KÖPRÜSÜZ TOTEM-KUTUPLU PFC DEVRESİ VE İKİ ANAHTARLI İLERİ YÖNLÜ ÇEVİRİCİ KULLANAN GaN TABANLI 300 W YÜKSEK GÜÇ YOĞUNLUKLU BİR AA/DA DÖNÜŞTÜRÜCÜ TASARIMI
DESIGN OF A 300 W GaN BASED HIGH-POWER DENSITY AC/DC CONVERTER WITH BRIDGELESS TOTEM POLE PFC AND TWO SWITCH FORWARD STAGES
- Tez No: 821380
- Danışmanlar: PROF. DR. BÜNYAMİN TAMYÜREK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Güç elektroniği, Güç elektroniği devreleri, Güç çeviriciler, Power electronics, Power electronic circuits, Power converters
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada tek faz alternatif akım (AA) şebeke gerilimi doğrultularak 24 V doğru akım (DA) gerilimine dönüştüren 300 W gücünde Galyum Nitrat (GaN) tabanlı yüksek güç yoğunluğuna sahip bir köprüsüz totem-kutuplu güç kat sayısı düzeltme devresi (bridgeless totem-pole power factor corrector, BTPPFC) ve iki anahtarlı ileri yönlü çevirici (two swicth forward converter) devresinden oluşan bir sistem tasarlanmış ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Günümüz teknolojilerini etkileyen önemli etmenlerden biri olan ağırlık ve boyutların küçülmesi yeni nesil yarı iletken anahtarlar aracılığı ile sağlanmaktadır. Yeni nesil yarı iletken teknolojisinin ürünlerinden biri olan GaN tabanlı anahtarlar, bu teknolojinin gelişmesi ile birlikte güç elektroniği alanında kullanılmaya başlanmıştır. GaN tabanlı anahtarlar, düşük açık durum direnci içermeleri ve 1 MHz anahtarlama frekansına kadar anahtarlama kabiliyetleri nedeniyle, hacim ve boyutun rekabetçi olduğu alanlarda kullanılmaktadır. Endüstriyel ve raylı sistem uygulamalarında kullanılması planlanan bu tasarım ile izole çevirici ihtiyacının karşılanması planlanmaktadır. Tasarlanan çeviricinin toplam sistem verimi %95 olarak hedeflenmiş, AA ve DA tarafında bulunan anahtarların anahtarlama sinyalleri 250 kHz anahtarlama frekansında uygulanmıştır. Köprüsüz totem-kutuplu güç kat sayısı düzeltme devresinin kontrol kısmında akım ve gerilim çevirimi beraber kullanılırken, iki anahtarlı ileri yönlü çevirici devresinde sadece çıkış gerilimi üzerinden kontrol çevirimi sağlanmıştır. MATLAB/Simulink, LTSpice ve PLECS benzetim uygulamaları aracılığı ile tasarım doğrulanmış, kontrol sistemi sayısal bir kontrolcü kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Masaüstü doğrulama çalışmaları 300 W prototip üzerinde gerçekleştirilerek ve başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Elde edilen başarılı sonuçların ardından BTPPFC masaüstü test düzeneğinde, iki farklı GaN anahtar tipi olan kaskod ve E-mod GaN mimarileri karşılaştırılmıştır. Çalışmalar sonucunda, kaskod mod anahtarın anahtar üzerinde daha az stres oluştuğu gözlenirken, E-mod anahtarın verim açısından daha iyi bir performans sergilediği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, a system consisting of a 300 W GaN-based high power density bridgeless totem-pole power factor corrector and a two switch forward converter circuit, which converts single-phase AC voltage to 24 V DC voltage, was designed and implemented. Reducing weight and size, which is one of the important factors affecting today's technologies, is provided by new generation semiconductor switches. GaN-based switches, one of the products of the new generation semiconductor technology, have started to be used in the field of power electronics with the development of this technology. GaN-based switches are used in areas where volume and size are competitive, due to their low on-state resistance and their ability to switch up to 1 MHz switching frequency. With this design, which is foreseen to be used in industrial and railway system applications, it is planned to meet the need for isolated converters. The total system efficiency of the designed converter is targeted as 95%, the switching signals of the switches on the AC and DC side are applied at a switching frequency of 250 kHz. While current and voltage conversion are used together in the control part of the bridgeless totem-pole power factor correction circuit, control conversion is provided over the output voltage only in the two-key forward converter circuit. The design was validated through MATLAB/Simulink, LTSpice and PLECS simulation tools, and the control system was implemented using a digital controller. Experimental verification studies were carried out on a 300 W prototype and successful results were obtained. After the successful results, two different GaN switch types, cascode and E-mode GaN architectures, were compared in BTPPFC test setup. As a result of the studies, it has been observed that the cascode mode switch has less stress on the switch, while the E-mode switch performs better in terms of efficiency.
Benzer Tezler
- Klima dış ünite devresi için totem kutuplu yükselten PFC çevirici tasarımı
Totem pole boost PFC converter design for air conditioneroutdoor unit circuit
BERK GÖKMEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ YILDIRIM
- Elektrikli araçlarda kullanılan yerleşik şarj cihazı tasarımlarının benzetim ortamında gerçekleştirilmesi
Implementation of onboard charger designs used in electric vehicles in a simulated envi̇ronment
MEHMET TAHİR ÖZSOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiIsparta Uygulamalı Bilimler ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. REMZİ İNAN
- GaN yarı iletken tabanlı totem-pole köprüsüz yükselten PFC dönüştürücü analizi ve tasarımı
GaN semiconductor based totem-pole bridgeless boost PFC analysis and design
ENES ÇATLIOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ YILDIRIM
- Paralel yüzeyli ısı köprüsü içeren yapı elemanında yüzey sıcaklıklarının hesaplanmasında kullanılabilecek bir yöntem
Başlık çevirisi yok
YALÇIN YAŞAR
- Direkt pulpa kaplama tedavilerinde kalsiyum hidroksit(Ca(OH)2) ve mineral trioksit agregat(MTA)'ın etkilerinin immunohistokimyasal ve histopatolojik yöntemler ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmesi
İmmnunolocalization of fibronectin during reperative dentinogenesis in rat molar teeth after pulp capping with mineral trioxide aggregate(MTA)or calcium hydroxide(Ca(OH)2)
CENKHAN BAL