Geniş giriş gerilimi aralıklı bir rezonanslı dönüştürücünün tasarımı ve uygulaması
Design and application of a wide input voltage range resonant converter
Yazar: HASAN SAĞLAM
Danışman: PROF. DR. HACI BODUR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Doğru akım motorları = Direct current motors ; Dönüştürücüler = Transformers ; Rezonans = Resonance

Özet:
Televizyon teknolojisi, son 30 sene içinde tüplü ekranlardan sıvı kristal ekran
teknolojisine (LCD) doğru gelişmiştir. Son dönemlerde ise quantum dot (QLED)
ve organik ışık yayan diyot (OLED) teknolojilerine doğru hızla ilerlemiştir. Led,
yarı iletken ve görüntü işleme teknolojilerindeki gelişmeler televizyon
dünyasındaki bu ilerlemelerin ana sebebi olmuştur. Üstelik tüm bu yeni
teknolojiler, bir ürünün çektiği güç değerini katlayarak arttırmıştır. Özellikle de
üretim dünyasındaki gelişimler bu ürünlerin birçok insan tarafından ulaşılabilir
olmasını sağlamıştır ve tüm bu ürünlerin yaygınlaşması haneler tarafından
çekilen güç değerini oldukça arttırmıştır.
Televizyon gibi ekran teknolojisine sahip birçok cihaz doğru akım (DC) ile
çalışmaktadır. Bu tür cihazların şarj olmak veya direk çalışmak için bağlandıkları
şebekenin akımı ise alternatif akımdır (AC). Doğru akım ile çalışan cihazların
şebeke bağlantılı olarak çalışabilmeleri için alternatif akımın doğru akıma
dönüştürülmesi gerekir. Bu tür enerji dönüşümlerini sağlayan dönüştürücüler
güç elektroniği alanının konusudur. Bu dönüştürücüler temel olarak AC-DC, DCDC,
DC-AC ve AC-AC dönüştürücülerdir. Televizyon teknolojisinde genel olarak
alternatif akımın doğru akıma dönüştürüldüğü AC-DC dönüştürücüler ve DC
xviii
gerilimin yine bir DC gerilime dönüştürüldüğü DC-DC dönüştürücüler kullanılır.
Son yıllarda güç tüketiminin oldukça artması ve yeni nesil güç kaynaklarının
şebekeden harmonikli akımlar çekmesi sebebi ile enerji standartları
tanımlanmıştır. Bu standartlar zamanla üreticiler için daha zorlayıcı hale
gelmiştir. Standartlardan biri de güç faktörü standardıdır. 75 W'ın üstünde
televizyonların güç faktörü değerinin %95'in üstünde olması beklenmektedir.
Televizyon uygulamalarında 75W üstünde güç faktörü standardının
sağlanabilmesi için şebeke ile DC-DC dönüştürücüler arasında bir AC-DC
dönüştürücü olan güç faktörü düzeltme (PFC) devresi kullanılır. PFC
devrelerinin kullanılması DC-DC dönüştürücülerin girişinde sabit bir DC gerilim
sağlanabilmesi avantajı da kazandırır. 75W üstünde, girişte sabit bir DC
gerilimin olması, rezonanslı LLC dönüştürücünün kullanılabilmesine de olanak
sağlamaktadır. Aynı zamanda, yüksek verim, ince yapı ve yüksek güç yoğunluğu
gibi doğal avantajları, LLC dönüştürücünün bu uygulamalar için popülerliğini
artırmaktadır. Güç faktörü regülasyonu gerektirmeyen 75W'ın altında ise geniş
giriş gerilimi aralığında kolayca çalışabilen geri dönüşlü DC-DC dönüştürücü
tercih edilir. Rezonanslı güç kaynağı LLC'nin geniş giriş gerilimi aralığında
çalışma zorlukları sebebi ile güç faktörü düzeltme (PFC) devresi gerektirmesi
75W'ın altında avantajını kaybetmesine sebep olmaktadır.
Bu tezde, 75W'ın altında geri dönüşlü topolojiye alternatif olmak üzere, PFC
gerektirmeyen ve geniş bir giriş gerilimi aralığında çalışabilen bir rezonanslı
dönüştürücü tasarlanmış ve bu dönüştürücünün bir simülasyon uygulaması
gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Television technology has evolved from tube displays to liquid crystal display
technology (LCD) in the last 30 years. Recently, it has advanced rapidly towards
Quantum dot (QLED) and Organic Light Emitting Diode (OLED) technologies.
The developments in LED, semiconductor and image processing technologies
have been the main reason for these advances in the television world. Moreover,
all these new technologies have increased the power value of a product
exponentially. In particular, the developments in the world of production have
made these products accessible to many people, and the spread of all these
products has greatly increased the value of power drawn by the households.
Many devices with display technology such as televisions work with direct
current (DC). The current of the network that these types of devices are
connected to for charging or working directly is alternating current (AC).
Alternating current must be converted to direct current in order for the devices
working with direct current to work in connection with the network. Converters
that provide such energy conversions are the subject of power electronics. These
converters are basically AC-DC, DC-DC, DC-AC and AC-AC converters. In
xx
television technology, AC-DC converters, in which alternating current is
converted into direct current, and DC-DC converters, in which DC voltage is
converted into a DC voltage, are generally used.
Energy standards have been defined due to the increase in power consumption
in recent years and the new generation power supplies drawing harmonic
currents from the network. These standards have become more challenging for
manufacturers over time. One of the standards is the power factor standard. It is
expected that the power factor value of televisions above 75 W is above 95%.
In order to provide a power factor standard above 75W in television
applications, a power factor corrector (PFC) circuit, which is an AC-DC converter
between the network and DC-DC converters, is used. Using PFC circuits gives the
advantage that a constant DC voltage can be provided at the inputs of DC-DC
converters. A constant DC voltage at the input, above 75W, enables the resonant
converter LLC to be used. At the same time, the inherent advantages of the LLC
converter such as high efficiency, thin construction and high power density make
it popular for these applications. For those below 75W, which do not require
power factor regulation, a flyback DC-DC converter that can easily operate in a
wide input voltage range is preferred. Resonant power supply LLC's need for
power factor correction (PFC) circuit due to operating difficulties in wide input
voltage range causes it to lose its advantage below 75W.
In this thesis, to be an alternative to the flyback topology below 75W, a resonant
converter that does not require PFC and can operate in a wide input voltage
range has been designed and a simulation application of this converter has been
realized.