YUMUŞAK ANAHTARLAMALI DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN İNCELENMESİ

Transkript

1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YUMUŞAK ANAHTARLAMALI DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLERİN İNCELENMESİ Elektik Mühendisi Nihan ALTINTAŞ FBE Elektik Mühendisliği Anabilim Dalı Elektik Makinalaı ve Güç Elektoniği Pogamında Hazılanan YÜKSEK LİSANS TEZİ Tez Danışmanı: Yd. Doç. D. A. Fauk BAKAN İSTANBUL, 2007

2 İÇİNDEKİLER ii Sayfa SİMGE LİSTESİ...iv KISALTMA LİSTESİ... v ŞEKİL LİSTESİ...vi ÇİZELGE LİSTESİ...viii ÖNSÖZ...ix ÖZET... x ABSTRACT...xi 1. GİRİŞ DC DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER VE KONTROL TEKNİKLERİ Anahtalamalı DC DC Dönüştüücüle Anahtalamalı DC DC Dönüştüücülein Sınıflandıılması İzolasyonsuz Temel DC DC Dönüştüücüle İzolasyonlu DC DC dönüştüücüle Dabe Genişlik Modülasyonu (PWM) Tekniği Anahtalamalı Temel DC DC Dönüştüücüle Rezonanslı DC DC Dönüştüücüle Rezonans Kontol Tekniği Anahtalamalı ve Rezonanslı DC DC Dönüştüücülein Kaşılaştıılması YUMUŞAK ANAHTARLAMA TEKNİKLERİ Yumuşak Anahtalama ve Bastıma Hücesi Kavamı Yumuşak Anahtalama Tekniklei Sıfı Akımda Anahtalama (ZCS) Sıfı Geilimde Anahtalama (ZVS) Sıfı Akımda Geçiş (ZCT) Sıfı Geilimde Geçiş (ZVT) SIFIR GERİLİMDE ANAHTARLAMALI DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER DÖNÜŞTÜRÜCÜ Çalışma Aalıklaı Tasaım Kitelei Tasaım Öneği Simülasyon Sonuçlaı Sonuçla DÖNÜŞTÜRÜCÜ

3 4.2.1 Devenin Çalışma Aalıklaı Dönüştüücünün Temel Özelliklei Aktif Bastıma Hücesinin Tasaımı Rezonans Endüktansının Belilenmesi Bastıma Kondansatöünün Belilenmesi Rezonans Kondansatöünün Belilenmesi Yadımcı Anahta ve Diyodun Geilim Stesi Simülasyon Çalışmalaı Sonuçla ZVT-ZCT YÜKSELTİCİ DÖNÜŞTÜRÜCÜ Çalışma Pensibi ve Analizi Çalışma Aalıklaı Deneysel Sonuçla SONUÇLAR KAYNAKLAR iii

4 SİMGE LİSTESİ C S Bastıma devesi kondansatöü C F Çıkış kondansatöü C Rezonans kondansatöü D F Ana diyot D 1 Ana tansistöün dahili diyodu D 2 Yadımcı tansistöün dahili diyodu I o Çıkış akımı I Ana diyot tes topalanma akımı i T Ana tansistö akımı i DF Ana diyot akımı i LS Bastıma devesi endüktans akımı I i Giiş akımı L S Bastıma devesi endüktansı L F Ana endüktans R L Yük dienci T 1 Ana tansistö T 1 Ana tansistöün iletim süesi T 2 Yadımcı tansistö T p Anahtalama peiyodu v CS Bastıma devesi kondansatö geilimi v CB Rezonans kondansatöü geilimi v T Ana tansistö geilimi v DF Ana diyot geilimi V i Giiş geilimi V o Çıkış geilimi ω Rezonans açısal fekansı ω s Bastıma açısal fekansı λ Bağıl iletim süesi iv

5 KISALTMA LİSTESİ EMI Elektomanyetik Giişimi FM Fekans Modülasyonu HS Set Anahtalama PWM Dabe Genişlik Modülasyonu RFI Radyo Fekans Giişimi SS Yumuşak Anahtalama ZCS Sıfı Akımda Anahtalama ZCT Sıfı Akımda Geçiş ZVS Sıfı Geilimde Anahtalama ZVT Sıfı Geilimde Geçiş v

6 ŞEKİL LİSTESİ Sayfa Şekil 2.1 Pensip olaak PWM tekniği Şekil 3.1 (a) Bi anahtalama güç elemanın kontol sinyali ile (b) HS (c) ZCS ile ZVS ve (d) ZCT ile ZVT çalışmalaıyla ilgili temel dalga şekillei Şekil 4.1 ZVS PWM yükseltici dönüştüücünün deve şeması Şekil 4.2 Dönüştüücüye ait temel dalga şekillei Şekil 4.3 Aalık 0 a ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.4 Aalık 1 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.5 Aalık 2 ye ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.6 Aalık 3 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.7 Aalık 4 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.8 Aalık 5 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.9 Aalık 6 ya ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.10 Aalık 7 ye ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.11 (b) V S2 Z kaakteistiği Şekil 4.12 ZVS aalığı Z kaakteistiği Şekil 4.13 (a) t A Z kaakteistiği Şekil 4.13 (b) t B Z kaakteistiği Şekil 4.13 (c) t ZVT - Z kaakteistiği Şekil 4.14 V S2, V C, I S1p, t A, t B I in kaakteistiği Şekil 4.15 V S2, V C, I S1, t A, t B R kaakteistiği Şekil 4.16 Ana anahtaın iletime gimesi esnasında uçlaındaki geilim ve akım değişimlei.28 Şekil 4.17 Yadımcı anahtaın geilim ve akım değişimlei Şekil 4.18 Rezonans endüktans akımı ve ezonans kondansatö geilimi Şekil 4.19 Aktif bastımalı ZVT-PWM yükseltici dönüştüücü Şekil 4.20 Aalık 1 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.21 Aalık 2 ye ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.22 Aalık 3 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.23 Aalık 4 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.24 Aalık 5 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.25 Aalık 6 ya ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.26 Aalık 7 ye ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.27 Aalık 8 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 4.28 ZVT-PWM yükseltici dönüştüücünün temel dalga şekillei Şekil 4.29 (a) Rezonans endüktans akımı ve bastıma kondansatöü geilimi Şekil 4.29 (b) Rezonans endüktans akımı ve ezonans kondansatöü geilimi Şekil 4.30 (a) Ana anahtaın geilim ve akım değişimlei Şekil 4.30 (b) Yadımcı anahtaın geilim ve akım değişimlei Şekil 4.31 (a) Ana diyodun geilim ve akım değişimlei Şekil 4.31 (b) D 2 diyodunun geilim ve akım değişimlei Şekil 4.32 (a) Set anahtalamada ana anahta geilimi ve akımı Şekil 4.32 (b) Set anahtalamada ana diyot geilim ve akımı Şekil 4.33 V S2, V C, I S1peak, t A, t B - I in kaakteistiği Şekil 5.1 Yeni ZVT-ZCT-PWM yükseltici dönüştüücünün deve şeması Şekil 5.2 Aalık 1 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.3 Aalık 2 ye ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.4 Aalık 3 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.5 Aalık 4 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.6 Aalık 5 e ait eşdeğe deve şeması vi

7 Şekil 5.7 Aalık 6 ya ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.8 Aalık 7 ye ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.9 Aalık 8 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.10 Aalık 9 a ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.11 Aalık 10 a ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.12 Aalık 11 e ait eşdeğe deve şeması Şekil 5.13 Öneilen dönüştüücüye ait temel dalga şekillei Şekil 5.14 (a) I S1p L s kaakteistiği Şekil 5.14 (b) V S2 L s kaakteistiği Şekil 5.14 (c) V C L s kaakteistiği Şekil 5.14 (d) t ZVT L s kaakteistiği Şekil 5.14 (e) t ZCT L s kaakteistiği Şekil 5.14 (f) V S2, V C, I S1p, t ZVT, t ZCT I in kaakteistiği Şekil 5.14 (g) V S2, V C, I S1p, t ZVT, t ZCT R kaakteistiği Şekil 5.15 Anahta geilimi (100V/div), ana anahta akımı(10a/div), ve ana anahtaın kontol sinyali (20V/div) Şekil 5.16 Yadımcı anahta geilimi (100V/div), bastıma endüktansı akımı (10A/div), ve yadımcı anahtaın kontol sinyali (20V/div) Şekil 5.17 Ana diyot geilimi (100V/div) ve akımı (10A/div) Şekil 5.18 Çıkış geilimi (100V/div), bastıma endüktansı akımı (10A/div) ve bastıma kondansatöü geilimi (100V/div) vii

8 ÇİZELGE LİSTESİ Sayfa Çizelge 2.1 Anahtalamalı ve ezonanslı DC DC dönüştüücülein kaşılaştıılması Çizelge 4.1 Devede kullanılan elemanlaın anahtalama duumlaı ve mauz kaldığı maksimum değele Çizelge 4.2 Devede kullanılan elemanlaın anahtalama duumlaı ve mauz kaldığı maksimum değele Çizelge 5.1 Devede kullanılan elemanlaın anahtalama duumlaı ve mauz kaldığı maksimum değele Çizelge 5.2 Uygulama devesinde kullanılan yaı iletken elemanlaın nominal değelei viii

9 ÖNSÖZ Yüksek lisans öğenimimin tez kısmını teşkil eden bu çalışmada Yumuşak Anahtalamalı DC- DC Dönüştüücülei inceledim. Hazıladığım tezin daha sona bu konuda yapılacak çalışmala için iyi bi efeans olmasını umaım. Çalışmalaım sıasında büyük bi anlayış ve sabı gösteen, beni yönlendien ve destekleyen, bilgisi ve kişiliği ile he alanda kendime önek aldığım tez yöneticisi değeli hocam Sayın Yd. Doç. D. A. Fauk BAKAN a, vediği destekle lisansüstü eğitimime devam etmemi ve çalışmayı çok istediğim Güç Elektoniği Laboatuaının bi elemanı olmamı sağlayan, bilgi biikimleini öğencileine büyük bi heyecan ve idealist bi uhla aktaan değeli hocam Pof. D. Hacı BODUR a, he çalışmamda olduğu gibi tez çalışmamda yoğun çalışma temposuna ağmen büyük bi fedekalık gösteeek bana yadımcı olan, güç elektoniği dalını seçmemi sağlayan sevgili hocam Aş. Gö. İsmail AKSOY a en içten şükanlaımı sunaım. Ayıca Güç elektoniği laboatuaında bulunan hocalaıma ve aileme de göstemiş olduklaı ilgiden ve iyi niyetleinden dolayı teşekkü edeim. ix

10 ÖZET Yüksek güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontol kolaylığı nedeniyle dabe genişlik modülasyonu (PWM) tekniği endüstide yaygın olaak kullanılmaktadı. Daha yüksek güç yoğunluğu ve daha hızlı geçiş cevabı için çalışma fekansının yükseltilmesi geektiği, fakat bu duumda yaı iletken elemanlaın anahtalama kayıplaı ile elektomanyetik giişim (EMI) ve adyofekans giişimi (RFI) güültüleinin attığı bilinmektedi. Bu kayıp ve güültülein düşüülmesi ve fekansın yükseltilebilmesi, ancak set anahtalama (HS) yeine yumuşak anahtalama (SS) teknikleinin kullanılmasıyla sağlanabilmektedi. Bu konudaki çalışmala son yıllada cazibesini gittikçe atan bi şekilde südümektedi. Bu çalışmada, DC-DC dönüştüücüle ile kontol tekniklei ve yumuşak anahtalama tekniklei incelenmişti. Sıfı geilim geçişli PWM DC-DC dönüştüücüle ayıntılı olaak ele alınmıştı. Yeni bi aktif bastıma hücesi kullanılan yükseltici dönüştüücü ile diğe dönüştüücüle kaşılaştıılmıştı. Öneilen bastıma hücesi ana anahta için sıfı geilimde geçiş (ZVT) ve sıfı akımda geçiş (ZCT) sağla. Dönüştüücüdeki bütün yaı iletken elemanla yumuşak anahtalama altında iletime ve kesime gie. Dönüştüücü basit yapılı olup az sayıda elemana sahipti. Dönüştüücünün kaalı hal analizi sunulmuş ve 1 kw, 100 khz lik yükseltici bi dönüştüücü pototipi ile analiz doğulanmıştı. Anahta Kelimele: DC-DC dönüştüücü, yumuşak anahtalama, sıfı geilimde geçiş, sıfı akımda geçiş. x

11 ABSTRACT Pulse width modulation (PWM) technique has been widely used in industy due to its high powe density, fast tansient esponse and ease of contol. Opeating fequency should be inceased in ode to obtain highe powe density and faste tansient esponse but in that case electomagnetic intefeence (EMI) and adio fequency intefeence (RFI) noises and switching losses in semi-conducto devices incease as well. In ode to decease these noises and losses, soft switching (SS) techniques should be used instead of had switching (HS) techniques. This appoach has been vey popula in last yeas and continues to be so. In this thesis, DC-DC convetes, contol and soft switching techniques ae investigated. Zeo voltage tansition PWM DC-DC convetes ae analyzed in detail. A new boost convete with an active snubbe cell is poposed and compaed with the othe convetes. The poposed convete povides zeo voltage tansition (ZVT) and zeo cuent tansition (ZCT) fo the main switch. All of the semiconducto devices tun on and off unde soft switching. The convete has a simple stuctue and minimum numbe of components. Steady state analysis of the convete is pesented, and theoetical analysis is veified by a pototype of a 1 kw and 100 khz boost convete. Keywods : DC-DC convete, soft switching, zeo voltage tansition, zeo cuent tansition. xi

12 1 1. GİRİŞ Yüksek güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontol kolaylığı nedeniyle, dabe genişlik modülasyonlu (PWM) DC-DC dönüştüücüle, endüstide yaygın olaak kullanılmaktadı. Daha yüksek güç yoğunluğu ve daha hızlı geçiş cevabı, anahtalama fekansı atıılaak elde edilebili. Ancak, anahtalama fekansı attıkça, anahtalama kayıplaı ve elektomanyetik giişim (EMI) güültüsü de ata. Bu nedenle, bastıma hücelei denilen devele vasıtasıyla anahtalama kayıplaı azaltılaak, anahtalama fekansı yükseltilebili (Hua vd., 1994). Kutuplu/kutupsuz, ezonanslı/ezonanssız ve aktif/pasif hücele gibi, liteatüde sunulan çok sayıda bastıma hücesi vadı (Feao vd., 1982). Komütasyonlaın sıfı geilimde anahtalama (ZVS) veya sıfı akımda anahtalama (ZCS) ile geçekleştiilmesi sayesinde, ezonanslı dönüştüücülede anahtalama kayıplaı önemli ölçüde azalı. Fakat, bu tü dönüştüücülede, aşıı geilim ve akım steslei oluşu, nomal PWM dönüştüücülee göe güç yoğunluğu daha düşük ve kontol daha zodu (Mao vd., 1997; Smith vd., 1997; Tseng vd., 1998; Gigoe vd., 1998; Menegaz vd., 1999). Son yıllada, ezonanslı ve nomal PWM teknikleinin istenen özellikleini bileştimek için, nomal PWM dönüştüücülee ezonanslı aktif bastııcıla ekleneek, çok sayıda sıfı geilim geçişli (ZVT) ve sıfı akım geçişli (ZCT) PWM dönüştüücü sunulmuştu (Hua vd., 1994; Mao vd., 1997; Tseng vd., 1998). Bu dönüştüücülede, iletime ve kesime gime işlemlei, bi ezonans taafından sağlanan çok kısa bi ZVT veya ZCT süesinde ZVS ve/veya ZCS altında geçekleşi. Böylece, ezonansla çok kısa zaman aalıklaında oluştuğu için, dönüştüücü zamanın çoğunda nomal bi PWM dönüştüücü olaak davanı. Ancak, bastıma elemanlaının çalışma özelliklei sebebiyle, PWM çalışmanın iletim ve kesim duumlaı bi minimum süeye sahipti (Hua vd., 1994; Gigoe vd., 1998). Temel ZVT-PWM dönüştüücüde (Hua vd., 1994), ana anahta, bi paalel ezonanslı ZVT yadımıyla ZVS ve yaklaşık ZCS altında mükemmel olaak iletime gie. Ana diyot ZVS ile iletim ve kesime gie. Yük akımı, ana diyodun tes topalanma akımı ve ana anahtaın paazitik kondansatöünü kapsayan ezonans kondansatöünün enejisi, bi yadımcı anahta vasıtasıyla ezonans endüktansına aktaılı. Buna kaşılık, ana anahta sadece yaklaşık ZVS altında kesime ve yadımcı anahta yaklaşık ZCS ile iletime gie. Ayıca, devenin çalışması hat ve yük şatlaına çok bağlıdı. Yadımcı anahtaın yumuşak anahtalama ile kesime gimesi ve endüktansta biiken enejinin aktaılması, çok zodu ve ilave düzenle geektii. Bu poblemlein çözümü için bu alanda yapılan çok çalışma mevcuttu (Hua vd., 1994; Mao

13 2 vd., 1997; Smith vd., 1997; Tseng vd., 1998; Menegaz vd., 1999; Kim vd., 2000). Temel ZCT-PWM dönüştüücüde (Hua vd., 1994), ana anahta, bi sei ezonanslı ZCT yadımıyla ZCS ve ZVS altında mükemmel olaak kesime gie. Yadımcı anahta yaklaşık ZCS ile iletime gie. Devenin çalışması hat ve yük şatlaına çok az bağlıdı. Buna kaşılık, eşzamanlı ve set anahtalama ile ana anahta iletime ve ana diyot kesime gie, böylece aynı zamanda bi kısa deve oluşu. Büyük değelede kayıplaa ve EMI güültüye neden olan bu kısa devenin önlenmesi, oldukça zodu. Ayıca, yadımcı anahta set anahtalama ile kesime gie ve anahtalaın paazitik kondansatölei anahtala üzeinden boşalı (Hua vd., 1994; Mao vd., 1997). Son yıllada ZVT ve ZCT teknikleinin bileştiilmesiyle elde edilen ZVZCT li dönüştüücüle öneilmişti (Stein vd., 2000, Bodu vd., 2004). Bu dönüştüücülede ana anahtaın iletime ve kesime gime işlemlei tam olaak sıfı geilimde ve sıfı akımda geçekleştiilmektedi. Ayıca ilave olaak kullanılan yadımcı anahtaında yumuşak anahtalama ile iletime gimesi ve kesime gimesi sağlanmıştı. Bölüm 2 de genel olaak DC-DC dönüştüücüle ve kontol tekniklei hakkında kısa bilgi veilmiş, Bölüm 3 te yumuşak anahtalama tekniklei anlatılmıştı. Bölüm 4 te liteatüde bulunan ve geliştiilen dönüştüücüye benzeyen iki adet sıfı geilimde anahtalamalı DC-DC dönüştüücü incelenmişti. Bölüm 5 te temel ZCT-PWM de kaşılaşılan poblemlein büyük bi kısmını çözen bi aktif bastıma hücesi sunulmuştu. Bu çalışmada esas olaak temel ZCT-PWM deki kontol yöntemi değiştiilmişti. Kontol yöntemindeki değişiklikle temel ZCT devesinde hehangi bi değişiklik yapmadan ZVT ve ZCT ile çalışma sağlanmıştı. Öneilen dönüştüücüde ana anahta ZVT ile iletime ve ZCT ile kesime gimektedi. Sunulan bastıma hüceli dönüştüücüde bütün yaı iletken elemanla yumuşak anahtalama ile çalışı. Sunulan dönüştüücünün çalışma pensibi ve teoik analizi, 1 kw ve 100 khz lik bi yükseltici dönüştüücü pototipi ile doğulanmıştı.

14 3 2. DC DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER VE KONTROL TEKNİKLERİ Gün geçtikçe daha çok uygulama alanı bulan DC DC dönüştüücüle, akademik ve patik çalışmalada geniş ye tutmaya devam etmektedi. Bu dönüştüücüleden temel olaak geniş bi aalıkta ayalanabilen, düzgün ve egüleli bi DC çıkış geilimi ile yüksek bi veim istenmektedi. DC tansfomatöle olaak da kabul edilen bu dönüştüücüle, 1. Anahtalamalı DC DC dönüştüücüle 2. Rezonanslı DC DC dönüştüücüle şeklinde iki ana guba ayılı. Fakat, DC DC dönüştüücüle denildiğinde, daha çok anahtalamalı dönüştüücüle anlaşılmaktadı. Bu duumda, ezonanslı dönüştüücüle özel bi tü olaak da kabul edilebili (Bodu, 2003). 2.1 Anahtalamalı DC DC Dönüştüücüle Anahtalamalı DC DC dönüştüücüle, genellikle Dabe Genişlik Modülasyonu (PWM) tekniği ile kontol edilmektedi. Hızlı geçiş cevabı ve yüksek güç yoğunluğu nedeniyle, bu dönüştüücüle endüstide yaygın olaak kullanılmaktadı. Bu dönüştüücüle, geniş bi aalıkta ayalanabilen, düzgün ve egüleli bi DC geilim sağlayabilmektedi. Anahtalamalı temel DC DC dönüştüücüle, bi kontollü yaı iletken güç elemanı, bi yaı iletken güç diyodu ve bi anahtalama endüktansından oluşan üç temel elemanın faklı şekillede bağlanmasıyla elde edilmişti. Devede ya tam iletimde ya da tam kesimde olaak çalıştıılan kontollü güç elemanına, güç anahtaı veya aktif eleman denilmektedi. Diyot ise yaı iletken pasif güç elemanıdı. Ayıca, çalışma fekansına göe endüktans değeinin yeteince büyük olduğu ve böylece endüktanstan geçen akımın genellikle kesintisiz ve düzgün olduğu kabul edilmektedi. Anahtalamalı DC DC dönüştüücülein çalışma pensibi, anahtalanan endüktansın eneji aktaımına dayalıdı. Bu dönüştüücülede, bi anahtalama peyodu içeisinde ya güç anahtaı ya da güç diyodu iletimdedi. Genellikle, anahta iletimde iken endüktansa enjekte edilen eneji, diyot iletimde iken çıkışa aktaılı (Bodu, 2003).

15 Anahtalamalı DC DC Dönüştüücülein Sınıflandıılması Faklı şekillede sınıflandıılan anahtalamalı DC DC dönüştüücülein çok kabul göen bi sınıflaması aşağıda veildiği gibidi İzolasyonsuz Temel DC DC Dönüştüücüle a) Düşüücü (buck) dönüştüücü b) Yükseltici (boost) dönüştüücü c) Düşüücü yükseltici ( buck boost ) dönüştüücü d) Cuk dönüştüücü e) Sepic dönüştüücü f) Zeta dönüştüücü İzolasyonlu DC DC dönüştüücüle a) İlei yönlü (fowad) dönüştüücü b) Gei dönüşlü (fly-back) dönüştüücü c) Push pull dönüştüücü d) Yaım köpü ( half-bidge) dönüştüücü e) Tam köpü (full-bidge) dönüştüücü Aslında, izolasyonsuz olan ilk 3 dönüştüücü temel dönüştüücüledi. Diğe bütün dönüştüücüle, bu 3 dönüştüücüden biisinin kaakteistiğine sahipti. Ayıca, genellikle izolasyonlu olaak kullanılan yaım ve tam köpü dönüştüücüle, izolasyonsuz olaak da geçekleştiilebilmektedi. İzolasyonsuz düşüücü ve yükseltici ile izolasyonlu push pull dönüştüücüle daha çok kullanılmaktadı.

16 Dabe Genişlik Modülasyonu (PWM) Tekniği Anahtalamalı DC DC dönüştüücülede, bi anahtalama peyodu içeisinde güç anahtaı iletim süesinin anahtalama peyoduna oanı, dabe/peyot oanı veya bağıl iletim süesi olaak tanımlanı ve λ veya D ile gösteili. Böylece, bağıl iletim süesi için, T1 λ = (2.1) T p 0 < λ < 1 (2.2) yazılabili. Bağıl iletim süesi λ nın kontolü ile, DC çıkış geiliminin ayalanması ve bu geilimin giiş geilimi ile çıkış akımındaki değişmelee kaşı egüle edilmesi sağlanmaktadı. Şekil 2.1 Pensip olaak PWM tekniği. Bu dönüştüücüle, genellikle dabe genişlik modülasyou (PWM) tekniği ile kontol edilmektedi. Bu teknikte, sabit çalışma fekansı altında güç anahtaının iletim süesi

17 6 değiştiileek, bağıl iletim süesi λ böylece DC çıkış geilimi kontol edilmektedi. Geçekleştiilmesi de oldukça kolay olan PWM tekniğinde, güç anahtaı kontol sinyalinin nasıl elde edildiği ve kontolün nasıl sağlandığı, pensip olaak Şekil 2.1 de göülmektedi. PWM tekniğinde, Şekil 2.1 den göüldüğü gibi, istenen bi efeans geilim V ile gei besleme geilimi V f nin bi amplifikatöden geçiilmesiyle kontol geilimi V c elde edilmekte ve bu geilim ile istenen fekansta bi testee dişi geilim V st nin kaşılaştıılmasıyla güç anahtaının kontol sinyali elde edilmektedi. Buada, efeans giiş geilimi ile DC çıkış geiliminin ayaı ve gei besleme giiş geilimi ile DC çıkış geiliminin egülasyonu sağlanmaktadı. Anahtalamalı dönüştüücülein DC çıkış geilimi, ayıca fekans modülasyonu (FM) tekniği ile de kontol edilebilmektedi. Bu teknikte ise, anahtalama fekansı veya peyot değiştiileek, bağıl iletim süesi ve böylece DC çıkış geilimi kontol edilmektedi. Bu kontol yöntemi, ancak hafif yük veya geçici ejim şatlaında çalışma gibi zounlu hallede ve geçici olaak kullanılmaktadı (Bodu, 2003) Anahtalamalı Temel DC DC Dönüştüücüle Bu bölümde, bi güç anahtaı ve bi güç diyodu ile bi anahtalama endüktasının faklı şekillede bağlanmasıyla geçekleştiilen, izolasyonsuz anahtalamalı 3 temel DC DC dönüştüücünün çalışma pensibi ve genel özelliklei incelenmişti. Bu incelemede, giiş ve çıkış geilim kaynaklaı, güç anahtalaı ve güç diyodu ile endüktans ve kondansatö ideal kabul edilmişti. Analizde, ayıca endüktanstan geçen akımın kesintisiz olduğu kabul edilmişti. Kaalı ejimde çalışan temel dönüştüücülein hepsinde, otalama endüktans akımı daima güç anahtaı ve güç diyodu akımlaının toplamına eşitti. Endüktans geilimi ve kondansatö akımı otalama olaak daima sıfıdı. Endüktans akımı ile kondansatö geilimindeki atma ve azalma miktalaı daima bibiine eşitti. DC çıkış geilimi, otalama endüktans geiliminin sıfı olmasından veya endüktans akımındaki atma ve azalma miktalaının bibiine eşitliğinden bulunabili. Ayıca, endüktans akımındaki dalgalanma miktaı bu akımdaki atma ile azalma miktalaının bibiine eşitliğinden ve çıkış geilimindeki dalgalanma miktaı kondansatö geilimindeki atma ile azalma miktalaının bibiine eşitliğinden kolayca bulunabili(bodu, 2003).

18 7 2.2 Rezonanslı DC DC Dönüştüücüle Temel olaak, sei bağlı bi endüktans ile bi kondansatöün bi geilim kaynağıyla beslenmesine sei ezonans devesi ve paalel bağlı bi endüktans ile bi kondansatöün bi akım kaynağıyla beslenmesine ise paalel ezonans devesi denilmektedi. Rezonanslı dönüştüücüle, ezonans develei kullanılaak geçekleştiilen dönüştüücü develeidi. Bu şekilde elde edilen çok sayıda ve tüde dönüştüücü mevcuttu. Buada ezonanslı dönüştüücüle etaflı olaak incelenmemişti. Anahtalamalı dönüştüücüle ile bi kaşılaştıma yapılabilmesi için, temel olaak ezonanslı dönüştüme kavamı ve ezonans kontol tekniği ile önek bi ezonanslı dönüştüücü ve temel ezonans bağıntılaı ele alınmıştı (Bodu, 2003). Rezonans develei, aşağıda veilen iki temel amaç ile dönüştüücü uygulamalaında kullanılmaktadı. 1. Tisölein komütasyonunu ve böylece tistölü develein çalışmasını sağlamak. 2. Güç elemanlaının sıfı akım veya sıfı geilimde anahtalanmasını (ZCS veya ZVS) ve böylece anahtalama kayıplaının bastıılmasını sağlamak. Rezonanslı DC DC dönüştüücülein çalışma pensibi, oluştuulan ezonans develeinin eneji tansfeine dayalıdı. Bu amaçla sei, paalel ve kamaşık olmak üzee çok sayıda ve tüde ezonans develei geliştiilmişti. Rezonanslı dönüştüücüle ile öncelei tistölü develein çalıştıılabilmesi amaçlanıken, son yıllada daha çok yaı iletken güç elemanlaında sıfı akımda veya sıfı geilimde anahtalama (ZCS veya ZVS) hedeflenmektedi Rezonans Kontol Tekniği Rezonans kontol tekniğinde, sıfı akım veya sıfı geilim dedektölei kullanılaak, akım veya geilimin sıfı olduğu esnada güç elemanlaının iletim veya kesime gimesi sağlanı. Buada, ezonans devesi taafından belilenen çalışma fekansı, genellikle çıkış gücüne bağlı olaak değişmektedi. Bu teknikte, ezonansla aasında bıakılan boşluğun veya giiş kaynağının akım veya geilim değeinin değiştiilmesi ile çıkış gücü kontol edili. Bu ezonanslı dönüştüücünün en önemli avantajı, devedeki güç anahtaının iletim ve kesime gime işlemleinin sıfı akımda anahtalama (ZCS) altında geçekleşmesidi. Bu özellik doğudan dönüştüücünün ismine yansımıştı.

19 8 Kontol sinyalinin elde edilebilmesi için akım ve geilim dedektöleinin kullanılması geektiğinden, kontolün zo olduğu söylenebili. Bu dönüştüücüde çıkış geilimi 0 ile V i aalığında kontol edilebili. Ancak, bu kontol diyodun iletim aalığı değiştiileek sağlanabildiğinden, çalışma fekansı geniş bi aalıkla değişmektedi. Çalışma fekansı veya çıkış geilimi, ayıca I o yük akımına çok bağlıdı. Ayıca, bu dönüştüücüde akım ve geilim değişimlei çok dalgalıdı. Güç anahtaı ile güç diyodu aşıı akım veya aşıı geilim stesine mauz kalmaktadı. Böylece, elemanlaın nominal değelei yükselmekte ve devenin güç yoğunluğu düşmektedi (Bodu, 2003). 2.3 Anahtalamalı ve Rezonanslı DC DC Dönüştüücülein Kaşılaştıılması Anahtalamalı ve ezonanslı DC DC dönüştüücülein ayıntılı bi kaşılaştıması Çizelge 2.1 de veilmişti. Bu tablodan açıkça göüldüğü gibi anahtalamalı dönüştüücüle set anahtalama dışında büyük bi üstünlük sağlamaktadı (Bodu, 2003). Çizelge 2.1 Anahtalamalı ve Rezonanslı DC DC dönüştüücülein kaşılaştıılması (Bodu, 2003). Kaşılaştıma Konusu Anahtalamalı Rezonanslı Kontol tekniği PWM Rezonans Kontol kolaylığı Çok kolay Zo Çalışma fekansı Sabit Değişken Fekansın yüke bağlılığı Bağlı değil Bağlı Güç elemanlaının iletim Set Yumuşak ve kesime gime işlemlei Güç elemanlaının akım Nomal Aşıı ve geilim steslei Güç elemanlaının Nomal Yüksek nominal değelei Akım ve geilim değişimleinde Yok Fazla dalgalanma Güç yoğunluğu Çok yüksek Düşük Cevap veme Çok hızlı Yavaş

20 3. YUMUŞAK ANAHTARLAMA TEKNİKLERİ Yumuşak Anahtalama ve Bastıma Hücesi Kavamı Anahtalama, temel olaak bi güç elemanının iletim ve kesime gime işlemleidi. Anahtalama işlemleinde, güç anahtaının akım ve geiliminin üstüste binmesiyle oluşan anahtalama kayıplaı yanında, güç diyodunun tes topalanma kaybı ve güç anahtaının paazitik kondansatöünün deşaj kaybı da oluşmaktadı. Bu anahtalama kayıplaının hepsi anahtalama fekansı ile doğu oantılıdı. Ek bi düzen kullanılmadan doğal olaak geçekleşen anahtalamalaa Set Anahtalama (HS) denilmektedi (Bodu, 2003). Set anahtalamayla çalışan develede, anahtalama kayıplaı attıkça, kullanılan güç elemanlaının nominal değelei ile soğutucu ve soğutma sisteminin boyutlaı da ata. Sonuç olaak, devenin hacmi ile maliyeti ata ve güç yoğunluğu düşe. Bununla beabe, anahtalama işlemlei sıasında, büyük değeli olan akım ve geilim yükselme hızlaı, yüksek değeli Elektomanyetik Giişimi (EMI) ve Radyofekans Giişimi (RFI) güültüleine neden olu. Bu güültüle ise, kontol ve habeleşme sinyalleini boza. Set anahtalamadaki bu poblemlein çözülmesi azusu Yumuşak Anahtalama (SS) kavamını otaya çıkamıştı. Yumuşak anahtalama, temel olaak, anahtalama kayıplaı ile EMI güültünün özel düzenlele yok edilmesi veya en aza indiilmesi şeklinde tanımlanı. Yayınlada stes azaltma, bastıma, yük hattını şekillendime gibi teimlele de ifade edilen yumuşak anahtalama, anahtalama esnasında, elemanın mauz kaldığı akım ve geilim değelei ile akım ve geilim yükselme hızlaının bastıılması, akım ve geilim değişimleinin şekillendiilmesi, anahtalama kayıplaı ile EMI güültünün azaltılması ve anahtalama enejisinin yüke veya kaynağa tansfe edilmesi fonksiyonlaını kapsa. Yumuşak anahtalama amacıyla geliştiilen ve dönüştüücülein temel bi paçası olmayan ilave düzen ve develee ise bastıma hücelei denilmektedi. Bastıma hücelei, klasik ve moden olaak iki guba ayılı. Bu hücele aasındaki temel fak, moden hücelein bi kısmi ezonansa sahip olmalaıdı. Bu ezonans, sadece anahtalama işlemlei sıasında etkili olan geçici, peiyodun tümüne yayılmayan ve yük akımından bağımsız bi ezonanstı. Kısmi ezonans, temel olaak, bastıma işleminin kısa süeli ve mükemmel olması ile bastıma enejisinin gei kazanılmasını sağla. Bastıma hücelei, dönüştüücünün ana anahta ve ana diyodu üzeinde ilave akım ve geilim stesleinin veya ek kayıplaın oluşmasına neden olabili. Bu ek kayıpla yok edilmeli veya en

21 10 düşük seviyelede tutulmalıdı. Ayıca, bu hücelein çalışması güç anahtaının iletim ve kesime gime süeleinin dışına taşınabili. Bu taşmala minimum seviyelede kalmalı, böylece bastıma hücesi PWM kontoluna mani olmamalı ve dönüştüücü değişken veya hafif yüklede de çalışabilmelidi. İlave olaak, bastıma hücelei dönüştüücünün kamaşıklık ve fiyatını attıabili. Bu atışla da düşük seviyelede kalmalıdı. Yumuşak anahtalama veya bastıma hüceleinde nihai amacın devenin güç yoğunluğunun attıılması olduğu daima göz önünde tutulmalıdı. Bi bastıma hücesinin seçilme kaaı, bu hücenin sağladığı bütün yumuşak anahtalama yaalaı ile bu hücenin neden olduğu ek külfetle iyice kaşılaştıılaak veilmelidi. Yumuşak anahtalamadan istenen fonksiyonla, genel olaak aşağıda sıalanmıştı. Bu fonksiyonlaın çoğu bibiine bağlı veya bibiinin tamamlayıcısı niteliğindedi. Anahtalama geçişlei esnasında akım ve geilimin üstüste binmesini azaltmak. Akım ve geilimin yükselme hızlaını sınılamak. Yük hattı akım ve geilim değişimleini düzenlemek. Anahtalama eneji kayıplaını bastımak. EMI ve RFI güültüleini bastımak. Anahtalama enejileini gei kazanmak. Çalışma fekansını yükseltmek. Peyodun büyük bi kısmında PWM çalışmayı koumak. Hafif yüklede de yumuşak anahtalamayı südümek. Devenin boyut ve maliyetini düşümek. Devenin veim ve güç yoğunluğunu attımak. DC-DC dönüştüücülede, iletim ve kesim duumlaındaki akım ve geilim değişimleinde dalgalanmala olmadığından, sikülasyon enejisi veya eaktif enejinin de olmadığı söylenebili. Bu duum ise, anahtalama işlemlei dikkate alınmadığında, bu devedeki güç yoğunluğunun çok yüksek olduğunu göstei. Ayıca, anahtalama fekansı yükseldikçe, endüktans ile kondansatö değelei oantılı olaak düşe ve güç yoğunluğu daha da ata. Ancak, fekans yükseldiğinde, anahtalamadaki eneji kayıplaı ve EMI güültü de atmaktadı. Bu nedenle, endüstide yaygın olaak kullanılan PWM DC-DC dönüştüücülein gelişimi, anahtalama poblemleinin çözümüne dayalıdı. Bu yüzden yumuşak anahtalama tekniklei, anahtalama kayıplaını düşüeek, çalışma fekansının attıılmasına olanak sağladığı için PWM DC-DC dönüştüücülein gelişiminde çok önemli bi ole sahipti. Ve

22 11 akademik ve endüstiyel çalışmalada he geçen gün atan bi şekilde südümektedi (Bodu, 2003). cazibesini 3.2 Yumuşak Anahtalama Tekniklei Yumuşak anahtalama tekniklei, genel olaak, Sıfı Akımda Anahtalama (ZCS) Sıfı Geilimde Anahtalama (ZVS) Sıfı Akımda Geçiş (ZCT) Sıfı Geilimde Geçiş (ZVT) şeklinde 4 genel guba ayılı. Şekil 3.1 de, bi anahtalama elemanının kontol sinyali ile set anahtalama (HS) ve yumuşak anahtalama (SS) teknikleiyle ilgili temel dalga şekillei göülmektedi. ZCS ile ZVS temel ve ZCT ile ZVT ilei yumuşak anahtalama teknikleidi. Şekil 3.1 (a) Bi anahtalama güç elemanın kontol sinyali ile (b) HS (c) ZCS ile ZVS ve (d) ZCT ile ZVT çalışmalaıyla ilgili temel dalga şekillei (Bodu, 2003).

23 Sıfı Akımda Anahtalama (ZCS) Sıfı Akımda Anahtalama (ZCS), iletime gime işleminde geçekleştiilen bi SS tekniğidi. Bu teknikte, temel olaak güç anahtaına küçük değeli bi endüktans sei bağlanaak, iletime gime işleminde elemandan geçen akımın yükselme hızı sınılanı. Böylece, akım ile geilimin üstüste binmesi ve anahtalama eneji kaybı azaltılı. Aslında, iletime gime işlemindeki anahtalama enejisi endüktansa aktaılı. Endüktanstaki bu eneji, klasik hücelede bi diençte hacanı, fakat moden hücelede kısa süeli bi kısmi ezonans ile geilim kaynağı veya yüke aktaılaak gei kazanılı Sıfı Geilimde Anahtalama (ZVS) Sıfı Geilimde Anahtalama (ZVS), kesime gime işleminde geçekleştiilen bi SS tekniğidi. Bu teknikte, temel olaak güç anahtaına küçük değeli bi kondansatö paalel bağlanaak, iletimden çıkma işleminde elemanın uçlaında oluşan geilimin yükselme hızı sınılanı. Böylece, iletimden çıkma işleminde, anahtalama eneji kaybı azaltılı ve anahtalama enejisi kondansatöe aktaılı. Kondansatödeki bu eneji, moden hücelede gei kazanılı. ZCS ve ZVS teknikleinde anahtalama eneji kaybı tamamen yok edilememektedi. Bu nedenle, bu tekniklee yaklaşık ZCS ve yaklaşık ZVS tekniklei de denilmektedi. Genel olaak, ZCS de kullanılan endüktansa sei bastıma elemanı ve ZVS de kullanılan kondansatöe paalel bastıma elemanı denili. Nomal olaak, sei endüktans güç elemanı üzeinde ilave bi geilim stesine ve paalel kondansatö ise ilave bi akım stesine neden olu. Sei endüktansın neden olduğu ek geilim stesinin önlenemediği kabul edilmektedi Sıfı Akımda Geçiş (ZCT) Sıfı Akımda Geçiş (ZCT), kesime gime işleminde geçekleştiilen ilei bi SS tekniğidi. Bu teknikte, güç anahtaından geçen akım kısa süeli bi kısmi ezonansla sıfıa düşüülü ve akım sıfıda tutuluken kontol sinyali kesili. Böylece, akım ile geilimin üstüste binmesi ve anahtalama eneji kaybı tamamen yok edili. Mükemmel bi kesime gime işlemi sağlanı. Buada hem ZCS hem de ZVS nin sağlandığı söylenebili. Akımın sıfıa düşmesi ilei alınaak geçekleştiilen bi SS tekniğidi. Anahtalama enejisinin gei kazanıldığı bu teknik, ancak moden hücelele sağlanabili ve bi yadımcı veya ilave yaı iletken anahta geektii Sıfı Geilimde Geçiş (ZVT) Sıfı Geilimde Geçiş (ZVT), iletime gime işleminde uygulanan ilei bi SS tekniğidi. Bu

24 13 teknikte, güç anahtaı uçlaındaki geilim kısa süeli bi kısmi ezonansla sıfıa düşüülü ve bu geilim sıfıda tutuluken kontol sinyali uygulanı. Böylece, anahtalama eneji kaybı tamamen yok edili ve mükemmel bi iletime gime işlemi sağlanı. Geilimin sıfıa düşmesi ilei alınaak geçekleştiilen bu teknikte de hem ZVS hem de ZCS nin sağladığı söylenebili. Anahtalama enejisinin gei kazanıldığı bu teknik de moden hücelele elde edili ve ilave bi anahta geektii. Buada hemen şunun belitilmesi geeki ki, sadece bu teknikte güç anahtaının paazitik kondansatöünün deşaj eneji kaybı yok edili ve bu eneji gei kazanılı. Yüksek değelede paazitik kondansatölee sahip olan MOSFET güç elemanlaında bu SS tekniği büyük önem taşı (Bodu, 2003).

25 14 4. SIFIR GERİLİMDE ANAHTARLAMALI DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER Bu bölümde, tezde geliştiilen deve ile liteatüde ye alan ZVT PWM DC-DC dönüştüücülein kaşılaştıılmasının yapılabilmesi için (Moschopoulos vd., 1995) ve (Tseng ve Chen, 1998) taafından sunulmuş olan iki deve detaylı olaak incelenmişti. 4.1 DÖNÜŞTÜRÜCÜ-1 Bu çalışmada, temel dönüştüücü poblemleini çözen yeni bi sıfı geilimde anahtalamalı (ZVS) PWM yükseltici dönüştüücü geliştiilmişti (Moschopoulos vd., 1995). Temel dönüştüücülein poblemlei aşağıda sıalanmıştı. 1. Ana anahta için yumuşak anahtalama sağlanıken kullanılan yadımcı anahtaın kesime gimesi kayıplıdı. 2. Yadımcı anahta ana anahtaın sıfı akımda anahtalama (ZCS) ile kesime gimesini sağla, fakat özellikle MOSFET lede iletime gime kayıplaını azaltmaz. 3. Yadımcı anahta anahtalama peiyodunun büyük bi kısmında çıkış geiliminin iki katına mauz kaldığından yüksek geilim stesine sahipti. 4. Yadımcı anahta için izoleli süme devesi geeklidi. 5. Standat PWM dönüştüücüye eklenen güç ve kontol develei kamaşıktı. Şekil 4.1 de gösteilen bu dönüştüücü ilave bi ezonans devesi içemektedi. Rezonans devesi, ana anahta uçlaına paalel bağlanmıştı ve devedeki anahtalama kayıplaı çok düşüktü. Aşağıda dönüştüücünün çalışma aalıklaı açıklanmış ve geliştiilen tasaım yöntemi ile dönüştüücünün uygulanabililiği deneysel pototipten alınan sonuçlala gösteilmişti. Şekil 4.1 ZVS PWM yükseltici dönüştüücünün deve şeması.

26 Çalışma Aalıklaı Bu bölümde dönüştüücünün bi anahtalama peiyodu içinde oluşan çalışma aalıklaı açıklanmış ve he bi çalışma aalığının matematiksel analizi veilmişti. Dönüştüücüye ait temel dalga şekillei Şekil 4.2 de, çalışma aalıklaı Şekil 4.3-Şekil 4.10 da veilmişti. Analizde, 1. L in giiş endüktansının, yadımcı deveden akım geçeken sabit akım kaynağı gibi davanacak kada büyük olduğu, 2. C o çıkış filte kondansatöünün sabit geilim kaynağı kabul edilebilecek kada büyük olduğu, 3. S 2 yadımcı anahtaı iletimde iken R diencine sahip olduğu, 4. S 1 ana anahtaının ihmal edilebilecek dience sahip olduğu kabul edilmişti. Şekil 4.2 Dönüştüücüye ait temel dalga şekillei

27 16 Aalık 0 [t<t 0 ] Şekil 4.3 Aalık 0 a ait eşdeğe deve şeması. S 1 ana anahtaı ve S 2 yadımcı anahtaı kesimdedi. D 1 diyodu iletimdedi ve akım diyot üzeinden yüke doğu geçe. C ezonans kondansatöü V * geilimi ile doludu. S 2 uçlaındaki geilim V o -V * dı. Aalık 1 [t 0 -t 1 ] Şekil 4.4 Aalık 1 e ait eşdeğe deve şeması. S 2 nin kontol sinyalinin veilmesiyle L ezonans endüktansı ve C ezonans kondansatöü aasında bi ezonans başla. D 1 diyodunun akımı yadımcı deveden geçen akımın yükselme hızına bağlı olaak azalı. L endüktansı akım yükselme hızını sınıladığından S 2 anahtaı ZCS altında iletime gimiş olu. L di dt L t 1 * = Vo ILdt V ILR C (4.1) 0 dv dt C C = IL (4.2)

28 17 Buada duum değişkenlei, I L ezonans endüktansı akımı ve V C ezonans kondansatöü geilimidi. I L =0 ve V C =V * başlangıç koşullaı kullanılaak (4.1) ve (4.2) nolu denklemle çözülüse aşağıdaki eşitlikle elde edili. I L = Vo V ω L * e ξt sin ω t (4.3) V C = V o ω ω o * (V V )e o ξt cos( ω t ψ) (4.4) Buada, R 2L ξ = (4.5) 1 ω o = (4.6) L C 2 2 ω = ωo ξ (4.7) ψ = tan 1 ω ξ (4.8) Bu aalığın sonunda I L akımı I in değeine ve V C geilimi V ** değeine ulaşı. Aalık 2 [t 1 -t 2 ] Şekil 4.5 Aalık 2 ye ait eşdeğe deve şeması. I L giiş akımının üstüne çıktığında D 1 diyodundan geçen akım sıfıa düşe ve diyot kesime gie. Bu aalıkta C s1, C ve L aasında bi ezonans başla. I L akımı atmaya devam ede. I L

29 18 akımının giiş akımından fazla olan kısmı S 1 uçlaındaki kondansatöü C s1 i deşaj ede. Duum denklemlei aşağıda veilmişti. L di dt L t 1 ** = VCs1 ILdt V ILR C (4.9) 0 dv dt C C = IL (4.10) C s1 dv dt Cs1 = (I I ) (4.11) L in I L =I in, V C =V ** ve V CS1 =V o başlangıç şatlaı kullanılaak (4.9)-(4.11) denklemlei çözüldüğünde aşağıdaki eşitlikle elde edili. ξt I L = e (A cos ω' t + B sin ω' t) + I in C C p s1 (4.12) VC s1 t = ξ e ( E C s1 cos ω' t + F C s1 sin ω' t) I in C p + C C s1 2 s1 t + V o E C s1 (4.13) C t E F p ** VC = e ξ ( cos ω' t + sin ω' t) Iin t + V + C C C C s1 E C (4.14) Buada, C p C C C + C s1 = (4.15) s1 C A = I (4.16) p in C B V V I R ω' L ** o in = (4.17) + L ξa ' ξa + Bω E = (4.18) ω '2 o

30 19 ' ξb + Aω F = (4.19) ω '2 o olaak veili. Denklem (4.6) ve (4.7) de C yeine C p konulaak ω o ' ve ω ' bulunu. Bu aalık C S1 tamamen deşaj olduğunda sona ee. Aalığın sonunda I L = I *** ve V C = V *** olu. Aalık 3 [t 2 -t 3 ] Şekil 4.6 Aalık 3 e ait eşdeğe deve şeması. Bu aalık S 1 in tes paalel diyodunun iletime gimesiyle başla. C ve L aasında bi ezonans oluşu. Diyodun iletimde olduğu süe içeisinde S 1 in kontol sinyali uygulandığından S 1 ZVS altında iletime gie. Bu aalıkta, L di dt L t 1 *** = ILdt V ILR C (4.20) 0 dv dt C C = IL (4.21) eşitliklei mevcuttu. Başlangıç koşullaı I L =I *** ve V C =V *** kullanılaak (4.20)-(4.21) denklemlei çözüldüğünde I L = e ξt (I *** cos ω t + G sin ω' t) (4.22) H ξt *** VC = e ( cosωt + sin ωt) + V + C C J H C (4.23) elde edili. Buada, G (V + I R) + L ξi ω L *** *** *** = (4.24)

31 20 H ξi + Gω *** = (4.25) 2 ωo J ξh I ω *** = (4.26) 2 ωo eşitliklei geçelidi. Bu aalığın sonunda I L =I in değeine ulaşı. Aalık 4 [t 3 -t 4 ] Şekil 4.7 Aalık 4 e ait eşdeğe deve şeması. L akımının I in in altına düşmesiyle S 1 iletime gie. L akımı pozitif olduğu süece bu aalık devam ede. I L akımı sıfı olduğunda bu aalık sona ee. Bu aalıktaki denklemle Aalık 3 teki denklemle ile aynıdı. Aalık 5 [t 4 -t 5 ] Şekil 4.8 Aalık 5 e ait eşdeğe deve şeması. S 1 in giiş akımını geçimesiyle başlayan bu aalıkta, C ve L aasında S 2 nin diyodu üzeinden tes bi ezonans oluşu. S 1 den geçen akım, giiş akımı ile ezonans akımının toplamına eşitti. S 2 nin dahili diyodunun iletimde olduğu aalıkta kontol sinyalinin kesilmesiyle S 2 ZVS altında kesime gie. Duum denklemlei aşağıda veilmişti.

32 21 L di dt L t 1 **** = ILdt V C (4.27) 0 dv dt C C = IL (4.28) I L =0 ve V C =V **** çözüldüğünde, başlangıç değelei kullanılaak (4.27) ve (4.28) nolu denklemle I L V C **** Vo V = sin ωot (4.29) ω L o **** = V (V V )cosω t (4.30) o o o eşitliklei elde edili. Kaalı duumda bu aalığın sonunda V C, yadımcı deve iletime gimeden önceki değei olan V * a ulaşı. Aalık 6 [t 5 -t 6 ] Şekil 4.9 Aalık 6 ya ait eşdeğe deve şeması. Bu aalıkta devenin çalışması standat PWM yükseltici dönüştüücü ile aynıdı.

33 22 Aalık 7 [t 6 -t 7 ] Şekil 4.10 Aalık 7 ye ait eşdeğe deve şeması. S 1 in kontol sinyalinin kesilmesiyle bilikte S 1 anahtaı ZVS altında kesime gie ve C s1 kondansatöünün geilimi çıkış geilimine eşit olana kada giiş akımı ile şaj olu. Çıkış geilimine eiştiğinde başka bi anahtalama peiyodu başla D 1 diyodu iletime gie ve giiş akımı diyot üzeinden çıkışa aktaılı. Çizelge 4.1 Devede kullanılan elemanlaın anahtalama duumlaı ve mauz kaldığı maksimum değele. Elemanlaın Mauz Kaldığı Eleman İletime Gime Kesime Gime Maksimum Geilim Maksimum Akım S 1 ZVT (ZCS, ZVS) ZVS V o I in + I Lmax (t 45 ) S 2 ZCS ZCT (ZCS, ZVS) V o - V* I Lmax (t 2 ) D 1 ZVS ZCS, ZVS V o I in Tasaım Kitelei Çalışma aalıklaı için elde edilen denklemle kullanılaak, Şekil 4.11(a)-(b) de gösteilen kaakteistik eğile üetili. Yadımcı ezonans devesi ana anahta iletime gimeden önce aktif hale geldiğinden, devenin çalışması V o çıkış geilimine bağlı olduğu gibi giiş akımının minimum değei I in e de bağlıdı. Çıkış geiliminin giiş akımının minimum değeine oanı V o Z b = (4.31) Iin şeklinde tanımlanı. Kaakteistik eğile Z b değişkenine göe elde edili. Eğilein üetilmesi amacıyla deve faklı çalışma şatlaında PROTEUS pogamı ile simüle edilmişti.

34 23 Simülasyon pogamından elde edilen çıktıla kullanılaak değişimle çizdiilmişti. Şekil 4.11(a)-(b) ve Şekil 4.13(a)-(c) de Z b =60 için elde edilen eğile gösteilmektedi. Geilim ve akım için baz değele V o ve I in olaak alınmıştı. Bu eğile için yadımcı anahtaın iletim duumundaki dienci R =1 ohm kabul edilmişti. Şekil 4.11(a) da ana anahta akımının tepe değei I S1,peak ve ezonans elemanlaının empedansı L Z = (4.32) C aasındaki ilişki K=C /C S1 in faklı değelei için gösteilmişti. Bu eğileden I S1,peak in Z ve C /C S1 azalıken attığı göülmektedi. Yadımcı devenin ezonans peiyodu T, Z ve C /C S1 e bağlı olaak (4.33) eşitliğinde veilmişti. I S1,peak ile T aasındaki ilişki (4.33) te göülmektedi. T C = 2π LC = 2πCs1Z (4.33) Cs1 I S1,peak ile Z aasındaki ilişki Şekil 4.11(a) da gösteilmişti. Şekil 4.11(a) I S1peak (A) Z (Ω) kaakteistiği. Şekil 4.11(b) de yadımcı anahta uçlaındaki geilim V S2 ile Z aasındaki ilişki gösteilmişti. Yadımcı anahtaın geilim stesi çıkış geiliminden daha büyük olmasına ağmen, bu stesin çıkış geiliminin iki katından küçük olması sağlanabili. Genelde diğe sıfı geilim geçişli (ZVT) yükseltici dönüştüücülede de geilim stesi bulunu. Anahtalama peiyodu boyunca ezonans kondansatöü uçlaındaki geilim V C yadımcı anahtada yüksek geilim stesine neden olu ve V C, V S2 -V o ya eşitti.

35 24 Şekil 4.11(b) V S2 (V) Z (Ω) kaakteistiği. Bu dönüştüücüde, C S1 deşaj olduktan sona ana anahta iletime giese ZVS ile iletime gime sağlanı, fakat ezonans devesinden geçen akım ana anahta iletime gimeden giiş akımının altına düşese C S1 teka şaj olmaya başla. Şekil 4.12 de gösteildiği gibi yadımcı anahta S 2, t 0 anında iletime gidikten sona, t A -t B zaman aalığı içinde S 1 anahtaının süme sinyali veilise ZVS ile iletime gimesi sağlanı. Rezonans devesinin elemanlaı olan L ve C nin değelei, deve aktif hale geldiğinde C S1 kondansatöünü deşaj edecek yeteli enejiyi sağlayacak şekilde seçilmelidi. Şekil 4.12 ZVS aalığı Z kaakteistiği. Şekil 4.13(a)-(c) de ZVS çalışma süelei ile ilgili kaakteistik eğile gösteilmişti. Değişimle S 2 iletime gidikten sona S 1 in ZVS altında iletime giebileceği en eken ve en geç zamanlaı göstei. S 1 anahtaı t A ve t B aasında iletime sokulduğunda he zaman ZVS ile iletime gie. Bu zamanla ezonans devesinin peiyoduna göe tanımlanı.

36 25 Şekil 4.13(a) t A (ns) Z (Ω) kaakteistiği Şekil 4.13(b) t B (ns) Z (Ω) kaakteistiği. Şekil 4.13(c) t ZVT (ns) - Z (Ω) kaakteistiği

37 26 V S2, V C, I S1p, t A, t B paameteleinin I in ve R ye bağlı değişimlei sıasıyla Şekil 4.14 ve Şekil 4.15 te veilmişti. Şekil 4.14 V S2 (V), V C (V), I S1 (A), t A (ns), t B (ns) I in (A) kaakteistiği Şekil 4.15 V S2 (V), V C (V), I S1 (A), t A (ns), t B (ns) R (Ω) kaakteistiği Rezonans devesi elemanlaının değelei ile t A ve t B süeleini belilemek için kullanılan tasaım yöntemi aşağıda veilmişti. C S1 kondansatöünün değeinin ve yadımcı anahtaın iletim duumundaki dienci R nin bilindiği kabul edilmişti. 1. Z b =V o /I in en düşük değei için çalışma noktası belileni. Ana anahtadan geçen akımın tepe değei bu çalışma noktasında en büyüktü. Bundan başka S 1 in ZVS ile iletime gimesi için geekli zaman aalığı en kısadı. Eğe ZVS bu çalışma noktasında geçekleşise diğe tüm çalışma duumlaı için sağlanabili.

38 27 2. I S1,peak, V S2, t A ve t B ile Z aasında C /C S1 in faklı değelei için kaakteistik eğileini oluştuu. 3. I S1,peak -Z eğisi üzeinde bi çalışma noktası seçili. Bu nokta izin veilebili maksimum akıma yakın bi değe olmalı ve Z ile C /C S1 oldukça küçük değelee sahip seçilmelidi. Böylece ezonans peiyodu T minimumda tutulmuş olu. Eğe T çok büyük olusa ezonans devesinin aktif olduğu süe atacağından ana anahtaın iletim süesi dolayısıyla λ sınılanmış olu. 4. Eğileden tespit edilen Z ve C /C S1 den L ve C değelei hesaplanı. 5. Yadımcı anahtaın geilim stesini bulunu. 6. Denklem (4.33) ü kullanaak T hesaplanı ve ZVS çalışma için zaman sınılaı t A ve t B değelei elde edili Tasaım Öneği Tasaım yöntemi aşağıda özeliklei veilen bi dönüştüücü tasaımına uygulanmıştı. Çıkış gücü: P o = W Çıkış geilim: V o =300 V Giiş geilimi: V in = V Anahtalama Fekansı: f SW =40 khz S 1 in maksimum akımı: I S1,peak =15 A C S1 =1 nf, yadımcı anahtaın iletim duumundaki dienci R =1 ohm ve giiş akımında dalgalanmanın olmadığı kabul edilmişti. 1. Giiş akımının otalamasının maksimum değei P o =750 W ve V in =150 V iken I in =5 A di. Kaakteistik eğilei V o =300 ve I in =5 A (Z b =60) için üetili. 2. Z b = 60 için istenen kaakteistik eğilei Şekil 4.11(a)-(b) de gösteilmişti. 3. I S1,peak -Z gafiğinde S 1 in maksimum tepe akımı 15 A için, Z ile C /C S1 in değeleinin küçük olduğu bi nokta, Z =6 ve C /C S1 =25 seçili. 4. C /C S1 =25 ve C S1 =1nF olaak kabul edildiğinden, C =25 nf tı. Denklem (4.32) kullanılaak L hesaplanısa,

39 28 L 2 2 = Z C = 6.25nF = 0.9μH bulunu. 5. Yadımcı anahta geilimi Şekil 4.11(b) den bulunu. Z =6 ve C /C S1 =25 için bu geilim 360 V tu. 6. T nin değei T = 2π 0.9μH25nF = 942ns olaak hesaplanı. t A ve t B zamanlaı Şekil 4.11(c) den bulunu ve t A =65 ns, t B =280 ns di Simülasyon Sonuçlaı Teoik analizi doğulamak üzee dönüştüücünün simülasyonu yapılmıştı. Simülasyonda çıkış gücü P o =750 W, çıkış geilimi V o =300 V, giiş geilimi V in =150 V ile C S1 =1 nf, C =30 nf ve L = 1 uh alınmıştı. Yadımcı anahtaın iletim duumundaki dienci R =1 ohm seçilmişti. Dönüştüücünün simülasyonundan elde edilen sonuçlaın teoik analiz ile uyum içinde olduğu gözlenmişti. Şekil 4.16 da ana anahta S 1 in geilim ve akım değişimlei gösteilmişti. C S1 i deşaj eden negatif akım değişimleden göülmektedi. S 1 in uçlaındaki geilim sıfı iken akım geçmeye başladığından, iletime gimede anahtalama kaybı yoktu. Şekil 4.16 Ana anahtaın iletime gimesi esnasında uçlaındaki geilim (V) ve akım (A) değişimlei. Anahta uçlaındaki geilim standat PWM dönüştüücüdeki anahta geilimi ile aynı olmasına ağmen, anahta akımında ezonans devesinden geçen akımdan dolayı ilave bi akım göülmektedi. Bundan dolayı anahtaın iletim kayıplaı biaz atmıştı. Bu ilave akımın süesi anahtalama peiyodu ile kıyaslandığında oldukça küçüktü. Rezonans devesi çok kısa bi süe aktif olduğundan bu güç toplam gücün çok küçük bi kısmıdı.

40 29 Şekil 4.17 de yadımcı anahtaın geilim ve akım değişimlei gösteilmişti. Bu değişimden yadımcı anahtaın kapı sinyali, uçlaındaki diyot yoluyla üzeinden negatif akım geçtiğinde kesilise ZVS ile kesime gimenin sağlanacağı anlaşılmıştı. Bundan başka iletime gimede yadımcı anahtaın akımının yükselme hızı di/dt, L ezonans endüktansından dolayı sınılıdı. Aynı zamanda ana diyodun kesime gime esnasındaki di/dt de sınılandıılı. Diyodun yumuşak şekilde kesime gimesi sağlanı. Şekil 4.17 Yadımcı anahtaın geilim (V) ve akım değişimlei (A). Şekil 4.18 de ezonans endüktans akımı ile ezonans kondansatö geiliminin değişimlei veilmişti. Buada ezonans kondansatö geiliminin yadımcı deve iletime gimeden önceki değeine gei döndüğü göülmektedi. Şekil 4.18 Rezonans endüktans akımı (A) ve ezonans kondansatö geilimi (V).

41 Sonuçla Bu çalışmada öneilen ZVS PWM yükseltici dönüştüücünün başlıca avantajlaı; tüm aktif ve pasif anahtala geniş hat ve yük aalığında yumuşak anahtalama sağlaması ve sabit fekansta çalışmasıdı. Bu avantajla basit bi yadımcı ezonans devesinin ana deveye eklenmesi ile elde edilmişti. Rezonans devesi ana akım yoluna paalel bağlandığından ezonans devesindeki güç, toplam gücün yanında çok küçüktü ve kullanılan elemanlaın değelei ana devede kullanılan elamanlaa göe daha küçüktü. Dönüştüücünün çalışma aalıklaı detaylı olaak analiz edilmiş ve analizlein sonuçlaı kullanılaak kaakteistik eğile üetilmişti. Yadımcı deve elemanlaının seçimi ve ZVS çalışma için tasaım kitelei veilmişti. Öneilen dönüştüücünün teoik analizi 40 khz, 750 W lık bi simülasyon devesi ile doğulanmıştı. 4.2 DÖNÜŞTÜRÜCÜ-2 Bu çalışmada, mevcut aktif bastımalı ZVT-PWM dönüştüücü üzeinde bazı değişiklile yapılaak yeni bi aktif bastıma hücesi sunulmuştu (Tseng ve Chen, 1998). Güç anahtaı olaak MOSFET kullanıldığında kaşılaşılan temel poblemle aşağıda sıalanmıştı. 1. MOSFET in iletime gime işleminde ana diyodun tes topalanma akımından dolayı içinden geçen akım ani olaak ata. 2. İletime gime işleminde MOSFET in paazitik kondansatöü deşaj olu. 3. Kesime gime işleminde MOSFET uçlaındaki geilim yükselme hızının yüksek olması EMI güültüsüne ve elemanda kesime gime kayıplaına neden olu. Geliştiilen bastıma hücesinin kullanıldığı yükseltici dönüştüücü Şekil 4.19 da gösteilmişti. Bastıma hücesi L ezonans endüktansı, C ezonans kondansatöü, C s bastıma kondansatöü, S 2 yadımcı anahtaı ve D 2 yadımcı diyotundan oluşmaktadı. Bu dönüştüücüde S 1 ve S 2 nin dahili diyotlaı D S1 ve D S2 de kullanılı. Dönüştüücünün kaalı ejimde çalışması ayıntılı olaak analiz edilmiş ve aalıklaa ait denklemle veilmişti. Tasaım yöntemi sunulaak analizi doğulamak üzee simülasyon çalışması yapılmıştı.

42 31 Şekil 4.19 Aktif bastımalı ZVT-PWM yükseltici dönüştüücü Devenin Çalışma Aalıklaı Şekil 4.19 da gösteilen devenin bi anahtalama peiyodu boyunca kaalı ejim analizinde, 1. Çıkış kondansatöü yeteince büyük olduğundan çıkış geilimi V o ın sabit ve dalgalanmanın olmadığı, 2. Giiş geiliminin sabit olduğu, 3. L in giiş endüktansının, L ezonans endüktansından çok büyük olduğu, 4. Yadımcı anahta iletime gimeden önce ezonans kondansatöünün geilimi ve ezonans endüktansının akımının sıfı olduğu, 5. t 0 dan önce, S 1 ve S 2 anahtalaının kesimde ve D 1 diyodunun iletimde olduğu kabul edilmişti. Bu kabullee göe bi anahtalama peiyodu içeisinde devenin çalışması sekiz aalığa ayılabili. Dönüştüücüye ait çalışma aalıklaı ve temel dalga şekillei sıasıyla Şekil Şekil 4.27 ve Şekil 4.28 de veilmişti.

43 32 Aalık 1 [t 0 <t<t 1 ] Şekil 4.20 Aalık 1 e ait eşdeğe deve şeması. t 0 anında yadımcı anahta S 2 nin kontol sinyali uygulanı. S 2 nin iletime gimesiyle D 1 diyodunun akımı azalı. Yadımcı anahta akımı i S2 nin yükselme hızı L ezonans endüktansı taafından sınılandıılı böylece anahtalama kayıplaı ve EMI güültülei bastıılı. Fakat paazitik kondansatöün deşaj akımının atış hızı L endüktansı taafından sınılandıılmadığından S 2 yaklaşık ZCS ile iletime gie. I L ezonans endüktans akımı ve C ezonans kondansatö geiliminin ifadelei Vo = sin( ω1 (t t )) (4.34) Z IL 0 1 VC o o 1 0 = V V cos( ω (t t )) (4.35) şeklindedi. Buada L Z = (4.36) C 1 ω 1 = (4.37) L C bağıntılaı geçelidi.

44 33 Aalık 2 [t 1 <t<t 2 ] Şekil 4.21 Aalık 2 ye ait eşdeğe deve şeması D 1 diyodunun kesime gimesiyle C s, C ve L yolu ile deşaj olmaya başla. İlk anda D 1 uçlaındaki geilim V o -V Cs e eşitti. C s geiliminin azalma hızına bağlı olaak D 1 uçlaındaki geilim ata. D 1 diyodu ZVS ile kesime gie. I L, V C ve V Cs bastıma kondansatöü geilimi ifadelei V1 = sin( ω2(t t1)) + I1 cos( ω2(t t1) I1 IL (t ) (4.38) Z IL C I = V (4.39) Lin VC s [V1 cos( ω2(t t1)) I1Z2 sin( ω2(t t1)) V 1] + (t t1) + C C + Cs o C ILin = [V1 cos( ω2(t t1)) I1Z2 sin( ω2(t t1)) V 1] + (t t1) VC (t ) (4.40) C C + C V + C 1 s şeklindedi. Buada, I C = (4.41) 1 IL (t1) ILin Cs V1 o C 1 = V V (t ) (4.42) C C C C + C s = (4.43) s Z L L (C + C ) s 2 = = (4.44) C CsC 1 C + C s ω 2 = = (4.45) LC LCsC

45 34 eşitliklei geçelidi. S 2 anahtaından geçen akımın maksimum değei, ezonans endüktans akımının pik değei I L,p ye eşitti. V Cs -V C =0 olduğunda I L,p oluşu ve aşağıda veilen eşitlikle ifade edili. V + (I Z I L,p = + Z2 Aalık 3 [t 2 <t<t 3 ] ) C C s I Lin (4.46) Şekil 4.22 Aalık 3 e ait eşdeğe deve şeması t 2 anında V Cs geiliminin 0 olmasıyla S 1 in dahili diyodu D S1 iletime gie. D S1 in iletimde iken S 1 in kontol sinyali veilise S 1 ZVS ile iletime gie. L uçlaındaki geilim V C ye eşit olduğundan, I L bu aalıkta azalı. S 1 in ZVS altında iletime giebilmesi için, D S1 kesime gimeden önce yani I L I Lin e düşmeden önce S 1 iletime gimelidi. Bu aalıkta, I S1 in atış hızı I L akımının azalma hızı ile doğu oantılıdı ve L -C aasındaki ezonansa bağlıdı. I L ve V C ye ait ifadele V2 = I2 cos( ω1 (t t 2) sin( ω1 (t t )) (4.47) Z IL 2 1 V C = I Z sin( ω (t t )) + V cos( ω (t t )) (4.48) şeklindedi. Bu ifadelede I 2 ve V 2 nin eşitliklei aşağıda veilmişti. I LIL,p CV2 = IL = (4.49) L ILin Cs = VC = (t 2 t1) + Vo VC (t ) (4.50) C C V2 + 1

46 35 Aalık 4 [t 3 <t<t 4 ] Şekil 4.23 Aalık 4 e ait eşdeğe deve şeması. t 3 anında I S1 akımı I Lin e yükseli ve D S2 iletime gie. D S2 iletime gidikten sona S 2 nin kontol sinyali kesildiğinde, S 2 ZVS ile kesime gie. t 3 anında I L sıfı olu ve V C tepe değei olan V C,p ye ulaşı ve D 2 nin uçlaındaki geilim V o +V C,p olu. V C,p L I (t ) + C V C 2 2 L 2 C 2 = (4.51) (t ) Bu aalıkta, L ve C aasındaki ezonans, S 1 ve D S2 yolu ile devam ede. t 4 anında I L teka sıfı olu ve V C nin genliği V C,p aynı kalmak üzee yön değiştii. S 1 iletime gieken içinden geçen akımın pik değei I = I + I (4.52) S1,p Lin L,p şeklindedi. Aalık 5 [t 4 <t<t 5 ] Şekil 4.24 Aalık 5 e ait eşdeğe deve şeması. S 2 kesimde olduğundan t 4 anında ezonans sona ee. Devenin çalışması standat PWM yükseltici dönüştüücünün iletim aalığı ile aynıdı.

47 36 Aalık 6 [t 5 <t<t 6 ] Şekil 4.25 Aalık 6 ya ait eşdeğe deve şeması. t 5 ten sona S 1 in uçlaındaki bastıma kondansatöü C s giiş akımı I Lin ile yumuşak bi şekilde şaj olu. Böylece S 1 in ZVS ile kesime gimesi sağlanı. Aalık 7 [t 6 <t<t 7 ] Şekil 4.26 Aalık 7 ye ait eşdeğe deve şeması. V Cs geilimi t 6 anında V o -V C,p ye ulaştığında D 2 diyodu ZVS ile iletime gie. C, D 2 diyodu üzeinden deşaj oluken C s şaj olu. Bu aalık t 7 anında, V Cs nin V o a şaj olması ve V C nin 0 a deşaj olmasıyla sona ee.

48 37 Aalık 8 [t 7 <t<t 8 ] Şekil 4.27 Aalık 8 e ait eşdeğe deve şeması. t 7 anında bastıma hücesinde depolanan enejinin gei aktaımı tamamlanı ve D 1 diyodu iletime gie. D 1 in iletime gimesiyle D 2 ZVS altında kesime gie ve C nin teka şaj olması önleni. Devenin çalışması standat PWM yükseltici dönüştüücünün kesim aalığı ile aynıdı. C nin geilimi ve L nin akımı t 7 den sona sıfı olu yani başlangıç şatlaına gei döne. Yadımcı anahta S 2, t 0 anında teka iletime gidiğinde yeni bi anahtalama peiyodu başla. Çizelge 4.2 Devede kullanılan elemanlaın anahtalama duumlaı ve mauz kaldığı maksimum değele. Elemanlaın Mauz Kaldığı Eleman İletime Gime Kesime Gime Maksimum Geilim Maksimum Akım S 1 ZVT (ZCS, ZVS) ZVS V o I Lin + I Lmax (t 34 ) S 2 ZCS ZCT (ZCS, ZVS) V o I Lmax (t 12 ) D 1 ZVS ZCS, ZVS V o I Lin

49 38 Şekil 4.28 ZVT-PWM yükseltici dönüştüücünün temel dalga şekillei Dönüştüücünün Temel Özelliklei Bazı ZVT-PWM dönüştüücülede yumuşak anahtalama sadece temel dönüştüücüdeki yaıiletken elemanlaa uygulanı. Yadımcı tansistö ve diyotla, dikkate alınacak büyüklükte anahtalama kayıplaı ve EMI güültülei üeti. Sunulan ZVT-PWM dönüştüücüde, S 2 nin iletime gimesi esnasında paazitik kondansatöünün deşajı haiç olmak üzee diğe bütün yaıiletken elemanlaın iletime ve kesime gimesi ZVS veya ZCS ile sağlanı. Set anahtalamalı dönüştüücü ile kaşılaştııldığında, S 2 nin iletime gime kayıplaı daha küçük paazitik kondansatöüne sahip bi MOSFET kullanıldığında azalı. Anahtalama kayıplaı ve EMI güültülei aktif bastıma hücesi ile azaltılmıştı. Sunulan ZVT-PWM dönüştüücüde yadımcı anahta S 2, dahili diyodu iletimde iken kontol sinyali kesildiğinden ZVS altında kesime gie. Dahili diyodun iletimde olmasından dolayı ana anahta S 1 de iletime gime esnasında akım piki oluşu. Bastıma devesi ZVT aalığını elde etmek üzee iletime ve kesime gime anlaında aktif olduğundan, ZVT-PWM

50 39 dönüştüücü anahtalama peiyodunun büyük bi kısmında nomal PWM dönüştüücü gibi çalışı. PWM kontol yöntemi ZVT-PWM dönüştüücüye diekt uygulanabili. EMI filtesinin tasaımı sabit anahtalama fekansından dolayı kolayca yapılabili. Rezonans dönüştüücülein başlıca dezavantajlaından bii, yumuşak anahtalamanın büyük ölçüde yük akımı ve giiş geilimine bağlı olmasıdı. Hafif yüklede, aktif anahtaın iletime gimesinden önce ezonans endüktansında depolanan eneji ezonans kondansatöünü tamamen deşaj edemediğinden ZVS çalışmayı südümek zodu. Rezonans kondansatöünü deşaj etmek için daha fazla eneji geektiğinden yüksek hat geiliminde ZVS yi elde etmek zodu. Hafif yüklede veya yüksek hat geiliminde ZVS nin kaybolması ciddi ısınma poblemleine neden olmaz. EMI güültüleine neden olu. Bu duum, öneilen dönüştüücüde dahil olmak üzee ZVT-PWM teknikleinde testi. Hafif yüklede veya yüksek hat geiliminde azalan I Lin tes topalanma akımının azalmasına neden olu. [t 1,t 3 ] aalığı L, C ve C s taafından belileni ve yaklaşık sabit iken, [t 0,t 1 ] zaman aalığı azalı. ZVT aalığı [t 0,t 3 ] aalığı attığından ZVT yi südümek daha kolaydı. Sunulan dönüştüücünün tasaımı tam yük için yapıldığından geniş hat ve yük aalığında çalışabili. Bu devedeki tek sınılama bağıl iletim süesinin minimum bi değeinin olmasıdı. Sınılı minimum bağıl iletim süesinden dolayı ZVT-PWM dönüştüücü çok yüksek hat geiliminde çalışamaz. Bununla bilikte iyi tasalanmış deve için çok kısa iletim süesi elde edilebili Aktif Bastıma Hücesinin Tasaımı Aktif bastıma hücesinin tasaım işleminde ezonans endüktansı, bastıma kondansatöü ve ezonans kondansatöünün seçimi oldukça önemlidi. Rezonans endüktansı ve bastıma kondansatöü yaıiletken elemanlaın yumuşak şekilde iletime ve kesime gimesini sağlayacak şekilde seçili. Rezonans kondansatöü geçici olaak depo edilen enejiyi çıkışa aktamak üzee belileni Rezonans Endüktansının Belilenmesi Rezonans endüktansının değei, ana diyodun kesime gime hızından hesaplanabili. Faklı diyotla için tes topalanma kaakteistiklei değiştiğinden ezonans endüktansının değei ana diyoda bağlıdı. Genel olaak endüktansın değei, ana diyodun nominal tes topalanma süesinin üç katı kada bi süede, en fazla maksimum giiş akımı kada bi akım atışına müsade etmek üzee seçili

51 Bastıma Kondansatöünün Belilenmesi Bastıma kondansatöü, ana anahta uçlaındaki geiliminin yükselme hızını dv/dt kontol etmek üzee seçili. Ana anahta kesime gidiğinde, anahtalama kayıplaı ve dv/dt EMI güültülei azaltmak üzee giiş akımı için altenatif bi yol sağla. Düşük eşdeğe sei dience (ESR) ve eşdeğe sei endüktansa (ESL) sahip yüksek fekansa cevap veen kondansatöle geeklidi. Bastıma kondansatöü ana anahta ve ana diyodun çıkış kondansatöleinden oluştuğundan seçilen kondansatö değei kullanılan yaıiletken elemanlaa göe değişecekti Rezonans Kondansatöünün Belilenmesi Bastıma kondansatöünün tamamen deşaj olmasını sağlamak üzee, ezonans kondasatöü bastıma kondansatöünden daha büyük seçili. Bastıma hücesinde ZVT süesini ezonans kondansatöü ve ezonans endüktansı belilediğinden dolayı kondansatö değeinin büyük seçilmesi ZVT süesinin atmasına neden olu. ZVT süesinin atması minimum bağıl iletim süesini ve iletim kayıplaını atıı. Bununla bilikte, küçük değeli bi ezonans kondansatöü seçilise uçlaındaki geilim atacağından D 2 diyodunun geilim stesi ata ve yadımcı anahtada geilim pikine neden olu. D 2 'de yüksek geilim stesi ve S 2 'de geilim pikine neden olduğundan ezonans kondansatöünün çok küçük seçilmesi öneilmez Yadımcı Anahta ve Diyodun Geilim Stesi Yadımcı diyodun geilim stesi V o +V C,p ye yükseli ve yadımcı anahtaın akım stesi ezonans endüktans akımının pik değeine yükseli.yadımcı elemanlaın iletimde olduğu süe kısa olduğundan iletim kayıplaı düşüktü. Yadımcı yaıiletken elemanla ana elemanlaa göe daha küçük seçilebili. Paazik kondansatöünün değei düşük olan yadımcı anahta kullanılısa yadımcı anahtaın iletime gime kayıplaı azalı Simülasyon Çalışmalaı Çalışma pensibini ve teoik analizi doğulamak üzee ZVT-PWM yükseltici dönüştüücünün 750 W 80 khz lik simülasyonu geçekleştiilmişti. Giiş geilimi 200 V DC ve çıkış geilimi 400 V DC seçilmişti. ZVT-PWM yükseltici dönüştüücünün simülasyon sonuçlaı Şekil de gösteilmişti. Bu değişimle daha önce Şekil 4.28 de veilen temel dalga şekillei ile uyumludu. Set anahtalamalı dönüştüücüde MOSFET ve ana diyotun anahtalama değişimlei Şekil 4.32 de gösteilmişti. Set anahtalamalı dönüştüücü ile kaşılaştııldığında, dalga şekilleinden yumuşak anahtalamanın sadece ana anahta S 1 ve ana diyot D 1 için değil aynı zamanda yadımcı anahta S 2 ve yadımcı diyot D 2 içinde sağlandığı göülü.

52 41 Şekil 4.29(a) Rezonans endüktans akımı (A) ve bastıma kondansatöü geilimi (V). Şekil 4.29(b) Rezonans endüktans akımı (A) ve ezonans kondansatöü geilimi (V). Şekil 4.30(a) dan ana anahta S 1 in ZVS ile iletime ve kesime gidiği ve aktif bastıma hücesi ile MOSFET kullanıldığında oluşan üç temel poblemlein yok edildiği göülü. Şekil 4.30(b) den yadımcı anahta S 2 nin ZVS ile kesime gidiği ve yaklaşık ZCS ile iletime gidiği göülü. Paazitik kondansatöünün deşajından dolayı S 2 anahtaı sadece yaklaşık ZCS ile iletime giebili. Bununla bilikte, D 1 in tes topalanma akımı L taafından sınılandııldığından S 2 iletime gidiğinde sadece küçük bi anahtalama kaybı oluşu.

53 42 Şekil 4.30(a) Ana anahtaın geilim (V) ve akım değişimlei (A). Şekil 4.30(b) Yadımcı anahtaın geilim (V) ve akım değişimlei (A). Ana diyot D 1 ve yadımcı diyot D 2 ZVS ile iletime ve kesime gidiği Şekil 4.31(a) ve (b) den göülebili.

54 43 Şekil 4.31(a) Ana diyodun geilim (V) ve akım değişimlei (A). Şekil 4.31(b) D 2 diyodunun geilim (V) ve akım değişimlei (A). Bütün yaı iletken elemanlaa yumuşak anahtalama uygulamanın dezavantajı ana anahta S 1 in iletime gimedeki akım pikidi. Deneysel devede S 1 in akım piki otalama endüktans akımından yaklaşık olaak % 67 fazladı. Eğe küçük bi ana endüktans değei seçilise bu azaltılabili.

55 44 Şekil 4.32(a) Set anahtalamada ana anahta geilimi (V) ve akımı (A). Şekil 4.32(b) Set anahtalamada ana diyot geilim (V) ve akımı (A). Şekil 4.33 de V S2, V C, I S1peak, t A ve t B nin I in giiş akımına bağlı değişimi veilmişti. Geniş bi yük akımı aalığında devenin çalıştığı göülü.

56 45 Şekil 4.33 V S2 (V), V C (V), I S1peak (A), t A (ns), t B (ns) - I in (A) kaakteistiği Sonuçla Bu dönüştüücüde aktif bastımalı bi ZVT-PWM dönüştüücü geliştiilmişti. Anahtalama kayıplaı ve EMI güültüleini yok etmek için, ZVT-PWM dönüştüücüde bütün yaı iletken elemanlada yumuşak anahtalama sağlanmıştı. İdeal olaak, S 2 nin iletime gimesi esnasında paazitik kondansatöünün deşaj kaybının dışında anahtalama kaybı meydana gelmez. Sabit anahtalama fekansı EMI filtesi ve kontol devesinin tasaımını kolaylaştıı. ZVS ve ZCS çalışma, ağı yüklede ve düşük hat geiliminde sağlandığı gibi, hafif yüklede ve yüksek hat geiliminde de kolayca südüüldüğünden çalışma geniş hat ve yük aalığında elde edili. Teoik analizi doğulamak üzee 80 khz, 750 W, ( ) V geilim aalığında çalışan ZVT- PWM yükseltici dönüştüücünün simülasyonu yapılmış ve simülasyon sonuçlaının teoik analiz ile uyum içinde olduğu göülmüştü.

57 46 5. ZVT-ZCT YÜKSELTİCİ DÖNÜŞTÜRÜCÜ Bu tezde, temel ZCT-PWM de kaşılaşılan poblemlein büyük bi kısmını çözen bi aktif bastıma hücesi sunulmuştu. Bu çalışmada temel olaak nomal ZCT-PWM deki kontol yöntemi değiştiilmişti. Kontol yöntemindeki değişiklikle nomal ZCT devesinden hehangi bi değişiklik yapmadan ZVT ve ZCT çalışma sağlanmıştı. Öneilen dönüştüücüde ana anahta ZVT ile iletime ve ZCT ile kesime gimektedi. Bütün yaı iletken elemanla yumuşak anahtalama ile iletime ve kesime gimektedi. Öneilen dönüştüücü basit yapılı ve düşük fiyatlıdı. Sunulan dönüştüücünün çalışma pensibi ve teoik analizi, 1 kw ve 100 khz lik bi yükseltici dönüştüücü pototipi ile doğulanmıştı. 5.1 Çalışma Pensibi ve Analizi Sunulan yeni ZVT-ZCT-PWM yükseltici dönüştüücünün deve şeması Şekil 5.1 de göülmektedi. Sunulan bastıma hücesi, temel olaak, bi bastıma endüktansı L, bi bastıma kondansatöü C s, bi ezonans kondansatöü C, bi yadımcı tansistö T 2 ve iki yadımcı diyot D 1 ve D 2 elemanlaından oluşu. C kondansatöü, T 1, D F ve D 1 in paazitik kondansatöleinin toplamı olaak kabul edilebili. Şekil 5.1 Yeni ZVT-ZCT-PWM yükseltici dönüştüücünün deve şeması. Öneilen dönüştüücünün bi anahtalama peiyodu esnasındaki kaalı duum analizini kolaylaştımak için, aşağıdaki kabulle yapılmıştı. a) Giiş geilimi V i sabitti. b) Çıkış geilimi V o sabitti veya çıkış kondansatöü C F yeteince büyüktü. c) Giiş akımı I i sabitti veya ana endüktans L F yeteince büyüktü.

58 47 d) Yaı iletken elemanla ve ezonans develei idealdi. e) Ana endüktans L F bastıma endüktansı L den çok büyüktü. g) Ana diyot D F dışındaki bütün diyotlaın tes topalanma süelei ihmal edili Çalışma Aalıklaı Çalışma kademeleinin eşdeğe deve şemalaı sıayla Şekil 5.2-Şekil 5.12 de veilmişti. Çalışma kademeleiyle ilgili anahta dalga şekillei Şekil 5.13 te göülmektedi. Rezonans devesinde oluşan ezonans fekanslaının ifadelei aşağıda tanımlanmıştı. ω = 1/ L C (5.1) s ω = 1/ L C (5.2) s s s Aalık 1 [t 0 <t<t 1 ] Şekil 5.2 Aalık 1 e ait eşdeğe deve şeması. t=t 0 anında i T1 =0, i Ls =i T2 =0, i DF =I i, v C =V o, ve v Cs =V Cs0 eşitliklei geçelidi. Bastıma kondansatöünün başlangıç geilimi ezonans devesinin kayıplaına bağlıdı. Analizi basitleştimek için denklemlede bu kayıpla dikkate alınmamıştı. Ana diyot D F iletimdedi ve giiş akımını geçimektedi. t=t 1 de yadımcı anahta T 2 nin kontol sinyali uygulanı. v Cs bastıma kondansatö geilimi V Cs1, i T2 =I i ve i DF =0 olu. i DF =-I, olduğunda D F kesime gie ve bu aalık sona ee. T 2, sei bastıma endüktansından dolayı ZCS ile iletime gie. D F, yaklaşık ZCS ve ZVS ile kesime gie. Bu aalık için aşağıdaki denklemle yazılabili. i Ls (V V sin ω (t t ) ) s 0 = o Cs0 (5.3) Lsωs vcs o o Cs0 s 0 = V (V V ) cos ω (t t ). (5.4)

59 48 Aalık 2 [t 1 <t<t 2 ] Şekil 5.3 Aalık 2 ye ait eşdeğe deve şeması. t=t 0 de i T1 =0, i Ls =I i+ I, v C =V o ve v Cs =V Cs1. Giiş akımı I i altında C -C s -L s -T 2 yolu ile ezonans oluşu. Bu aalıkta v Cs in V Cs1. değeinde sabit kaldığı kabul edili. t=t 2 anında v C =0 olu ve bu aalık sona ee. Bu aalıkta (VCs1 Vo ) ils = Ii + I cos ω (t t1) sin ω (t t1) (5.5) ωls vc = (VCs1 Vo) cos ω (t t1) + VCs1 Lsω I sin ω (t t1) (5.6) ifadelei geçelidi. Aalık 3 [t 2 <t<t 3 ] Şekil 5.4 Aalık 3 e ait eşdeğe deve şeması. Bu aalığın başında, i Ls =I Ls2 ve v Cs =V Cs1 eşitliklei geçelidi. t 2 de v C geiliminin 0 olmasıyla D 1 iletime gie ve bu aalık başla. D 1, i Ls nin I i den fazla olan kısmını geçii. Bu aalık ana tansistöün ZVT süesine eşitti. T 1 in kontol sinyali bu aalık içeisinde uygulanı. i T2 I i ye ve i DF 0 a düştüğünde bu aalık sona ee. Bu aalıkta aşağıdaki ifadele elde edili.

60 49 V i I cos (t t ) Cs1 Ls = Ls2 ωs 2 sin ωs (t t2) (5.7) ωsls vcs Cs1 s 2 s s Ls2 s 2 = V cosω (t t ) + L ω I sinω (t t ) (5.8) Aalık 4 [t 3 <t<t 4 ] Şekil 5.5 Aalık 4 e ait eşdeğe deve şeması. Bu kademe başında i Ls =I i ve v Cs =V Cs3 dü. T 1 iletime gie ve akımı I i ye yükseli, i T2 0 a düşe ve D 2 iletime gie. T 2 nin kontol sinyali kesili ve T 2 ZCT ile kesime gie. Bu aalıkta, VCs3 ils = Ii cosωs (t t3) sin ωs (t t3) (5.9) ωsls vcs Cs3 s 3 s s i s 3 = V cosω (t t ) + L ω I sin ω (t t ) (5.10) eşitliklei geçelidi.

61 50 Aalık 5 [t 4 <t<t 5 ] Şekil 5.6 Aalık 5 e ait eşdeğe deve şeması. t=t 4 anında i T1 =I i, i T2 =i Ls =0 and v Cs =V Cs4 tü. Bu aalıkta T 1 -C s -L s -D 2 yolu ile giiş akımı I i altında tes bi ezonans oluşu ve i D2 sıfı olana kada devam ede. Bu aalık için, aşağıdaki eşitlikle geçelidi. VCs4 i Ls = sin ωs (t t 4 ) (5.11) ωsls vcs Cs4 s 4 = V cos ω (t t ) (5.12) Aalık 6 [t 5 <t<t 6 ] Şekil 5.7 Aalık 6 ya ait eşdeğe deve şeması. t=t 5 de v Cs =V Cs5 ve i T1 =I i di. Bu aalık nomal PWM dönüştüücüde anahtaın iletim aalığına eşdeğedi.

62 51 Aalık 7 [t 6 <t<t 7 ] Şekil 5.8 Aalık 7 ye ait eşdeğe deve şeması. t=t 6 anında T 2 nin kontol sinyali uygulanı. T 1 -C s -L s -T 2 yolu ile giiş akımı I i altında bi ezonans oluşu. t=t 7 de L s akımı I i olu ve D 1 iletime gie ve bu aalık sona ee. Bu duum için, VCs5 i Ls = sin ωs (t t 6 ) (5.13) ωsls vcs Cs5 s 6 = V cos ω (t t ) (5.14) eşitliklei geçelidi. Aalık 8 [t 7 <t<t 8 ] Şekil 5.9 Aalık 8 e ait eşdeğe deve şeması. Önceki aalıkta başlayan ezonans devam ede. Bu aalıkta D 1, i Ls nin I i den fazla olan kısmını geçii. D 1 in iletim aalığı T 1 in sıfı akımda geçiş (ZCT) süesi di. Diyot iletime gidikten sona T 1 in kontol sinyali kesili. t=t 8 de D 1 akımı -I olu, i T2 yadımcı tansistö akımı, I i -I ye düşe ve bu aalık sona ee. Bu aalık için

63 52 VCs7 = Ii cosωs (t t7 ) sin ωs (t t ) (5.15) ω L ils 7 s s vcs Cs7 s 7 s s i s 7 = V cosω (t t ) + L ω I sin ω (t t ) (5.16) eşitliklei geçelidi. Aalık 9 [t 8 <t<t 9 ] Şekil 5.10 Aalık 9 a ait eşdeğe deve şeması. t=t 8 de v Cs =V Cs8 =sabit ve i Ls =I i -I. v C geilimi V Cs8 e yükseli ve i T2 akımı sıfıa düşe. T 2 nin kontol sinyali kesili ve ZCS ile kesime gie. Çalışma koşullaına bağlı olaak ZCT ile de kesime giebili. Bu aalıkta aşağıdaki eşitliklei geçelidi. VCs8 = Ii I cos ω (t t8 ) sin ω (t t ) (5.17) ω L i Ls 8 s vc Cs8 Cs8 8 s 8 = V V cos ω (t t ) + L ω I sin ω (t t ) (5.18) Aalık 10 [t 9 <t<t 10 ] Şekil 5.11 Aalık 10 a ait eşdeğe deve şeması. t=t 9 da i Ls =0 ve v C =V Cs8 di. C giiş akımı ile linee olaak şaj olu. C paazitik

64 53 kondansatölein toplamı olduğundan değei oldukça küçüktü. Bu yüzden bu aalık çok kısa süe. v C çıkış geilimi V o a ulaştığında bu aalık sona ee. C kondansatö geiliminin denklemi aşağıda veilmişti. v C = V + I (t t ) / C. (5.19) Cs8 i 9 Aalık 11 [t 10 <t<t 11 ] Şekil 5.12 Aalık 11 e ait eşdeğe deve şeması. t=t 10 da, v C =V o, v Cs =V Cs8 =V Cs0, ve i DF =I i di. Bu aalık nomal PWM dönüştüücüde ana diyotun iletim aalığına eşitti. Şekil 5.13 Öneilen dönüştüücüye ait temel dalga şekillei.

65 54 Çizelge 5.1 Devede kullanılan elemanlaın anahtalama duumlaı ve mauz kaldığı maksimum değele. Elemanlaın Mauz Kaldığı Eleman İletime Gime Kesime Gime Maksimum Geilim Maksimum Akım T 1 ZVT (ZCS, ZVS) ZCT (ZCS, ZVS) V o I i + I Lsmax (t 45 ) T 2 ZCS ZCT (ZCS, ZVS) V o - V Cs0 I Lsmax (t 78 ) D F ZVS ZCS, ZVS V o I i D 1 ZCS, ZVS ZCS, ZVS V o I Lsmax (t 78 )-I i D 2 ZCT (ZCS, ZVS) ZCS V o - V Cs0 I Lsmax (t 45 ) Devede kullanılan yaı iletken elemanlaın anahtalama duumlaı ve mauz kaldığı maksimum değele Çizelge 5.1 de özetlenmişti. Buadaki I Lsmax (t 45 ) ve I Lsmax (t 78 ) akımlaının ifadelei sıasıyla Aalık 5 ve Aalık 8 de gösteilmişti. Şekil 5.14(a) I S1p (A) L s (uh) kaakteistiği.

66 55 Şekil 5.14(b) V S2 (V) L s (uh) kaakteistiği. Şekil 5.14(c) V Cs (V) L s (uh) kaakteistiği.

67 56 Şekil 5.14(d) t ZVT (ns) L s (uh) kaakteistiği. Şekil 5.14(e) t ZCT (ns) L s (uh) kaakteistiği.

68 57 Şekil 5.14(f) V S2 (V), V C (V), I S1p (A), t ZVT (ns), t ZCT (ns) I in (A) kaakteistiği. Şekil 5.14(g) V S2 (V), V C (V), I S1p (A), t ZVT (ns), t ZCT (ns) R (Ω) kaakteistiği.

69 Deneysel Sonuçla Sunulan ZVT-ZCT-PWM yükseltici dönüştüücünün çalışma pensibi ve teoik analizini doğulamak için 1 kw ve 100 khz lik bi yükseltici dönüştüücü pototipi geçekleştiilmişti. Üetici fimalaın el kitaplaı efeans alınaak, uygulama devesinde kullanılan yaı iletken elemanlaın bazı nominal değelei Çizelge 5.2 de veilmişti. Çizelge 5.2 Uygulama devesinde kullanılan yaı iletken elemanlaın nominal değelei. Elemanla Kodu V (V) I (A) t (ns) t f (ns) t (ns) T 1 IXSK35N120AU T 2 IXGH10N100A D F MUR D, D 1, D 2 MUR Şekil 5.15-Şekil 5.18 de deneysel deveden alınan değişimle veilmişti. Şekil 5.15 te ana tansistö geilim ve akımı ile kontol sinyali veilmişti. Bu değişimleden T 1 in uçlaındaki geilim sıfıda iken yani ZVT iletime gidiği ve içinden geçen akımın sıfıa düştükten sona kontol sinyalinin kesildiği ve ZCT ile kesime gidiği göülmektedi. Şekil 5.16 da yadımcı tansistö geilim ve akımı ile kontol sinyali veilmişti. Değişimleden göüldüğü gibi yadımcı tansistöün kontol sinyali ZVT ve ZCT işlemleinden kesime gime işlemleinden önce veilmektedi. He iki işlemde de yadımcı tansistöün yaklaşık ZCS ile iletime gidiği göülmektedi. Kesime gime anında ise, ZVT işleminde ZCT ile kesime gieken ZCT işleminde yaklaşık ZCS ile kesime gimektedi. Şekil 5.17 de ana diyot geilim ve akımına ait değişimle veilmişti. Değişimleden ZVS ile iletime ve kesime gidiği göülmektedi. Şekil 5.18 de ise çıkış geilimi ile bastıma endüktans geilimi ile bastıma kondansatö geilimi göülmektedi. Kondansatö geiliminin bi anahtalama peiyodunun sonunda teka ilk değeine döndüğü göülmektedi.

70 59 Şekil 5.15 Anahta geilimi (100V/kae), ana anahta akımı(10a/kae), ana anahtaın kontol sinyali (20V/kae) ve 1 μs/kae. Şekil 5.16 Yadımcı anahta geilimi (100V/kae), bastıma endüktans akımı (10A/kae), yadımcı anahtaın kontol sinyali (20V/kae) ve 1 μs/kae.

71 60 Şekil 5.17 Ana diyot geilimi (100V/kae), akımı (10A/kae) ve ve 1 μs/div. Şekil 5.18 Çıkış geilimi (100V/kae), bastıma endüktans geilimi (100V/kae), bastıma kondansatö geilimi (100V/kae) ve 1 μs/div. Sonuç olaak, elde edilen bütün deneysel sonuçlaın, bu bölümde sunulan dönüştüücü için öngöülen çalışma pensibi ve teoik analizi tam olaak doğuladığı göülmüştü. ZVT ve ZCT teknikleinin bileştiilmesiyle, ana anahtaın anahtalama işlemlei mükemmel olaak sıfı geilim ve akım da yapılmıştı. Ayıca diğe bütün yaı iletken elemanlaın tam veya yaklaşık ZVS ve/veya ZCS altında iletime ve kesime gidiği gözlenmişti.

72 61 6. SONUÇLAR Bu çalışmada, temel ZCT-PWM de kaşılaşılan poblemlein büyük bi kısmını çözen bi aktif bastıma hücesi sunulmuştu. Öneilen bastıma hücesinde hehangi bi ilave eleman kullanılmamış sadece dönüştüücünün kontol yöntemi geliştiilmişti. Kontol yöntemindeki değişiklikle ZVT ve ZCT çalışma sağlanmıştı. Tezde, ilk olaak DC-DC dönüştüücüle ve kontol tekniklei, sona yumuşak anahtalama tekniklei ele alınmış ve daha sona tezde geliştiilen deve ile liteatüde ye alan ZVT PWM DC-DC dönüştüücülein kaşılaştıılmasının yapılabilmesi için iki önek deve detaylı olaak incelenmişti. Dönüştüücü-1 de ana anahtaın iletime gimesi tam olaak sıfı geilimde sağlanıken, kesime gimesi de yaklaşık sıfı geilimde olmaktadı ve yük akımına bağlıdı. Ayıca kullanılan yadımcı anahtada ilave bi geilim stesi mevcuttu. Dönüştüücü-2 de ise ana anahtaın iletime gimesi tam olaak sıfı geilimde sağlanıken, yaklaşık sıfı geilimde kesime gimektedi. Yadımcı anahtada ilave bi geilim stesi oluşmamaktadı. Bastıma hücesinde kullanılan diyotta geilim stesi mevcuttu. Öneilen dönüştüücüde ana anahta ZVT ile iletime ve ZCT ile kesime gimektedi. Bütün yaı iletken elemanla yumuşak anahtalama ile iletime ve kesime gimektedi. Öneilen dönüştüücü basit yapılı ve düşük fiyatlıdı. Kullanılan yaı iletken elemanla üzeinde hiçbi geilim stesi oluşmaz. Geliştiilen dönüştüücünün etaflı bi analizi yapılmıştı. Dönüştüücünün öneilen çalışma pensibi ve teoik analizi, 1 kw ve 100 khz lik bi pototip ile tam olaak doğulanmıştı. Ana anahtaın tam olaak sıfı geilimde iletime ve sıfı akımda kesime gidiği ayıca yadımcı anahtaın da yumuşak bi şekilde iletime ve kesime gidiği göülmüştü. Geliştiilen DC-DC dönüştüücünün yüksek güç ve yüksek fekans uygulamalaında kullanılmasının uygun olacağı sonucuna vaılmıştı.

73 KAYNAKLAR 62 Bodu, H., (2003), DC-DC Dönüştüücülede Yumuşak Anahtalama Tekniklei, YTÜ Des Notlaı, 2003, YTÜ, İstanbul Bodu, H., (2004), Güç Elektoniği Endüstiyel Uygulamalaı 1 YTÜ Des Notlaı, 2004, YTÜ, İstanbul Bodu, H., and Bakan, A.F., (2002), A New ZVT-PWM DC-DC Convete, IEEE Tans. on Powe Electon., vol. 17, pp , Januay. Bodu, H., Bakan, A.F., (2004), A New ZVT-ZCT-PWM DC-DC Convete, IEEE Tans.Powe Electon., vol. 19, pp , May. Bodu, H., Bakan, A.F., and Baysal, M., (2003), A Detailed Analytical Analysis of a Passive Resonant Snubbe Cell Pefectly Constucted fo a Pulse Width Modulated DC-DC Buck Convete, Electical Engineeing, Spinge-Velag, vol. 85, pp , Febuay. Bodu, H., Saul, M. H., and Bakan, A. F., (1999), A Passive Lossless Snubbe Cell Design Fo An Ohmic Loaded PWM IGBT Choppe Fed By a Diode Bidge Fom AC Mains, in Poc. Int. Conf. Elec. Electon. Eng. (ELECO 99), Busa, Tukey, Dec. 1-5, 1999, pp Cho, J.G., Baek, J.W., Rim, G.H., Kang, I., (1998), Novel Zeo-Voltage-Tansition PWM Multiphase Convetes, IEEE Tans. on Powe Electon., vol. 13, pp , Januay. Feao, A., (1982), An Oveview Of Low-Loss Snubbe Technology Fo Tansisto Convetes, IEEE Powe Electon. Spec. Conf., 1982, pp Gigoe, V., Kyya, J., (1998), A New Zeo-Voltage-Tansition PWM Buck Convete, in Poc. 9 th Mediteanean Electotechnical Conf. (MELECON 98), Tel Aviv, Isael, vol. 2, 1998, pp Hua, G., Leu, C.S., Jiang, Y., Lee, F.C.Y., (1994), Novel Zeo-Voltage-Tansition PWM Convetes, IEEE Tans. on Powe Electon., vol.9, no.2, pp , Mach. Hua, G., Yang, E.X., Jiang, Y., Lee, F.C.Y., (1994), Novel Zeo-Cuent-Tansition PWM Convetes, IEEE Tans. on Powe Electon., vol.9, no.6, pp , Novembe. Kim, T.W., Kim, H.S., and Ahn, H.W., (2000), An Impoved ZVT PWM Boost Convete, in Poc. 31th Powe Electon. Spec. Conf. (PESC 00), Galway, Ieland, vol. 2, 2000, pp Lee, D.Y., Lee, B.K., Yoo, S.B., and Hyun, D.S., (2000), An Impoved Full-Bidge Zeo- Voltage-Tansition PWM DC/DC Convete with Zeo-Voltage / Zeo-Cuent Switching of the Auxiliay Switches, IEEE Tans. on Ind. Applicat., vol. 36, pp , Ma. / Ap. Mao, H., Lee, F.C.Y., Zhou, X., Dai, H., Cosan, M., Booyevich, D., (1997), Impoved Zeo-Cuent-Tansition Convetes fo High-Powe Applications, IEEE Tans. on Ind. Applcat., vol.33, no.5, pp , Septembe/Octobe. Menegaz, J.M.P., Co, M.A., Simonetti, D.S.L., Vieia, L.F., (1999), Impoving the opeation of ZVT DC-DC Convetes, in Poc. 30 th Powe Electon. Spec. Conf. (PESC 99), Chaleston, vol.1, 1999, pp

74 63 Moschopoulos, G., Jain, P., Joos, G., (1995), A Novel Zeo-Voltage Switched PWM Boost Convete, IEEE Tans.Powe Electon., vol. 2, pp , June. Smith, K.M., Smedley, K.M., (1997), A Compaison of Voltage-Mode Soft-Switching Methods fo PWM Convetes, IEEE Tans. on Powe Electon., vol. 12, pp , Mach. Stein, C.M.O., Hey, H.L., (2000), A Tue ZCZVT Commutation Cell fo PWM Convetes, IEEE Tans. on Powe Electon., vol. 15, pp , Januay. Tseng, C.J., Chen, C.L., (1998), Novel ZVT-PWM Convetes with Active Snubbes, IEEE Tans. on Powe Electon., vol. 13, pp , Septembe. Yu, H., Song, B.M., Lai, J.S., (2002), Design of a Novel ZVT Soft-Switching Choppe, IEEE Tans. on Powe Electon., vol. 17, pp , Januay.

75 64 ÖZGEÇMİŞ Doğum taihi Doğum yei Balıkesi Lise Sıı Yıcalı Anadolu Lisesi Lisans Yıldız Teknik Ünivesitesi Elektik-Elektonik Fakültesi Elektik Mühendisliği Bölümü Yüksek Lisans Yıldız Teknik Ünivesitesi Fen Bilimlei Enstitüsü Elektik Mühendisliği Anabilim Dalı Elektik Makinalaı ve Güç Elektoniği Pogamı Çalıştığı kuum YTÜ Elektik Mühendisliği Bölümü Aaştıma Göevlisi