Buck Converter devresinin analizine girmeden önce güç elektroniğinde kullanılan temel kavramları
açıklamakta fayda görüyorum.

Yukarıda verilen PWM(Pulse Width Modulation) işaretini
elektroniğin bir çok alanında etkin bir şekilde kullanmaktayız.
Özellikle güç elektroniği alanında elektrik enerjisini kontrol etmek
için PWM tekniğinden faydalanıyoruz.
Burada DutyCycle(Görev Düngüsü) kavramından bahsedelim.
Matematiksel olarak belirtildiği üzere işaretin HIGH level olduğu
sürenin, işaretin periyoduna oranı diyebiliriz kısaca.
Şimdi bir yarıiletkenin (BJT/MOSFET/IGBT) kapı yada baz
kısmına yanda belirtilen PWM işaretini uyguladığımızı düşünelim.
Ton süresi boyunca anahtar iletimde
Toff süresi boyunca ise
anahtar kesimdedir.
Yani anahtar üzerinden geçen akımın şiddetini, DutyCycle
değerini değiştirerek kontrol etme imkanına sahibiz.İşte bu temel üzerine çeşitli topolojilerde devreler
geliştirerek, elektrik güç akışını kontrol etmekteyiz.
Şimdi Alçaltıcı çevirici (Buck Converter) tasarımına başlayalım. Aşağıda Alçaltıcı DC-DC çevirici şematik
devresi verilmiştir.

Devreyi analiz etmeden önce, sürekli ve süreksiz akım iletim modlarından bahsetmek istiyorum.
Sürekli Akım İletim Modu: Devrede bulunan L endüktansının akımının sürekli olduğu çalışma moduna,
Sürekli Akım İletim Modu (Continuous Conduction Mode (CCM)) adı verilir.
Süreksiz Akım İletim Modu: Devrede bulunan L endüktansının akımının 0 A değerine düşüp tekrar
yükseldiği çalışma moduna, Süreksiz Akım İletim Modu (Discontinuous Conduction Mode (DCM)) adı
verilir.
Her iki modunda farklı topolojilerde kullanılma durumu ve kendilerine göre avantaj ve dezavantajlı olduğu
yerler vardır. Biz Buck Converter tasarımında “Sürekli Akım İletim Modu” tercih edeceğiz.

Matematiksel analizlere başlayalım. İlk olarak MOSFET’in iletimde olduğu Ton süresinde, KVL devre
analiz methodunu uygularsak;
-Vinput + Vl + Vout=0 (Dnk. 1)   (Dnk. 1)
Vl=Vinput-Vout   (Dnk. 2)
MOSFET’in kesimde olduğu Toff süresinde, KVL devre analiz methodunu uygularsak;
Vl+Vout=0 (Dnk. 3)   (Dnk. 3)
Vl=-Vout    (Dnk. 4)
Sürekli hal durumunda endüktans üzerindeki gerilimin ortalama değeri sıfırdır. (Volt-Second Rule)
Bu teoremden yararlanarak devrenin transfer fonksiyonunu çıkaralım.

Ton süresi boyunca ortalama değer;
(Vin-Vout)*Ton   (Dnk. 5)
Toff süresi boyunca ortalama değer;
(Vout)*Ton    (Dnk. 6)
Sonuç olarak
Volt-Second Rule teoreminden
anlaşılacağı üzere, Ton ve Toff süresi boyunca
hesaplanan ortalama değerler birbirine eşittir
Vin*Ton-Vout*Ton=Vout*Ton    (Dnk. 7)
Vin*Ton = Vout(Ton+Toff)    (Dnk. 8)
(Vout/Vin) = Ton/(Ton+Toff)    (Dnk. 9)
Vout= Duty * Vin (Transfer Function)    (Dnk. 10)
Transfer fonksiyonundan (Dnk. 10) anlaşılacağı üzere bir DC-DC alçaltıcı çeviricide sürekli akım
iletim modunda çıkış gerilimin ortalama değeri DutyCycle değerini kontrol ederek rahatklıkla
ayarlanabilir.
Sonraki yazımda buck converter devresinin hesaplarını ve simulasyon sonuçlarını paylaşıyor olacağım.
Teşekkürler..................
Mesut ERDEN
Power Electronics Engineer