Yeni bir aktif bastırma hücreli ileri yönlü dönüştürücünün tasarımı ve simülasyonu

Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM) DC-DC dönüştürücülerde kullanılan yaygın bir kontrol tekniğidir. Bu kontrol tekniği ile yüksek güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontrol kolaylığı sağlanmaktadır. Güç yoğunluğu kavramı elde edilen güç ile dönüştürücünün kapladığı hacim (m3) veya dönüştürücünün ağırlığı (kg) gibi parametrelerin oranı olarak ifade edilir. Bir DC-DC dönüştürücünün güç yoğunluğunun arttırılması anahtarlama frekansının arttırılması ile de gerçekleştirilmektedir fakat anahtarlama frekansı arttığında, anahtarlama kayıpları da artmaktadır. Anahtarlama kayıplarını arttırmayarak veya makul değerlerde tutarak frekansın artırılması için ancak sert anahtarlama (HS) yerine yumuşak anahtarlama (SS) tekniklerinin kullanılması gerekmektedir. Yumuşak anahtarlama tekniklerini basit bir sınıflandırma altında toplamak gerekirse, (ZVS) Sıfır Gerilimde Anahtarlama, (ZCS) Sıfır Akımda Anahtarlama, (ZVT) Sıfır Gerilimde Geçiş, (ZCT) Sıfır Akımda Geçiş olarak 4 başlık altında ifade edile bilinir. Literatürde birçok DC-DC PWM dönüştürücü bulunmaktadır ve İki anahtarlı ileri yönlü DC-DC dönüştürücü de bunlardan biridir. Bu dönüştürücü düşük ve orta güçlerde kullanımı efektif olarak görülmüştür. Bu dönüştürücünün en önemli dezavantajlarından biri %50 ile sınırlanan doluluk oranıdır (Duty Cycle). Doluluk oranı iletim aralığının, sabit frekans için periyoda oranıdır. Bu oran yükseltilerek de güç yoğunluğu arttırılmaktadır. DC-DC dönüştürücüler AC kaynak ile doğrultucu devreler vasıtasıyla beslenebilirler. Bu tarz devrelerde doğrultucunun çıkışına bir depolama kondansatörü konularak DC gerilim biçimlendirilir. İki anahtarlı İleri yönlü DC-DC dönüştürücü gibi maksimum doluluk oranı sınırlı olan dönüştürücülerde, girişteki bu kondansatörlerin kapasite değerleri maksimum doluluk oranını belirler. Daha yüksek doluluk oranında bu kapasite değeri daha düşük olacaktır ve bu da maliyetin düşmesine neden olacaktır. Bu tezde, İleri Yönlü DC-DC dönüştürücünün verimini, maksimum doluluk oranı arttıracak yeni bir aktif bastırma hücresi tasarlanması hedeflenmiştir. Doluluk oranının arttırılması aynı zamanda DC hattı biçimlendirmek için kullanılan depolama kondansatörünün kapasite değerini düşürecektir. Bu da bu tez içerisinde tasarlanan dönüştürücünün hedefleri içerisindedir. Yumuşak anahtarlama tekniklerinin uygulandığı dönüştürücülerde EMI gürültülerinin azalması da beklenmektedir fakat bu tezin ana amaçları içerisinde bulunmamaktadır. 100khz anahtarlama frekansı, 25V çıkış gerilimi, 1000W çıkış gücü olan bir ileri yönlü dönüştürücü ile 100khz anahtarlama frekansı, 25V çıkış gerilimi, 1800W çıkış gücü olan yeni aktif bastıma hücreli ileri yönlü dönüştürücü aralarında kıyaslama yapılabilmesi için tasarlanmıştır. Tasarlanan yeni aktif bastıma hücreli ileri yönlü dönüştürücü ile doluluk oranının artırıldığı, doğrultucu çıkışında bulunan depolama kondansatörlerinin kapasite değerinin düşürüldüğü ve bütün yarı iletken elemanların yumuşak bir şekilde iletime girdiği Psim benzetim programı vasıtasıyla kanıtlanmıştır. Bu program içerisinde kullanılan elemanları gerçeğe daha fazla yaklaştırmak için elemanların katalog bilgilerinden alınan değerler ile yarı iletken elemanlar ve kondansatörler modellenmiştir. Aynı zamanda manyetik elemanlar ANSYS programı aracılığıyla benzetimi gerçekleştirilip oradan elde edilen değerlerle manyetik elemanlar Psim programında modellenmiştir.