Rezonanslı doğru akım kaynaklarının incelenmesi ve iki trafolu bir uygulamanın gerçekleştirilmesi
Investigation of resonant dc sources and implementation of a two transformers application
Yazar: ÇAĞATAY ÖZÇELİK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ATİYE HÜLYA OBDAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Güç elektroniğindeki teknolojik gelişmeler ile birlikte güç dönüşümlerindeki yüksek verim ve yüksek güç yoğunluğu talebi de her geçen gün artmaktadır. DC-DC güç dönüşümü bir çok güç kaynağı ve enerji ile ilgili olan uygulamalar için kaçınılmaz durumdadır. Özellikle solar panel inverter ve ön-uç güç kaynaklarının performasında, yüksek verim ve yüksek güç yoğunluğu önemli olduğu kadar geniş giriş gerilimi ve yük koşullarında da regülasyonu sağlaması önemlidir. Ayrıca dönüştürücülerin yüksek frekanslarda çalışması devredeki pasif elemanların ebatlarını önemli ölçüde düşürür ve güç yoğunluğu açısından önemlidir. Ancak yüksek frekans sebebi ile oluşan anahtarlama kayıpları bir engel olarak karşımıza çıkar. Rezonanslı DC-DC dönüştürücüleri bu zorlukların üstesinden gelmek için iyi bir seçimdir çünkü yumuşak anahtarlamayı mümkün kılarlar ve ayrıca elektromanyetik girişimleri düşüktür. Farklı rezonanslı dönüştürücü topolojileri arasında olan LLC rezonanslı dönüştürücü, tam yük ve yüksüz koşulları altında yumuşak anahtarlamayı sağlama ve geniş kazanç aralığından dolayı tercih edilirler.
Özellikle TV endüstrisinde televizyonların ince ve küçük ebatlarda olması önemli bir trend olmuştur. OLED TV gibi LCD TV'lere göre yüksek güç ihtiyacı olan televizyonların güç kaynaklarının da küçük ebatlarda olması önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, yüksek akım çıkışlı yüksek güçlü LLC rezonanslı dönüştürücüde kullanılan trafoların primerleri seri sekonderleri paralel bağlı olacak şekilde sunulmuştur. Seri rezonans karakteristiğine dayanarak, güç MOSFET'leri yumuşak anahtarlama ile sıfır gerilimde iletime girerler. Dolayısıyla güç elemanı olan MOSFET'lerin üzerindeki anahtarlama güç kaybı da azaltılmış olur. Önerilen dönüştürücüde, trafoların primer bağlantıları seri olduğundan ikisinden de aynı primer akımı geçer ve böylece dengeli yük akımı sağlanmış olur. Sekonder çıkş tarafında ise trafoların bağlantısı paralel olduğundan yük akımını eşit biçimde paylaşırlar böylece sekonder sargıların ve doğrultucu diyotların üzerindeki akım stresi azaltılmış olur. Bu çalışmada, önerilen dönüştürücünün çalışma prensibi, farklı çalışma modları ve dizayn değerlendirmeleri tartışılmış ve 24V/20A deneysel prototibi sunulmuştur.
Anahtar kelimeler: LLC rezonanslı dönüştürücü, yumuşak anahtarlama(ZVS), güç yoğunluğu, elektromanyetik girişim(EMI)

Abstract:
The development in power conversion is in constant demand of high power efficiency and high power density. The DC-DC power conversion is an inevitable part of numerous power supplies and energy related applications. Especially, in PV micro-inverters and front-end converter of power supplies, great challanges affect the power performances of the DC-DC converter stage, which not only require high efficiency and density but also the capability to regulate a wide variation range of input voltage and load conditions. Moreover, with increasing operating frequency, passive components sizes are dramatically reduced which is essential in terms of power density. However, switching loss with higher frequency pose a problem. The resonant DC-DC converters are good candidates to meet these challenges with the advantages of achieving soft switching and low EMI. Among various resonant converter topologies, the LLC resonant converter is very attractive for its wide gain range and providing ZVS for switches from full load to zero load condition.
Particularly, low profile TV's became a trend in television industry. The power supplies in OLED TV's which require more power than LCD TV's must be low size as well. This thesis presents high output current high power LLC resonant converter with two transformers which are connected in series-primary parallel-secondary. In terms of series resonant characteristic, power MOSFET's achieve soft switching which is zero voltage switching(ZVS) so that power loss of these semiconducters are reduced. In the proposed converter, the primary windings of two LLC converters are connected in series. Thus two converters have the same currents to ensure that two converters can supply the balance load current. In the output side of two LLC converters are connected in parallel to share the load current and to reduce the current stresses on the secondary windings and the rectifier diodes. In this thesis, the principle of operation, different operating modes and design consideration are provided and discussed and 24V/20A experimental prototype were provided.  
Keywords: LLC resonant converter, soft switching(ZVS), power density, electromagnetic interferance