Yüksek gerilim kazançlı yalıtımsız bir da-da dönüştürücünün geliştirilmesi
Development of a non-isolated dc-dc converter with high voltage gain
Yazar: OĞUZCAN KORKMAZ
Danışman: DOÇ. FURKAN AKAR
Düzce Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Zamanla doğal enerji kaynakların tükenecek olması ve geleneksel enerji üretiminin doğaya zarar vermesi temiz ve yeşil enerji kaynaklarını ön plana çıkarmaktadır. Bu kaynaklar arasında yer alan ve oldukça ilgi çeken fotovoltaik sistemler ve yakıt hücreleri düşük çıkış gerilimlerine düşük olduğundan yüksek değerli DA (doğru akım) barasına enerji aktarılması durumunda yüksek gerilim kazançlı DA-DA dönüştürücüler kullanılmaktadır. DA-DA dönüştürücüler DA gerilim seviyesini değiştirerek elektrik enerjisini bir kaynaktan başka bir kaynağa aktarırlar; bu işlem gerçekleştirilirken yüksek frekansta anahtarlama sayesinde yüksek güç yoğunluğuna erişilir.  Yükseltici tip ve düşürücü-yükseltici tip gibi geleneksel yalıtımsız DA-DA dönüştürücüler oldukça verimli ve ekonomiktir; ancak parazitik etkilerden dolayı sınırlı gerilim kazancına sahiptirler. Bu motivasyonla bu tez çalışmasında anahtarlamalı kapasitör (AK) temelli yalıtımsız bir DA-DA dönüştürücü önerilmektedir. Bu dönüştürücü 2 adet endüktans, 5 adet kapasitör, 3 adet anahtar ve 7 adet diyot içermektedir.  Dönüştürücünün giriş tarafında bulunan 2 anahtar giriş akımlarını ayarlarken, çıkışta bulunan anahtar AK operasyonu için gerekli olan anahtarlamayı sağlamaktadır. Böylelikle, ayrıştırmalı (interleaved) yapı sayesinde giriş akım dalgalanması azaltılırken, AK yapısı ile yüksek çıkış gerilimleri elde edilmektedir. Ayrıştırmalı yapının getirdiği diğer avantajlar ise yüksek verim ve düşük elektromanyetik girişim olarak sıralanabilir. Ayrıca, önerilen dönüştürücünün AK yapısı sayesinde transformatör gereksinimi ortadan kaldırıldığı için yüksek verim, düşük maliyet ve kompakt tasarım gibi avantajlar vadedilmektedir.

Abstract:
The fact that natural energy resources will run out over time and that traditional energy production harms nature brings clean and green energy sources to the forefront. Among these resources, photovoltaic systems and fuel cells, which have low output voltages, use high-voltage gain DC-DC converters when transferring energy to a high-voltage DC bus. DC-DC converters transfer electrical energy from one source to another by changing the DC voltage level, achieving high power density through high-frequency switching. Conventional non-isolated DC-DC converters, such as boost and buck-boost converters, are highly efficient and economical; however, they have limited voltage gain due to parasitic effects. With this motivation, this thesis proposes a switched capacitor (SC) based non-isolated DC-DC converter. This converter consists of 2 inductors, 5 capacitors, 3 switches and 7 diodes.  The 2 switches at the input side of the converter adjust the input currents, while the switch at the output provides the switching required for the SC operation. Thus, the interleaved structure reduces the input current ripple while the SC structure provides high output voltages. Other advantages of the interleaved operation are high efficiency and low electromagnetic interference. Moreover, the proposed converter promises advantages such as high efficiency, low cost and compact design since the transformer requirement is eliminated due to the AK structure.