İleri yönlü – geri dönüşlü tabanlı yeni bir tek aşamalı PFC topolojisinin geliştirilmesi
Development of a new single stage PFC topology 
based on forward and flyback converters
Yazar: KORAY YILMAZ KAYA
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, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Teknolojik gelişmelerin etkisiyle günümüzde enerji tüketimi ve enerji kaynaklarının kullanımı giderek artmaktadır. Bundan dolayı enerji daha verimli bir şekilde kullanılmalıdırlar. Mikroişlemci, kişisel bilgisayarlar vb. elektronik cihazlar harmonik akımlardan olumsuz etkilenmektedir. Bu akımlar şebekede bulunan lineer olmayan yüklerden çekilmektedirler. Bundan dolayı enerji kaliteli bir şekilde kullanılmalıdır.
Enerjinin kaliteli ve verimli kullanılması açısından güç faktörü düzeltme ve harmonikler hakkında ulusal ve uluslararası zorunlu standartlar mevcuttur. Aktif ve pasif filtreler üzerine yıllarda çalışılmıştır. Aktif filtrelerin karmaşık yapısı, pahalı olması ve pasif filtrelerin hantal yapıya sahip olmaları yüzünden son yıllarda yüksek frekanslı AC-DC dönüştürülere olan ilgi artmaktadır.
Yüksek frekanslı AC-DC dönüştürüler hakkında iki aşamalı ve tek aşamalı olmak üzere iki yaklaşım mevcuttur. Dönüştürüler, PFC kısmı ve regülasyon kısmından meydana gelmektedirler. İki aşamalı PFC dönüştürücüler birbirinden ayrı kontrol devreleriyle çalıştırılırlar. Bundan dolayı PFC ve çıkış gerilim regülasyonunu mükemmel bir şekilde sağlanır. Bu avantajlara sahip olmalarına rağmen, kontrol devrelerinin karışık olması ve fazla yarı iletkenlere sahip oldukları için düşük güçlerde tercih edilmemektedirler.
Düşük güçlerde tek aşamalı PFC dönüştürücüler tercih edilmektedir. Tek aşamalı PFC dönüştürüler güç faktörünü ve çıkış gerilim regülasyonunu tek bir kontrol devresiyle ve çoğu zaman tek bir anahtarla sağlarlar. Bundan dolayı hızlı cevap verme , kolay kontrol devresi ve ucuz maliyete sahiptir.
Tek aşamalı dönüştürücülerde yüksek verim sağlamak amacıyla giriş enerjisinin büyük kısmı tek seferde çıkışa aktarılır. Bu metoda Doğrudan Güç Transferi (DGT,DPT) adı verilir. Bu metoda göre ideal bir doğrudan güç transferinde giriş enerjisinin % 68'i tek seferde çıkışa aktarılmalı ve %32'si ise gerilim regülasyonu için tekrar işlenmelidir. Bu sebepten tek aşamalı dönüştürüler ileri yönlü ve geri yönlü dönüştürücü özellikleri kullanılarak tasarlanır.
Bu çalışmada, yeni bir ileri yönlü ve geri dönüşlü tabanlı tek anahtarlı tek aşamalı güç faktörü düzeltmeli dönüştürücü sunulmaktadır. Bu devre güç faktörü düzeltme, doğrudan güç transferi ve gerilim regülasyonunu sadece tek kontrol devresi ve tek anahtarla sağlamaktadır. Anahtar sıfır akım anahtarlama (ZCS) ile iletime, sert anahtarlama (HS) ile kesime girmektedir. Bu tezde yeni dönüştürücünün kararlı hal çalışması detaylı analizlerle sunulmakta ve teorik analiz 100W, 100 kHz çalışmada PSIM programı kullanılarak simülasyon sonuçlarıyla doğrulanmaktadır.

Abstract:
Besides the effect of developments in technology, nowadays energy consumption and exhaustion of resources of energy increase. So energy should be used more efficiently. Electronic devices such as microprocessors, personal computers etc. are effected negatively by harmonic currents. These currents are drawn from the same grid by nonlinear loads. So energy should be used in a quality manner too.
In terms of use of energy with high quality and efficiency, there are national and international mandatory standards about power factor correction (PFC) and harmonics. Passive and active filters have been studied for many years. Due to complicated structure, expensive price for active ones and bulky structure for passive ones the attention on the high frequency AC-DC converters have been increasing.
There are two approaches for high frequency AC-DC converters, two stages and single stage PFC converters. They consists PFC and output voltage regulation operations. In two stage PFC converters, they are controlled separately. So, PFC and output voltage regulation are achieved outstandingly. Although they have these advantages, it is not preferred for low power levels due to complex control circuitry and additional semiconductors.
In low power applications, single stage PFC converter is preferred. Single stage PFC converters provide PFC and output voltage regulation with only single controller and
usually single switch. Thus, they have fast response time, easier control circuitry and lower price.
In single stage converter, most of input power may be processed to output at once to achieve high efficiency. This method is called Direct Power Transfer (DPT). According to this method, on DPT ideal %68 of input power should be processed to output at once and %32 of it be processed to output twice for output voltage regulation. For this reason single stage converters have been designed by using flyback and forward converters feature.
In this study, a new flyback-forward based single switch single stage power factor correction converter is presented. This circuit provides PFC, DPT and tight output voltage regulation with only single controller and switch. The switch turns on with zero current switching (ZCS), turns off with hard switching (HS). In this thesis, a detailed steady state analysis of the new converter is presented and theoretical analysis is verified for 100 kHz and 100W simulation results with PSIM programme.