Yumuşak anahtarlamalı yeni bir DC-DC dönüştürücünün geliştirilmesi ve gerçekleştirilmesi
Developing and application of a new soft switched DC-DC converter
Yazar: NAİM SÜLEYMAN TINĞ
Danışman: PROF. DR. HACI BODUR
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Makinaları ve Güç Elektroniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında yeni bir aktif bastırma hücresine sahip sıfır gerilim geçişli (ZVT) darbe genişlik modülasyonlu (PWM) DC-DC yükseltici türü bir dönüştürücü sunulmuştur. Dönüştürücüdeki tüm yarı iletken elemanlar yumuşak anahtarlama ile iletime ve kesime girmektedir. Sunulan dönüştürücünün temel özelliği, eklenen bastırma hücresinin ana anahtarda ve ana diyotta ilave akım ya da gerilim stresi oluşturmamasıdır. Aynı zamanda yardımcı anahtar ve yardımcı diyotlar üzerinde de herhangi bir gerilim stresi yoktur. Ana anahtar ZVT ile iletime ve ZVS ile kesime girerken yardımcı anahtar ise ZCS ile iletime ve ZCT ile kesime girmektedir. Önerilen dönüştürücü hafif yük şartlarında dahi kusursuz olarak yumuşak anahtarlama ile çalışmaktadır. Bununla birlikte dönüştürücünün düşük maliyet ve basit yapıya sahip olması temel avantajdır. Önerilen dönüştürücü batarya güç kaynaklı ve düşük DC bara gerilimli uygulamalarda kullanılabilir. Tez çalışmasında, sunulan yeni dönüştürücünün teorik analizi yapılmış ve bu teorik analiz laboratuvar ortamında kurulan 500 W ve 100 kHz'lik bir prototiple doğrulanmıştır. Sunulan dönüştürücü nominal çıkış gücünde % 97.8'lik verimiyle oldukça elverişli bir sonuç ortaya koymaktadır.
Tezin birinci bölümünde, yapılan literatür taraması sonucunda tez konusu ile ilgili yapılan çalışmalar hakkında kısa bilgiler, tezin amacı ve hipotez verilmiştir.
İkinci bölümde, yumuşak anahtarlama kavramı ve mevcut yumuşak anahtarlama teknikleri hakkında detaylı bilgilere yer verilmiştir.
Üçüncü bölümde, ileri yumuşak anahtarlama teknikleri ZVT ve ZCT ile ilgili yapılan örnek dönüştürücüler detaylı olarak analiz edilmiş, simülasyon sonuçları verilmiş ve bu sonuçlar üzerinden dönüştürücülerin avantaj ve dezavantajları vurgulanmıştır.
Dördüncü bölümde, bu tez çalışmasında önerilen yeni ZVT PWM DC-DC dönüştürücünün çalışma prensibi, çalışma modları, tasarım prosedürü, simülasyonu ve genel özellikleri verilmiştir.
Beşinci bölüm önerilen dönüştürücünün deneysel sonuçlarını kapsamaktadır. Sunulan dönüştürücünün 500 W ve 100 kHz'lik deneysel uygulaması yapılarak hem nominal güçte hem de hafif yüklerde elde edilen sonuçlar gösterilerek dönüştürücünün katkıları anlatılmıştır.
Altıncı ve son bölümde ise bu tez çalışmasında literatüre kazandırılan ve önerilen yeni ZVT PWM DC-DC dönüştürücünün genel özellikleri ve gelecekte yapılması planlanan hedefler belirtilmiştir.

Abstract:
In this thesis, a novel ZVT-PWM DC-DC boost converter with an active snubber cell is proposed. All of the semiconductor devices in the converter turn on and off with soft switching (SS). The main feature of the proposed converter is the absence of extra current or voltage stress on the main switch and main diode. There is also no extra voltage stress on the auxiliary switch and the auxiliary diodes. The main switch turns on with Zero Voltage Transition (ZVT) and turns off with Zero Voltage Switching (ZVS). The auxiliary switch turns on with Zero Current Switching (ZCS) and turns off with Zero Current Transition (ZCT). The proposed converter smoothly operates under light-load conditions. Having a simple structure at low cost is the main advantage of the proposed converter. The proposed soft-switching topology can be used in applications with the battery power source and low-voltage dc-link. In this thesis, the theoretical analysis of proposed converter is made and this anaylsis is verified by a prototype with 500 W and 100 kHz. The proposed converter yields a desirable outcome with the efficiency of 97.8 % at nominal output power.
In the first chapter of the thesis, as a result of the review of the literature, it is given on brief informations about the studies which is made on the subject of the this thesis, the thesis's purpose and hypothesis.
In the second chapter, it is given the detailed acknowledge about soft switching and soft switching techniques.
In the third chapter, the example type converters with ZVT and ZCT are analyzed by detailed, their simulation results are given and the advantages and disadvantages of these convertes are emphasized.
In the fourth chapter, the operational principle, operation modes, design procedure, simulation and basic features of proposed novel ZVT PWM DC-DC converter are given.
The fifth chapter covers the experimental results of the proposed converter. The proposed converter are operated at 500 W and 100 kHz and the experimental results are shown for both nominal power and light loads. So, the contributions of converter are explained.
In the sixth and final chapter, the features of the proposed and brought to literature novel ZVT PWM DC-DC converter are emphasized and the aims planned for future are determined.