İki aşamalı noktasal yük dönüştürücü tasarımı ve analizi
Two-stage point-of-load converter design and analysis
- Tez No: 1022470
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OZAN GÜLBUDAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Güç elektroniği, Güç elektroniği devreleri, Kontrol yöntemleri, Power electronics, Power electronic circuits, Control methods
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Noktasal yük dönüştürücüler, yüke yakın konumlandırılmalarından dolayı iletim hattındaki dirençten kaynaklanan voltaj düşümlerinin etkilerini azaltmaktadır. Geleneksel sistemlerde merkezi bir güç kaynağı tüm sisteme enerji dağıtırken PoL dönüştürücüler hedef noktaya enerji iletmektedir. Yüke yakın olmaları sayesinde ani akım değişimlerine hızlı tepki verebilmektedirler. Bunlara ek olarak, hedef noktaya göre tasarlanarak sistem içinde gerekli noktalara istenilen seviyede enerji sağlanmaktadır. İki aşamalı PoL dönüştürücüler, tek aşamalı yapılara kıyasla modüler kontrol avantajı sunmaktadır. Bu mimari sayesinde, sistemin bütününe müdahale etmeye gerek kalmaksızın, arızanın veya performans kaybının yaşandığı aşamaya özgü düzeltmeler yapılabilmektedir. Bu durum, hata ayıklama süreçlerini kolaylaştırmakta ve sistemin dinamik yanıt kabiliyetini artırmaktadır. Bu tez çalışmasında iki aşamalı PoL dönüştürücünün Lyapunov tabanlı kontrol yöntemi sunulmaktadır. İlk aşama olarak anahtarlamalı tank dönüştürücü (STC), ikinci aşama olarak senkron azaltan dönüştürücü (SBC) kullanılmış 48V giriş gerilimi 5V çıkış gerilimine dönüştürülmüştür. Güç dönüştürücüleri açık döngüde, yani bir geri besleme mekanizması olmaksızın çalıştırıldıklarında, anahtarlama elemanları (MOSFET) yalnızca önceden belirlenmiş sabit PWM sinyalleriyle sürülmektedir. Ancak bu durumda, sistemde meydana gelebilecek bozucu etkiler veya yük değişimleri karşısında görev döngüsü (duty cycle) sabit kaldığı için çıkış geriliminde sapmalar meydana gelmektedir. Bu durum, dönüştürücülerin hassas uygulamalarda güvenilir bir kontrol mekanizmasına ihtiyaç duyduğunu kanıtlamaktadır. Literatürde dönüştürücü kontrolünde genellikle PI kontrolör gibi doğrusal yöntemler tercih edilmektedir. Ancak doğrusal kontrolörlerin, sistemin parametre değişimlerine ve doğrusal olmayan doğasına tam uyum sağlayamaması, kararlı çalışma performansını sınırlandırabilmektedir. Bu tez çalışmasında, klasik yöntemlerin aksine, doğrusal olmayan bir kontrol stratejisi olan Lyapunov fonksiyonu tabanlı kontrolör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu kontrolör, sistemin çıkış gerilimi ve akım parametrelerini anlık olarak takip ederek PWM sinyallerini dinamik bir şekilde üretmekte, böylece çıkışta yüksek kararlılık sunmaktadır. Benzetim ortamı olarak Matlab/Simulink kullanılarak devrenin sonuçları elde edilmiştir. Tasarlanan iki aşamalı Yük Noktası (PoL) dönüştürücü yapısında; ilk aşamada, 48V giriş gerilimini 12V'a düşüren bir Anahtarlamalı Tank Dönüştürücü (STC), ikinci aşamada, 12V gerilimi 5V'a düşüren bir Senkron Buck Dönüştürücü (SBC) kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, Lyapunov tabanlı kontrolörün hızlı dinamik tepki ve yüksek kararlı durum performansı sergilediğini göstermiştir. Yaklaşık 10W çıkış gücü seviyesinde yapılan çalışmalar, doğrusal olmayan kontrol yöntemlerinin iki aşamalı PoL dönüştürücü uygulamalarında verimli ve etkili bir şekilde kullanılabileceğini doğrulamaktadır.
Özet (Çeviri)
Point-of-Load (PoL) converters reduce the effects of voltage drops caused by transmission line resistance due to their proximity to the load. While centralized power supplies distribute energy to the entire system in traditional setups, PoL converters deliver energy directly to the target point. Their proximity to the load allows them to respond rapidly to sudden current changes. Additionally, they are designed according to the specific requirements of the target point, providing the desired energy levels to necessary locations within the system. Two-stage PoL converters offer modular control advantages compared to single-stage structures. This architecture allows for corrections specific to the stage experiencing failure or performance loss without needing to intervene in the entire system. This simplifies debugging processes and enhances the dynamic response capability of the system. In this thesis, a Lyapunov-based control method for a two-stage PoL converter is presented. A Switched Tank Converter (STC) is utilized as the first stage, and a Synchronous Buck Converter (SBC) is used as the second stage, converting a 48V input voltage to a 5V output voltage. When power converters are operated in an open-loop configuration—without a feedback mechanism—switching elements (MOSFETs) are driven solely by pre-determined fixed PWM signals. However, in this case, deviations occur in the output voltage because the duty cycle remains constant despite disturbances or load changes in the system. This proves that converters require a reliable control mechanism for sensitive applications. In the literature, linear methods such as PI controllers are generally preferred for converter control. However, the inability of linear controllers to fully adapt to parameter variations and the non-linear nature of the system can limit stable operating performance. In this thesis, contrary to conventional methods, a controller design based on the Lyapunov function -a non-linear control strategy- has been realized. This controller dynamically generates PWM signals by monitoring the system's output voltage and current parameters in real-time, thereby providing high stability at the output. The circuit results were obtained using Matlab/Simulink as the simulation environment. In the designed two-stage Point-of-Load (PoL) converter structure; a Switched Tank Converter (STC) reducing the 48V input to 12V was used in the first stage, and a Synchronous Buck Converter (SBC) reducing the 12V to 5V was used in the second stage. The results obtained demonstrated that the Lyapunov-based controller exhibits a fast dynamic response and high steady-state performance. The studies conducted at an output power level of approximately 10W confirm that non-linear control methods can be used efficiently and effectively in two-stage PoL converter applications.
Benzer Tezler
- Investigation of modal analyses and flutter speed calculations on actual model and reduced model of B52 stratofortress aircraft
B52 stratofortress uçağı tam ölçekli ve indirgenmiş modeli üzerinde analizlerin gerçekleştirilerek çırpıntı hızının hesaplanması
DİDEM BAYKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN ORHAN KAYA
- Forecasting-based hybrid model predictive controller for microgrid energy management
Mikro şebeke enerji yönetimi için tahmine dayalı hibrit model öngörümlü kontrol algoritması
AYŞEGÜL KAHRAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYaşar ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CÜNEYT GÜZELİŞ
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRAH BIYIK
- Elektrik enerji sistemlerinde güvenilirlik değerlendirmesi için kısıtlılık seçimi
Contingency selection for the reliability evaluation in the electric power systems
RAMAZAN ÇAĞLAR
Doktora
Türkçe
1999
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ. DR. AYDOĞAN ÖZDEMİR
- Yüksek hız takım çeliklerinin yüksek sıcaklık aşınma dayanımına nitrasyon işleminin etkisi
Nitration effect on high temperature wear resistance of high speed tool steels
BURCU BOSTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU
DOÇ. DR. ERDEM ATAR
- Aspect-based sentiment analysis in Arabic for healthcare
Sağlık alanı için Arapça metinlerden özellik-tabanlı duygu durum analizi
HUNAIDA RAMADAN MOHAMMAD AWWAD
Doktora
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolDokuz Eylül ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ADİL ALPKOÇAK