Anahtarlamalı endüktörlü yarı empedans kaynaklı bir inverterin geliştirilmesi

Güç elektroniği uygulamalarında DC-AC dönüşümü gerçekleştirilirken çıkış geriliminin yükseltilmesinde geçmişte büyük boyutlu transformatörler tercih edilirken, ilerleyen zamanlarda daha küçük hacimli yükseltici DC-DC dönüştürücü yapısı kullanılmıştır. Transformatör ve DC-DC dönüştürücü yapısının ek maliyeti ve ilave kayıpları sebebiyle son yıllarda yeni ve özgün bir dönüştürücü topolojisi olarak empedans kaynaklı inverter (ZSI) devresi önerilmiştir. ZSI'nin empedans katı; geleneksel inverterlerin aksine tek aşamada hem düşürücü hem de yükseltici olarak çalışabilmekte, transformatör ve DC-DC dönüştürücü ihtiyacını ortadan kaldırarak maliyeti azaltıp verim artışı sağlamakta ve kısa devre çalışmaya da izin verdiğinden ölü zaman süresinin kullanılmamasına bağlı olarak çıkış dalga şeklindeki distorsiyonu en aza indirmektedir. Bu nedenle ZSI, alternatif bir dönüştürücü devre yapısı olarak tercih edilmektedir. Bu çalışmada, geleneksel akım ve gerilim kaynaklı inverterlerin sahip olduğu kavramsal ve teorik sınırlamaları ortadan kaldırarak yeni bir güç dönüştürme konsepti sunan ve ZSI'nin geliştirilmiş hali olan yarı empedans kaynaklı inverter (QZSI) devresi tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir. Empedans katındaki pasif devre elemanları üzerinde düşük frekanslı dalgalanmalar üretmemesi ve çıkışta daha az distorsiyon oluşturmasından dolayı anahtarlama elemanlarını sürmek için NUCLEO-F411RE geliştirme kiti ile üretilen basit yükseltici PWM kontrol tekniği uygulanmıştır. Tasarlanan QZSI devresinin performansını iyileştirmek amacıyla empedans katında değişiklik yapılmıştır. Yükseltme faktörü ve gerilim kazancının arttırılması amacıyla empedans katındaki giriş bobinine, bir bobin ve üç hızlı diyot eklenmiştir. Giriş bobini, anahtarlamalı endüktör (SL) adı verilen devre yapısına dönüştürülmüş ve bu yapı empedans katına bütünleşik olarak yerleştirilmiştir. SL devre yapısının çalışma prensibi ve uygulanan modülasyon indeksine bağlı olarak yükseltme faktöründe % 12 ile % 68 arasında artış, anahtarlar üzerindeki gerilim stresinde ve başlangıç anında çekilen akımda % 10'un üzerinde azalma gözlemlenmiştir. Geliştirilen SL yapılı QZSI devresinin çıkışında düşük distorsiyonlu sinüzoidal AC çıkış gerilimi elde edilmiştir. Benzetim çalışmaları ile laboratuvar ortamında gerçekleştirilen deneysel veriler, önerilen devrenin yüksek kazançlı DC-AC dönüşümü sağlayabildiğini net bir şekilde ortaya koymuştur.