İnverterler için yeni ve modüler bir aktif bastırma hücresinin geliştirilmesi ve uygulanması

Teknolojinin gelişmesi ve tüketici isteklerinin artması sonucunda, motor kontrolü, kesintisiz ve anahtarlamalı güç kaynakları v.b uygulamalarda yarı iletken güç dönüştürücülerinin kullanımı sürekli olarak artmaktadır. Uygulamaların AC tarafında düşük Toplam Harmonik Distorsiyonu (THD) ve yüksek Güç Faktörü (PF), DC tarafında düşük Dalgalanma Faktörü (RF), sistem bütününde ise düşük hacim ve maliyet, yüksek verim ve güç yoğumluğu ile düşük Elektro Manyetik Girişim (EMI) istenmektedir. Bu isteklerin sağlanmasında, Sert Anahtarlarma (HS) yerine Yumuşak Anahtarlama (SS) teknikleri kullanarak, akım ve gerilim hızlarının düşürülmesi, anahtarlama kayıplarının bastırılması ve frekansın yükseltilmesi ciddi katkılar sağlamaktadır. DC-DC dönüştücüler gibi az sayıda anahtara sahip uygulamalarda, akademik ve endüstriyel olarak SS üzerinde çok çalışılmaktadır. Ancak, inverterler gibi çok sayıda anahtara sahip uygulamalarda, genellikle uygulama zorluğu nedeniyle, SS uygulama ve çalışmaları çok sınırlı kalmaktadır. Bir dönüştücünün çalıştırılmasında, güç anahtarlarında iletim ve anahtarlama kayıpları oluşur. İletim kayıpları doluluk oranına bağlı olup anahtarlama frekansına bağlı değildir. Anahtarlama kayıpları, iletime ve kesime girme işlemlerinde gerilim ve akımın çakışması ile oluşur ve frekansla doğru orantılı olarak değişir. Anahtarlama kayıpları frekansın artırılmasını sınırlayan en önemli faktördür ve anahtarlama hızları da EMI'nın kaynağıdır. THD, PF ve RF gibi performans parametreleri ise frekansın yükseltilmesi ile iyileştirilmektedir. Prensip olarak SS, anahtarlama işlemlerinde gerilim ve akım hızlarının düşürülmesi, gerilim ve akım çakışmaları ile anahtarlama kayıplarının minimize veya yok edilmesidir. Böylece SS, EMI ve anahtarlama kayıplarının düşürülmesi, frekansın yükseltilmesi, PF ve THD değerlerinin yükseltilmesi, güç yoğunluğu ve verimin yükseltilmesi ile hacim ve maliyetin düşürülmesinde, çok önemli katkılar sağlamaktadır. Yumuşak anahtarlama teknikleri, Sıfır Akımda Anahtarlama (ZCS), Sıfır Gerilimde Anahtarlama (ZVS), Sıfır Akımda Geçiş (ZCT) ve Sıfır Gerilimde Geçiş (ZVT) şeklinde sıralanmaktadır. Bu tezde, özellikle çok sayıda elemana sahip olan her türlü dönüştürücüye kolayca uygulanabilen, cazip ve modüler bir SS hücresi geliştirilmiştir. Geliştirilen yeni modüler SS hücresi, son yıllarda özellikle solar sistemlerde popüler hale gelen T türü üç seviyeli invertere (T-3LI) tek fazlı olarak uygulanmıştır. Bu yumuşak anahtarlamalı yeni dönüştürücüde, ana anahtarlar ZVT ile iletime ve ZVS ile kesime girer. Yardımcı anahtarlar ZCS ile iletime ve ZVS ile kesime girer. Geliştirilen bastırma hücresi, yarı iletken elemanlar üzerinde ilave akım ve gerilim streslerine neden olmamaktadır. Sunulan dönüştürücün sürekli hal analizleri yapılmış ve bu teorik analizler simülasyon ve 100 kHz ve 1 kW'lık bir prototip ile doğrulanmıştır.