Geri Dön

All GaN-based multidevice interleaved boost converter structure for hybrid electric vehicles

Elektrikli araçlar için tümü GaN tabanlı çok cihazlı serpiştirilmiş yükseltici dönüştücü yapısı

PDF İndir

  1. Tez No: 812878
  2. Yazar: ALİ ZÜLFİKAROĞLU
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ AMİRA TANDİROVİÇ GÜRSEL
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: akım ve voltaj dalgalanmaları, çok cihazlı serpiştirmeli yükseltici dönüştürücü (MDIBC), hibrit elektrikli araçlar, SiC ve GaN yarı iletkenler, verimlilik, current and voltage ripples, efficiency, hybrid electric vehicles, multidevice interleaved boost converter, SiC and GaN semiconductors
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Adana Alparslan Türkeş Bilim Ve Teknoloji Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

Sera gazı emisyonlarının azaltılması, küresel ulaşımda fosil yakıtların kullanımını azaltmak için sürekli bir yaklaşım gerektirir. Çevre dostu olmaları, verimlilikleri, sessizlikleri ve uzun vadeli sürdürülebilirlik potansiyelleri nedeniyle elektrikli araçlar, içten yanmalı motorlarla çalışan araçlara uygun bir alternatiftir. Elektrikli araçların artan popülaritesine rağmen, geleneksel araçlarla başarılı bir şekilde rekabet edebilmek için maliyet, kapasite, sürüş menzili, enerji kayıpları ve güç aktarma teknolojileri gibi alanlarda hala önemli ilerlemelere ihtiyaçları var. Bu nedenle, mimari ve verimlilik açısından güç iletimindeki ilerlemeler, on yıllardır bilim camiasının ön planında yer almaktadır. Doğru akımdan doğru akıma (DC'den DC'ye) dönüştürücüler, güç tüketimini azaltmak için optimize edilebilen, böylece enerji verimliliğini artıran, boyutları azaltılabilen ve böylece kompaktlık sağlayan devre bileşenlerine bir örnektir. Uygun bileşen seçimi ile birlikte devre sisteminin minyatürleştirilmesi ve hafif yapısal malzemelerin kullanımı, daha ucuz, daha duyarlı ve gelişmiş güvenilirliğe sahip sistemlerle sonuçlanabilir. İndüktör ve kapasitör gibi pasif bileşenler, sırasıyla giriş akımı ve çıkış voltajı dalgalanmalarını düzeltmeyi amaçlayarak dönüştürücü topolojilerinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Ancak o kadar büyüktürler ki dönüştürücü için ayrılan alanın çoğunu kaplamaktadırlar. Bu nedenle, kullanılan pasif bileşenlerin sayısını ve minyatürleştirilmesini azaltmaya yönelik her türlü çaba, dönüştürücü teknolojisi için önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Galyum nitrür (GaN) ve silisyum karbür (SiC), son teknoloji verimli güç dönüştürücü cihazları tasarlamak için uygun olan geniş bant aralıklı yarı iletken malzemelerin iki örneğidir. Bu yarı iletkenlerin geniş bant aralığı, yüksek kritik parçalanma elektrik alanı, daha yüksek elektron hızı ve yüksek termal iletkenlik gibi özellikleri, pasif bileşenlerin boyutunda önemli ölçüde azalmaya, soğutucunun küçülmesine ve dönüştürücünün güç yoğunluğunun artmasına olanak tanır. Bu tezde, 2010 Toyota Prius Si-IGBT tabanlı yükseltici dönüştürücü topolojisi araştırılmış ve PSpice simülasyon yazılımı yardımıyla simüle edilmiştir. Bundan sonra, bu dönüştürücü yapısı, sırasıyla SiC ve GaN yarı iletkenlerini uygulanmasıyla çok cihazlı serpiştirmeli yükseltici dönüştürücü (MDIBC) topolojisi ile yeniden yapılandırıldı. SiC tabanlı ve GaN tabanlı MDIBC topolojilerinin performansını güç kaybı, verimlilik, pasif bileşenlerin boyutu ve ayrıca akım ve voltaj dalgalanmaları açısından analiz etmek için değişen anahtarlama frekanslarında iki önemli vaka çalışması kullanıldı. Her iki durumda da önemli ölçüde azaltılmış akım ve gerilim dalgalanmalarına rağmen pasif bileşenlerin daha düşük değerlerine ulaşılmıştır. GaN tabanlı MDIBC ile tüm anahtarlama frekanslarında elde edilen daha yüksek verimlilik sonuçlarının aksine, SiC tabanlı MDIBC, referans dönüştürücüye kıyasla 80 ve 100 kHz'de daha düşük değerlerle sonuçlandı. Önerilen GaN tabanlı MDIBC, ilk durumda akım için dalgalanmayı %93,4 ve voltaj için %40, ikinci durumda 100 kHz anahtarlama frekansında indüktör değeri için %88,5 ve kondansatör değeri için %97,92 azaltarak kıyaslama dönüştürüşünden daha yüksek verim elde edildi.

Özet (Çeviri)

Greenhouse gas emissions reduction requires an ongoing approach to decreasing the use of fossil fuels in global transportation. Due to their environmental friendliness, efficiency, quietness, and potential for long-term sustainability, electric vehicles (EVs) are a viable alternative to those powered by internal combustion engines (ICE). Despite the rising popularity of EVs, they still need significant advancements in areas such as cost, capacity, driving range, energy losses, and powertrain technologies in order to successfully compete with conventional vehicles. Therefore, advancements in power transmission in terms of architecture and effectiveness have been in the foreground of the scientific community for decades. Direct current to direct current (DC/DC) converters are one example of circuit components that can be optimized to reduce power consumption, thereby enhancing energy efficiency, decreasing size, and thus providing compactness. Miniaturization of circuitry, together with proper component selection and the use of lightweight structural materials, might result in cheaper, more responsive systems with improved reliability. Passive components such as inductors and capacitors play a crucial role in converter topologies that aim to smooth out input current and output voltage ripples, respectively. However, they are so large that they occupy the majority of the space reserved for the converter. Therefore, any effort to reduce the number of passive components used and their miniaturization represents a significant advancement for converter technology. Gallium nitride (GaN) and silicon carbide (SiC) are two examples of wide band gap semiconductor materials that are suited for designing state-of-the-art efficient power converter devices. These semiconductors' features, such as their large bandgap, high critical breakdown electric field, high thermal conductivity and higher electron velocity allow a considerable reduction in the size of passive components, shrinking the heatsink and an increase in the converter's power density. In this thesis, the 2010 Toyota Prius Si-IGBT-based boost converter topology was investigated and simulated with the help of PSpice simulation software. After that, this converter structure was reconstructed with a multidevice interleaved boost converter (MDIBC) topology with implementing SiC and GaN semiconductors, respectively. Two prominent case studies with varying switching frequencies were utilized to analyze the performance of the SiC-based and GaN-based MDIBC topologies in terms of power loss, efficiency, the size of the passive components, as well as the current and voltage ripples. In both cases, it was achieved lower values of the passive components despite the relatively reduced current and voltage ripples. In contrast to the higher efficiency results achieved with GaN-based MDIBC at all switching frequencies, SiC-based MDIBC resulted in lower values at 80 and 100 kHz compared to the benchmark converter. Proposed GaN-based MDIBC achieved higher efficiency than the benchmark converter by lowering ripple by 93.4% for current and 40% for voltage in the first case, and by 88.5% for inductor value and 97.92% for capacitor value at 100 kHz switching frequency in the second case.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    539833

    S-band gan based low noise mmic amplifier design and characterization

    S-bant gan tabanlı düşük gürültülü yükselteç tasarımı ve karakterizasyonu

    MUHİTTİN TAŞCI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EKMEL ÖZBAY

  2. Tez No

    142569

    GaN tabanlı heteroyapıların sıkı bağlanım kuramı

    Tight binding modeling of GaN based heterostructure

    EBRU ŞİMŞEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2003

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. HİLMİ ÜNLÜ

  3. Tez No

    665855

    GaN based high efficiency class AB power amplifier design for sub-6GHz 5G transmitter systems

    6GHz altı 5G verici sistemleri için GaN tabalı yüksek verimliliğe sahip AB sınıfı güç kuvvetlendiricisi tasarımı

    KUDRET ÜNAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MUSTAFA BERKE YELTEN

  4. Tez No

    335660

    Design of GaN-based coplanar multi-octave band medium power MMIC amplifiers

    GaN tabanlı 1 oktavdan fazla bant genişliğine sahip olan orta güçlü MMIC yükselteçlerin tasarımı

    GÜLESİN EREN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

    PROF. DR. EKMEL ÖZBAY

  5. Tez No

    449490

    GaN tabanlı transistörlerde nümerik analiz yöntemi ile ısıl direnç karakterizasyonu yapılması

    Thermal resistance characterization in GaN based transistors by numerical analysis

    DİDEM CANSU İLHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Makine MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞENOL BAŞKAYA

Geri Dön