Düzensiz darbe yoğunluk modülasyonu tabanlı bir manyetik bağlaşımlı kablosuz güç transfer sisteminin gerçekleştirilmesi
Realization of a magnetic coupled wireless power transfer system based on irregular pulse density modulation technique
Yazar: KENAN ÜNAL
Danışman: PROF. DR. GÜNGÖR BAL
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kablosuz güç transferi ile bir güç kaynağından yüke elektrik enerjisinin aktarılması işlemi arada herhangi bir iletken olmaksızın gerçekleştirilebilmektedir. Lazer tabanlı, mikrodalga tabanlı, kapasitif bağlaşımlı, endüktif bağlaşımlı ve manyetik rezonans bağlaşımlı olarak birçok yöntemle elektrik enerjisi iletken olmadan vericiden alıcıya iletilebilmektedir. Bu yöntemlerin birbirine göre çeşitli üstünlükleri bulunmaktadır. Birçok cihazın, özellikle elektrikli araçların şarjı için en uygun yöntemlerden biri manyetik rezonans bağlaşımlı kablosuz güç transferidir (MRB-KGT). MRB-KGT sistemlerinde yük akımı veya yük uçlarındaki gerilimin kontrol edilebilmesi için güç kontrolünde kullanılan çeşitli modülasyon teknikleri kullanılmaktadır. Darbe yoğunluk modülasyonu (DYM) bu amaçla kullanılabilecek modülasyon tekniklerinden biridir. Bu tez çalışmasında düzensiz 32 DYM tekniği kullanılarak yumuşak anahtarlama koşullarında çalışabilen bir MRB-KGT sistemi önerilmiştir. MRB-KGT sistemlerinde kullanılması amacıyla önerilen düzensiz 32 DYM tekniğinin etkinliğini kanıtlayabilmek için bir deneysel çalışma prototipi tasarlanmıştır. Önerilen bu güç kontrol tekniği ile literatürde bulunan darbe frekans modülasyonu (DFM), darbe genişlik modülasyonu (DGM) ve faz kaydırma modülasyonu (FKM) teknikleriyle karşılaştırılmıştır. MRB- KGT sistemlerinde kullanılması önerilen düzensiz 32 DYM tekniği ile güç kontrolünde kullanılan diğer modülasyon tekniklerinin anahtarlama kayıpları da deneysel olarak ölçülmüştür. Bu amaçla eviricinin bir kolundaki alt ve üst anahtarların akım ve gerilimleri tüm modülasyon teknikleri için aynı yük direnci değerinde ölçülmüş ve anahtarlama kayıpları sunulmuştur. Son olarak eviricideki güç anahtarlarının sıcaklık değişimi de tüm modülasyon teknikleri için aynı yük direnci değerinde termal kamerayla izlenerek karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Wireless power transfer allows the transfer of electrical energy from a power source to a load without any conductor. Laser-based, microwave-based, capacitive coupling, inductive coupling and magnetic resonant coupling methods can be used to transfer electrical energy from transmitter to receiver without any conductor. Magnetic resonant coupled wireless power transfer (MRC-WPT) is one of the most suitable methods especially for charging electric vehicles, although these methods have various advantages over each other. A variety of power control techniques can be used to control the current and the voltage at the load in MRC-WPT systems. Pulse density modulation (PDM) is one of the power control techniques that can be used for this purpose. This thesis proposes an MRC-WPT system that can operate under soft switching conditions using the irregular 32 PDM technique. In order to test the efficiency of the irregular 32 PDM technique in MRC-WPT systems, an experimental prototype is designed. The irregular 32 PDM technique is compared with pulse frequency modulation (PFM), pulse width modulation (PWM) and phase shift modulation (PSM) in the literature. These comparisons were realized at four different load values. A constant output current was measured with two of these loads and a constant output voltage was measured with the other two. Consequently, the results of five different power control techniques for these eight load values are presented. The other criteria for comparing the irregular PDM technique proposed to be used in MRC-WPT systems with other power control methods is the switching losses. For this purpose, the currents and voltages of the upper and lower semiconductor power switches in one arm of the inverter are measured for one load value and the switching losses are presented. Finally, all power control method was operated for equal time for one load value and the semiconductor power switch temperatures were observed with a thermal camera. All results of the experiments are evaluated and then presented.