Yeni bir yumuşak anahtarlamalı DC-DC PWM dönüştürücünün tasarım, analiz ve uygulaması
Design, analysis and implementation of a new soft switched DC-DC pwm converter
- Tez No: 213483
- Danışmanlar: PROF.DR. HACI BODUR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Yumuşak anahtarlama, aktif bastırma hücresi, sıfır gerilimde anahtarlama, sıfır akımda anahtarlama, sıfır gerilimde geçiş, sıfır akımda geçiş, Soft switching, active snubber cell, zero voltage switching, zero current switching, zero voltage transition, zero current transition
- Yıl: 2007
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Darbe Genişlik Modülasyonlu (PWM) DC-DC dönüştürücüler, yüksek güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontrol kolaylığı nedeniyle endüstride yaygın olarak kullanılmaktadır. Daha yüksek güç yoğunluğu ve daha hızlı geçiş cevabı, ancak anahtarlama frekansının artırılmasıyla elde edilebilmektedir. Fakat, anahtarlama frekansı arttığında, anahtarlama kayıpları da artmaktadır. Frekansın artırılması, ancak sert anahtarlama (HS) yerine yumuşak anahtarlama (SS) tekniklerinin kullanılması ile mümkün olmaktadır. Genel olarak yumuşak anahtarlama teknikleri, sıfır gerilimde anahtarlama (ZVS), sıfır akımda anahtarlama (ZCS), sıfır gerilimde geçiş (ZVT) ve sıfır akımda geçiş (ZCT) şeklinde sıralanabilir. Rezonanslı devrelerde, anahtarlama anlarında gerilim veya akımın sıfır olması nedeniyle, doğal ve mükemmel olarak SS sağlanır. Buna karşılık, bu devrelerde, güç yoğunluğu düşüktür, genellikle frekans değişkendir ve PWM yeteneği yoktur. Rezonans ve PWM tekniklerinin avantajlarının birleştirilmesi düşüncesinden yola çıkılarak, sadece anahtarlama işlemleri esnasında bir kısa süreli veya kısmi rezonans kullanılarak, mükemmel bir SS ve PWM yeteneğine sahip olan ZVT ve ZCT teknikleri geliştirilmiştir. Prensip olarak, her iki teknikte de bir yardımcı anahtar ve bir kısa süreli veya kısmi rezonans devresi kullanılır. ZVT tekniğinde ana anahtarın iletime girme işlemindeki ve ZCT tekniğinde ana anahtarın kesime girme işlemindeki anahtarlama kayıplarının bastırılması veya sıfırlanması hedeflenir. Son yıllarda ZVT ve ZCT tekniklerinin birleştirilmesi konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Bu tezde, PWM dönüştürücülerde güç yoğunluğu ile verimin arttırılması ve EMI gürültünün azaltılması için yeni bir aktif bastırma hücresi geliştirilmiştir. Geliştirilen bastırma hücresi DC-DC dönüştürücüdeki ana anahtarın sıfır gerilim geçişi (ZVT) ile iletime ve sıfır akım geçişi (ZCT) ile kesime girmesini birlikte sağlamaktadır. Bu bastırma hücresinin kullanıldığı dönüştürücü, geniş bir şebeke ve yük gerilimi aralığında ve yüksek frekanslarda yumuşak anahtarlama ile çalışabilmektedir. Ayrıca, bu dönüştürücüde bütün yarı iletken elemanlar yumuşak anahtarlama ile çalışır. Ana elemanlarda ilave bir gerilim stresi yoktur ve yardımcı elemanların stresleri de düşük seviyelerdedir. Yeni dönüştürücünün yapısı basit, fiyatı düşük ve kontrolu kolaydır. Geliştirilen bastırma hücresinin kullanıldığı yeni ZVT-ZCT-PWM yüksek çıkışlı DC-DC dönüştürücü devresinin çalışma prensibi ve etraflı bir kararlı durum analizi sunulmuştur. Sunulan teorik analiz, 100 kHz ve 500 W'lık yüksek çıkışlı bir prototip ile tam olarak doğrulanmıştır. Ayrıca nominal çıkış gücünde dönüştürücü veriminin yaklaşık olarak % 98.3'e ulaştığı tespit edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Pulse width modulated (PWM) DC?DC converters have been widely used in industry due to their high power density, fast transient response and ease of control. Higher power density and faster transient response can be achieved only by increasing switching frequency. But switching losses increase with switching frequency. For this reason, the switching frequency can be increased by using soft switching (SS) techniques instead of hard switching (HS). Generally SS techniques can be classified as zero voltage switching (ZVS), zero current switching (ZCS), zero voltage transition (ZVT) and zero current transition (ZCT) techniques. In resonant circuits SS is provide naturally and perfectly because voltage or current is zero at switching intervals. However in these circuits power density is low, generally frequency is not constant and there is no PWM capability. Combining the advantages of resonance and PWM techniques, ZVT and ZCT techniques, that have perfect SS and PWM capabilities, were developed by using a short time or partial resonance only during the switching processes. In principle, an auxiliary switch and a short time or partial resonance are used in both techniques. It is aimed to snub or zero the switching losses of the main switch during the turn on and turn off processes with the ZVT and ZCT techniques respectively. It is aimed to snub or zero the switching losses of the main switch, at the turn on process with ZVT technique, and at the turn off process with ZCT technique. In recent years some studies have been realized on combining the ZVT and ZCT techniques. In this thesis, a new snubber cell is developed in order to increase the power density and the efficiency in PWM converters and to decrease the EMI noise. The developed snubber cell provides main switch both to turn on with zero voltage transition (ZVT) and to turn off with zero current transition (ZCT). The converter incorporating this snubber cell can work in a wide range of line and load voltages and can operate with soft switching at high frequencies. Also, in this converter all semiconductor devices operates with soft switching. There is no additional voltage stress in main components and the stresses of the auxiliary components are low. Also, the new converter has a simple structure, low cost and ease of control. The operation principle and detailed steady state analysis of a new ZVT-ZCT-PWM boost converter circuit, in which the developed snubber cell is used, is presented. The presented theoretical analysis is verified exactly by a prototype of 100 kHz and 500 W converter. Also, the overall efficiency of the new converter reached a value of % 98.3 at nominal output power.
Benzer Tezler
- Yumuşak anahtarlamalı yeni bir DC-DC dönüştürücünün geliştirilmesi ve gerçekleştirilmesi
Developing and application of a new soft switched DC-DC converter
NAİM SÜLEYMAN TINĞ
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI BODUR
- Birim güç katsayılı ve sıfır-gerilim-geçişli yeni bir sarmaşık yükselten dönüştürücünün tasarımı ve gerçeklenmesi
Design and implementation of a new unity power factor interleaved boost converter with zero-voltage-transition
NACİ GENÇ
Doktora
Türkçe
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İRES İSKENDER
- PWM DC-DC dönüştürücü ailesi için yeni bir yumuşak anahtarlama hücresinin tasarımı, uygulaması ve karşılaştırmalı analizi
Design, implementation and comparative analysis of a novel snubber cell for family of PWM DC-DC converters
YAKUP ŞAHİN
Doktora
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İSMAİL AKSOY
- Yeni bir aktif bastırma hücreli DC-DC yükseltici dönüştürücünün tasarımı, analizi ve uygulaması
Design, analysis and application of DC-DC boost converter with a new active snubber cell
HİLAL ŞEBNEM GEÇMEZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErzincan Binali Yıldırım ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NAİM SÜLEYMAN TINĞ
- İzoleli dönüştürücüler için yeni bir aktif bastırma hücresinin tasarımı ve uygulanması
Design and implementation of new active snubber cell for isolated converters
HÜSEYİN YEŞİLYURT
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI BODUR