Fırat DEVECİ

Off-Line Flyback Converter: Part 2

  • 11 ay önce, Fırat DEVECİ tarafından yazılmıştır.
  • 2 Yorum
  • 2.035 Kişi Okudu

FlybackConverterBir önceki bölümde Flyback Converter tarihinden ve örnek olarak irdeleyeceğimiz tasarımın spektlerinden bahsetmiştik.

Bu bölümde ise Off-Line Flyback Converter tasarımının çalışma ve ömür performansını etkileyen ve uygulamanın en önemli bölümlerinden biri olan giriş katı tasarımında özellikle köprü diyot ve DC bara kapasitesi seçimi konusunu ele alacağız. Özellikle bilinçsiz seçilen eleman değerlerinin, beklentinin aksine neden kötü tepki gösterdiğini de yine bu bölümde bulabileceksiniz.

Flyback Converter AC/DC Doğrultucu Bölümü
Günümüz SMPS cihazlarının giriş spektleri ülkeden ülkeye çok değişkenlik göstermektedir. Türkiye’de bu değer 230V/50Hz olarak kabul edilirken, Amerika da bu değer 110V/60Hz olarak ele alınır. Aşağıda dünya genelinde kullanılan şebeke gerilim ve frekansları dünya haritası üzerinde görülebilir. MainVoltageAndFrequencyUnutulmamalıdır ki enterkonnekte sistem çalışan en büyük elektrik makinesidir ve tasarımımızın girişinde kullanacağımız şebeke gerilimleri, şebekeye bağlı diğer yük ve cihazlardan dolayı her zaman yukarıda görüldüğü kadar temiz bir şekilde bizlere ulaşmaz.
Güç kaynağının çalışacağı yere ya da yerlere göre giriş spektleri tüm dünyada çalışacak şekilde yani “Universal (85-265V)” ya da ülkemiz için konuşacak olursak “European (195-265V)” olarak tasarlanmaktadır. Bu gerilim değerleri endüstriyel tasarımda genellikle +-50V oynayacak şekilde değiştirilip kullanılabilmektedir. Özellikle Hindistan gibi şebekenin çok kötü olduğu bölgelerde giriş üst çalışma gerilimleri 300Vac değerini bulabilmektedir.

Giriş Kapasitesinin Seçimi
Daha önceki yazılarımda da belirttiğim üzere (Kondansatör Ömür Hesabı), Off-Line Flyback Converter dahil bir çok uygulamada ömrün dayandığı en kritik komponent “kapasite” olarak görülmektedir. Dolayısı ile gerek fiyat/performans gerek ise uzun kullanım süresi için giriş kapasite değeri oldukça önemlidir. İlgili hesaplardan önce spektlerimize tekrar bakmakta fayda var.SpectsTasarımı yaparken en kötü koşullar göz önüne yapılarak hesaplamalar yapılmalıdır. Bunun için ise sistem tasarımının giriş çıkış güçleri hesaplanmalıdır. Yapılacak hesaplar için kullanılacak tahmini verimler, deneyimler sonucu ortaya çıkacak olsa da düşük gerilim çıkışına sahip uygulamalar için bu değeri %70-75, yüksek gerilim çıktıları için ise %80-85 kullanmak uygun olacaktır. Biz uygulamamız içerisinde bu değeri %85 olarak kabul edersek güç değerleri aşağıdaki şekilde olacaktır.Formula 1-2-3Buradaki değerlerin tahmin ettiğimiz verim sonucunda ortaya çıktığı ve gerçek devrede, verimin, dolayısı ile yukarıdaki sonuçların çok az da olsa farklı çıkabileceği unutulmamalıdır.BridgeRectifierYukarıda devremizin giriş kısmını oluşturacak klasik doğrultucu devre yapısı gözükmektedir. Bilindiği gibi bu devrede kapasite değerinin büyük olması, gerilim dalgalılığını azaltıcı yönde sonuç doğuracaktır. Bu noktadaki en büyük yanılgılardan biri; büyük değerlikli kapasitenin, dalgalılığı azaltıcı yönde katkısı olacağından, bu şekilde kullanımının iyi olacağıdır. İdealde her ne kadar bu sav geçerli olsa da gerçek hayatta komponentlerimiz bazı değerlerle sınırlı olduğundan bu şekilde ilerlemek doğru olmamaktadır.

DC barada bulunan kapasitenin, olması gerektiğinden daha yüksek değerlikli kullanılması köprü diyot üzerinden geçecek peak akımları yükselteceğinden, özellikle şebekenin düşük gerilim seviyelerinde çalışmada, köprü diyot’un ilgili peak akımlardan dolayı bozulma olasılığını artırır. Bunun yanı sıra büyük kapasite değeri kullanımı sonucunda ortaya çıkacak ek maliyet de fiyat/performans açısından uygun olmayacaktır.

Bu konuda kullanıcılar her ne kadar serbest de olsa, en efektif çözüm (bu deneyim ile sabittir), giriş gücünden yola çıkarak; giriş gerilimi universal (85~265Vac) ise watt başına 1.5~3uF, european (195~265V) ise watt başına 1uF kullanmak uygun olacaktır. Bu bağlamda, irdelediğimiz tasarımın giriş gücü ele alındığında 120uF (watt başına ~1.6uF) değeri DC bara kapasitesi değeri olarak seçilmiştir.4-5Tasarlayacağımız Flyback Converter topolojisi tüm DC bara gerilim aralığında çalışacağı için DC bara geriliminin minimum ve maksimum değerleri hesaplanmalıdır. DC bara kapasitesi 120uF alındığında, DC bara geriliminin minimum değeri 85V, maksimum değeri ise 4 ve 5. formüllerde görülebileceği üzere 373V olmaktadır.

Yukarıdaki tüm verileri topladığımızda aşağıdaki tablo karşımıza çıkmaktadır. Resmin büyük hali için üzerine tıklamanız gerekmektedir.
Design Excel 1-2Bu ve sonraki bölümlerde de yukarıdakine benzer sonuçları vererek, seri sonunda tüm hesaplamaların yapılmış olduğu büyük tabloya ulaşmaya çalışacağız.

Üçüncü bölüm için buraya tıklayabilirsiniz.

Konuyla ilgili sorularınızı yorum bölümünden bana iletebilirsiniz.
Çalışmalarınızda başarılar dilerim!

  1. En kötü durum diye nitelendirebileceğimiz %28 Ripple Faktör ile DC Bara gerilimi oluştuğunda ne gibi sorunlar yaşayabiliriz?
    Güvenli sınırları vs. var mıdır?

    Bu yazı dizisinin sonunda eminim çok fazla şey öğreneceğim.
    Teşekkürler Fırat Deveci.

    • Fırat DEVECİ dedi ki:

      Merhaba Hüseyin,

      %28 ya da 30 ripple faktör durumu tamamen kullanıcı tercihine bırakılmıştır. Bir sonraki bölümde alacağımız kontrol yöntemleri ele alındığında aslında bu ripple faktörün sadece giriş doğrultucusunu ve bara kapasitesinin ripple akım seviyeleri etkilediğini görürüz. Bu da ömür ile doğrudan ilişkilidir.

Yorum Yazınız

error: Content is protected !!