Sıfır gerilim geçişli faz kaydırmalı tam köprü türü bir PWM DC-DC dönüştürücünün incelenmesi ve gerçekleştirilmesi
Examination and implementation of a zero voltage transition phase shifted full bridge PWM DC-DC converter
Yazar: ALPER GÖYNÜŞEN
Danışman: PROF. DR. HACI BODUR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Enerji = Energy

Özet:
Darbe Genişlik Modülasyon (PWM) tekniği ile kontrol edilen DC-DC dönüştürücüler, güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontrol kolaylığı nedeniyle endüstride yaygın olarak tercih edilmektedirler. Tasarımlarda güç yoğunluğunun daha da artabilmesi ve sistemin cevap verme süresinin iyileşebilmesi, anahtarlama frekansının artması ile mümkündür. Anahtarlama frekansının artması, anahtarlama kayıplarının ve elektromanyetik girişimlerin (EMI) artmasına neden olmaktadır. Bu yüzden frekansın artırılması, ancak sert anahtarlama (HS) yerine yumuşak anahtarlama (SS) tekniklerinin kullanılması ile mümkün olmaktadır.Faz Kaydırmalı tam köprü türü DC-DC dönüştürücü, PWM kontrollü anahtarlamalı güç kaynakları içerisinde yüksek güçlü, izolasyonlu ve yumuşak anahtarlamalı özelliklerinden dolayı en çok tercih edilen devre topolojilerinden biridir. Temel topoloji, ilave bastırma hücreleri kullanılmaksızın, güç anahtarları için sıfır gerilim geçişinin (ZVT) sağlandığı bu devre yüksek frekanslarda çalışarak, güç yoğunluğunun artmasına olanak sağlamaktadır.Bu çalışmada yumuşak anahtarlama kavramı ile ilgili temel kavramlara yer verilmiş, temel faz kaydırmalı tam köprü DC-DC dönüştürücü ayrıntılı olarak incelenerek, tasarım kriterleri değerlendirilmiştir. Temel topolojiye ek olarak dönüştürücüde doyumlu endüktans kullanılarak ZVT aralığının arttırılması amaçlanmıştır.Laboratuvarda prototipi gerçekleştirilen devrede giriş gerilimi 311V DC, anahtarlama frekansı 100 kHz, çıkış gücü 1000 W (24V / 41.66A) olan faz kaydırmalı tam köprü DC-DC dönüştürücünün tüm yük koşulları altında çalışma durumları gözlenmiştir. Gerçekleştirilen devreden alınan deneysel sonuçlardan, topolojinin yüksek frekanslı ve yüksek güçlü uygulamalar için iyi bir seçim olduğu ve doyumlu endüktans sayesinde geniş yük aralığında ZVT'nin sağlandığı ve anahtarlama kayıplarının azaldığı doğrulanmıştır. Bununla beraber doyumlu endüktans sıcaklığındaki artış ve çıkış doğrultucu diyotlarının çok ciddi parazitik salınımlara maruz kalması, giderilmesi gereken dezavantajlar içerisinde yer almıştır.

Abstract:
Pulse width modulation (PWM) controlled DC?DC converters have been frequently used in industry due to their high power density, fast transient response and ease of control. Capable of achieving higher power density and faster transient response in designs, is only possible by increasing the switching frequency. For this reason, the switching frequency can be increased by using soft switching (SS) techniques instead of hard switching (HS).Full bridge phase shifted PWM DC-DC converter is a very suitable topology for the high power, soft switched, and isolated switched-mode power supplies. In this topology, power switches operate under zero voltage transition (ZVT) without being used any snubbers, enables high switching frequency for improved power density. Having merits of soft switching, this circuit has been having more attraction due to the optimized circuit models eliminating its disadvantages.In this study, soft switching tecniques are examined and then the basic full bridge phase shifted PWM DC-DC converter is examined in detail, including some important design criteria. In addition to the basic converter, the saturable inductor is proposed to used for achieving wide range of ZVT. Finally a switched-mode power supply prototype is implemented with 311 V DC input voltage, 100 kHz switching frequency at 1000 W (24V / 41.66A) output power. Judging the results in all load conditions, it is verified that this topology is a good choice for high frequency, high power applications having less switching losses and having wide ZVT range due to saturable inductor. In addition to this, it is seen that implemented system has to be optimized because of drawbacks like heating up of the saturable inductor and very severe parasitic oscillations across output rectifier diodes.