Batarya şarj sistemleri için güç dönüştürücüsü analizi, tasarımı ve simülasyonu
Power converter analysis, design and simulation for battery charging systems
Yazar: ŞEYMA KÜÇÜK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ERDEM AKBOY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Tam köprü türü izoleli DA-DA dönüştürücüler, anahtarlamalı güç kaynakları, kaynak makinaları ve batarya şarj sistemleri gibi endüstriyel uygulamalarda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bunun yanı sıra, batarya şarj sistemlerinde, şebeke ile batarya arasında galvanik izolasyon sağlamakta olup sıkça tercih edilmektedir. Tam köprü (TK, FB) türü dönüştürücülerde, güç anahtarlarının anahtarlanması sırasında meydana gelen enerji kayıpları, trafonun kaçak endüktansı ve güç anahtarlarının kaçak kapasitansları gibi faktörler parazitik salınımların yüksek seviyelere ulaşmasına neden olur. Bu tür uygulamalarda, Yumuşak Anahtarlama (YA, SS) teknikleri kullanılarak anahtarlama kayıplarının azaltılması, güç elemanlarının akım ve gerilim streslerinin düşürülmesi, böylece devre verimi için veya güç yoğunluğunun artırılması ve Elektro Manyetik Girişimin (EMG, EMI) azaltılması sağlanmaktadır. Tam köprü türü DA-DA dönüştürücülerde, faz kaydırmalı Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM, PWM) kontrol yöntemi kullanılarak YA, ilave devre gerektirmeden sağlanmaktadır. Faz kaydırma PWM yöntemi ile güç anahtarlarının iletime girmede Sıfır Gerilim Geçişi (SGG, ZVT) sağlanarak yüksek frekansta çalışılır ve güç yoğunluğu artar. Böylece Tam köprü türü izoleli DA-DA dönüştürücü, Elektrikli araç (EA, EV) teknolojisinde kullanılan batarya şarj üniteleri için yaygın ve uygun seçenektir.
Bu tez çalışmasında, yumuşak anahtarlama kavramının temel prensipleri açıklanmış, tam köprü türü faz kaydırmalı PWM DA-DA dönüştürücünün çalışma prensibi anlatılmış ve örnek bir dönüştürücünün analiz ve tasarımı yapılmıştır.
Kararlı hal analiz ve tasarımı yapılan devrenin, giriş gerilimi 390 Vda, 50 kHz anahtarlama frekansı ve çıkış gücü 500 W (48 V / 10A) çıkış için PSIM programında simülasyonu yapılmıştır.
Simülasyon sonuçlarının, kararlı hal analiz ve tasarım sonuçları ile uyumlu olduğu görülmüştür.

Abstract:
Full-bridge isolated DC-DC converters are widely used in industrial applications such as switch-mode power supplies, welding machines, and battery charging systems. Additionally, they are commonly preferred in battery charging systems to provide galvanic isolation between the grid and the battery. In full-bridge (FB) type converters, factors such as energy losses during power switch transitions, transformer leakage inductance, and power switch parasitic capacitances contribute to high levels of parasitic oscillations. In such applications, Soft Switching (SS) techniques are utilized to reduce switching losses, decrease current and voltage stresses on power devices, improve circuit efficiency, increase power density, and minimize Electromagnetic Interference (EMI). In full-bridge isolated DC-DC converters, Soft-Switching is achieved using Phase-Shifted Pulse Width
Modulation (PWM) control technique without requiring additional circuits. By employing phase shifted PWM, Zero Voltage Transition (ZVT) is achieved during power switch turn-on, allowing for operation at high frequencies and increased power density. Therefore, the full-bridge isolated DC-DC converter is a common and suitable choice for battery charging units used in Electric Vehicle (EV)
technology. 
In this thesis, the fundamental principles of soft switching are explained, the operating principle of a full-bridge phase-shifted PWM DC-DC converter is described, and the analysis and design of a sample converter are conducted. The designed circuit is simulated in the PSIM program for stable state analysis and design with an input voltage of 390 Vdc, a switching frequency of 50 kHz, and an
output power of 500 W (48 V / 10A) output. The simulation results are found to be consistent with the stable state analysis and design outcomes.