Akademik Veri Yönetim Sistemi
15th International Marmara Science And Social Sciences Congress (Imascon 2025 Autumn), Kocaeli, Türkiye, 28 - 29 Kasım 2025, ss.234-243, (Tam Metin Bildiri)
Askeri havacılık sistemlerinde enerji dönüşümü; sistemlerin güvenli, kararlı ve yüksek verimli çalışabilmesi için kritik bir öneme sahiptir. Bu çalışmada, askeri havacılık platformlarına yönelik ve MIL-STD-704 standardına uygun bir DC-DC (doğru akım) dönüştürücünün tasarlanması hedeflenmiştir. Öncelikli tasarım hedefleri; anahtarlama elemanlarının üzerindeki gerilim stresinin düşürülerek daha düşük gerilim sınıfında anahtar kullanılabilmesi, akım zorlanmasının azaltılarak termal performansın iyileştirilmesi ve bu düzenlemeler sonucunda dönüştürücünün verimi ile güç yoğunluğunun artırılmasıdır. Tasarım hedefleri doğrultusunda, aynı çalışma koşullarında tek anahtarlı ileri yönlü (TAİY) ve iki anahtarlı ileri yönlü (İAİY) dönüştürücü topolojileri karşılaştırılmıştır. İAİY dönüştürücüde anahtarların maruz kaldığı maksimum gerilim stresi yaklaşık giriş gerilimi (𝑉𝑔𝑖𝑟𝑖ş) seviyesinde sınırlanırken, TAİY dönüştürücüde maksimum gerilim stresi yaklaşık 2.6𝑥𝑉𝑔𝑖𝑟𝑖ş mertebesine kadar yükselir. İAİY dönüştürücüde, iki kenetleyici diyot sayesinde transformatörün mıknatıslama endüktansında biriken enerji sıfırlandığı için ek bir resetleme sargısına ya da bastırma devresine ihtiyaç duyulmaz. İAİY dönüştürücüde, transformatörün kaçak endüktansına bağlı olarak oluşan ani gerilim yükselmeleri kenetleyici diyotlar üzerinden sönümlenir. Ayrıca, kaçak endüktanstan kaynaklanan salınımlar neredeyse tamamen ortadan kalktığı için devredeki gürültü azalır ve böylece kayıplar düşer, verim artar. İAİY dönüştürücü; yüksek giriş gerilimleri ve yüksek çıkış güçleri için daha uygun bir çalışma aralığı sunarken, devre yapısının sadeliği uygulamayı kolaylaştırır. Karşılaştırma sonucunda, İAİY topolojinin avantajları belirgin şekilde ortaya çıkmıştır ve askeri havacılık uygulamaları için İAİY topolojinin, TAİY topolojiye göre daha uygun bir seçenek olduğu gözlemlenmiştir. 270 V DC giriş gerilimi, 28 V DC çıkış gerilimi ve 560 W çıkış gücü için tasarlanan TAİY ve İAİY dönüştürücüler, tasarımın hedeflenen çıkış koşullarını sağladığının doğrulanması ve performanslarının değerlendirilmesi amacıyla MATLAB/Simulink ortamında modellenmiş ve analiz edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, tasarlanan dönüştürücülerin standartta belirtilen 270 V DC giriş hattında çalıştırıldığında, 28 V DC çıkış gerilimini tasarım hedeflerine uygun biçimde ürettiğini göstermiştir.
Energy conversion in military aviation systems is critical for ensuring safe, stable and highly efficient operation. In this study, a DC-DC (direct current) converter that suitable for military aviation platforms and compliant with the MIL-STD-704 standard is designed. The primary objectives in the design process include achieving high power density, high efficiency, low voltage stress on switches, balanced thermal distribution, low output voltage ripples, simple circuit structure, ease of control and low cost. In line with these objectives, single-switch forward (SSF) and two-switch forward (TSF) converter topologies are compared under identical operating conditions. In the TSF converter, the maximum voltage stress on the switches is limited to approximately the input voltage (Vinput) whereas in the SSF converter, the maximum voltage stress can reach approximately 2.6xVinput. In the TSF converter, the energy stored in the transformer magnetizing inductance is reset through two clamping diodes so the requirement of additional reset winding or snubber network is eliminated. Voltage spikes caused by transformer leakage inductance are also clamped through these diodes. In addition, noises reduce, losses reduce and efficiency improve because of oscillations arising from leakage inductance are almost completely suppressed. The TSF converter provides a more suitable operating range for high input voltages and high output power levels while its structural simplicity facilitates implementation. Based on the comparison, the advantages of the TSF topology become clearly evident and it is observed that the TSF topology is a more suitable option than the SSF topology for military aviation applications. SSF and TSF converter structures with a 270 V DC input, 28 V DC output and 560 W output power were designed and simulated in MATLAB/Simulink. The results show that the designed converters provide the nominal output voltage defined in the MIL-STD-704 standard at the nominal input voltage specified in standard.