Altium ve LTspice ile Boost Converter Tasarımı -1

Bu yazı dizisi iki parçadan oluşturuldu. İlk kısımda Altium'da konvertör oluşturulmadan önce LTspice ile temel seviye bir tasarım yapıldı, Boost Converter'in çalışma prensibi anlatıldı ve grafikleri paylaşıldı. Altium'da kullanılacak LM2587 modülü anlatıldı. Diğer yazıda da Altium üzerinde şematik ve PCB dizaynı anlatıldı. 

 

Boost Converter, bir DC-DC dönüştürücüdür. Giriş voltajını alır ve çıkışta daha yüksek bir voltaj üretir. Bunu anahtarlama (switching) prensibiyle yapar: Bir MOSFET yardımıyla devre sürekli olarak açılır ve kapanır; bu da bir bobinin enerji depolayıp boşaltmasını sağlar. Sonuç olarak, çıkışta daha yüksek bir voltaj elde edilir.

Aşağıda LTspice ile oluşturduğum bir Boost Converter devresinni görebilirsiniz:

Bu devre yapısında MOSFET, devredeki enerji akışını kontrol eden anahtardır. PWM sinyaliyle sürekli olarak açılıp kapanır. Açıldığında bobin enerji depolar, kapandığında ise bobin çıkışa enerji aktarır. Bobin, enerjiyi manyetik alanda depolar. MOSFET açıkken enerji yüklenir, kapandığında bobin üzerindeki akım yön değiştirmek ister ve voltaj artar. Bu artış diyot üzerinden çıkışa yönlenir. Diyot ise MOSFET kapalıyken bobin akımının geri MOSFET’e değil, çıkışa yönlenmesini sağlar. Aynı zamanda MOSFET'i ters akıma karşı korur. Kapasitör, oluşabilecek voltaj dalgalanmalarını filtreler. Bu, çıkışın daha düzgün ve sabit olmasını sağlar. Son olarak direnç ise yükü temsil eder. Gerçek devrede burası bir motor, LED ya da başka bir sistem olabilir. Simülasyonda sabit bir yük davranışı oluşturur.

Simülasyon çıktısı aşağıdaki gibidir: 

Bu grafikte kırmızı (V(in)) sabit 5V giriş, Mavi (V(out)) zamanla artarak yaklaşık 12 V seviyesine ulaşan çıkış gerilimi. Yeşil (I(L1)) ise bobin akımı. PWM anahtarlama nedeniyle salınımlı ama ortalama değerine kısa sürede ulaşıyor. 

Peki neden gerçek bir PCB devre oluştururken LM2587 entegresini kullandık?

LTspice ile yukarıda oluşturduğum boost converter devresi, güç elektroniği temellerini öğrenmek ve devrenin davranışını anlamak için oldukça yararlıdır. Ancak gerçek hayatta, kararlı, verimli ve güvenli bir tasarım yapmak için entegre çözümler tercih etmek daha pratiktir. LM2587 bu noktada güçlü bir alternatiftir.

LM2587 kullanmadan gerçekleştirilen devrenin pratikteki bazı zorlukları vardır. Bunlar;

• MOSFET sürme zorluğu
• PWM sinyali üretme ihtiyacı
• Parça uyumsuzlukları
• EMI (elektromanyetik parazit) kontrolü

LM2587 içinde:

• Anahtarlama kontrolü
• MOSFET
• Frekans ayarlayıcı
• Geri besleme regülatörü gibi bileşenler entegre halde sunulur.

Bu sayede PCB tasarımı çok daha sade hale gelir ve kararlı bir çıkış voltajı sağlamak kolaylaşır. Ayrıca zaman ve maliyetten de tasarruf edilir.

Bundan sonraki yazıda Altium ile LM2587 kullanarak şematik ve PCB çizimleri anlatılacaktır. İlgili yazıya buradan ulaşabilirsiniz.