TEK ANAHTARLI NVERTERDE BAZI KONTROL PALSLERNN SLNMESYLE G KONTROL 

ZET 
Basit, ucuz ve yksek verimli olmas sebebiyle tek anahtarl yar iletken g dntrcler birok g elektronii uygulamasnda kullanlmaktadr. Bu almada mutfak tipi bir indksiyon stc, gerilim beslemeli sfr gerilim anahtarlamal tek anahtarl seri rezonans inverter (SR) devre kullanlarak gerekletirilmitir. Istcda yar iletken anahtarn iletimde kalma sresinin deitirilmesiyle k gcnn kontrolne alternatif olarak, srme sinyalindeki kontrol palslerinden bazlarnn silinmesi yntemiyle kgc kontrol salanmtr. Bylece daha geni aralkta g kontrol gerekletirilmitir. Sistemin 62.5kHz anahtarlama frekansnda farklkontrol sinyalleri iin deneysel alma sonular alnarak elektronik simlasyon sonular ile karlatrlmtr. 

1. GRgeirilebilir [5]. Istma kabve indksiyon bobininin 
manyetik etkileimi neticesinde oluan edeer Elektromanyetik indksiyon yoluyla stma hzl, endktans ile kondansatr, rezonans artlarn olugvenli, verimli olmas gibi stnlkleri nedeniyle turarak devrede iki ynl enerji akn gerekletirir. endstriyel stma uygulamalar iin vazgeilmez bir ndksiyon stcda g kontrol yar iletken tekniktir. Bir fazl d.a.-a.a. g dntrcler anahtarn iletimde kalma sresinin deitirilmesiyle kullanlarak indksiyon stma teknii ile ev tipi kolayca salanabilir [6]. letim sresinin stma uygulamalar gerekletirilmektedir. Kpr tipi azaltlmasyla k gc azaltlr. Ancak yksek inverterler [1,2] ile akm beslemeli [3] veya gerilim verimli g dnmnn gerekletirilebilmesi iin beslemeli [4] inverterler mutfak tipi indksiyon stma iletim sresinin azaltlabilecei bir alt snr deeri uygulamalar iin uygun anahtarlamal tip g mevcuttur [6,7]. Bu deerin altndaki glerde her kaynaklarndandr. anahtarlama periyodunda sfr gerilim koullar
bozulmakta, anahtarlama kayplar artmaktadr. Gerilim beslemeli tek anahtarl inverter kullanlarak mutfak tipi indksiyon stma iin gerekli olan orta Tek anahtarl yar iletken g dntrclerin, frekansl alternatif akm indksiyon bobininden konvertrler [8], indksiyon stma [5], elektronik 
S. nc ve B. S. Sazak Tek Anahtarlnverterde Baz Kontrol Palslerinin Silinmesiyle G Kontrol 
balast [9], radyo vericileri [10] gibi kullanm alanlarmevcuttur. Devrede anahtar ularndaki gerilimin ve eiminin anahtar iletime getii anda sfr olmasgerekletirilebildiinden yksek verimli g dnm elde edilebilmektedir. 
Bu almada tek anahtarl SRݒin anahtarlama kayplarn nemli oranda arttrmadan k gcnn geni aralkta kontrol gerekletirilmitir. Bu amala iletim ve yaltmda kalma sreleri eit olan srme sinyalinin baz iletim palslerinin silinmesiyle kgc azaltlmtr. Ayn yntem ile daha nce akm beslemeli sfr gerilim anahtarlamal E snfinverterde k gc kontrol gerekletirilmitir [10]. DE snf inverter [11] ve E snf dorultuculu g dntrclere de benzer almalar uygulanmtr [12]. Bu uygulamalarda k gc yksek frekanslarda yksek verim ile kademe kademe deitirilmektedir. Gemi yllarda daha ok yksek frekansl g dntrclerde kullanlm olan kontrol yntemi, bu almada sfr gerilim anahtarlama artlarnda alan orta frekansl gerilim beslemeli tek anahtarl SR devreye uygulanmtr. Uygulamaya geirilen yntem, devrede sabit alma frekans ve sabit iletim sresinde geni aralkta g kontroln mmkn klmaktadr. Ayn yntem iletim ve yaltm sreleri eit olmayan srme sinyalleri ile de uygulanabilir. 
2. TEK ANAHTARLI NVERTER LE NDKSYON ISITMA SSTEM
ekil 1, ykl indksiyon bobini edeer direnci, edeer endktans ve rezonans kondansatrnden olumuinverter devreyi gstermektedir. Devrede bir adet g anahtar bulunmaktadr. Devrede kullanlan eleman says az olduundan karmak olmayan, dk maliyetli ve kk hacimli bir g dntrcdr. Kullanlan yar iletken anahtar toprak balantl olduu iin zel src devrelere ihtiya duyulmadan da altrlabilir [9]. 
Anahtar iletimde iken bobin doru gerilim kaynandan enerji depo eder. Kondansatr gerilimi sfrdr. Anahtarn yaltm durumunda seri RLC devresi oluur. Devredeki edeer diren nedeniyle enerji sya dnr. Anahtar ak devre olduunda kondansatr gerilimi sfrdan tepe deerine, tepe deerinden tekrar sfra ular. Negatif deerde osilasyonuna devam edecei srada dahili diyot 

ekil 1. Tek anahtarl seri rezonans inverter iletime geerek kondansatr geriliminin sfr deerinde kalmasn salar. Bobin akm ve kondansatr gerilimine ait dalga ekilleri ekil 2de grld gibi olur. Anahtarn durum deitirdii anlarda ularndaki gerilimin sfr olmas salanarak sfr gerilim anahtarlama gerekletirilmi olur [13]. 

ekil 2. Bobin akm ve kondansatr gerilimi dalga ekilleri 
Anahtarn iletimi durumunda bobin akm zaman sabitesine ( .) ve balang akmna ( i(t )) bal
o olarak Eitlik 2den bulunur; kondansatr gerilimi sfrdr. 
L
.=  (1) Rt V .V .- .
i(t)= +i(t)-e  (2) 
o
R .. R .. 
v(t)=0 (3) 
c
Anahtar ve diyot yaltmda iken bobin akm ve kondansatr gerilimi denklemleri Eitlik 4 ve 5deki gibi olur. Io bobin akmnn balang deeri, B sabiti ise kararl durum deeridir. 
-.t (A sin.t+A ) (4) 
i(t)=e 1 d 2cos.dt+B 
di(t) vc (t)=V-Ri(t)-L  (5) 
dt
1.r= 


 (6) LC
R.=  (7) 
2L
22

.d= .r-.  (8) 
Gazi niv. Mh. Mim. Fak. Der. Cilt 21, No 1, 2006 

Tek Anahtarl nverterde Baz Kontrol Palslerinin Silinmesiyle G Kontrol S. nc ve B. S. Sazak 
V-RIo .Io
A=+ (9) 
1 L.d .d 
A=Io (10) 
2
Diyot iletime getiinde kondansatr gerilimi sfrdr, bobin akm Eitlik 11den hesaplanabilir. 
t 
i(t)= V +.i(t )-V . e - .  (11) 
R .. 3R ..
v(t)=0 (12) 
c
3. KONTROL PALSLERNN SLNMESYLE G KONTROL 
nerilen yntem ile anahtarlama frekansnda ve anahtarn iletim sresinde deiiklik yaplmadan, srme sinyalindeki iletim palslerinden bazlarnn silinmesiyle g kontrol gerekletirilmitir. Anahtarlamann yapld periyotlar normal periyot (N), anahtarlamann yaplmad periyotlar kontrol periyodu (K) olarak adlandrlabilir. Anahtarlamadaki kontrol periyodu says arttka k gc azalmaktadr. ekil 3,  normal ve bir kontrol periyodu ieren srme sinyali iin bobin akm ve kondansatr gerilimi dalga ekillerini vermektedir. 
Normal periyotta sfr gerilim anahtarlama artlarsalandndan anahtarlama kayplar dk dzeydedir. Kontrol periyodu sonunda sfr gerilim artlar bozulduu iin anahtar koruyucu tedbir alnmaldr. Bunun iin iletim durumu sndrc devre kullanlabilir. Sndrme devresi anahtarn yksek di/dt oran nedeniyle zarar grmesini engellemektedir. Silinen srme palsleri bittiinde 

ekil 3.  normal bir kontrol periyodu ile bobin akm ve kondansatr gerilimi 
devre sfr gerilim anahtarlama ile almaya devam edecektir. Dk g uygulamalarnda sndrc devre kullanlmadan da inverter altrlabilir. 
Anahtar ve diyot ak devre iken bobin akm ve kondansatr gerilimi snml osilasyon dalga ekline sahip olur. Eitlik 13, sistemin sfr gerilim artlarnda alabilmesi iin gerekli alt snr deeridir [5]. Bu deer rezonans elemanlarna, balang akmna ve alma gerilimine bal olarak deiim gsterir. Snr deerinin altnda kondansatr gerilimi sfra ulamaz ve diyot iletime geemez. Bu sebepten sfr gerilim anahtarlama iin rezonans elemanlarna uygun alma gerilimi seilmelidir. 
2.-.

-. 
Io 2(L/C) + V 2 .. e 2Q =V  (13) 
.
. .

.=tan -1 .. Io 
L/C ..  (14) 
. V .
.rLQ=  (15) 
R
Bununla birlikte sfr gerilim anahtarlama koullarnn salanabilmesi iin anahtarn yarm rezonans periyodundan ksa bir gecikme sresi (Td) kadar sonra iletime geirilmesi gerekmektedir [14]. 
.
Td=  (16) 2.r

4. SMLASYON VE UYGULAMA 
60V kaynak geriliminde 62.5kHz anahtarlama frekansnda tek anahtarl SRݒli mutfak tipi indksiyon stcdaki g MOSFETine drt farklsrme sinyali uygulanarak bobin akm ve kondansatr gerilimi dalga ekilleri alnmtr (R=2.9., L=28.5H, C=82nF, S=IRFP460). retilen sinyallerde normal ve kontrol periyotlarnn sralanekli Tablo 1de grlmektedir. Her drt anahtarlama periyodundaki silinen periyot saysna gre 4N/0K, 3N/1K, 2N/2K, 1N/3K olarak isimlendirilen kontrol sinyalleri kare dalga reteci, saysal mantk kaplar(74LS04, 74LS08, 74LS32) ve JK Flip-flop entegreleri (74LS112) kullanlarak oluturulmutur. 
Tablo 1. Anahtarlama sinyalinin sralan
Srme Sinyali  Anahtarlama Periyodu  
4N/0K  N  N  N  N  
3N/1K  N  N  N  K  
2N/2K  N  N  K  K  
1N/3K  N  K  K  K  


S. nc ve B. S. Sazak Tek Anahtarl nverterde Baz Kontrol Palslerinin Silinmesiyle G Kontrol 
MOSFETe uygulanan drt farkl srme sinyali iin llen ve hesaplanan giri gc, simlasyon sonularnadan elde edilmi anahtar kayplar ve inverter devrenin verim deerleri Tablo 2de gsterilmitir. Kontrol periyotlarnn ardndan gelen normal periyot balangcndaki kondansatr akmnn anahtara zarar verebilecek deerlerin altna indirilebilmesi iin bobin, diren ve diyottan olumuiletim durumu sndrc devre kullanlmtr. G yaklak olarak %70 orannda azaltlabilmektedir. Devrenin PSpice elektronik simlasyonunda girigc 127.45W ile 42.95W arasnda deiim gstermektedir. Ayn alma frekans ve rezonans elemanlar iin anahtarn iletim sresinin kontrol ile g kontrol sfr gerilim artlar bozulmadan gerekletirilememektedir. 
Tablo 2. Farkl kontrol sinyalleri iin giri gc ve 
verim sonular 
Srme Sinyali  llen  Hesaplanan  Simlasyon  
Giri Gc (W)  Giri Gc (W)  Anahtar Kayplar(W)  Verim (%)  
4N/0K  143.4  132.04  5.89  94.4  
3N/1K  119.4  102.39  8.53  90.6  
2N/2K  82.2  71.08  5.12  90.6  
1N/3K  43.8  40.88  3.65  88.2  

ekil 4, iki normal iki kontrol periyodu ieren srme sinyalini, bobin akmn ve kondansatr gerilimini gstermektedir. Normal alma periyotlarnda anahtar ularndaki gerilim, anahtar durum deitirirken sfrdr. Kontrol periyotlar yk akmnn 


(b) ekil 4. a) 2N/2K srme sinyali (10V/div) ve bobin akm (10A/div), b) kondansatr gerilimi (50V/div) etkin deerini azaltmaktadr. Srme sinyallerinin silinmesiyle k gc kademeli olarak ayarlanabilmektedir. 


5. SONU 
Tek anahtarl SRݒler ile yksek frekanslarda yksek verimli g dnm gerekletirilebilmektedir. Bu almada gerilim beslemeli tek anahtarl SR ile yaplmmutfak tipi bir indksiyon stcnn g kontrol, anahtar iletim sresinin deitirilerek yaplmas yerine baz iletim palslerinin silinmesi yntemiyle gerekletirilmitir. Uygulamaya geirilen yntem sabit anahtarlama frekansnda ve sabit iletim sresinde allmasna olanak tanmaktadr. htiya duyulan kontrol palsleri basit bir dijital devre araclyla elde edilebilecei gibi, programlanabilir bir entegre ile de oluturulabilir. Kullanlan yntem ile farkl uygulamalar iin daha geni aralkta g kontrol salanabilir. 



