Design of a compact gan-based four-switch buck-boost converter for supercapacitor integration in missile applications
Füze uygulamalarında süperkapasitör entegrasyonu için kompakt gan tabanlı dört anahtarlı alçaltıcı-yükseltici dönüştürücü tasarımı
- Tez No: 958266
- Danışmanlar: PROF. DR. BÜNYAMİN TAMYÜREK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 83
Özet
Bu tez, füze uygulamalarında süperkapasitör entegrasyonuna yönelik kompakt bir GaN tabanlı dört anahtarlı buck-boost dönüştürücünün tasarımını ve uygulamasını sunmaktadır. Çalışma, füze sistemlerinde güç kaynağı olarak kullanılan termal bataryalara alternatif bir çözüm geliştirmeyi amaçlamaktadır. Termal bataryaların tek kullanımlık olması, yüksek maliyeti ve değişken operasyonel konseptlere uyum sağlayamaması nedeniyle alternatif bir enerji yönetim sistemi geliştirilmesi gerekmektedir. Çalışma, öncelikle füze sistem gereksinimlerini belirleyerek ve süperkapasitörler hakkında bilgi vererek başlamaktadır. Daha sonra, enerji hesaplamaları detaylı olarak yapılmakta ve uygun süperkapasitörler seçilmektedir. Süperkapasitörlerde depolanan enerjinin verimli şekilde kullanılabilmesi için dört anahtarlı bir buck-boost dönüştürücünün kullanılması gerektiği belirlenmiş ve bu yapının çalışma prensipleri açıklanmıştır. İlk olarak, entegre FET tabanlı dört anahtarlı buck-boost dönüştürücüye dayalı bir çözüm değerlendirilmiştir. Ancak bu çözümde yüksek akım yüklerini taşıma kapasitesinin sınırlı olması, düşük verimlilik ve yetersiz termal yönetim gibi kısıtlamalar ortaya çıkmıştır. Bu kısıtlamaları aşmak için GaN tabanlı dört anahtarlı bir buck-boost dönüştürücü çözümü önerilmiştir. GaN tabanlı mimari, daha yüksek gerilim ve akım ihtiyaçları için esnek çözümler sunarak termal stresi azaltmakta ve verimliliği artırmaktadır. Tasarım, simülasyonlar ve donanım uygulamaları ile doğrulanmıştır. Son olarak, deneysel kurulum ve elde edilen sonuçlar sunulmaktadır. Çalışma, süperkapasitör entegrasyonu için GaN tabanlı dört anahtarlı bir buck-boost dönüştürücünün kullanımının füze uygulamalarında kompakt, şarj edilebilir, düşük maliyetli ve güvenilir bir çözüm sunduğunu ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design and implementation of a compact GaN-based four-switch buck-boost converter tailored for supercapacitor integration in missile applications. The study aims to develop an alternative solution for using thermal batteries as a power source in missile systems because of their single-use nature, higher cost, and inability to adapt to varying operational concepts. The study starts by specifying missile system requirements and providing information about supercapacitors as a power source. Then, energy calculations are made in detail, and suitable supercapacitors are selected. To utilize the energy in the supercapacitors, the use of a four-switch buck-boost converter is determined, and its operation is explained. Firstly, a solution based on an integrated FET four-switch buck-boost converter has been evaluated. However, limitations in this solution, like handling higher current loads, low efficiency, and lower thermal management, have emerged. To overcome these limitations, a GaN-based four-switch buck-boost converter solution is proposed. The GaN-based architecture offers flexible solutions for higher voltage and current needs, lowers thermal stress, and increases efficiency. The design is validated through simulations and hardware implementations. Finally, the experimental setup and results are presented. The study concludes that using a GaN-based four-switch buck-boost converter for supercapacitor integration offers a compact, rechargeable, low-cost, and reliable solution in missile applications.
Benzer Tezler
- Conceptual power conversion architecture for unmanned aerial vehicles utilizing BLDC motor as both starter and generator
BLDC motorun hem marş motoru hem de jeneratör olarak kullanıldığı insansız hava araçları için kavramsal güç dönüşüm mimarisi
EMEL TİMURKAYNAK SOLAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ONUR GÜLBAHÇE
- Aeroacoustics and aerodynamics optimization with using machine learning algorithms
Makina öğrenmesi algoritması kullanılarak aerodinamik ve aeroakustik optimizasyon
SERHAD AYTAÇ
Doktora
İngilizce
2025
Havacılık ve Uzay Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHA ZAFER
- Design of a GaN-based high gain X-band power amplifier
GaN tabanlı yüksek kazançlı güç yükselteç tasarımı
UTKU AĞTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULLAH ATALAR
- A compact two stage GaN power amplifier design for sub-6GHz 5G base stations
6GHz altı 5G baz istasyonuları için kompakt iki katlı GaN güç yükselteç tasarımı
BURAK BERK TÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERKAN ŞİMŞEK
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN ŞERİF SAVCI
- Design and development of GaN amplifiers for transceiver applications
Alıcı-verici uygulamaları için GaN yükselteclerinin tasarımı ve geliştirilmesi
MUHAMMAD IMRAN NAWAZ
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY