Off-Line Flyback Converter: Part 5 (Final)
Dördüncü bölümde flyback tasarımımızın tüm hesaplamalarını bitirip, özellikle trafo sarımı konusunda önemli noktalara değinmiştik.
Bu bölümde ise yaptığımız tüm hesaplamaları simülasyonda ortamında yerlerine koyup, elde ettiğimiz simülasyon sonucu ile gerçek ortam arasındaki karşılaştırmaları yapıp, varsa aralarındaki farkın neden kaynaklandığına açıklık getirmeye çalışacak ve son sözlerimizle birlikte beş bölüm süren yazı dizimizi sonlandıracağız.
Power Train Sinyalleri
Yaptığımız hesaplamalardan sonra gücü taşıyan elemanların üzerindeki akım ve gerilim şekillerini incelemek, teorik hesaplamaların doğrulanması açısından önemlidir.
Flyback converter devresinde bakacağımız ilk sinyal, giriş gerilimi minimum iken, Vro gerilimini izlemektir. Simülasyonda elde edilen sonuç aşağıda görülebilir.
Teoride 100V olarak aldığımız Vro gerilimi, simülasyon ortamında 98.3V olarak karşımıza çıkmaktadır. Gerçek uygulamada ise sinyal şekli aşağıda görülebilir. Şekli büyütmak için üstüne tıklayabilirsiniz.
Uygulamayı gerçekleştirdiğimizde ise Vro gerilimi 101.0V olarak ölçülmekte ve teori ile uyumluluk göstermektedir. Simülasyon ile gerçek uygulama arasındaki özellikle sinyalin ilk kalkışındaki farklılığın, kaçak endükans ve kapasiteler nedeniyle oluştuğunu, ayrıca, Vro genliğinin, çıkış gerilimi değişmediği müddetçe tüm çalışma koşullarında aynı kalacağını unutmamak gerekir.
Bunun yanında giriş için en önemli değerlerden biri de anahtarlama elemanının maruz kalacağı maksimum gerilim değeridir. Daha önceki bölümlerde teorik olarak bu değerin 566V civarında kalacağını hesaplamıştık. Simülasyon değeri de yaptığımız hesabı doğrular nitelikte olup bu gerilimin 566V civarında kalacağı görülmüştür. Ayrıca clamp geriliminin de 186V civarında olduğu da yine simülasyon sonucunda görülebilmektedir. Vro gerilimi ise değişmemiştir.
Gerçekte aldığımız sonuçta aşağıda görülebileceği üzere teoriyi doğrular niteliktedir.
186V clamp gerilimi ve 566V mosfet maksimum gerilimleri yukarıdaki sinyallerden rahatlıkla görülebilmektedir.
Son olarak çıkış diyodu üzerindeki maksimum gerilime baktığımıza simülasyonda aşağıdaki sonucu görmekteyiz.
Simülasyonda değerin 94V civarında olduğu gözükmektedir. Gerçek uygulamada ise sinyaller aşağıdaki gibi olmaktadır.
Gerçek ortamda maksimum diyot geriliminin, voltaj zıplaması ihmal edilirse 98V civarında olduğu görülmektedir. Yalnız kullanılan diyodun reverse recovery etkisinden dolayı gerilim zıplaması oluşmuş ve bu değer 138V‘a kadar çıkmıştır. Dolayısı ile özellikle flyback converter tasarımında çıkış diyodunun hızlı olması çok önemlidir. Pratikte teoride hesaplanan değerin %50 üstü, diyot üst gerilimi olarak karşımıza çıkmaktadır.
Ayrıca yapılan uygulamada Fairchild firmasının senkron doğrultma entegresi olan FAN6204 kullanılarak senkron sinyalleri de elde edilmiştir. Bunları da yukarıda sarı sinyalle görebilirsiniz.
Sonuç Olarak
Flyback converter günümüzde her uygulamada kullanılabilecek, ucuz ve efektif bir çözümdür. Özellikle iyi trafo tasarımı ve simülasyon ile destekli hesaplamalar, yıllarca performanslı ve sorunsuz çalışacak converter için olmazsa olmazlardandır. Bu konuda tüm üreticilerin çok güzel notları bulunsa da bu anlamda mihenk taşı kabul ettiğim Fairchild’ın AN-4137 adlı uygulama notunu mutlaka okumanızı öneririm.
Konu ile ilgili tüm sorularınızı yorum kısmından bana iletebilirsiniz.
Herkese çalışmalarında başarılar dilerim.
Ellerine sağlık hocam. Güzel bir yazı dizisi oldu. Umarım pek çok insan istifade eder.
Hocam simülasyonu hangi programda yapıyorsunuz. Hangisini tavsiye edersiniz.
PSIM kullanıyorum oldukça iyi bir programdır.
Geri beslemesiz anlatım olur mu? 🙂
Birde Half Bridge ve Full Bridge, Forward, Push Pull , LLC tasarım bekliyoruz. Tecrübelerinizi lütfen paylaşınız. Tavsiyelerinize ihtiyacımız var. Özellikle PWM kontrolcü, trafo hesabı, tasarımı ve geri besleme.
Teşekkürler.
Ramazan merhaba,
Zahmet etme projen neyse gönder ben yapayım bu kadar anlatımdan sonra bir de onu yapmışım çok mu? 🙂
Özel destek gerekiyorsa iletişim adresim mevcut ama ısmarlama konu pek almıyorum.
Kolay gelsin.
Fırat hocam merhaba. Sıfırdan DC to AC Inverter tasarlamak için, yükseltme katında hangi topolojiyi kullanmamı tavsiye edersiniz? 600W ve 5kV ile üzerinde tavsiyeniz ne olurdu? Boost işimi görür mü?
Merhaba Erkan,
600W ve 5kV değerleri için çıkış akım değerin 120mA çıkacaktır. Eğer 50 ile 1kHz arası bir AC sinyal çıkarıcaksan ki sinyal şeklinin sinüs olduğunu varsayıyorum, klasik trafolu bir sistem kullanman her zaman daha iyi olacaktır. Yani girişin örnek veriyorum 12V çıkışın 5kV olacak şekilde. Bir çok 12/24V çalışan UPS 220Vac üretmek için hala aynı tekniği kullanır.
Cevap için teşekkür ederim Fırat hocam. Soruda hata ve eksik bilgi sunmuşum, afedersiniz.
Şöyle düzelteyim. Tek faz 220V/50Hz sabit frekanslı (SVPWM) inverter tasarımı yapmak için, yükseltme katında 600Watt ve 5kW için hangi topoloji üstünde çalışmamı önerirsiniz? 5kW dememde ki sebep yüksek güçlerde çalışma anlamı doğsun diye. Birde yüksek güçte değişken frekanslı 3 faz için topoloji önerebilir misiniz?
Çalışmalarımı yönlendireceğim, kendimi geliştirmek ve çizeceğim yolu belirlemek için bilgilendirirseniz çok sevinirim.
Erkan merhaba,
Çıkış birimlerini bana belirtmişsin ama giriş olarak ne kullanılacak bunu da bana söylersen iyi bir yönlendirme yapacağımı düşünüyorum. Örneğin giriş DC mi, bataryadan mı bu gerilimler elde edilecek, UPS’mi olacak gibi. Bunlara göre sana günümüzde kullanılan optimum çözümleri söylemeye çalışayım.
Hocam bir bataryayı şarj edeceğim ve bu bataryadan daha sonra kullanılmak üzere enerji alacağım.
O halde en güzel çözüm dediğim gibi batarya geriliminin nominal değerinden 220Vac çıkacakmış şekilde bir trafo ile bunu halletmek olacaktır. Batarya gerilimi 24V ise ki tehlikeli alt sınır 20V civarı olacaktır, bunu maksimum değer olarak kullanıp, 12Vac/220Vac trafo ve primer kısımda H-Bridge bir yapı kullanmak en kolay yöntemlerden biri olacaktır. Diğer türlü akülerinizin toplam gerilim seviyesi kolay bir şeklide elde etmek isterseniz en az +-320V civarı olmalı ve yaklaşık 55 ila yerine göre 60 akü kullanmalısınız. Bu şekilde bakılırsa ilk söylediğim metot zaten küçük UPS’lerde kullanılan sistemin aynıdır ve daha ucuz yapmanın maalesef şu an için bir yolu yoktur.
Bilgilendirme için teşekkür ederim Fırat hocam.
Fırat hocam merhaba,
Flyback veya diğer topolojiler kullanılarak,universal şebeke giriş gerilimi baz alınarak tasarlanan power supplylar da, PCB üzerinde primer tarafta yüksek sayılabilecek gerilimler oluşuyor. Özellikle yansımanın olduğu bölgelerde anahtarın üzerinde kalan peak gerilimleri oldukça yükseliyor. Bu konu ele alındığında yüksek gerilim farkının oluştuğu bölgelerde clearence ve creepage konularını ele alırsak ne önerirsiniz? Bir çok faktör muhakkak durumu etkileyecektir (kirlilk seviyesi, pcb maskesi vs) fakat genel geçer pratik olarak kullanılabilecek volta başı şu kadar mm gibi söyleyebileceğimiz bir şey var mıdır?
Bir de genel olarak power supply tasarımlarında hangi standartları takip etmeliyiz(özellikler EMC ve LVD konularını ele alırsak)?
Merhabalar,
Bu konuda detaylı bilgi vermek istersem ayrı bir kitap çıkarmam gerekir maalesef sorunuzun hızlı bir yanıtı yok. O yüzden olur da ilerde ele alırsam değinmeye çalışırım.