DC DC çevirici yapımı

[elektronikhobi]

Şimdi bazen örneğin yüksek gerilim miktarlarına ihtiyacımız oluyor. Ama bunu direkt olarak temin edemiyoruz. Örneğin fotoğraf çekerken ışığın yetersiz olduğu mekanlarda ortamın aydınlatılması için yüksek miktarda enerjiye ihtiyacımız oluyor.

Şimdi amacımız bu 3 voltlukluk doğru akım kaynağından 6 volt gerilim elde etmek.

Elimizde 3 voltluk bir gerilim kaynağımız, gene 3 voltluk kare dalga sinyali üretebilen bir başka bir gerilim kaynağı, bir tane geçirgeç (MOSFET), bir tane diyot, 1kΩ luk bir direnç, bir tane sığaç (kondansatör) (değerini istediğimiz gibi seçebiliyoruz) ve bir tane de irgitir ("inductor") var (bunun da değerini istediğimiz gibi seçebiliyoruz).

Bizden istenen L, C değerlerini ve giriş sinyalinin doluluk boşluk oranını ("duty cycle") ayarlamamız. Böylelikle çıkış gerilimimiz 5.9 ile 6.1 V arasında olacak. Sadece 0.1 voltluk dalgacıklanmaya ("ripple") izin veriliyor.

Böyle bir devreyi nasıl yapalım. Tavsiyeler fikirler  

[z]

3 voltluk doğru gerilim kaynağının artı ucuna bağlayacağımız irgitirin diğer ucunu geçirgeçin lağım bacağına bağlarız.
Geçirgeçin kaynağı da gerilim kaynağının toprağına bağlı olsun. Geçirgecin kapısına 3voltluk 3 voltluk kare dalg imi girdiğimizde lağım hattından akım aktı aktırı verir. Fakat buradaki geçirgecin bel verme geriliminin 3 voltdan düşük olması şarttır.

Lağım bacağındaki irgitir açılıp kapanan voltaj etkisinde ters voltaj tepececikleri oluşturur. Bu voltaj  3 volt
kaynağa seri bağlı olduğundan ve yönü 3volt kaynakla daha yüksek voltaj oluşturacağından dolayı elimizde 3v dan daha yüksek voltaj darbeleri olur. Bunu tek yönde geçirgeç üzerinden sığaça uygularsak sığaçtaki gerilim artı artı verir.

1K ile sığacımızı yüklersek sığaç uçlarındaki gerilim ortalama bir değer etrafında salınır.

Şimdi kare dalga gerilimin doluluk boşluluk oranını, frekansını ve bu değerlerin sıgaç ve  irgitir değeri ile munasebetine bakalım. Bunun için medresedeki evraklara bir bakmak gerekecek.

[kamoz]

 Mc34063 pdf dosyasına bakmanızı öneriyorum

[-Hasan-]

Merhabalar;

Bülent Abi benim de sormak istediğim bir şey var. Yukarıdaki devreyi biltek dergisinde görmüştüm. 1.5 V ' luk pilden 3.5 V elde etmek için kullanılıyor. Devrede kırmızı ile işaretlediğim yerin DC-DC kısmı olduğunu biliyorum. Bu mantığa göre Q2 transistörünün B ucuna kare dalga uygulamamız gerekiyor. Bu devrede solda kalan kısım osilatör devresi oluyor. Buradaki osilatörün çalışma mantığını anlatabilirmisiniz?

İyi çalışmalar.

[jrcapa]

Olay C1 etrafında dönüyor. C1 Q1'i, Q1 de Q2'yi sürüyor. Q2 sürülünce C1 eksi potansiyele düşüyor ve transistörler kapanıyor.Sürekli bir döngü var böyle.Sanırsam R1 ve C1 değerleri değiştirilerek duty oranı  veya çıkış gerilimi ayarlanabilir.

[z]

1) Sisteme gerilim uyguladigimiz anda Q1, bos olan C1 den dolayi kesimdedir. Bu esnada C2, L1 D1 uzerinden hizlica 1.5-0.6=0.9 volta sarj olmakla mesguldur. Q1 kesinde oldugundan Q2 de kesimdedir.

2A) C2 L1 uzerinden sarj olurken L1 uclarindaki gerilim C1 uzerinden Q1 i iletime gecirir.
2B) R1 C1 L1 yolu uzerinden sarj olmaya baslayan C1 kapasitorunun voltaji, 0.6 volta ulastiginda Q1 iletmeye baslar. (C1 in beyz bacagi -, L1 ile baglantili bacagi + yonde sarj olur) (2A ve 2B den hangisinin olacagi L1 ve C1 degerine, C1 in baslangic voltajina bagli)

3) Q1 iletmeye basladiginda Q2 de iletmeye baslar ve C1 in Q2 ye bagli ucu Q2 tarafindan saseye cekilir. L1 in de ayni noktadaki bacagi saseye cekildiginden L1 akimi tirmanmaya baslar.

4) C1, Q1 emetor beyz ve Q2 kollektor emetor yolu uzerinden once hizlica bosalir ve ters yonde hizlica sarj olmaktadir. C1 sarj akimi Q1 in emetor beyz akiminin bir koludur. Q1 Beyz akimindaki artis Q2 kollektorunu iyice saseye yaklastirir.

5) Ancak, C1 sarj oldukca, akimi azalma egilimindedir.  Dolayisi ile Q1 beyz akimi azalma egilimine girdi demektir.

6) Q1 beyz akimindaki bu azalis doyumdan lineer bolgeye gecise kadar surer ve ardindan Q1 kolletor akimi da dusmeye baslar. Q1 kollektor akimindaki azalis, Q2 kollektor akiminda da azalima neden olmak ister.

7) Q2 kollektor akiminin azalma egilimi L1 tarafindan hos karsilanmaz ve L1, akiminin seviyesini korumak icin ters voltaj endukler.

7+1) Enduklenen ters voltaj 1.5 volta seri eklenince D1 iletime gecer ve L1 de depolanmis enerji C2 kapasitorune aktarilir.

9) Bu esnada L1 de enduklenen voltaj, C1 uzerinden Q1 i iyice kesime sokar ve R1 uzerinden C1 i once bosaltir ve ardindan ters yonde sarj etmeye baslar. Bu esnada ters polarmalanan Q1 kesimdedir ve bu Q2 nin de kesime gitmesi demektir.

10) L1 deki enerji tukenmeye baslarken Q2 kollektor voltaji da daha yuksek degerden 1.5v a dogru dusmeye baslar. Bu andan itibaren Q1 in beyze bagli bacagi negatif degere yuklenmis C1 uclarindaki gerilimin L1 voltaji ile farki 0.6v oldugundan itibaren Q1 iletime gecmeye baslar. Bu esnada L1 in D1 ile baglantili ucunun voltaji sifira gider.

11) Bu durum C1 in + yuklenmis olan L1 ile baglantili bacaginin sifira gitmesi demektir. Bu durumda C1, hizlica bosalir bu esnda Q1 beyz akimi da max tepe yapar ve C1 ters yonde hizlica sarj olmaya baslar. Bu geldigimiz nokta 4. maddedir ve olaylar bu cercevede cereyan eder.

[elektronikhobi]

Evet arkadaşlar. İşte devre şeması:



Bu bu haftanın labaratuvar sorusuydu. Ben bu soruyu yaptım. Yukardaki yeşil tik işaretinden anlayabilirsiniz.

Ama pazartesi gününe kadar çözümleri paylaşmak, ya da çözüm istemek yasak. Her ne kadar bu forumları takip eden öğrenci olduğunu tahmin etmesem de söz sözdür! 

Bu örneği çok beğendiğim için ayrıntılı olarak Pazartesinden sonra paylaşmaya karar verdim. O zamana kadar diğer arkadaşların yorumlarını bekliyorum.

Evet arkadaşlar önünüze böyle bir problem geldi. 1kΩ luk direnç sabit. Sizden L, C değerlerini ve giriş sinyalinin doluluk boşluk oranını ("duty cycle") hesaplamanızı istiyorlar.

Problem de çok basit 3V'luk bir giriş akımını en fazla 0.1V'luk bir sapmayla 6V'a çevirmemiz isteniyor. Yani çıkış gerilimi 5.9 ile 6.1 V arasında olacak. İşte kısa süreli analiz sonuçları..

Bu 10 milisaniye için. Dikkat ederseniz çıkış geriliminde değişme var. 5.8 voltdan 5.2 volta kadar dalgalı bir seyir izlemiş.



2 milisaniyelik analiz sonuçları:



100 mikrosaniyelik analiz sonuçları.





100 us'lik analiz sonuçlarına bakarsanız burada ilk aşamada irgitirin üzerindeki akım artıyor. Sığacın üzerindeki gerilim azalıyor.

Pembe çizgiler irgitirin üzerinden geçen akımı, açık mavi çizgiler ise sığaç üzerinden geçen gerilimi gösteriyor.

Burada bir ipucu vermek istiyorum.

[jstex] i \Delta {t}=C\Delta {v}[/jstex]

100 mikrosaniyelik analiz sonuçlarına bakarsanız 2 aşamalı tekrar eden bir durum var. İlk durumda geçen süreye DT dersek (yukardaki denklemde delta üçgen ile gösterilmiş) ikinci durumda geçen süreye (1-D)T diyebiliriz. İşte buradaki D doluluk boşluk oranını ("duty cycle") belirtiyor. T ise döngü peryodu (Yukardaki devre için 1/30Khz) olarak belirlenmiş.

[ahfxg]

"irgit" kelimesi oldukça itici bir kelime gibi geldi. TDK'da böyle bir söz öbeği yok. Kim uydurduysa büyük başarı.

Ben hesaplamaları yapayım da neyi paylaşıyoruz pazartesi günü ne var anlamadım.

Boost topolojide malzemeler ideal olarak kabul ederseniz duty oranı D=1-(Vi/Vout) olarak alabilirsiniz. Fakat senin enin örneğinde diyotun eşik gerilimi var. Dolayısı ile çıkış gerilimi Vout+Vdiyot yani 6.7V olarak al. Buradan D=0.55 çıkar.
f=30kHz vermişsin. Yani periyodun 33.3us. D=0.55 için ton=18.3u çıkar. toff boyunca çıkıştaki kapasite yükü beslemeli ve o gerilimi o süre boyunca beslerken gerilimi sadece 0.1V değişmeli.
Bunu da kabaca hesaplarsak; akım değerin Io=6V/1000=6mA; I=CdV/dt -->  6mA=C*0.1V/(33.3u-18.3u) ---> C yaklaşık 900p olacak

Şimdi gelelim L'ye. L'de üzerine 18.3us boyunca enerji depolayıp bunu karşıya aktarmak zorunda. Burada bobinin üzerinde ne kadar akım ripple değeri istediğinizi belirleyin. Ben 10mA salınım uygun göreyim.

VL=L*di/dt ise anahtar açıldığında VL=5V olur, buradan L=9.15mH çıkar

Bu tür işlemler pek proteusun harcı değil ama sonuçlar aşağıda. Devre ilk başlangıçta büyük bir overshoot yapıyor, geri beslemenin önemi burada daha açık görülebilir.

[elektronikhobi]

Hocam ben bu irgitim kelimesini bir Fizik profesörü hocamızın kitabından aldım. Genelde de Fizikçilerin bulduğu karşılıkları beğeniyorum 

irgitim [indüksiyon, indükleme,indüklem] 1- Mıknatısla ya da kıvıl bir alan etkisiyle özde içinde ucayların oluşması 2- Mıknatıs alanı değişirken kıvıl alan ya da akım oluşması.

Burada Mosfetin iç direnci önemli mi bilmiyorum. Ama ben gene de vereyim. Burada kullanılan analiz programı için 3V'luk bir gerilim kaynağı için

[jstex] R_n \approx 26.5k\Omega [/jstex]

Ayrıca
[jstex]R_{ON} = R_n \frac{L}{W}[/jstex]

olduğunu biliyoruz. Burada geçirgecin W/L oranı 1000 olarak olarak verilmiş o yüzden bu hesaplamayı yaptığımızda RON = 26.5 Ω olarak alınmış.

Bu arada ilk durumda giriş sinyalinin ve çıkış sinyalinin neye benzediğini de göstermek istiyorum. İlk durumumuz buydu:



Bu bizim giriş sinyalimiz:



Bu da yukarıda kırmızıyla gösterilen düğümdeki çıkış sinyalin zamana göre değişimi:



Devreyi sizin belirttiğiniz değerlerle değiştirdikten sonra (C= 900p, L=9.15m, D=0.55)



10 milisaniyelik analiz sonuçları. Dikkat ederseniz çıkış gerilimi 1V seyilerine inmiş.



2 milisaniyelik analiz sonuçları



100 mikrosaniyelik analiz sonuçları.



Buradan sanırım daha iyi görülebiliyor. Çıkış gerilimi 215 mikrovolt seviyelerine inmiş.

[MC_Skywalker]

6.002x bende takip ediyordum ama ingilizce seviyemin yetersizliğinden ilk haftadan ileri gidememiştim. paylaşımlar güzel.

[elektronikhobi]

Evet o zaman (C= 900n, L=9.15m, D=0.55) olarak aldıktan sonra çok yakın sonuçlar çıkıyor:



10 milisaniyelik analiz sonuçları. Çıkış voltajı 5.7 voltta sabitleniyor.



2 milisaniyelik analiz sonuçları.


Dikkat ederseniz burada çıkış voltajında 7 volt ile 5 volt arasında bir dalgalanma var.



100 mikrosaniyelik analiz sonuçları



Yalnız benim bulduğum sonuç bu değildi 

Belki bu sorunun birden fazla çözümü olabilir. Resmi sonuçları ben de merak ediyorum.

[ahfxg]

Evet hata yapmışım 900p elbette saçma bir değer olmuş.
Mosfet'in iç direnci bir kayıp yaratacağından elbetteki çıkış gerilimine etkisi olacaktır.

[elektronikhobi]

Benim bulduğum sonuçlar da bunlar (C= 4u, L=2mH, D=0.58)

Aslında uzun uzun yazmayı düşünüyordum. Ama şimdilik kısaca analiz sonuçları böyle. İlginçtir ki irgitirin değerini değiştirmeye gerek kalmadı 



10 ms.



2 milisaniye



ve 100 mikrosaniye