Buck converter design using digital controller

Abstract

ÖZET SAYISAL KONTROLCÜ KULLANARAK BUCK KONVERTÖR TASARIMI TÜRKTAM, Merve Yüksek Lisans Tezi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı Tez Danışmanı: Doç. Dr. M. Nuri ALMALI Ocak 2020, 69 sayfa Bu çalışmada, 60W 12V-5V bir buck konvertör devresi sayısal kontrol yöntemi ile tasarlanmıştır. Bu amaçla öncelikle buck konvertörün matematiksel modeli elde edilmiş ve dönüştürücünün sürekli-akım modunda çalışabilmesi için kritik endüktans değeri hesaplanmış, ardından dalgalanma faktörü için kritik kapasitans değeri hesaplanmıştır. Çalışma frekansı ve devredeki diğer faktörler göz önünde bulundurularak diyot ve MOSFET seçilmiştir. Sayısal kontrolcü olarak Arduino mikrodenetleyici kartı kullanılmıştır. Sistem çalışırken kaynak gerilimi aniden değiştirilerek sistem tepkisi izlenmiştir. Bu işlem hem PID hem PI kontrol yöntemleri ile denenmiştir. Kaynak gerilimi değişikliklerinde sistem tepkisi ölçüldükten sonra referans değerleri üzerinde değişiklik yapılmıştır. Ani referans değişimleri karşısında sistem tepkisi izlenmiştir. Bu işlemler Arduino mikrodenetleyici karta yazılan kodlar ile gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak sayısal kontrolcü kullanımında PID-PI kontrol yöntemleri karşılaştırılmıştır. Arduino kullanılarak yapılan buck konvertör tasarımında PID kontrolcünün oturma süresi açısından daha başarılı olduğu görülmüştür. Anahtar kelimeler: Arduino, Buck konvertör, PI, PIDABSTRACT BUCK CONVERTOR DESIGN USING DIGITAL CONTROLLER TÜRKTAM, Merve M.Sc. Thesis, Electrical-Electronics Engineering Supervisor : Assoc. Prof. Dr. M. Nuri ALMALI January 2020, 69 pages In this study, a buck converter circuit of 60W 12V-5V is designed with digital control method. For this purpose, firstly the mathematical model of buck converter is obtained and critical inductance value is calculated for the converter to work in continuous-current mode, then the critical capacitance value is calculated for the fluctuation factor. Diode and MOSFET were selected considering the operating frequency and other factors in the circuit. Arduino microcontroller board is used as digital controller. The system response was monitored by changing the welding voltage suddenly while the system was operating. This process was tested with both PID and PI control methods. Reference values were changed after measuring the system response in welding voltage changes. These operations were performed with the codes written on the Arduino microcontroller board. As a result, PID-PI control methods were compared in the use of digital controllers. In the buck converter design using Arduino, the PID controller was found to be more successful in terms of seating time. Keywords: Arduino, Buck konvertör, PI, PID