Tek fazlı güç faktörü düzeltmeli (PFC) köprüsüz ac-dc dönüştürücülerin incelenmesi ve karşılaştırılması
Investigation and comparison of single phase power factor correction (PFC) bridgeless ac-dc converters
Yazar: METİN ÇAVDAR
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, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Alternatif akım ve gerilimin, doğru akım ve gerilime dönüştürüldüğü, AC-DC güç dönüştürücü devreleri, günlük hayatta en çok kullandığımız dönüştürücü türüdür. Genelde bu devrelerin şebekeye olan bağlantıları, tam köprü diyot doğrultucuları üzerinden yapılmaktadır. Tek fazlı AC-DC güç dönüştürücülerinde bulunan tam köprü yapı, sadece diyotlardan oluştuğu için doğrultma işlemi esnasında dışarıdan herhangi bir kontrol ve müdahale durumu söz konusu değildir.
Tek fazlı tam köprülü AC-DC dönüştürücü devreleri, uygulamalarda genellikle düşük güç kalitesine sahiptir. Buna sebep olan şey ise tam köprü yapının kendi başına lineer olmayan bir yük grubu gibi davranması ve dönüştürücünün giriş kısmında büyük miktarlarda harmonikler üretmesidir. Ayrıca yüksek güç gerektiren uygulamalarda, tam köprü yapı üzerinde ısınma problemleri de baş göstermektedir.
Tam-köprü yapıdan kaynaklanan bu sorunları gidermek ve daha verimli bir güç dönüşümü işlemi yapabilmek için aktif güç faktörü düzeltme devreleri kullanılır. Bu devrelerin esas amacı, dönüşüm işlemi esnasında şebeke tarafındaki güç faktörü değerini bire yaklaştırmaktır. Aktif güç faktörü düzeltme devrelerinde bu işlemin yapılabilmesi için tam köprü yapıdan sonra DC-DC dönüştürücü devresine ihtiyaç vardır. Genelde bu DC-DC dönüştürücü devresi, gerilim yükseltme özelliği göstermektedir.
xiv
Tek fazlı aktif güç faktörü düzeltmeli yükselten AC-DC dönüştürücü devrelerinde güç faktörü düzeltme işlemi, DC-DC dönüştürücüde bulunan yarı iletken anahtarın yüksek frekanslarda anahtarlanması ile yapılmaktadır. Bu işlem yapılırken giriş akımı, en az üç tane yarı iletken eleman üzerinden geçerek çıkışa ulaşmaktadır. Bu durum nedeniyle de iletim kayıpları artmakta ve verimlilik düşmektedir. Ayrıca bu devrelerin girişinde tam köprü yapı bulunduğundan, yüksek güç uygulamalarında ısınma problemleri de meydana gelmektedir.
Bu çalışmada, AC-DC dönüştürücülerde tam köprü yapıdan kaynaklanan problemleri gidermek için köprüsüz topoloji kavramı ele alınmıştır. Köprüsüz yapıların AC-DC dönüştürücüler içerisinde nasıl kullanıldığı incelenmiş ve iletim kayıplarına olan etkisi değerlendirilmiştir. Literatürdeki köprüsüz tabanlı yükselten tür AC-DC dönüştürücü devreleri belirlenen parametreler doğrultusunda karşılaştırılarak performans ve kullanılabilirlik durumları irdelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Tam-köprü, aktif güç faktörü düzeltme, köprüsüz dönüştürücüler, iletim kaybı

Abstract:
AC-DC power converter circuits, where alternating current and voltage are converted to direct current and voltage, are the type of converters that we use the most in everyday life. In general, the connections of these circuits to the network are made via full bridge diode rectifiers. Since the full bridge structure found in a single phase AC-DC power converters is made up solely of diodes, there is no external control or intervention during the mentioned rectification.
Single phase full bridge AC-to-DC converter circuits do infact have very low power quality. The reason for this is that full bridge construction behaves like a non-linear load group on its own, and large quantities of harmonics at the input of the converter are generated. In addition, the applications requiring high power are exhibiting over heating problems on the full-bridge.
In order to overcome these problems caused by full bridge construction and to perform a more efficient power conversion operation, active power factor correction circuits are used. The main purpose of these circuits is to approximate the power factor value to unity on the network side during the conversion process. DC-DC converter circuit is required right after the full bridge in order to perform this operation in active power factor correction circuits. In general, this DC-DC converter circuit exhibits voltage boosting capability.
xvi
Power factor correction in AC-DC converter circuits with single phase active power factor amplification is performed by switching the semiconductor switch in the DC-DC converter at high frequency. As this process is carried out, the input current reaches to the output passing through at least three semiconductor elements. Because of this situation, the conduction losses are increasing and the efficent productivity is hence dropping. In addition, since the full bridge structure is found at the entrance of these circuits, problems of excessive heating occur in high power applications.
In this study, the concept of bridgeless topology has been handled, in order to solve the problems caused by full bridge construction in AC-DC converters. How the bridgeless construction used in AC-DC converters has been examined and it's effect on the conduction losses has been assessed. Performance and usability of the bridge-free boost type AC-DC converter circuits are analyzed and compared according to the determined parameters stated in the the respective literature.
Keywords: Full-bridge, active power factor correction, bridgeless converters, conduction loss