Geri Dönüşlü DC-DC Dönüştürücünün Genelleştirilmiş Düğüm Denklemleri ile Analizi

Bu çalışmada, güç elektroniği devrelerinde yaygın olarak kullanılan geri dönüşlü (Flyback) DC-DC dönüştürücü devresinin analizi için etkili bir yöntem ileri sürülmüştür. Yöntemin etkinliği, dönüştürücü içerisindeki temel elemanların uygun şekilde modellenmesinden kaynaklanmaktadır. Dönüştürücü devresinin en temel parçası olan transformatör bağımlı kaynaklarla, anahtarlama elemanları ise iki değerli eleman yaklaşımı ile modellenmiştir. Anahtarlama elemanlarının konumlarına göre eşdeğer devredeki değişimler incelenmiştir. Analize temel oluşturan sistem denklemlerinin elde edilmesinde, genelleştirilmiş düğüm yöntemi kullanılmıştır. Sayısal sonuçlar, kalıcı hal bölgesindeki geleneksel analitik sonuçlarla karşılaştırılarak, ileri sürülen yöntemin üstünlüğü gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Geri dönüşlü DC-DC dönüştürücü, genelleştirilmiş düğüm analizi, modelleme

Analysis of Flyback DC-DC Converter by Modified Nodal Equations

In this study, an efficient method is proposed for analysis of Flyback DC-DC converter circuit, used commonly in power electronic circuits. The efficiency of the method comes from modelling basic components in the converter properly. Transformer, the basic component of the converter, is modelled by dependent sources, switching devices are modelled by the binary valued element approach. Variations in the equivalent circuit according to status of the switching devices are examined. In obtaining system equations, being the basis of the analysis, the modified nodal method is used. Numerical solutions are compared with traditional analytical results in steady-state. The superiority of the proposed method is shown.

Keywords:

Flyback DC-DC converter, modified nodal analysis, modelling,

___

[1] Bodur H., “Güç Elektroniği”, Birsen Yayınevi, İstanbul, (2010).
[2] Hart D. W., “Power Electronics”, McGraw-Hill, New York, (2011).
[3] Poorali B., Adib E., “Analysis of the integrated SEPIC-Flyback Converter as a single-stage single-swtich power-factor correction LED Driver”, IEEE Trans. on Ind. Elo., 63(3): 3562-3570, (2016).
[4] Huang G.C., Liang T.H., Chen K.H., “Losses analysis and low standby losses quasi-resonant flyback converter design”, IEEE Int. Symp. on Circuit and System, Korea, 217-220, (2012).
[5] Ishihara M., et al., “Analysis and design of passive component for interleaved flyback converter with integrated transformer”, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, USA, 5902-5909, (2015).
[6] Bauabana A., Sourkounis C., “Design and analysis of coreless flyback converter with a planar printed-circuit-board transformer”, IEEE Int. Conf. On Optimization of Electrical and Electronic Equipment, Romania, 557-563, (2010).
[7] Kanthimathi R., Kamala J., “Analysis of different Flyback Converter Topologies”, Int. Conf. on Industrial Instrumentation and Control (ICIC), India, 1248-1252, (2015).
[8] Yuan F. And Opal A., “Computer Methods for Switched Circuits”, IEEE Trans. On Circuit and Systems, 50(8): 1013-1024, (2003). [9] Zhang Z.; Tian S.; Khai D.; Ngo T.; “Small-Signal Equivalent Circuit Model of Quasi - Square-Wave FlybackConverter”, IEEE Transactions on Power Electronics, 32(8): 5885 – 5888, (2017).
[10] Yu J.; Xu S.; Qian Q.; Sun W.; Lu S., Yu, “Modeling and analysis of primary side regulated flyback converter with pulse frequency modulation”, 9th Int. Conf. on Power Electronics and ECCE Asia, 429 – 434, (2015).
[11] Kewei H.; Jie L.; Ningjun F.; Yuebin L.; Xiaolin H.; LuoW.,“Modeling analysis and simulation of high-voltage flyback DC-DC converter”, IEEE Int. Symposium on Industrial Electronics, 813 – 818, (2009).
[12] Chen J.; Guo Y.; Zhu J.; “A generalized dynamic model for flyback switching converter based on based on nonlinear finite element analysis”, Int. Technology and Innovation Conference, 771- 776, (2006).
[13] Bakkali A.; Alou P.; Oliver J.A.; Cobos J.A., “Average modeling and analysis of a Flyback with Active Clamp topology based on a very simple transformer”, APEC 07 - Twenty-Second Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, USA, 500 – 506, (2007).
[14] Yıldız A.B., ”Elektrik devrelerinin bilgisayar yardımıyla analizi”, Yüksek lisans ders notları, Kocaeli Üniversitesi, (2015).
[15] HO C.-W, et al, “The Modified Nodal Approach to Network Analysis”, IEEE Trans. on Circuits and Systems, 22(6): 504-509,1975.
[16] Natarajan S., “A systematic method for obtaining state equations using MNA”, IEE proceedings, 138(3): 341-346, (1991).
[17] Acar C., “Elektrik Devrelerinin Analizi”, İTU yayınları, İstanbul, (1995).
[18] Pal C., “Numerical methods: principles, analysis and algorithms”, Oxford higher Educations, England, (2009).
[19] Greenbaum A., Charier T.P., “Numerical methods: design, analysis and computer implementation of algorithms”, Prentice University press, USA, (2012).
[20] Chapra S., Canale R., “Mühendisler için Sayısal Yöntemler”, Literatür Yayıncılık, İstanbul, (2004).