5.2.2. TAM KÖPRÜ ÇEVİRİCİ Şekil 4.15. Tam köprü çevirici Şekil 4.15'de verilen tam köprü çevirici devresi daha önce anlatılan D-DA çeviricilere göre daha yüksek güç aktarımında (500 W - 2000 W) kullanılır. Tam köprü devresi yarım köprüye göre daha fazla komponent gerektirir. Şekil 4.15'de görülen Q1 ve Q4 aynı anda tetiklenirken, Q3 ve Q2 anahtarları ise Q1 ve Q4 ün tetiklenmediği zaman diliminde tetiklenirler. Buna göre "Q1 ve Q4" ile "Q3 ve Q2" eşlenik çalışan anahtar çiftidir. Devre 4 adet çalışma moduna sahiptir. 1) "Q1 ve Q4" ON, "Q2 ve Q3" OFF, 2) "Q1 ve Q4" OFF, "Q2 ve Q3" OFF, 3) "Q2 ve Q3" ON "Q1 ve Q4" OFF, 4) "Q1 ve Q4" OFF, "Q2 ve Q3" OFF. Aşağıda sıra ile bu modlara ilişkin devre akım ve gerilim ifadeleri ile devre şemaları gösterilmiştir. Şekil 4.16. Tam köprü çeviricide anahtar tetikleme süreleri Şekil 4.17 ve Şekil 4.18'de ise sırası ile tam köprü DA-DA çeviricinin primer ve sekonder tarafa ilişkin akım ve gerilim değişimleri verilmiştir. Şekil 4.17. Tam köprü çeviricide primer tarafı akım ve gerilim değişimleri. Şekil 4.18. Tam köprü çeviricide sekonder tarafı akım ve gerilim değişimleri. 1) "Q3 ve Q2 ON", "Q1 ve Q4 OFF" konumunda çalışma Şekil 4.19'da bu çalışma modundaki devre şeması gösterilmiştir. Bu zaman dilimi boyunca 𝑉𝑆1 'nin pozitif ucuna bağlı olduğundan D5 iletimde, D6 ise 𝑉𝑆2 'nin alt (yani negatif) ucuna bağlı olduğu için kesimdedir. Filtre bobini L ve C kapasitesi bu zaman dilimi boyunca şarj olacaktır. Q3 ve Q2 anahtarları kısa devre olduğunda primer gerilim değeri E kaynak gerilim değerine eşit olacaktır: 𝐸 = 𝑉𝑝 (4.53) Transformatörün çevirme oranı yardımı ile sekonder sargının üst yarısının gerilim değeri aşağıdaki gibi olacaktır: 𝑁 𝑁 𝑉𝑆1 = 𝑁𝑆 𝑉𝑝 = 𝑁𝑆 𝐸 𝑃 (4.54) 𝑃 Mıknatıslanma akımının denklemi aşağıdaki gibi olacaktır: 𝑉 𝑖𝑚 (𝑡) = 𝐿𝑝 𝑡 (4.55) 𝑚 Çıkış (filtre) bobin akımı ise aşağıdaki gibi olur: 𝑖𝐿 (𝑡) = 𝐼𝐿𝑚𝑖𝑛 + 𝑁 ( 𝑆 ) 𝐸−𝑉𝑦ü𝑘 𝑁𝑃 𝐿 𝑡 (4.56) Şekil 4.19. Tam köprü çevirici (Q3 ve Q2 ON, Q1 ve Q4 OFF konumunda çalışma) Filtre bobin gerilim değeri ise aşağıda verildiği gibi olacaktır: 𝑉𝐿 = 𝑉𝑆1 − 𝑉𝑦ü𝑘 = 𝑁𝑆 𝑁𝑃 𝐸 − 𝑉𝑦ü𝑘 (4.57) 2) "Q3 ve Q2 OFF" , "Q1 ve Q4 OFF" konumunda çalışma Şekil 4.20'de bu çalışma modundaki devre şeması gösterilmiştir. Devredeki tüm anahtarlar kısa deve olduğundan bu zaman dilimi boyunca yükü filtre bobini ve C kapasitesi besleyecektir. 𝑖𝐿 akımı ikiye bölünerek D5 ve D6 diyot üzerinden akmaya devam edecektir (Bu zaman dilimi boyunca devre E kaynağından beslenemediğinden D5 ve D6 diyot akımları azalmaya başlayacaklardır): 𝑖𝐷5 = 𝑖𝐷5 = 0.5 ∗ 𝑖𝐿 (4.58) D5 ve D6 diyotları Şekil 4.20'de görüldüğü gibi sekonder sargısında A ve B noktalarını kısa devre yaptığı için sekonder sargı gerilimi sıfır Volt olacak, bunun primere yansıması nedeni ile de primer sargı gerilim değerleri de sıfır Volt olacaktır: 𝑉𝑝 = 0; 𝑉𝑠1 = −𝑉𝑠2 = 0 (4.59) Bu zaman diliminde primer gerilimi sıfır Volt olduğundan mıknatıslanma endüktans akım değeri selfin tanım bağıntısından dolayı sabit bir değerde kalacaktır. Endüktans akımının; D1, D4 diyotları ve aynı zamanda primer sargıdan akmasından dolayı, primer tarafta Q1, Q2, Q3 ve Q4 anahtarlarının gerilimleri sıfır Volt olur: 𝑉𝑄1 = 𝑉𝑄2 = 𝑉𝑄3 = 𝑉𝑄3 = 0; 𝑉𝐷1 = 𝑉𝐷2 = 𝑉𝐷3 = 𝑉𝐷3 = 0 (4.60) Bu zaman dilimi boyunca filtre bobin gerilimi aşağıdaki değeri alacaktır: 𝑉𝐿 = −𝑉𝑦ü𝑘 Şekil 4.20. Tam köprü çevirici (Q3 ve Q2 OFF, Q1 ve Q4 OFF konumunda çalışma) 3) "Q1 ve Q4 ON", "Q3 ve Q2 OFF" konumunda çalışma Şekil 4.21'de bu çalışma modundaki devre şeması gösterilmiştir. Şekil 4.21. Tam köprü çevirici (Q1 ve Q4 ON, Q3 ve Q2 OFF konumunda çalışma) (4.61) Şekil 4.21'de bu çalışma modundaki devre şeması gösterilmiştir. Bu zaman dilimi boyunca 𝑉𝑆2 'nin pozitif ucuna bağlı olduğundan D6 iletimde, D5 ise 𝑉𝑆1 'nin üst (yani negatif) ucuna bağlı olduğu için kesimdedir. Filtre bobini L ve C kapasitesi bu zaman dilimi boyunca şarj olacaktır. Q1 ve Q4 anahtarları kısa devre olduğunda primer gerilim değeri -E kaynak gerilim değerine eşit olacaktır: 𝑉𝑝 = −𝐸 (4.62) Transformatörün çevirme oranı yardımı ile sekonder sargının üst yarısının gerilim değeri aşağıdaki gibi olacaktır: 𝑁 𝑁 𝑉𝑆2 = 𝑁𝑆 𝑉𝑝 = − 𝑁𝑆 𝐸 𝑃 (4.63) 𝑃 Mıknatıslanma akımının denklemi aşağıdaki gibi olacaktır: 𝑉 𝐸 𝑖𝑚 (𝑡) = 𝐿𝑝 𝑡 = − 𝐿 𝑚 𝑚 𝑡 (4.64) Çıkış (filtre) bobin akımı ise aşağıdaki gibi olur: 𝑖𝐿 (𝑡) = 𝐼𝐿𝑚𝑖𝑛 + 𝑁 ( 𝑆 ) 𝐸−𝑉𝑦ü𝑘 𝑁𝑃 𝐿 𝑡 (4.65) 4) "Q3 ve Q2 OFF" , "Q1 ve Q4 OFF" konumunda çalışma Şekil 4.22. Tam köprü çevirici (Q3 ve Q2 OFF, Q1 ve Q4 OFF konumunda çalışma) Şekil 4.22'de bu çalışma modundaki devre şeması gösterilmiştir. Devredeki tüm anahtarlar kısa deve olduğundan bu zaman dilimi boyunca yükü filtre bobini ve C kapasitesi besleyecektir. 𝑖𝐿 akımı ikiye bölünerek D5 ve D6 diyot üzerinden akmaya devam edecektir (Bu zaman dilimi boyunca devre E kaynağından beslenemediğinden D5 ve D6 diyot akımları azalmaya başlayacaklardır): 𝑖𝐷5 = 𝑖𝐷5 = 0.5 ∗ 𝑖𝐿 (4.66) D5 ve D6 diyotları Şekil 4.22'de görüldüğü gibi sekonder sargısında A ve B noktalarını kısa devre yaptığı için sekonder sargı gerilimi sıfır Volt olacak, bunun primere yansıması nedeni ile de primer sargı gerilim değerleri de sıfır Volt olacaktır: 𝑉𝑝 = 0; 𝑉𝑠1 = −𝑉𝑠2 = 0 (4.67) Bu zaman diliminde primer gerilimi sıfır Volt olduğundan mıknatıslanma endüktans akım değeri selfin tanım bağıntısından dolayı (ters işaretli) sabit bir değerde kalacaktır. Endüktans akımının; D2, D3 diyotları ve aynı zamanda primer sargıdan akmasından dolayı, primer tarafta Q1, Q2, Q3 ve Q4 anahtarlarının gerilimleri sıfır Volt olur: 𝑉𝑄1 = 𝑉𝑄2 = 𝑉𝑄3 = 𝑉𝑄3 = 0; 𝑉𝐷1 = 𝑉𝐷2 = 𝑉𝐷3 = 𝑉𝐷3 = 0 (4.68) Bu zaman dilimi boyunca filtre bobin gerilimi aşağıdaki değeri alacaktır: 𝑉𝐿 = −𝑉𝑦ü𝑘 (4.69) Sonuç olarak tüm devre göz önüne alındığında aşağıdaki eşitlikler yazılabilir: 𝑇𝑂𝑁 + 𝑇𝑂𝐹𝐹 = 𝑇 (4.70) 𝐷 = 𝑇𝑂𝑁 ⁄𝑇 (4.71) 𝑇𝑂𝑁,𝑚𝑎𝑥 ≅ 0.8 ∗ 𝑇 (4.72) 𝐷𝑚𝑎𝑥 = 𝑇𝑂𝑁,𝑚𝑎𝑥 ⁄𝑇 (4.73) 𝑁𝑆 𝑁𝑃 = 𝑉𝑦ü𝑘 ∗(𝑇𝑂𝑁,𝑚𝑎𝑥 ⁄ 𝑇) 𝐸𝑚𝑖𝑛 ∗(𝑇𝑂𝑁,𝑚𝑎𝑥 ⁄ 𝑇) 𝑁 (4.74) 𝑉𝑦ü𝑘 = 𝑁𝑆 ∗ 𝐸 ∗ 𝐷 (4.75) 𝑃𝑦ü𝑘 = 𝑣𝑒𝑟𝑖𝑚 ∗ 𝑃𝑔𝑖𝑟𝑖ş = 𝑣𝑒𝑟𝑖𝑚 ∗ 𝐸𝑚𝑖𝑛 ∗ 0.8 ∗ 𝐼𝑔𝑖𝑟𝑖ş (4.76) 𝑃 Gerek yarım köprü ve gerekse tam köprü DA/DA çeviricide tüm anahtarları E gerilimi zorlar. Fakat yarım köprü DA/DA çeviricide aynı çıkış gücü için anahtarlardan tam köprü DA/DA çeviriciye oranla iki katı değerde bir akım geçer. Bu nedenle yüksek güç transferinin yapıldığı durumlarda anahtarların akım değerlerini azaltmak için tam köprü DA/DA tercih edilir. NOT: Bazı yerlerde yukarıdaki formüller ile farklılıklar olabilir. Bunun nedeni D'nin tanım bağıntısından kaynaklanmaktadır. Yukarıdaki formüllerde; 𝐷 = 𝑇𝑂𝑁 ⁄𝑇 alınmıştır. Eğer anahtarların anahtarlama frekansı olarak 𝑓𝑠 = 1⁄𝑇𝑠 = 1/(2 𝑇) alınırsa, bu durumda; 𝐷 = 2 ∗ (𝑇𝑂𝑁 ⁄𝑇𝑠 ) ifadesi geçerli olacaktır.