Akım sensörsüz DSP tabanlı PFC devre tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of a current sensorless DSP based PFC circuit
Yazar: NAZLIGÜL SERTLER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. İBRAHİM SEFA
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Eğitimi Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Teknik Eğitim = Technical Education

Özet:
Güç faktörü etkin gücün görünür güce oranıdır. Birim güç faktörünün sağlanması şebeke ve kaynakların en verimli şekilde kullanılabilmesi anlamını taşır. Anahtarlamalı mod güç kaynaklarında ve girişinde doğrultucu bulunduran cihazlarda güç faktörünün düzeltilmesi (Power Factor Correction-PFC) uluslararası standartlara göre bir zorunluluktur. Güç faktörünün düzeltilmesi uygulamalarında sayısal kontrol, karmaşık algoritmaların gerçekleştirilmesine olanak sağlamakta, kullanıma esneklik getirmekte ve devre yapısı basitleşmektedir. Ancak, sınırlı anahtarlama frekansı sayısal kontrol için bir dezavantajdır. Bu çalışmada daha az hesaplama süresi ve daha düşük anahtarlama frekansı ile geleneksel PFC kontrol yöntemlerinin performansı elde edilmeye çalışılmıştır. Geleneksel boost PFC sistemlerindeki giriş akımı ölçümü yerine daha az örnekleme zamanı gerektirecek yük akımı ölçümü referans alınmıştır. Kontrol stratejisi, istenen giriş akımı dalga şeklinin giriş gerilimi ile doğru orantılı bir sinüs dalga olarak önceden bilindiği ve denetim yapısı içerisinde modellenebileceği üzerine kuruludur. Görev saykılı sinyali, gerilim kararlılığı ve birim güç faktörü sağlayan iki kısımdan oluşmaktadır. Yeni yaklaşımda birim güç faktörünü sağlayan görev saykılı bileşeninin genliği, gerilim kararlılığı bileşeninin genliğine bağlı olarak en uygun değerlere ayarlanmaktadır. Bu değerler simulasyon ile belirlenmiştir. Uygulama için interleaved boost yapısı tercih edilerek anahtar elemanlar üzerindeki baskı azaltılmış ve yük paylaşımı sağlanmıştır. Matlab/Simulink ile 1500W'lık sistem için simülasyon yapılmış toplam harmonik distorsiyon değeri %5'in altında elde edilmiş ve birim güç faktörü sağlanmıştır. Uygulama için eZdsp 2808 seti kullanılarak sistem sayısal olarak kontrol edilmiş, 20kHz anahtarlama frekansında toplam harmonik distorsiyon değeri %8'in altında elde edilerek birim güç faktörü sağlanmıştır.

Abstract:
Power factor is defined as the ratio of real power to apparent power. Assurance of unity power factor means efficient use of supplies and resources. According to the international standards, power factor correction (PFC) is mandatory on switch mode power supplies and on the devices with rectifiers at the input. The use of digital control in power factor correction applications eases implementation of complex algorithms, provides flexibility to the usage and simplifies circuit structure. In contrast, limited switching frequency is the drawback of digital control. This study aims to reach the performance of traditional PFC control techniques with a less calculating time and a low switching frequency. The baseline is to measure the load current which requires less sampling time compared with the measurement of input current in the traditional boost PFC systems. The control strategy is build on the condition of the desired input current waveform is known in advance as it is proportional to the input voltage sine waveform and it is able to be modelled in the control structure. The duty cycle signal is comprised of two parts; one of which providing voltage equilibrium while the other assuring unity power factor. Within the new approach, the amplitude of the duty cycle part assuring unity power factor is adjusted to appropriate values according to the amplitude of the voltage equilibrium part. These values are determined by the simulation. Interleaved boost structure has been chosen for the implementation in order to decrease the strain on the switching components and to provide load sharing. Utilizing Matlab/Simulink, the system has been simulated for 1500W, the THD has been obtained below 5% and unity power factor has been obtained. Within the application, the system has been digitally controlled by the eZdsp 2808 set resulting a unity power factor with a THD lower than 8% at a switching frequency of 20 kHz.