Yüksek verimli DC-DC rezonans dönüştürücülerinde boyutlandırma
Sizing of high efficiency DC-DC resonant converters
- Tez No: 941154
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALİ RIFAT BOYNUEĞRİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Enerji, Electrical and Electronics Engineering, Energy
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Temiz Enerji Teknolojileri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İleri Enerji Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: İleri Enerji Teknolojileri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Sanayileşme ile artan enerji tüketimi, küresel ısınma ve karbon salınımının en büyük etkenlerinden biri hâline gelmiştir. Fosil yakıtlara bağımlılığı azaltmak ve çevresel etkileri en aza indirmek amacıyla temiz enerji kaynaklarının kullanımı giderek daha fazla önem kazanmaktadır. Yenilenebilir enerji sistemlerinin etkin ve verimli çalışabilmesi için yüksek performanslı güç dönüştürücülere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu bağlamda, LLC rezonanslı dönüştürücüler; düşük anahtarlama kayıpları, yüksek verimlilik, düşük elektromanyetik girişim (EMI) ve yumuşak anahtarlama (soft switching) gibi avantajları ile öne çıkmaktadır. Özellikle yüksek frekanslı uygulamalarda sunduğu bu avantajlar sayesinde LLC dönüştürücüler, enerji verimliliğini artırmak ve sistem boyutlarını küçültmek isteyen mühendislik uygulamalarında kritik bir rol oynamaktadır. Bu tez çalışmasında, LLC rezonanslı DC-DC dönüştürücü tasarımı, optimizasyonu ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Çalışmada öncelikle; tam köprü inverter, rezonans tankı, transformatör ve orta uçlu doğrultucu kısımlarından oluşan sistemin detaylı bir matematiksel modeli oluşturulmuş ve sonrasında bu model üzerinden optimizasyon algoritması geliştirilmiştir. Literatürde, rezonanslı DC-DC dönüştürücüler için MATLAB'in fmincon yapısı veya Particle Swarm Optimization (PSO), Genetic Algorithm (GA) gibi metasezgisel (metaheuristic) algoritmalar üzerinden çeşitli optimizasyon yöntemleri geliştirilmiştir ancak bu çalışmada, amaç fonksiyonu tanımlanırken yalnızca verim değil; aynı zamanda hacim ve maliyet faktörleri de birlikte ele alınmış, çok hedefli bir yaklaşım benimsenmiştir. Uygulama aşamasında ortaya çıkan rezonans kondansatörünün seri, paralel veya seri-paralel konfigürasyonları ile oluşan eşdeğer seri direnç (ESR) etkisi de optimizasyona dahil edilmiştir. Bu yönüyle çalışma, literatürdeki benzerlerinden ayrılmakta ve daha verimli, kompakt ve maliyet etkin bir çözüm sunmaktadır. Optimizasyon çalışması sonucunda teorik olarak %98.89 verim elde edilmiştir. Aynı parametrelerle yapılan simülasyon sonucunda verim %98.48 olarak ölçülmüş, deneysel uygulamada ise %95.332 verim değerine ulaşılmıştır. Elde edilen sonuçlar, önerilen optimizasyon yaklaşımının LLC rezonanslı dönüştürücü tasarımında yüksek verimliliğe ve uygulamada yüksek bir performansa olanak sağladığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The increasing energy consumption driven by industrialization has become one of the primary contributors to global warming and carbon emissions. Reducing dependence on fossil fuels and minimizing environmental impacts have made the use of clean energy sources increasingly important. High-performance power converters are essential for ensuring the effective and efficient operation of renewable energy systems. In this context, LLC resonant converters stand out with their advantages, such as low switching losses, high efficiency, low electromagnetic interference (EMI), and soft switching capability. Thanks to these features, LLC converters play a critical role in engineering applications aimed at improving energy efficiency and reducing system size, especially in high-frequency operations. In this thesis, the design, optimization, and implementation of an LLC resonant DC-DC converter have been carried out. Initially, a detailed mathematical model of the system—consisting of a full-bridge inverter, resonant tank, transformer, and center-tapped rectifier—was developed, followed by the creation of an optimi77zation algorithm based on this model. While the literature includes various optimization studies for resonant DC-DC converters using MATLAB's fmincon toolbox or metaheuristic algorithms such as Particle Swarm Optimization (PSO) and Genetic Algorithm (GA), this study adopts a multi-objective approach by defining an objective function that simultaneously considers not only efficiency but also volume and cost factors. Additionally, the effect of the Equivalent Series Resistance (ESR) arising from different configurations of the resonant capacitor—series, parallel, or series-parallel—encountered during implementation was also added to the optimization model. In this regard, the study distinguishes itself from similar works in the literature by offering a more efficient, compact, and cost-effective solution. As a result of the optimization, a theoretical efficiency of 98.89% was achieved. Then, simulation and experimental studies were conducted using the optimal values and efficiency of 98.48% and 95.332% were obtained at full load, respectively. The results demonstrate that the proposed optimization approach enables highly efficient design of LLC resonant converters and provides high performance in practical applications.
Benzer Tezler
- Yüksek verimli ve yüksek frekanslı bir rezonanslı DC-DC dönüştürücünün tasarımı
Design of a high efficiency and high frequency resonant DC-DC converter
NEBİ IŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI BODUR
- Hybrid PSM-PWM combined modulation applied to bidirectional dual active bridge cllc resonant converter
Çift yönlü çift aktif köprü cllc rezonans dönüştürücüye uygulanan hibrit PSM-PWM kombine modülasyon tekniği
MUHAMMET BEŞER TEZGEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KARAARSLAN
- Investigation of high efficient DC-DC converters for on-board battery charging system in electric vehicles
Elektrikli araçlarda dâhili batarya şarj sistemi için yüksek verimli DA-DA dönüştürücülerin incelenmesi
ÜNAL YILMAZ
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AHMET TEKE
- E-mobilite uygulamaları için geniş çıkış gerilimi aralığında çalışabilen LLC rezonans dönüştürücü tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of an LLC resonant converter with wide output voltage range for e-mobility applications
YUSUF BEHAUDDİN GÜNEY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- A holistic design optimization method for LLC converters in light electric vehicle chargers
Hafif elektrikli araç şarj cihazlarındaki LLC dönüştürücüler için bütünsel bir tasarım optimizasyon yöntemi
ABDULSAMED LORDOĞLU
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DERYA AHMET KOCABAŞ
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE