, daha yüksek verimlilik ve daha iyi dinamik performans sağlayarak
güç dönüşümünde tercih edilen bir seçenektir. Diyotlardan kaynaklanan geçiş kayıplarının
azaltılması, enerji verimliliğini artırır ve ısınma sorunlarını azaltır. Ancak, daha karmaşık
tasarım ve yüksek maliyet göz önünde bulundurulmalıdır.
Senkron buck converterlar için temel matematiksel formüller aşağıda verilmiştir:
1. Açma (Duty) Oranı (D): D = V_out / V_in
Burada, D: Açma (duty) oranı V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
2. Çıkış Gerilimi (V_out): V_out = D * V_in
12. Burada, V_out: Çıkış gerilimi D: Açma (duty) oranı V_in: Giriş gerilimi
3. Verimlilik (η): η = V_out / V_in
Burada, η: Verimlilik V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
4. Açma (Duty) Oranı (D) için İdeal Değer: D_ideal = V_out / (V_out + V_diode)
Burada, D_ideal: Açma (duty) oranının ideal değeri V_out: Çıkış gerilimi V_diode:
Kullanılan diyotun ön gerilimi
Bu matematiksel formüller, senkron buck converterlerin temel parametrelerini hesaplamak
için kullanılır. Açma oranı, çıkış gerilimi, verimlilik ve ideal açma oranı gibi değerleri
belirlemek için bu formüller kullanılır. Senkron buck converterlerde, senkron anahtarların
kullanılması, diyotlardan kaynaklanan geçiş kayıplarını azaltır ve daha yüksek verimlilik
sağlar. Matematiksel formüller, bu converterlerin tasarımı, analizi ve performans
optimizasyonunda önemli bir rol oynar.
İçsel geçişli buck converterler:
İçsel geçişli buck converterlar, yüksek giriş gerilimlerini düşük çıkış gerilimlerine
dönüştürebilen bir buck converter çeşididir. Bu converterlar, yüksek güç uygulamalarında
kullanılır ve düşük verimliliğe sahip olan geleneksel dönüştürücülerin yerini alır. İçsel geçişli
buck converterlar, yüksek verimlilik, düşük ısı kaybı ve geniş giriş gerilim aralığı gibi
avantajları nedeniyle tercih edilir.
İçsel geçişli buck converterın temel bileşenleri ve çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Elemanı: Genellikle bir MOSFET (Metal-Oksit-Yarıiletken Alan Etkili
Transistör) veya IGBT (İzolasyonlu Gate Bipolar Transistör) kullanılır. Anahtarlama
elemanı, anahtarlama frekansında açılıp kapanarak enerji akışını kontrol eder.
2. Endüktör: Enerji depolama ve dönüşümü için bir bobin veya endüktans kullanılır.
Endüktör, anahtarlama elemanı tarafından anahtarlama frekansında açılıp kapanarak
enerji depolar ve çıkışa aktarır.
3. Diyot: Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda, endüktörde depolanan enerjiyi çıkışa
aktarmak için bir diyot kullanılır. Diyot, ters polarizasyonlu olduğunda enerjiyi
yönlendirir.
4. Geri Besleme Devresi: İçsel geçişli buck converterlar, geri besleme devresi
aracılığıyla çıkış gerilimini sürekli olarak izler. Geri besleme devresi, çıkış gerilimini
kontrol ederek istenen düşük çıkış gerilimini sağlar.
İçsel geçişli buck converterın çalışma prensibi şu şekildedir:
1. Anahtarlama Durumu: Anahtarlama elemanı (MOSFET veya IGBT), belirli bir
anahtarlama frekansında açılıp kapanır. Anahtarlama elemanı açık olduğunda, giriş
gerilimi endüktöre akar ve enerji depolanır. Anahtarlama elemanı kapalı olduğunda,
endüktörde depolanan enerji diyot aracılığıyla çıkışa aktarılır.
13. 2. Geri Besleme Kontrolü: Geri besleme devresi, çıkış gerilimini sürekli olarak izler ve
istenen düşük çıkış gerilimini sağlamak için anahtarlama elemanının açık/kapalı
durumunu kontrol eder. Bu sayede, çıkış gerilimi istenen değerde tutulur.
İçsel geçişli buck converterın avantajları şunlardır:
1. Yüksek Verimlilik: İçsel geçişli buck converterlar, yüksek verimlilik sağlar.
Verimlilik, anahtarlama elemanının düşük geçiş kayıpları ve enerji depolama/dönüşüm
verimliliği sayesinde artar. Bu, daha az enerji kaybı ve daha yüksek güç çıkışı
anlamına gelir.
2. Düşük Isı Kaybı: İçsel geçişli buck converterlar, verimli çalışma nedeniyle daha az ısı
üretir. Bu, soğutma ihtiyacını azaltır ve sistemdeki ısı problemlerini önler.
3. Geniş Giriş Gerilim Aralığı: İçsel geçişli buck converterlar, geniş giriş gerilim
aralığına sahiptir. Bu, farklı güç kaynakları veya giriş gerilimlerinin kullanıldığı
uygulamalarda esneklik sağlar.
İçsel geçişli buck converterın bazı dezavantajları şunlardır:
1. Karmaşık Kontrol Devresi: İçsel geçişli buck converterlar, karmaşık bir kontrol
devresine ihtiyaç duyar. Bu, tasarım ve üretim sürecini daha karmaşık hale getirebilir.
2. Yüksek Maliyet: İçsel geçişli buck converterlar, daha karmaşık tasarım ve kontrol
devresi nedeniyle genellikle daha yüksek maliyetlidir.
İçsel geçişli buck converterlar, yüksek verimlilik, düşük ısı kaybı ve geniş giriş gerilim aralığı
gibi avantajları nedeniyle birçok güç dönüşüm uygulamasında tercih edilen bir seçenektir.
Ancak, daha karmaşık tasarım ve yüksek maliyet göz önünde bulundurulmalıdır.
İçsel geçişli buck converterlar için temel matematiksel formüller aşağıda verilmiştir:
1. Açma (Duty) Oranı (D): D = V_out / V_in
Burada, D: Açma (duty) oranı V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
2. Çıkış Gerilimi (V_out): V_out = D * V_in
Burada, V_out: Çıkış gerilimi D: Açma (duty) oranı V_in: Giriş gerilimi
3. Verimlilik (η): η = V_out / V_in
Burada, η: Verimlilik V_out: Çıkış gerilimi V_in: Giriş gerilimi
4. Açma (Duty) Oranı (D) için İdeal Değer: D_ideal = V_out / (V_out + V_diode)
Burada, D_ideal: Açma (duty) oranının ideal değeri V_out: Çıkış gerilimi V_diode:
Kullanılan diyotun ön gerilimi
Bu matematiksel formüller, içsel geçişli buck converterlerin temel parametrelerini
hesaplamak için kullanılır. Açma oranı, çıkış gerilimi, verimlilik ve ideal açma oranı gibi
değerleri belirlemek için bu formüller kullanılır. İçsel geçişli buck converterlerde, verimli
enerji transferi ve düşük enerji kaybı sağlayan geçiş elementlerinin kullanımı önemlidir.
Matematiksel formüller, bu converterlerin tasarımı, analizi ve performans optimizasyonunda
kullanılır.
14. Basit bir Buck converter'ı simüle etmek için bir MATLAB kodu bulunmaktadır. Bu kod, 1
kHz frekansında ve 0.5 duty cycle'lı bir PWM sinyali kullanarak 24 V giriş voltajını 12 V
çıkış voltajına dönüştürür.
% Parameters
Vin = 24; % Input voltage
Vout = 12; % Output voltage
L = 100e-6; % Inductor value
C = 100e-6; % Capacitor value
R = 12; % Load resistor value
fs = 100e3; % Switching frequency
Ts = 1/fs; % Switching period
D = Vout/Vin; % Duty cycle
T_on = D*Ts; % On-time
T_off = Ts - T_on; % Off-time
N = 1000; % Number of cycles
% Initialization
Vc = zeros(1, N+1); % Capacitor voltage
Vc(1) = Vin; % Initial condition
iL = zeros(1, N+1); % Inductor current
% Main loop
for i = 1:N
% During T_on
iL(i+1) = iL(i) + T_on*(Vin - Vc(i))/L;
Vc(i+1) = Vc(i) + T_on*iL(i)/C;
% During T_off
iL(i+1) = iL(i+1) - T_off*Vc(i+1)/L;
Vc(i+1) = Vc(i+1) + T_off*iL(i+1)/C;
15. end
% Plot
t = 0:Ts:N*Ts; % Time vector
figure;
subplot(2,1,1);
plot(t, iL);
title('Inductor current');
xlabel('Time (s)');
ylabel('Current (A)');
subplot(2,1,2);
plot(t, Vc);
title('Capacitor voltage');
xlabel('Time (s)');
ylabel('Voltage (V)');
