Yeni bir yumuşak anahtarlamalı faz kaydırmalı tam köprü PWM DC-DC dönüştürücünün geliştirilmesi
Development of a new soft switched phase shifted full bridge PWM DC-DC converter
Yazar: NİHAN ALTINTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. A. FARUK BAKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Faz kayması = Phase shift

Özet:
Anahtarlamalı güç kaynakları, yüksek gerilimli güç kaynakları, akümülatör şarjı, kaynak makinaları vb. endüstriyel uygulamalarda, yüksek güç ve frekanslarda genellikle tam köprü türü izoleli DC-DC dönüştürücü kullanılmaktadır. Tam Köprü (FB) türü bu dönüştürücülerde, anahtarlama kayıpları ile güç elemanlarının kaçak kapasitansları ve transformatörün kaçak endüktansı arasında oluşan parazitik salınımlar kabul edilemez düzeylere erişmektedir. Bu uygulamalarda, modern Yumuşak Anahtarlama (SS) yöntemleri kullanılarak, anahtarlama kayıpları ile güç elemanlarının akım ve gerilim streslerinin etkili bir şekilde azaltılması, böylece devre veriminin veya güç yoğunluğunun yükseltilmesi ve EMI gürültünün düşürülmesi gerekmektedir.Çoğunlukla MOSFET'in kullanıldığı bu tür dönüştürücülerde, genellikle Faz Kayma (PS) yöntemi uygulanarak, güç elemanlarının kaçak kapasitansları ve transformatörün kaçak endüktansı arasında bir Kısmi Rezonans (QR) oluşturulmakta, böylece kaçaklar yararlı hale dönüştürülmekte ve SS elde edilmektedir. Burada, kaçak endüktansta biriken enerji ile parazitik kapasitanslar deşarj edilerek, MOSFETlerin Sıfır Gerilim Geçişi (ZVT) ile iletime ve Sıfır Gerilimde Anahtarlama (ZVS) ile kesime girmesi sağlanmaktadır. PS FB PWM DC-DC dönüştürücülerde, yük akımına bağlı olarak bağıl iletim süresinin değişmesi ve düşük yükte endüktansta biriken enerjinin yetersiz kalması nedeniyle yumuşak anahtarlamanın bozulması, çıkış katındaki doğrultucu diyotlar üzerinde aşırı gerilim ve salınımların oluşması, çıkışa gücün aktarılmadığı aralıkta primerden geçen akım nedeniyle iletim kayıplarının artması gibi bazı önemli problemler oluşmaktadır. Literatürde bu dönüştürücüler ile bunların problemlerini çözmeye yönelik pek çok çalışma yer almaktadır.Bu tezde, yukarıda sıralanan dönüştürücü problemlerinin çoğunun çözüldüğü, dönüştürücünün IGBT'li olarak gerçekleştirilmesine ve yüksek güçlü uygulamalarda kullanılmasına imkân sağlayan yeni bir yumuşak anahtarlamalı PS FB PWM DC-DC dönüştürücü geliştirilmiştir.

Abstract:
Full bridge isolated DC-DC converters are widely used in applications such as switch mode power supplies, high voltage power supplies, arc welding machines and battery chargers at high power and frequencies. In Full Bridge (FB) converters switching losses and the parasitic oscillations between leakage capacitance of power switches and transformer leakage inductance reach unacceptable values. In these applications it is required to decrease switching losses and current and voltage stresses of power switches with modern Soft Switching (SS) methods to increase efficiency and power density and to decrease EMI noise.In these converters MOSFET is mostly prefferred and by using Phase Shift (PS) method a Quasi Resonant (QR) is formed between the parasitic capacitance of power switches and transformer leakage inductance, so the leakages are utilised beneficially and SS is obtained. In this topology the energy in parasitic capacitance is discharged by using the energy in the leakage inductance. MOSFET is turned on with Zero Voltage Transition (ZVT) and turned off with Zero Voltage Switching (ZVS). In PS FB PWM DC-DC converters some problems arises such as variation of duty cycle with load current, hard switching because of insufficient energy in leakage inductance at light loads, and high voltage peaks and oscillations on the output diodes, and increment in the conduction losses because of the current flowing in the free wheeling interval. There are lots of studies on these converters and to solve the problems of these converters in the literature.In this thesis, a new PS FB PWM DC-DC converter is developed. In this converter IGBT is used and the problems listed above is solved and the converter will be applied to high power applications.