Kayıpsız bastırma hücreli ve yüksek doluluk oranlı tek anahtarlı bir ileri yönlü dönüştürücünün tasarımı, analizi ve simülasyonu
Design, analysis and simulation of single switch forward converter with lossless snubber cell and high duty cycle
Yazar: MAHİR PINARBAŞI
Danışman: PROF. DR. HACI BODUR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
İleri yönlü doğru akım - doğru akım (DC-DC) dönüştürücüler, endüstriyel uygulamalarda ve akademik çalışmalarda, yüksek güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı, maliyet ve kontrol kolaylığı gibi sebeplerle yoğun bir şekilde uygulanmaktadır. Güç yoğunluğunu artırmak için, anahtarlama frekansı artırılmakta ve bu da anahtarlama kayıplarının artmasına neden olmaktadır. Ayrıca ileri yönlü dönüştürücülerin önemli iki dezavantajı transformatörde resetleme sargısı ihtiyacı olması ve doluluk oranının teorik olarak 0.5'in üzerine çıkarılamamasıdır.
Bütün bu sonuçlar yumuşak  anahtarlama (SS) teknikleri kullanılarak çözülebilmektedir.

Bu tezde, akümülatör şarjı, led sürücü, kaynak makinası, vb. uygulamalarda kullanılmak üzere LCDD bastırmalı ve yüksek doluluk oranlı tek anaharlı bir ileri yönlü dönüştürücünün tasarımı, analizi ve simülasyonu yapılmıştır. Tasarımın dönüştürücüde, anahtarlama elemanının sıfır akımda iletime girmesi (ZCS) ve sıfır gerilimde kesime girmesi (ZVS) sağlanmıştır. Ayrıca, kesim aralığında transformatörün mıknatıslama endüktansı bastırma hücresi tarafından resetlenmiş ve resetleme sargısı ihtiyacı ortadan kalkmıştır. Buna ek olarak, transformatörün kaçak endüktansının enerjisi bastırma hücresi tarafından geri kazanılmaktadır. Bastırma hücresinin dezavantajı olarak, anahtarlama elemanı üzerinde ilave bir akım ve gerilim stresi oluşması söylenebilir. Ancak oluşan ilave streslerin kabul edilebilir seviyede olduğu ifade edilebilir.

Tasarlanan dönüştürücünün detaylı bir kararlı durum analizi yapılmış ve bu analiz geliştirilen bir simülasyon uygulaması ile doğrulanmıştır.

Abstract:
Forward DC-DC converters frequently used in industrial applications and academic studies thanks to its high power density, fast response, cost and ease of control. Switching frequency is increased to boost power density. But, high switching frequency cause to increase switching losses. To deal with this problem, soft-switching (SS) techniques are applied. Furthermore, another disadvantage of forward converters is that its transformer needs a reset winding for magnetization inductance and its duty cycle is limited to 0.5 for same turn ratio of primary winding and reset winding.

In this thesis study, design, analysis and simulation of single switch forward converter with lossless snubber cell and high duty cycle realised for applications such as accumulator charging, led driver, welding machine, etc. Active switching component of the converter, switched on with zero current (ZCS) and switched off with zero voltage (ZVS). Besides, magnetization inductance of transformer is reset by LCDD snubber circuit cell during off period of the circuit. Hence, reset winding requirement is dissappears. Also, energy of transformer leakage inductance is regained by the snubber cell. Disadvantage of the snubber cell is that it cause to additional current and voltage stress to the active switching component. On the other hand, the additional stress is in acceptable level.

This thesis study has, detailed circuit analysis of steady state intervals of the topology. Also, an simulation circuit of the topology has been created, compared and verified with the analysis of the circuit.