DC DC Converter:
Flyback Converter |
5. Bölüm

DC DC dönüştürücüler yazı serimizin 5. bölümünde Flyback Dönüştürücülerin çalışma prensibini, çalışma modlarını ve dönüşümü etkileyen parametrelerini tüm ayrıntılarıyla inceledik.

A- A+

16.03.2017 tarihli yazı 37947 kez okunmuştur.

Flyback dönüştürücülerin temeli buck-boost dönüştürücülere dayanmaktadır. Flyback dönüştürücüler buck-boost dönüştürücülerin izoleli bir biçimidir. Temel bir flyback dönüştürücü bir anahtarlama elemanı, bir transformatör, bir diyot ve bir kondansatörden oluşmaktadır. Flyback devreleri yapısı gereği birçok çeşitte bulunabilmektedir. Bu çeşitler arasında iki anahtarlı flyback devresi, RC resetli flyback devresi gibi yapılar yer almaktadır. Biz bu içeriğimizde flyback devresini en basit yapısı ile anlatmaya çalışacağız. Bu yapı aşağıdaki şekilde verilmiştir. Ayrıca flyback dönüştürücüde aşağıdaki şekilde trafonun sol kısmında görünen paralel bir mıknatıslanma endüktansı yer almaktadır. Bu endüktans dönüştürücünün devre analizinde trafoya paralel bir şekilde düşünülmektedir.

►İlginizi Çekebilir: DC DC Converter | Buck Converter

Flyback dönüştürücülerde trafo kullanılmasından dolayı devrede kısıtlamalar meydana gelmektedir bu da dönüştürücünün çıkışında bağlı olan yüke giden yükü kısıtlamaktadır. Bu nedenle flyback dönüştürücüler genellikle çıkış geriliminin yüksek olması gereken fakat yüksek güç gerektirmeyen uygulamalarda kullanılırlar. Buck-boost dönüştürücülerde yük geriliminin giriş gerilimine göre ters yönde polarlanma durumu flyback dönüştürücülerde ortadan kalkar. Flyback dönüştürücülerde giriş gerilimi iler çıkış yani yük gerilimi aynı doğrultuda polarlanmaktadır. Devrede trafo giriş ve çıkışındaki ana akım aynı zamanda mıknatıslanma akımıdır. Flyback dönüştürücüleri kullanışlı kılan en önemli faktör basit yapılı ve düşük maliyetli olmalarıdır.

Trafoların AC sinyallerle çalıştıkları bilinmektedir. Fakat nasıl oluyor da girişinden doğru gerilim uygulanan bir trafo enerjiyi sekonder tarafa aktarabiliyor? Burada trafonun sol ucunda bulunan bobinin etkisi söz konusu. Anahtarlama elemanı iletim durumdan kesim durumuna geçtiğinde (doğru akım devrelerinde bobinin ortalama gerilimi sıfır olduğundan dolayı) bobinin uçlarındaki gerilimin polaritesi değişiyor ve doğru gerilim anlık olarak alternatif gerilim gibi davranarak trafonun çalışmasına imkan tanıyor.

DC DC dönüştürücülerde neredeyse her devre yapısında olduğu gibi flyback devrelerde de iki adet çalışma durumu mevcut. Bu durumlardan birincisi anahtarlama elemanını iletim halinde olduğu, ikincisi ise kesim halinde olduğu durumdur. Şimdi ise bu iki durumu devre üzerinde ayrı ayrı analiz edeceğiz.

1. Durum: Anahtarlama Elemanı İletimde

Yukarıda görülen flyback devresinde devredeki anahtarlama elemanı iletimdedir. Bu çalışma durumunda, primer akımı artarak transformatör sargılarında enerji depolar. Bu modda sekonder gerilimi ters indüklendiğinden dolayı devredeki D1 diyodu ters polarlanır ve kesim durumuna geçer bu da transformatörün sekonder ucundan akım akmamasına neden olur. Sekonder akımı olmadığından transformatörün primer ucundan sekonder ucuna enerji akışı olmaz. Devrede bu çalışma durumunda yükü besleyen eleman C kapasitesidir.

2. Durum: Anahtarlama Elemanı Kesimde

►İlginizi Çekebilir: Diyot İcat Edilmeden Önce AC'yi DC'ye Nasıl Dönüştürüyorduk?

Yukarıda flyback devresi üzerindeki anahtarlama elemanının kesimde olduğu durumdaki devre şeması görülmektedir. Bu durumda bir süre sekonderden akım akarken bir süre akmamaktadır. Trafonun primer ucundaki akım bobin etkisi ile Lenz kanununa bağlı olarak ani bir şekilde değişemeyeceğinden, trafonun primer gerilimi ters indüklenecektir. Bir öndeki durumda primerdeki enerji diyotun ters indüklenip kesimde olmasından dolayı sekondere aktarılamamıştı. Bu durumda enerji diyotun doğru yönde polarlanıp kısa devre olmasıyla sekonder uca aktarılır. Bu durumda anahtarlama elemanı kesim durumunda olduğundan trafonun primer ucu açık devredir ve trafonun primerinde sekonder gerilimi yani yük gerilimine bağlı bir gerilim indüklenir. Aradaki bu bağlantıyı trafonun çevrim oranı etkilemektedir.

Flyback dönüştücüler genellikle düşük güçler sayılabilecek 50-100 watt aralıklarında tasarlanırlar. Flyback dönüştücüler günümüz tüketici elektroniğinde kullanılan aletlerin güç kaynaklarında sıklıkla kullanılmaktadırlar. Kullanılmasındaki en önemli etken çok düşük parça sayısı avantajına sahip olmasıdır.

Flyback devresinde trafonun Vg kaynağından enerjiyi yalnızca 1. durumda aldığı düşünülürse, kaynaktan çekilen giriş gücünün ortalama değeri aşağıdaki formülle hesaplanmaktadır.

Yukarıdaki denklemde denklemin en sağ tarafı verim ile çarpıldığında yük gücü ortaya çıkar. Yük gücü aynı zamanda yük üzerinde indüklenen gerilimin karesinin yük direncine bölünmesiyle elde edildiğine göre yük üzerine indüklenen gerilimde aşağıdaki denklem çıkmaktadır. Bu denklemde D tetikleme işaretinin doluluk oranı (Ton/T), ɳ ise devrenin verimidir.