Yeni bir yumuşak anahtarlamalı, yüksek güç faktörlü ve yüksek verimli tek fazlı ac-dc dönüştürücünün geliştirilmesi ve gerçekleştirilmesi
Developing and application of a new soft-switched single phase ac-dc converter with high power factor and high efficiency
Yazar: SUAT YILDIRMAZ
Danışman: PROF. DR. HACI BODUR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Enerjinin verimli kullanılması, hem endüstride hem de akademik alanda günümüzün en çok çalışılan konularından birisidir. Gelişen teknoloji ve bu duruma bağlı olarak enerji tüketiminin artmasıyla birlikte, yüksek enerji verimli cihazların kullanımına dünya genelinde önem verilerek çeşitli güç seviyelerindeki cihazlar için enerji verimliliği standartları getirilmiştir. 
Günümüzde kullanılan Kesintisiz Güç Kaynakları (UPS), Anahtarlamalı Güç Kaynakları (SMPS), batarya şarj sistemleri, ark fırınları gibi lineer olmayan sistemler çektikleri harmonik akımlar nedeniyle şebekeyi bozmaktadırlar. Şebekedeki harmonikler, hassas elektronik cihazlarda hatalara ve bozulmalara neden olurlar. Ayrıca çekilen reaktif güç nedeniyle iletim ve dağıtım hatlarında ilave kayıplar oluşur. Bu istenmeyen durumların önlenmesi için, tasarlanan cihazların uyması gereken ulusal ve uluslararası standartlar geliştirilmiştir. Bu standartlara uyulabilmesi için Güç Faktörü Düzeltilmesi (PFC) işlemi uygulanır. Güç faktörü, pasif olarak hantal ve pahalı pasif filtreler veya karmaşık ve pahalı aktif filtreler ile düzeltilebilir. Günümüzde ise düzeltme işlemi birçok avantajı olan yüksek frekanslı AC-DC yükseltici dönüştürücü temelli PFC devreleri ile sağlanır.
Kaliteli ve ucuz bir PFC devresinin yapılabilmesi için AC-DC dönüştürücünün mümkün olduğu kadar yüksek bir frekansta çalıştırılması gerekmektedir. Çalışma frekansını yükseltmek ise devrede, yüksek anahtarlama kayıpları, Elektro Manyetik Girişim (EMI), toplam verimin düşmesi gibi sorunlara yol açar. Bu sorunların giderilmesi için kullanılan teknik, güç elektroniğinde Yumuşak Anahtarlama (SS) olarak adlandırılır. 
Bu tezde, aktif güç faktörü düzeltme işlemi için yeni bir Yumuşak Anahtarlamalı, Yüksek Güç Faktörlü ve Yüksek Verimli Tek Fazlı AC-DC dönüştürücü gerçekleştirilmiştir. Sunulan dönüştürücüde tüm yarı iletkenler yumuşak çalışır. Ana anahtar Sıfır Gerilimde Geçiş (ZVT) ile iletime girer,  Sıfır Gerilimde Anahtarlama (ZVS) ile iletimden çıkar. Yardımcı anahtar sıfır akımda anahtarlama (ZCS) ile iletime, ZVS ile kesime girer. Bastırma hücresinde kullanılan orta uçlu trafo vasıtasıyla yardımcı anahtarda oluşan akım stresi önemli ölçüde azaltılarak verimin arttırılması sağlanır. Sunulan dönüştürücüde anahtarlar üzerinde herhangi bir ilave akım ve gerilim stresi bulunmaz. Geliştirilen dönüştürücünün sürekli halde durum analizi yapılmış ve bu teorik analiz 100 kHz ve 2 kW'lık bir prototip ve simulasyon ile doğrulanmıştır.

Abstract:
One of the most popular topics in both industry and academia is using energy efficiently. Energy consumption is increased with technological development, so people consider important to prefer high efficiency devices which are up to international standarts.
Nowadays, non-linear devices like Uninterruptible Power Supplies (UPS), Switching Mode Power Supplies (SMPS), battery chargers and arc furnaces cause deterioration on the power grid. Harmonics on the grid cause failures on sensitive electronic devices. In addition to this, harmonic currents cause additional losses on the transmission and distribution lines. National and international standards have been developed for electronics devices to overcome these issues. Power Factor Correction (PFC) is applied to be up to these standards. Power factor can be improved by using passive, expensive and bulky filters or expensive active filters. Nowadays, power factor can be improved by using high frequency power factor corrected AC-DC boost converters.
To achieve high quality and cheap PFC circuit, AC-DC converter must be operated as high frequency as possible. Increasing frequency causes high switching losses, Electro Magnetic Interference (EMI) and low efficiency on the circuit. To overcome these issues, soft switching (SS) techniques are applied.
In this thesis, a new soft-switched power factor corrected and high efficiency AC-DC boost converter is proposed. All semiconductors are operated softly. The main switch is turned on with Zero Voltage Transition (ZVT), turned off with Zero Voltage Switching (ZVS). The auxiliary switch is turned on with Zero Current Switching, turned off with ZVS. The current stress on the auxiliary switch is decreased dramatically by using center tapped transformer on the new snubber cell so overall efficiency is increased. There are no additional voltage and current stresses on the switches. Detailed analysis of the proposed converter has been performed and verified by both simulation and experimentally, 2 kW 100 kHz prototype.