DA-DA flyback çeviricilerde doğrusal olmayan denetim

Abstract

Flyback tip çeviriciler temel olarak alçaltıcı-yükseltici türünden türetilmiş galvanik izolasyona sahip doğru akım-doğru akım çevirici türüdür. Birlikte kullanıldığı sistemler itibari ile ani yük değişimlerine hızlı ve kararlı bir şekilde cevap vermesi gerekmektedir. Flyback tip çeviricilerde maliyet ve komponent boyutlarını optimize edebilmek amacı ile anahtarlama işlemi yüksek frekanslarda gerçekleştirilmektedir. Aynı zamanda anahtarlama karakteristiği itibari ile doğrusal olmayan yapıya sahiptir. Bu tez çalışmasında doğrusal olmayan yapıda bulunan Flyback çeviricilerin denetiminde yukarıda saydığımız nedenlerden dolayı doğrusal olmayan kontrol tekniklerinin uygunluğunu göstermek amacıyla geri adımlamalı yaklaşım ve observer denetim yaklaşımı önerildi. Geri adımlamalı denetleyici endüktans akımı ve çıkış gerilimi gibi sisteme ait durum değişkenlerinin birbirleri ile karşılaştırılması sonucunda sistem kararlılığını sağlamaya yönelik tasarlandı. Observer denetim tekniği ise endüktans akımının tahmin edilmesi ve çıkış geriliminin izlenmesi ilkesine göre tasarlandı. Aynı zamanda observer denetleyicide parasitik etkilere karşı duyarlılığı da test edebilmek amacı ile ait sargı direnci ve anahtar iletim direnci gibi kayıp parametreleri ihmal edilmedi. Her iki denetim tekniğinde de Flyback çeviriciye ait sistem dinamikleri yardımı ile hata sistemi tasarlandı. Daha sonra elde edilen denetim işareti Flyback çeviriciye uygulandı. Denetim tekniklerinin kararlılığını test etmek amacı ile denetleyici tasarımı sırasında Lyapunov tabanlı yöntem kullanıldı. Yapılan çalışmada sistemde meydana gelecek ani yük değişimlerini gerçekleyebilmek amacı ile sisteme bozucu yükler eklendi. Önerilen denetim tekniklerinin etkinliği, uygulanabilirliği ve etkisi, benzetim çalışmasında standart oran-integral denetleyici ile karşılaştırılarak örneklendirildi. Geri adımlamalı ve observer denetim yöntemleri kullanılarak, çıkış gerilimi istenen gerim değerine dolaylı olarak ayarlandı. Önerilen metodların etkinliği benzetim sonuçlarında gösterildi.Flyback type direct current-direct current converters are basically a galvanic isolated version of the buck-boost converter. It has to respond to sudden load changes quickly and decisively due to the systems it is used together. To optimize the cost and component dimensions of flyback converters, switching is performed at high frequencies. At the same time, the switching characteristic has a nonlinear structure. In this thesis, backstepping approach and observer control approach were proposed to demonstrate the suitability of nonlinear control techniques for the control of Flyback converters in a nonlinear structure. The backstepping controller is designed to ensure system stability by comparing system state variables such as inductance current and output voltage to each other. Observer controller is designed according to the principle of estimating the inductance current and monitoring the output voltage. In order to test the sensitivity of the observer controller against parasitic effects, loss parameters such as winding resistance and switch transmission resistance were not neglected. In both control techniques, the error system was designed with the help of the system dynamics of the Flyback converter. Then, obtained control signal was applied to the Flyback converter. During the design of the controller, Lyapunov based method was used to test the stability. In this study, disturbing loads were added to the system to realize sudden load changes in the system. Comparative simulation studies with a standard PI–type controller is performed to illustrate the effectiveness, feasibility and efficiency of the proposed controller. The proposed methods use a backstepping and observer approach to regulate the corresponding current required to set the output voltage to its desired value as opposed to directly regulating the output voltage. Simulation results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed methods.