Yüksek verimli yeni bir DA/DA yükselten devre tasarımı ve uygulaması
Design and application of a novel DC/DC high step-up converter with high efficiency
Yazar: YAVUZ KOÇ
Danışman: PROF. DR. YAŞAR BİRBİR ; PROF. DR. HACI BODUR
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektrik enerjisi üreten yenilenebilir enerji kaynaklarından yararlanmak için yüksek gerilim kazançlı, yüksek verimli, düşük maliyetli DA-DA dönüştürücüler bir ara yüz olarak çalıştırılmaktadır. Yenilebilir enerji kaynakları için yalıtımsız yüksek gerilim kazançlı DA-DA dönüştürücülerin performansı dikkate alındığında, geçmiş yıllarda çalışılan topolojilerin önemli bir miktarı izolesiz yüksek gerilim kazançlı DA-DA dönüştürücülerden oluşmaktadır. Bu tezde, tasarlanan ve genelleştirilen yapılara bağlı kalarak, yalıtımsız yüksek gerilim kazançlı DA-DA dönüştürücüler birkaç kategoride sınıflandırılmış ve değerlendirilmiştir. Böylece, farklılık gösteren orjinal çözümleri ortaya çıkarmak için, bu dönüştürücülerin temel özellikleri, yapısal çeşitlilikleri, avantaj ve dezavantajları tartışılmış ve karşılaştırılmıştır. Bu gözden geçirme ve değerlendirme çalışması bu dönüştürücüler hakkında iyi detaylandırılmış genel bir çerçeve sunmayı ve gelecekte yeni iyi topolojiler türetmek için olanaklar sunmayı amaçlamaktadır.
Bu tezde DA-DA yükselten dönüştürücü önerisi olarak indüktörsüz, pasif kayıpsız bastırma hücreli ardışık indüktör kuplajlı yükselten dönüştürücünün tasarımı ve uygulaması ele alınmıştır. Yükselten dönüştürücülere uygulanan gerilim kazanç tekniklerinden seçilen bazı tasarım kısıtlamaları dönüştürücünün iyileştirme çalışmalarına ait çözümlere katkı sunabilmektedir. Bu anlamda, tasarlanan dönüştürücüde gerilim katlayıcı/arttırıcı hücrelerden ziyade yüksek gerilim kazancı elde etmek için ikinci dereceden yükselten dönüştürücü ve kuplaj indüktörden faydalanılmıştır. Bu tasarlanan dönüştürücüde yüksek bir sistem verimliliği elde etmek için pasif kayıpsız bir bastırma hücresi kullanılmaktadır. Benzer çalışmalar ile karşılaştırıldığında, tasarlanan dönüştürücüde elde edilen yüksek gerilim kazancına dair çözümler ve pasif kayıpsız bastırma hücresi dönüştürücünün performansını, güvenilirliğini ve sağlamlığını arttırmasını sağlamaktadır. Tasarımdaki teorik çalışmalara dair beklentiler benzetim çalışmalarıyla desteklenmekte ve 300V, 120W'lık bir prototip uygulanarak elde edilen deneysel sonuçlar ile doğrulanmaktadır.

Abstract:
High step-up, high efficiency, low cost DC/DC converters have operated as an interface to make use of the renewable energy system generated power. Taking into acoount the performance of the non-isolated high step-up DC/DC converters for the renewable energy systems, the substantial amount of topologies studied in past years are the non-isolated high step-up DC/DC converters. Based on proposed and generalized configurations, the non-isolated high step-up DC/DC converters are classified into several categories and reviewed in this paper. So, to clarify the distinguishing solutions, the key features; topological variations, merits and demerits of these converters are discussed and compared. This review work aims to give a well-informed and a well-detailed general framework about these converters and facilitates to derive the new well topologies in the future [154].
This thesis, also, introduces the design and application of the conventional quadratic coupled inductor boost converter with an inductorless, passive lossless snubber cell. Some design constraints can be selected from the voltage gain techniques of the high step-up converters for solution of improvement performance of converter. The proposed converter utilizes conventional quadratic boost converter and coupled inductor to attain high voltage gain beyond the voltage multplier/lift cells. In this proposed converter, a passive lossless snubber cell is used to achive a high system efficiency. Compared with earlier counterparts, the solution of attaining a high voltage gain in the propesed converter and passive lossless snubber cell leads to increase of the performance, reliability and robustness of the converter. the theoretical expectations are supported by simulations and verified by experimental results obtained by implementing a 300-V, 120-W prototype.