Rezonans evirgeçlerinin maksimum verimle ve güvenli çalışması için yük rezonans frekansında sürülmeleri gerekir. Seri evirgeçte rezonans frekansı yük akımının maksimum genlikte salınım yaptığı frekanstır. Bu frekansta yük indüktans ve kapasitans reaktansları birbirini yok eder ve sadece rezistif bir yük gibi davranır. Bu özellikle yüksek güçlerde çalışırken tranzistörlerin güvenli anahtarlama yapması açısından da önemlidir. Çünkü devre rezonans frekansında sürüldüğünde akım ve gerilim sıfır geçişleri aynı anda olur ve bu anlarda güç yarıiletkeninin karşı karşıya kaldığı elektriksel stres az olur.
Bu çalışmada rezonans evirgeçleri, frekans kontrolü amaçlı faz kilitlemeli döngüler (PLL) ve özellikle faz dedektörleri incelenmektedir. Rezonans evirgeçlerinin PLL kullanılarak yük rezonans frekansında sürülmesi incelenmekte, frekans kontrol döngüsünde kullanılan klasik PLL’e ek olarak yeni gürültüye dayanıklı faz dedektörü devresi tasarımı, uygulaması ve testi üzerine çalışılmaktadır.
PLL temel olarak faz dedektörü (PD), döngü filtresi (LF) ve gerilim kontrollü osilatörden (VCO) oluşur. Frekans kontrol döngüsünde yük akımıyla aynı faz ve frekansta bir kare dalga oluşturulduktan sonra oluşturulan bu sinyal ve kaynak gerilimi, faz dedektörünün girişine uygulanır. Dedektör çıkışında, görev döngüsü iki sinyal arasındaki faz farkıyla doğru orantılı bir pals oluşur. Bu duty-cycle değeri faz farkı ile belirlenen dikdörtgen dalga (hata sinyali) filtreyle doğrultularak DC bir kontrol gerilimi elde edilir. Bu gerilim frekans kontrol döngüsündeki VCO’nun girişine uygulanır. Böylece VCO çıkışında faz farkına göre frekansı değişen bir kare dalga elde edilir. Bu kare dalga ile rezonans evirgeci sürülür. Bu döngü sayesinden faz farkı giderek azalır ve sonunda VCO çıkışı rezonans frekansına eşit olduğunda yük akım ve gerilimi aynı fazda olur.
CD4046-PLL entegresinin içindeki dahili faz dedektörü yükselen kenar tetiklemelidir, ancak gürültüye karşı çok duyarlıdır (Tip2 faz dedektörü). Sinyalin üstüne binen gürültüyü yanlışlıkla yükselen kenar olarak algılayıp çıkış frekansını değiştirebilir. Frekans yanlış yöne doğru kayar ve faz farkı gittikçe artar. Bu çalışmada frekans kontrol döngüsündeki bu yanlış çalışma sorununu engellemek için CD4046 entegresindekinden ayrı, yeni bir faz dedektörü tasarlanmış, test edilmiş, gürültü ve hatalı sinyallere karşı daha dayanıklı olduğu gözlemlenmiştir. Yeni tasarlanan faz dedektörünün kullanıldığı deneylerde oluşmayan hatalı çalışma sorunu, PLL entegresi içindeki faz dedektörü kullanılarak yapılan deneylerde oldukça sık görülmüştür. Yapılan çalışmalar sonucunda devre gürültüye ve faz dedektörü girişindeki hatalı sinyallere karşı daha dayanıklı hale gelmiş ve problem giderilmiştir.
Anahtar Kelimeler: PLL, Faz kilitlemeli döngü, Faz dedektörü, Rezonans evirgeci.
|
