Lazerle güç aktarımı için verici tasarımı ve uygulanması
Transmitter design and implementation for laser power transmission
- Tez No: 1008586
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ RIFAT BOYNUEĞRİ, DOÇ. DR. BURAK TEKGÜN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Tesisleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Lazerle güç aktarımı (LGA), yüksek enerji yoğunluğu, yönlendirilebilirlik ve elektromanyetik girişimden bağımsız çalışabilme avantajları nedeniyle kablosuz güç aktarımında (KGA) öne çıkmaktadır. Ancak LGA sistemlerinin toplam verimi, yalnızca optik iletimle sınırlı olmayıp, verici tarafındaki güç elektroniği sürücüsünün performansına doğrudan bağlıdır. Bu nedenle, yüksek verimli, düşük dalgalı ve LD karakteristikleriyle uyumlu bir sürücü tasarımı kritik öneme sahiptir. Bu tez çalışmasında, Silisyum Karbür (SiC) anahtarlama elemanları kullanan rezonanslı LLC dönüştürücü tabanlı yüksek verimli bir lazer diyot (LD) sürücüsü tasarlanmış ve deneysel olarak doğrulanmıştır. LD'nin doğru akım ve farklı modülasyonlu akım dalga şekilleri (sinüzoidal, üçgen, doğrultulmuş sinüzoidal) altında sürülmesinin; akım dalgalanması, etkin değer (RMS) gerilim, anahtarlama kayıpları ve toplam sürücü verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir. 140–200 kHz anahtarlama frekansı aralığında yapılan deneyler, sürücünün geniş yük aralığında yumuşak anahtarlamayı koruduğunu ve verimin %95'in üzerinde olduğunu göstermiştir. Dalga şekli karşılaştırmalarında üçgen modülasyon, hem LD hem de sürücü performansı açısından en dengeli çalışma koşullarını sağlamıştır. Geliştirilen sürücü, 1-20-100 m mesafelerde LGA deney düzeneğine entegre edilmiştir. Sistem: vericide yüksek güçlü LD ve LLC sürücü, optik iletim hattı ve alıcıda MPPT yapan DC-DC dönüştürücüden oluşmaktadır. Deneylerde alıcıya yaklaşık 99 W güç aktarılmış ve uçtan uca sistem verimi %12,4 olarak ölçülmüştür. Tez, (i) LD sürme akımının dalga şeklinin sürücü ve LD verimi üzerindeki etkilerini deneysel olarak ortaya koyması, (ii) yüksek verimli rezonanslı LLC LD sürücüsünün geliştirilmesi ve (iii) sürücünün gerçek bir LGA sisteminde uygulanarak uçtan uca performansının doğrulanması açısından literatüre özgün katkılar sunmaktadır. Sonuçlar, lazer tabanlı kablosuz güç aktarım sistemlerinin daha yüksek verim ve kararlılık ile tasarlanmasına önemli bir referans teşkil etmektedir.
Özet (Çeviri)
Laser-based power transfer (LPT) stands out in wireless power transfer (WPT) due to its high energy density, directivity, and ability to operate independently of electromagnetic interference. However, the overall efficiency of LPT systems is not limited to the optical transmission path alone; it directly depends on the performance of the power electronics driver on the transmitter side. Therefore, a high-efficiency, low-ripple driver compatible with the characteristics of the laser diode (LD) is critical for practical implementation. In this thesis, a high-efficiency LD driver based on a resonant LLC converter using Silicon Carbide (SiC) switching devices was designed and experimentally validated. The effects of driving the LD under direct current (DC) and different modulated current waveforms (sinusoidal, triangular, and rectified sinusoidal) on current ripple, root-mean-square (RMS) voltage, switching losses, and overall driver efficiency were investigated. Experiments conducted in the 140–200 kHz switching frequency range demonstrated that the proposed driver maintains soft switching across a wide load range and achieves efficiency above 95%. Among the tested waveforms, triangular modulation provided the most balanced operating conditions for both the LD and the driver. The developed driver was integrated into an LPT experimental setup over distances of 1, 20, and 100 meters. The system consisted of a high-power LD with LLC driver at the transmitter, an optical free-space transmission path, and a DC–DC converter with maximum power point tracking (MPPT) at the receiver. Experiments showed approximately 99 W of power delivered to the receiver, with an end-to-end system efficiency of 12.4%. This thesis provides original contributions to the literature by (i) experimentally quantifying the effects of LD driving current waveform on driver and LD efficiency, (ii) developing a high-efficiency resonant LLC LD driver, and (iii) demonstrating its application in a real LGA system with end-to-end performance validation. The results offer a valuable reference for designing laser-based wireless power transfer systems with improved efficiency and operational stability.
Benzer Tezler
- Lazer ile kablosuz güç aktarımı için tek aşamalı güç faktörü düzeltme özelliğine sahip yüksek verimli LLC sürücü tasarımı
Design of a high-efficiency LLC driver with single-stage power factor correction for laser power transfer
AHMET YİĞİT SARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ RIFAT BOYNUEĞRİ
- 3Hc(n,p)3H uyarımlı nükleer tahrikli bir lazerde pompalama güç yoğunluğunun gaz yoğunluğu ile kuple değişiminin modellenmesi ve analizi
Başlık çevirisi yok
FÜSUN ÇETİN ŞİŞMAN
Doktora
Türkçe
2000
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASBİ YAVUZ
- Otonom araçlar ile yayalar arası iletişim için lazer tabanlı projektör bildiri sistemi geliştirilmesi
Developing laser based projector notification system for communication between autonomous vehicles and pedestrians
BARIŞ ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDİNÇ ALTUĞ
- Analysis of wave propagation characteristics and design methods in two dimensional photonic bandgap structures
İki boyutlu fotonik bant durduran yapılarda dalga analizi ve tasarım yöntemleri
ONUR ERKAN
Doktora
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERKAN ŞİMŞEK
- Vertical cavity surface emitting laser characterisation and influence on fiber communication systems
Yüzeysel ışıma yapan dik resomator lazer karakterizasyonu ve fiber komunizasyon sistemlerine etkisi
HAMDİ ÖRÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RAMAZAN AYDIN
PROF. DR. RÜYAL ERGÜL