Geliştirilmiş bir kayıpsız pasif bastırma hücreli PFC devresinin tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Improvement of a new soft switching passive snubber cell for PFC converters
Yazar: HÜSEYİN YEŞİLYURT
Danışman: PROF. HACI BODUR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Şebekeye bağlı lineer olmayan alıcı miktarınının artması, harmonikli akım ve elektromanyetik girişim (EMI) nedeniyle şebekenin kirletilmesine, verimsiz kullanılmasına ve kayıpların artmasına neden olmuştur. Bunun yanında enerji kaynaklarının da hızlı bir şekilde tükenmesi, enerjinin verimli kullanılmasını zorunlu kılmıştır. Şebekeden harmonikli akım çekilmesi, şebeke geriliminin bozulması ve verimin azalmasının yanı sıra aynı şebekeye bağlı hassas cihazlarda hata ve bozulmalar ve bunun gibi farklı bir çok problemi beraberinde getirmektedir. Bu nedenlerle enerjinin kaliteli ve verimli kullanımı için, ulusal ve uluslararası düzeylerde standartlar ve sınırlamalar geliştirilmiştir. Aranan standartlar ile uygun güç faktörü ve harmonik değerleri sağlamak üzere, son yıllarda hem akademik hem de endüstriyel olarak bir çok çalışma yapılmıştır.
Harmoniklerin önüne geçilmesi ve güç faktörünün düzeltilmesi; genel olarak pasif filtreler, aktif filtreler ve güç faktörü düzeltme devreleri (PFC) ile sağlanır. Pasif filtrelerin güç faktörünü düzeltme ve harmonikleri sınırlama kabiliyeti oldukça düşük ve maliyeti oldukça yüksektir. Aktif filtreler ise oldukça karmaşık ve pahalı olduğu için sadece çok yüksek güçlü özel uygulamalar için uygundurlar. PFC devrelerinin ise kontrolünün kolay, maliyetinin düşük ve performansının yüksek olmasının yanında endüstride bir çok cihazın şebekeye bir doğrultucu üzerinden bağlanması bu devrelerin yaygınlaşmasını sağlamıştır. Ayrıca PFC devreleri yüksek frekansta çalıştığı için filtre elemanlarının boyutları azalmakta ve maliyeti oldukça düşmektedir. 
PFC?nin kaliteli bir şekilde sağlanması ve güç yoğunluğunun arttırılması yüksek anahtarlama frekansı ile elde edilebilmektedir. Ancak, anahtarlama frekansının artması, anahtarlama kayıpları ve EMI gürültülerinin artmasına yol açmaktadır.Yüksek anahtarlama frekansının yol açtığı bu sorunların önüne ancak sert anahtarlama yerine yumuşak anahtarlama teknikleri kullanılarak geçilebilmektedir.
Bu çalışmada sürekli akım modu altında çalışan PFC dönüştürücü için anahtarlama kayıplarını ve EMI gürültülerini azaltmak üzere yeni bir geliştirilmiş kayıpsızpasif bastırma hücresi tasarımı yapılmış ve gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan pasif bastırma hücresinin detaylı teorik analizi ve simülasyonu yapılmış ve teorik analizler,sürekli akım modu altında çalışan 1-kW ? 50-kHz PFC dönüştürücü uygulaması ile doğrulanmıştır.

Abstract:
The increase in the use of grid connected nonlinear loads have caused lots of harmonic currents and electromagnetic interference (EMI) which, in return, have caused distortion, dissipation and inefficient use of electrical grid. Furthermore, energy resources have been exhausting rapidly. Hence, it has become very important to use electrical energy effectively. In addition to decreasing efficiency and distortion of electrical grid, harmonic currents also cause error and breakdown in electrical devices connected to grid. Therefore, various national and international standards and restrictions have been being carried out and enforced to use energy more effectively. As a result, there have been many industrial and academic studies performed on PFC circuits to ensure desired power factor and harmonic current limits.
Desired harmonic current level and power factor usely achieved with passive filters, active filters and PFC converters. Performance of pasif filters is too low whereas they are costly.Since active filters are too complex and expensive they are only acceptable for high power unique application. However, in addition to connection of electrical devices to grid through AC ? DC converters,easy control, low cost and high performance have made PFC converters attractive. Furthermore, operation PFC converters with high frequency decreases size of filter compenents which in return low cost.
High power density and high input current quality can only be achievedby increasing switching frequency. However, switching lossesand EMI also increase by increasing switching frequency. Softswitching techniques are applied to suppress switching lossesand EMI caused by increasing switching frequency.
In this thesis, a new improved lossless passive snubber circuit for continuous conduction mode PFC converters proposed in order to decrease switching losses and EMI. The detailed steady-state analysis andthe simulation of the proposed circuit are carried out, and thistheoretical analysis is verified by implementing a 1-kW and 50-kHz converter.