Sürekli akım modunda çalışan alçaltıcı tip da-da dönüştürücülerin gerilim kontrolü

Abstract

Anahtar Kelimeler: Alçaltıcı Tip DA-DA Dönüştürücü, Kayan Kipli Kontrolör, Doğrusal Karesel Regülatör, Oransal-İntegral-Türev Güç elektroniğini, kaynaktan gelen enerjinin muhtelif elemanlar vasıtası ile işlenip ya da dönüştürülüp kontrol edilerek, sistem çıkışında istenilen seviyede düzgün ve regüleli sabit ya da ayarlanabilen gerilimi temin ederek, sistem çıkışını besleme süreci olarak tanımlayabiliriz. Bilimsel ve teknolojik gelişmelerin hızla ilerlemesi beraberinde güç elektroniği ve kontrol edilebilir enerjinin önemini de artırmıştır. Bu tezde güç elektroniği devrelerinden biri olan ve değişken veya sabit, doğru gerilimden doğru gerilim elde etmek için kullanılan, alçaltıcı tip DA-DA dönüştürücü devresi ele alınmıştır. Sürekli-akım modunda çalıştırılan alçaltıcı tip DA-DA dönüştürücüler için ayrık-zamanda üç farklı kontrolör tasarlanmış olup, benzetim çalışmaları ve gerçek-zaman çalışmaları ile performansları karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Bu amaçla öncelikle alçaltıcı tip DA-DA dönüştürücünün matematiksel modeli elde edilmiş ve dönüştürücünün sürekli-akım modunda çalışabilmesi için kritik endüktans değeri hesaplanmış. Ardından dalgalanma faktörü için kritik kapasitans değeri hesaplanmıştır. Daha sonra ayrık-zamanda üç ayrı kontrolör kayan kipli kontrolör, doğrusal karesel regülatör ve oransal-integral-türev kontrolörleri tasarlanmış ve bu kontrolörlerin performansları yerleşme zamanı, aşım ve bozuculara karşı dayanıklılık kriterleri açısından benzetim çalışmaları ve gerçek-zaman çalışmaları ile karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Benzetim çalışmaları ve gerçek-zaman çalışmaları sonuçlarına göre, kayan kip kontrolörlü alçaltıcı tip DA-DA dönüştürücü devresi tüm aşamalarda diğer kontrolörler ile kontrol edilen dönüştürücülere göre daha iyi performans sergilemiştir.

Keywords: DC-DC Buck Converter, Sliding Mode Control, Proportional-Integral-Derivative, Linear Quadratic Regulator We can define the power electronics as the supply process of system output by providing smooth and regulated, constant or adjustable voltage at the desired level, by processing or converting the energy from the source by means of various components. The rapid advancement of scientific and technological developments has also increased the importance of power electronics and controllable energy. In this thesis, the DC-DC buck converter circuit is studied which is used to obtain the direct voltage from the variable or constant direct voltage. Three different controllers have been designed for the DC-DC buck converters operated in continuous-current mode and their performance is compared with the simulations and real time studies. For this purpose, firstly, a mathematical model of DC-DC buck converter is obtained and the critical inductance value is calculated so that the converter can operate in the continuous-current mode. Next, the critical capacitance value for the ripple factor is calculated. Then, in the discreet-time three different controllers Sliding mode controller, linear quadratic regulator and proportional-integral-derivative controllers have been designed and performances of these controllers have been investigated in comparison with simulation studies and real time studies in terms of settling timet time, peak overshoot and durability against distortions. According to the results of the simulation studies and real time studies, the DC-DC buck converter circuit with sliding mode controller performed better than the converters controlled with other controllers at all stages.