İzoleli dönüştürücüler için yeni bir aktif bastırma hücresinin tasarımı ve uygulanması
Design and implementation of new active snubber cell for isolated converters
Yazar: HÜSEYİN YEŞİLYURT
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, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
İzolasyon, kontrol kolaylığı ve hızlı dinamik cevap sağladıkları için izoleli yarım köprü, tam köprü ve iki anahtarlı ileri yönlü Darbe Genlik Modülasyonlu (PWM) DC-DC dönüştürücüler endüstride yoğun olarak kullanılmaktadır. Güç yoğunluğunu ve verimi arttırmak aynı zamanda Elektromanyetik Girişimi (EMI) düşürmek amacı ile bastırma hücreleri kullanılarak bu dönüştürücülerin Yumuşak Anahtarlama (SS) altında çalışması sağlanır. 
Bastırma hücrelerinde genel olarak tüm yarı iletken güç elemanlarının yumuşak anahtarlanması, yarı iletkenler üzerinde ilave gerilim ve akım stresi olmaması, iletim kayıplarının artmaması, ana anahtarların parazitik kondansatör enerjilerinin geri kazanılması, sirkülasyon kayıplarının düşük olması ve yumuşak anahtarlamanın geniş bir yük aralığında sağlanabilmesi özellikleri aranmaktadır. Ancak, izoleli PWM DC-DC dönüştürücüler için literatürdeki bastırma hücreleri bu özellikleri yeterince sağlamamaktadır. Özellikle yarı iletkenler üzerinde ilave gerilim ve akım stresi olması uygulanabilirliği düşürmektedir. Bu tezde izoleli PWM DC-DC dönüştürücüler bu özellikleri sağlayan yeni bir aktif bastırma hücresi tasarımı yapılmıştır. 
Tasarımı yapılan bastırma hücresinde ana anahtarlar ZVT ile iletime, ZVS ile kesime girmektedir. Yardımcı anahtarlar ZCS ile iletime, ZVS ile kesime girmektedir. Yardımcı anahtar ve bastırma endüktans akımlarının tepe değerlerinin nominal primer akımından düşük olması sağlanmıştır. Teorik analizler, 300 V giriş gerilimi, 20 V çıkış gerilimi, 50 A çıkış akımı ve 80 kHz anahtarlama frekansına sahip uygulama devresi ile doğrulanmıştır. Sert anahtarlamalı durumda dönüştürücünün tam yükte % 83 olan verimi tasarlanan bastırma hücresi sayesinde % 90'a yükselmiştir.

Abstract:
Isolated Half Bridge (HB), Full Bridge (FB) and two switch forward converter Pulse-Width-Modulated (PWM) DC-DC converters are widely used in industry. In these converters, in order to increase the power density and efficiency and also to reduce the Electromagnetic Interference (EMI), Soft Switching (SS) techniques are provided using snubber cells.
In general, the following proporties are expected in snubber cell designs. All the power semiconductor devices should operate with soft switching. There should be no additional voltage or current stress on the semiconductor power devices. Conduction losses should not increase. Parasitic capacitor energy of the main switches should be recovered. There should not be too much circulation losses. Soft switching should be provided under a very wide load range. However, the snubber cells in the literature do not provide these properties sufficiently. Above all, the additional voltage and current stresses on the semiconductor devices limiting the applicability. In this thesis, a new active snubber cell design which provides the features listed above for isolated PWM DC-DC converters have been designed. 
In the proposed snubber cell, the main switches operate with ZVT turn-on and ZVS turn-off. The auxiliary switches operate with ZCS turn-on and ZVS turn-off. The peak value of the auxiliary switches current and snubber inductance current are lower than nominal primary current. The theoretical analysis is verified with implementation having 300 V input voltage, 20 V output voltage, 50 A output current and 80 kHz switching frequency. The overall efficiency of the converter is increased from 83 % in the hard switching condition to 90 % thanks to the proposed active snubber cell.