Elektrikli araçlar için tümü GaN tabanlı çok cihazlı serpiştirilmiş yükseltici dönüştücü yapısı

Sera gazı emisyonlarının azaltılması, küresel ulaşımda fosil yakıtların kullanımını azaltmak için sürekli bir yaklaşım gerektirir. Çevre dostu olmaları, verimlilikleri, sessizlikleri ve uzun vadeli sürdürülebilirlik potansiyelleri nedeniyle elektrikli araçlar, içten yanmalı motorlarla çalışan araçlara uygun bir alternatiftir. Elektrikli araçların artan popülaritesine rağmen, geleneksel araçlarla başarılı bir şekilde rekabet edebilmek için maliyet, kapasite, sürüş menzili, enerji kayıpları ve güç aktarma teknolojileri gibi alanlarda hala önemli ilerlemelere ihtiyaçları var. Bu nedenle, mimari ve verimlilik açısından güç iletimindeki ilerlemeler, on yıllardır bilim camiasının ön planında yer almaktadır. Doğru akımdan doğru akıma (DC'den DC'ye) dönüştürücüler, güç tüketimini azaltmak için optimize edilebilen, böylece enerji verimliliğini artıran, boyutları azaltılabilen ve böylece kompaktlık sağlayan devre bileşenlerine bir örnektir. Uygun bileşen seçimi ile birlikte devre sisteminin minyatürleştirilmesi ve hafif yapısal malzemelerin kullanımı, daha ucuz, daha duyarlı ve gelişmiş güvenilirliğe sahip sistemlerle sonuçlanabilir. İndüktör ve kapasitör gibi pasif bileşenler, sırasıyla giriş akımı ve çıkış voltajı dalgalanmalarını düzeltmeyi amaçlayarak dönüştürücü topolojilerinde çok önemli bir rol oynamaktadır. Ancak o kadar büyüktürler ki dönüştürücü için ayrılan alanın çoğunu kaplamaktadırlar. Bu nedenle, kullanılan pasif bileşenlerin sayısını ve minyatürleştirilmesini azaltmaya yönelik her türlü çaba, dönüştürücü teknolojisi için önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir. Galyum nitrür (GaN) ve silisyum karbür (SiC), son teknoloji verimli güç dönüştürücü cihazları tasarlamak için uygun olan geniş bant aralıklı yarı iletken malzemelerin iki örneğidir. Bu yarı iletkenlerin geniş bant aralığı, yüksek kritik parçalanma elektrik alanı, daha yüksek elektron hızı ve yüksek termal iletkenlik gibi özellikleri, pasif bileşenlerin boyutunda önemli ölçüde azalmaya, soğutucunun küçülmesine ve dönüştürücünün güç yoğunluğunun artmasına olanak tanır. Bu tezde, 2010 Toyota Prius Si-IGBT tabanlı yükseltici dönüştürücü topolojisi araştırılmış ve PSpice simülasyon yazılımı yardımıyla simüle edilmiştir. Bundan sonra, bu dönüştürücü yapısı, sırasıyla SiC ve GaN yarı iletkenlerini uygulanmasıyla çok cihazlı serpiştirmeli yükseltici dönüştürücü (MDIBC) topolojisi ile yeniden yapılandırıldı. SiC tabanlı ve GaN tabanlı MDIBC topolojilerinin performansını güç kaybı, verimlilik, pasif bileşenlerin boyutu ve ayrıca akım ve voltaj dalgalanmaları açısından analiz etmek için değişen anahtarlama frekanslarında iki önemli vaka çalışması kullanıldı. Her iki durumda da önemli ölçüde azaltılmış akım ve gerilim dalgalanmalarına rağmen pasif bileşenlerin daha düşük değerlerine ulaşılmıştır. GaN tabanlı MDIBC ile tüm anahtarlama frekanslarında elde edilen daha yüksek verimlilik sonuçlarının aksine, SiC tabanlı MDIBC, referans dönüştürücüye kıyasla 80 ve 100 kHz'de daha düşük değerlerle sonuçlandı. Önerilen GaN tabanlı MDIBC, ilk durumda akım için dalgalanmayı %93,4 ve voltaj için %40, ikinci durumda 100 kHz anahtarlama frekansında indüktör değeri için %88,5 ve kondansatör değeri için %97,92 azaltarak kıyaslama dönüştürüşünden daha yüksek verim elde edildi. Anahtar Kelimeler: akım ve voltaj dalgalanmaları, çok cihazlı serpiştirmeli yükseltici dönüştürücü (MDIBC), hibrit elektrikli araçlar, SiC ve GaN yarı iletkenler, verimlilik