Yükselen Tip DA/DA Dönüştürücü Kontrolünün Farklı Kontrol Yöntemleriyle Batarya Kaynağı için İncelenmesi

Yıl 2025, Cilt: 15 Sayı: 1, 15 - 26, 25.01.2025

Bengisu Kaba , Mustafa Ergin Şahin , Murat Toren

Öz

Bu çalışmada bataryadan beslenen bir arttıran dönüştürücünün PWM (Darbe Genişlik Modülasyonu- DGM), SMC (Kayan Kip Kontrol) ve PI (Oransal-İntegral) denetleyici ile kontrol edilmesi sonucu kontrolcülerin karşılaştırmasının yapılması amaçlanmaktadır. Kullanılan yükselten dönüştürücünün giriş gerilimi bir batarya üzerinden alınmış ve belirli yük değeri üzerinde bataryanın enerjisinin harcanması sağlanmıştır. Dönüştürücüden, bataryanın %100 şarj durumunda 12 V giriş gerilimini 36 V çıkış gerilimine yükseltmesi beklenmiş ve farklı şarj durumlarında kontrolcülerin davranışları gözlemlenerek elde edilen çıkış gerilimleri incelenmiştir. Bu işlemler PWM, PI ve SMC kontrol yöntemleri ile yapılarak bu kontrolcülerin karşılaştırılması yapılmıştır. Ve batarya kaynak olarak kullanılarak bu durumun kontrolcüler üzerindeki etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır.

Anahtar Kelimeler

Yükselten dönüştürücü, Batarya, PWM kontrol, SMC, PI kontrol

Kaynakça

• [1] N. Çoruh, T. Erfidan, ve S. Ürgün, DA-DA Boost Dönüştürücü Tasarımı ve Gerçeklenmesi. Elektrik, Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Sempozyumu (ELECO-2008), sayfa 362-365, Bursa, Türkiye, 26-30 Kasım 2008.
• [2] M. B. Hasaneen and A. A. E. Mohammed, Design and simulation of DC/DC boost converter. In 2008 12th International Middle-East Power System Conference, pp. 335-340, Aswan, Egypt, 2008.
• [3] E. Akin and M. E. Şahin, Investigation of Incremental Conductance MPPT Algorithm in MATLAB/Simulink Using Photovoltaic Powered DC-DC Boost Converter. In 2023 22nd International Symposium on Power Electronics (Ee), pp. 1-6, Novi-Sad, Serbia, 2023.
• [4] B. Taheri and M. Sedaghat, A new general controller for DC-DC converters based on SMC methods. In 2018 6th international Istanbul smart grids and cities congress and fair (ICSG), pp. 49-53, Istanbul, Turkey, 2018.
• [5] J. Li, S. Liu and D. Sun, Fixed-Time Sliding Mode Control for the Boost Converter. In 2021 IEEE Sustainable Power and Energy Conference (iSPEC), pp. 2917-2922, Nanjing, China, 2021.
• [6] L. Ardhenta and M. Rusli, Sliding Mode Control of Output Voltage in DC-DC Boost Converter Using PI Sliding Surface. In 2021 International Conference on Electrical and Information Technology (IEIT), pp. 228-232, Suzhou, China, 2021.
• [7] A. Özel ve N. Tan, DC-DC Boost Konvertörün PI-PD ile Kontrolü. Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı TOK 2015, Denizli, Türkiye, 10-12 Eylül 2015.
• [8] C. Yanarates and Z. Zhou, Design and cascade PI controller-based robust model reference adaptive control of DC-DC boost converter. IEEE Access, 10, 44909-44922, 2022. https://doi.org/10.1109/access.2022.3169591.
• [9] F. Yalçın, PI kontrolcü tabanlı yeni bir kontrol yapısının yükselten DA-DA dönüştürücü için tasarımı. Sakarya University Journal of Science, 20(3), 597-603, 2016. https://doi.org/10.16984/saufenbilder.47764.
• [10] A. Reatti, F. Corti, A. Tesi, A. Torlai and M. K. Kazimierczuk, Effect of parasitic components on dynamic performance of power stages of DC-DC PWM buck and boost converters in CCM. In 2019 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), pp. 1-5, Sapporo, Japan, 2019.
• [11] C. W. Tseng, J. H. Liu, C. T. Pan and C. C. Chu, Dual PWM Control for High Step-Up DC-DC Converters. In 2020 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, pp. 1-7, Detroit, Michigan, USA, 2020.
• [12] E. İ. Tezde ve H. İ. Okumuş, Batarya modelleri ve şarj durumu (SoC) belirleme. EMO Bilimsel Dergi, 8(1), sayfa 21-25, 2018.
• [13] F. Aslan, Fotovoltaik panel destekli batarya şarj/deşarj devresi tasarımı ve simülasyonu. Yüksek Lisans Tezi, Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2019.
• [14] H. Bodur, Güç Elektroniği. Birsen Yayınevi, İstanbul, 2010.
• [15] M. H. Rashid, Güç Elektroniği Yarı İletken Elemanlar, Devreler ve Uygulamaları. Çeviri: S. Sünter ve T. Aydemir, Nobel Yayınevi, Ankara, 2019.
• [16] D. W. Hart, Power Electronics, McGraw Hill, Basım yeri belirtilmemiştir, 2011.
• [17] K. M. Smith, Z. Lai, and K. M. Semedley, A new PWM controller with one-cycle response. IEEE Transactions on Power Electronics, 14(1), 142-150, 1999. https://doi.org/10.1109/63.737602.
• [18] M. S. Ayas, E. Sahin, and I. H. Altaş, Performance of PSO based classical and fractional PID controllers for an unmanned surface vehicle. In 2018 26th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU), pp. 1-4, İzmir, Turkey, 2018.
• [19] O. Montiel, R. Sepulveda, P. Melin, O. Castillo, M. A. Porta, and I. M. Meza, Performance of a simple tuned fuzzy controller and a PID controller on a DC motor. In 2007 IEEE Symposium on Foundations of Computational Intelligence, pp. 531-537, Honolulu, Hawaii, USA, 2007.
• [20] G. Gidemen ve M. Furat, PID parametrelerinin ayarlama yöntemleri: 2. dereceden sistem modeline uygulanması ve karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 30(2), 355-362, 2015.
• [21] M. E. Şahin and H. İ. Okumuş, Comparison of different controllers and stability analysis for photovoltaic powered buck-boost DC-DC converter, Electric Power Components and Systems, 46(2), 149-161, 2018. https://doi.org/10.1080/15325008.2018.1436617
• [22] M. E. Şahin, H. İ. Okumuş and H. Kahveci, Sliding mode control of PV powered DC/DC Buck-Boost converter with digital signal processor. In Proc. of EPE’15 ECCE-Europe 17th European IEEE Conference, pp. 1–8, Ostrava, Çekya, 2015.
• [23] M. E. Şahin, H. İ. Okumuş, A Sliding Mode and Fuzzy Logic Controlled PV Powered Buck-Boost DC-DC Converter. 9th International Conference on Electronics Computer and Computation (ICECCO 2012), pp. 195-198, Ankara, Turkey, 2012.
• [24] S. C. Tan, Y. M. Lai and C. K. Tse, A unified approach to the design of PWM-based sliding-mode voltage controllers for basic DC-DC converters in continuous conduction mode. IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers, 53(8), 1816-1827, 2006. https://doi.org/10.1109/TCSI.2006.879052.
• [25] A. A. Sayın, Elektrikli taşıt araçlarında kullanılan lityum-iyon bataryaların modellenmesi ve benzetimi. Yüksek Lisans Tezi, Uludağ Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye, 2011.
• [26] O. Vıcıl, Yeni nesil lityum-iyon pil teknolojileri. Bilim ve Teknik Dergisi, 519, 44-49, 2011.
• [27] A. M. Theodore, M. E. Şahin, Modeling and simulation of a series and parallel battery pack model in MATLAB/Simulink. Turk J Electr Power Energy Syst., 4(1), 2-12, 2024.
• [28] R. Korthauer, Lithium-Ion Batteries: Basics and Applications. Springer Berlin, Heidelberg, 2018.
• [29] Nantian Electronics, Summary of IGBT parameter measurement methods. Erişim: 15 Haziran 2023, https://www.ntchip.com/electronics-news/igbt-voltage-testing.
• [30] B. Tian, W. Qiao, Z. Wang, T. Gachovska, J. L. Hudgins, Monitoring IGBT’s health condition via junction temperature variations. 2014 IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition APEC 2014, pp. 2550-2555, Fort Worth, TX, USA, 2014.