Ev türü endüksiyonlu ocaklar için yeni bir AC-AC dönüştürücünün tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Endüksiyonlu ısıtma sistemlerinde, maliyet ve verim arasındaki dengeye bağlı olarak yarım köprülü rezonanslı ve tek anahtarlı kısmi rezonanslı dönüştürücüler yaygın şekilde kullanılır. Endüksiyon teknolojisi ile ilgili son çalışmalar incelendiğinde çok bobinli ve doğrudan AC-AC tasarımlar ön plana çıkmaktadır. AC-AC rezonanslı dönüştürücüleri kullanmanın başlıca nedeni iletimdeki yarı iletken sayısını azaltmaktır. Tek bobinli topolojilerin yanı sıra, çok bobinli topolojiler ile modern bir tasarım yapılarak ısı dağılımlarını iyileştirmek mümkündür. Endüksiyon ile ısıtma teknolojisinin ulaştığı en güncel teknoloji tek kaynaktan çok bobin besleyebilen AC-AC dönüştürücü tasarımlarıdır. Ancak bu tasarımların bazı dezavantajları vardır. Çok bobinli yapıların bir kısmı elektromekanik anahtarlar yardımıyla tasarlanmıştır. Isıtılmak istenen bobin grubuna bağlı elektromanyetik röle devreye alınarak ısıtma sağlanır. Röle hem devre boyutlarını hem de maliyeti artırmakta, kullanıcı tarafından duyulabilir mekanik sese neden olmaktadır. Röle kullanılmayan tasarımlarda ise ısıtılacak bobin sayısı seçimi, yarı iletkenler kontrollü diyot gibi kullanılarak sağlanmaktadır. Sonuç olarak devrede kullanılan toplam aktif yarı iletken sayısı artar, maliyet artar, verim düşer. Çok bobinli yapılar tasarlanırken yarım köprülü seri rezonanslı ya da tek anahtarlı kısmi rezonanslı devre topolojilerinden biri seçilmek zorundadır. Literatürde her iki devre çalışmasını aynı topolojide toplayan bir devre yoktur. Bu çalışmada, ev türü endüksiyonlu ocaklarda kullanılan devre topolojileri için yukarıda sıralanan dönüştürücü problemlerinin çözüldüğü, tek bir dönüştürücü kullanılarak yarım köprülü seri rezonanslı ve tek anahtarlı kısmi rezonanslı olmak üzere iki farklı güç topolojisinin uygulanabildiği, yeni bir çok çıkışlı AC-AC dönüştürücünün geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışma topolojisinin seçim kriterleri olarak tencerenin fiziksel yerleşimi, tencereye aktarılmak istenen güç seviyesi ve ısıtılması istenen toplam tencere sayısı belirtilebilir. Ayrıca önerilen dönüştürücü yarı iletken miktarı, verimlilik ve toplam harmonik bozulma açısından literatürdeki klasik dönüştürücü ile karşılaştırılmıştır. Önerilen dönüştürücünün her iki çalışma modu ve klasik çok bobinli AC-AC dönüştürücü verim açısından karşılaştırılmıştır. Bu amaçla önce simülasyon çalışmaları ile çıkış gücüne bağlı verim analizi yapılmıştır. Sonrasında prototipi gerçekleştirilen devreden elde edilen uygulama sonuçlarıyla simülasyon sonuçları karşılaştırılmıştır. Tasarım bir kaynaktan eş zamanlı olarak üç bobin beslenebilecek şekilde yapılmıştır. Tek bobinin enerjilendiği durum hariç; önerilen dönüştürücü yarım köprülü seri rezonanslı çalışmada tüm çıkış güçleri için klasik dönüştürücüden daha verimlidir. Ayrıca önerilen dönüştürücünün harmonik akımları standartlarca belirlenmiş limitlerin altında kalmaktadır.