Yüksek gerilim kazançlı DA/DA dönüştürücülerin kullanımı günümüzde gittikçe yaygınlaşmaktadır. Bu dönüştürücülerin yenilenebilir enerji kaynakları, kesintisiz güç kaynakları gibi birçok uygulama alanı vardır. Özellikle yenilebilir enerji kaynakları için şebeke etkileşimli AA modül uygulamalarında bu dönüştürücülere ihtiyaç duyulmaktadır. AA modül uygulamaları son zamanlarda yaygınlaşmaktadır.
Bu tür uygulamaların önündeki en büyük engel ise sistem veriminin düşük olmasıdır.
Günümüz güç elektroniği elemanlarının kayıpları hızla azaldığı için, AA modül uygulamalarının önündeki en büyük engel de kalkmaktadır.
Değişen güç gereksinimine göre kullanılacak DA-DA dönüştürücülerin topoloji seçenekleri değişmektedir. Bazı uygulamalarda ise giriş-çıkış yalıtımı da arzulanmaktadır.
Yalıtımsız yükselten ve düşüren-yükselten türü DA-DA dönüştürücülerde anahtarın yüksek doluluk oranlarında bile, devrede kullanılan yarıiletkenler, endüktanslar ve kondansatörler üzerinde meydana gelen kayıplar yüzünden yüksek kazançlara çıkmak mümkün değildir. Bu dönüştürücülerde çıkış gerilimin yüksek olması durumunda anahtarın dayanması gereken gerilim de yüksek olmalıdır.
Yarıiletkenlerin gerilim değerleri yükseldikçe iletim dirençleri (RDS(on)) de yükseldiğinden bu durum iletim kayıplarının yükselmesine yol açar.
Flyback DA-DA dönüştürücülerde giriş ile çıkış arasında yalıtım sağlanmasına rağmen anahtar tıkamaya gittiğinde trafonun kaçak endüktansı enerjisini boşaltamadığından dolayı anahtar üzerinde stres oluşturduğu için dönüştürücünün verimi azalmaktadır.
Literatürde DA-DA dönüştürücülerin kazancını arttırmaya yönelik birçok çalışma bulunmaktadır. Önerilen yöntemlerden biri olan kuplajlı endüktans kullanımı ile yüksek kazançlar kolayca elde edilebilmektedir. Bu yöntemde verimin yüksek olabilmesi için kaçak endüktansın enerjisi yarı iletken elemanlar üzerinde herhangi
bir strese yol açmaması gerekmektedir. Ayrıca düşük anma gerilim değerli yarı iletken elemanlar kullanılarak dönüştürücünün verimi arttırılabilmektedir.
Son yıllarda kazancı klasik yükselten dönüştürücülerden fazla olan z-girişli dönüştürücülere ilgi artmaktadır. Bu tez kapsamında iki tane z-girişli, yalıtımlı ve kuplajlı DA-DA dönüştürücüsü önerilmektedir. Her iki dönüştürücü de düşük anahtar doluluk oranlarında anahtarlama yapmaktadır. Düşük doluluk oranlarında anahtarlama yapıldığı için diyotların ters toparlanma sorununu da azalmaktadır. Aynı zamanda anahtarın iletime girme durumu sırasında kaçak endüktans nedeniyle oluşan anahtarlama kayıpları da azalmaktadır.
Tezde, yenilenebilir enerji sistemlerinde DA-DA dönüştürücü olarak kullanılabilecek, 300 W gücünde, 25 V DA gerilimden 400 V DA gerilim üretecek, yüksek kazançlı, yüksek verimli, z-girişli, kuplajlı endüktör kullanan iki ayrı devre topolojisi önerilmiştir. Önerilen devrelerin analizi ve tasarımı ayrıntılı olarak yapılmış, analitik ifadeleri elde edilmiş, benzetim çalışmaları yapılmış ve son olarak da gerçekleştirilen prototipleri ile deneysel çalışmaları yapılmıştır. Benzetim ve deneysel sonuçlar birbirini desteklemektedir. Geliştirilen devrelerin verimi %90’ın üzerinde elde edilmiştir.
Tez çalışmasında ayrıca geliştirilen topoloji, literatürde tek anahtar kullanan, çok atıf alan ve son yıllarda çıkan diğer topolojilerle gerilim kazançları ve giriş ile çıkış arasında yalıtım özelliği bulundurması, giriş akımının sürekli olması, bastırıcı türü ve düşük anma anahtarlama gerilimi gibi performansları açısından ayrıntılı bir karşılaştırmaya sokulmuş, devrenin üstünlükleri gösterilmiştir.
Önerilen devre her ne kadar yalıtımlı bir topoloji kullansa da literatürdeki diğer yalıtımsız topolojilerle karşılaştırıldığında gerilim kazançları bakımından benzer özellikler sağlamaktadır, karşılaştırılan yalıtımlı dönüştürücüsüne göre ise büyük üstünlük sağlamaktadır. Literatürde incelenen DA-DA dönüştürücüleri yüksek gerilim kazançları elde edebilmek için giriş ile çıkış arasında yalıtım bulundurmayan topolojiler kullanmaktadırlar. Fakat, güç elektroniğinin özellikle güneş paneli
98
kullanan evirici uygulamalarında ise sistemde herhangi bir hata olması durumunda sistemin girişi ile çıkışı arasında yalıtım olmasına ihtiyaç duyulmaktadır. Böylece, şebekede oluşabilecek herhangi bir hata girişe yansımayacaktır.
Önerilen topolojinin diğer topolojilerden diğer bir farkı da kaynaktan çektiği akımın sürekli olmasıdır. Genel olarak, DA-DA dönüştürücünün YEK'ten çektiği akımın süreksiz olması durumunda, YEK'in çıkışını sabitlemek için YEK'e paralel olarak bağlanan kondansatörün değeri de büyümektedir. Paralel olarak bağlanan bu kondansatör üzerinden geçen akımın büyük olması durumunda ise kondansatörün seri eşdeğer direncindeki kayıplarından dolayı kondansatörün kısa ömürlü olmasına sebep olmaktadır dolayısıyla devre ömrü de kısalmaktadır.
Önerilen topolojini diğer bir özelliği ise anahtar kayıplarını azaltmak için fazladan bir anahtar kullanıp, devrenin karmaşıklığı artıran aktif bastırıcı devre yerine pasif ve kayıpsız bastırıcı türü önerilen devrede kullanılmaktadır. Böylece kaçak endüktans üzerinde birikmiş olan enerji devrenin yapısında doğal olarak bulunan kondansatör ve diyot dan oluşan bastırıcı üzerinden boşalmaktadır.
Önerilen topolojinin diğer topolojilere göre başka bir üstünlüğü ise düşük anma gerilimli yarı iletkenlerin kullanılmasına izin vermesidir. Böylece kullanılan düşük anma gerilimli yarı iletkenlerin iç direnci azalacağından dolayı devre veriminde artması da beklenilmektedir.
Bu çalışmanın ardından yapılabilecek çalışmalar şu biçimde sıralanabilir:
• Sistemin küçük işaret modeli elde edilerek kararlı bir denetleyici tasarımının yapılması gereklidir. Böylece devrenin dinamik tepkisinin incelenmesi de mümkün olacaktır.
• Bu dönüştürücünün maksimum güç noktası izleme algoritmaları ile birlikte çalışması sağlanmalıdır.
• Bu devrenin çıkışına bir evirici eklenerek şebekeye bağlantılı çalışması incelenebilir.
• Dönüştürücüler sinüzoidal darbe genişlik modülasyonu tekniği ile anahtarlanarak doğrultulmuş sinüs biçimli bir çıkış gerilimi elde edilmesi sağlanabilir. Bu çıkış gerilimi düşük frekanslı bir evirici ile şebeke gerilimine dönüştürülebilir.
100
KAYNAKLAR
1. Yaosuo, X., Liuchen, C., Sren, B.K., Bordonau, J., Shimizu, T., "Topologies of single-phase inverters for small distributed power generators: an overview", Power Electronics, IEEE Transactions on, 19(5):1305- 1314, Sept. 2004.
2. Quan, L., Wolfs, P., "A Review of the Single Phase Photovoltaic Module Integrated Converter Topologies with Three Different DC Link Configurations", Power Electronics, IEEE Transactions on, 23(3): 1320-1333, May 2008.
3. Rong-Jong, W., Chung-Yo, L., Rou-Yong, D., Yung-Ruei C., "High-Efficiency Power Conversion System for Kilowatt-Level Stand-Alone Generation Unit With Low Input Voltage", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 55(10):3702-3714, Oct. 2008.
4. Finney, S.J., Williams, B. W., Green, T.C., "RCD snubber revisited", Industry Applications, IEEE Transactions on, 32(1):155-160, Jan/Feb 1996.
5. Bor-Ren, L., Fang-Yu, H.,"Soft-Switching Zeta–Flyback Converter with a Buck–Boost Type of Active Clamp", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 54(5):2813-2822, Oct. 2007.
6. Spiazzi, G., Mattavelli, P., Costabeber, A., "High Step-Up Ratio Flyback Converter with Active Clamp and Voltage Multiplier", Power Electronics, IEEE Transactions on, 26(99): 3204-3215, 2011.
7. Liang, T.J., Tseng, K.C., "Analysis of integrated boost-flyback step-up converter", Electric Power Applications, IEE Proceedings, 152(2): 217- 225, March 2005.
8. Zhu, M., Luo, F.L., "Series SEPIC implementing voltage-lift technique for DC-DC power conversion", Power Electronics, IET, 1(1): 109-121, March 2008.
9. Fang Lin, L., "Six self-lift DC-DC converters, voltage lift technique", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 48(6): 1268-1272, Dec 2001.
10. Luo, F.L., Ye, H., "Positive output cascade boost converters", Electric Power Applications, IEE Proceedings -, 151(5): 590- 606, 9 Sept. 2004.
11. Fang Lin, L., Hong, Y., "Positive output multiple-lift push-pull switched-capacitor Luo-converters", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 51(3): 594- 602, June 2004.
12. Axelrod, B., Berkovich, Y., Ioinovici, A., "Switched-Capacitor/Switched-Inductor Structures for Getting Transformerless Hybrid DC–DC PWM Converters", Circuits and Systems I: Regular Papers, IEEE Transactions on, 55(2): 687-696, March 2008.
13. Lung-Sheng, Y., Tsorng-Juu, L., Jiann-Fuh, C., "Transformerless DC–DC Converters with High Step-Up Voltage Gain", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 56(8): 3144-3152, Aug. 2009.
14. Prudente, M., Pfitscher, L.L., Emmendoerfer, G., Romaneli, E.F., Gules, R.,
"Voltage Multiplier Cells Applied to Non-Isolated DC–DC Converters", Power Electronics, IEEE Transactions on, 23(2), 871-887, March 2008.
15. Rong-Jong, W., Chung-You, L., Rou-Yong, D., Yung-Ruei, C., "High-Efficiency DC-DC Converter With High Voltage Gain and Reduced Switch Stress", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 54(1): 354-364, Feb. 2007.
16. Zhao, Q., Lee, F. C., "High-efficiency, high step-up dc-dc converters", IEEE Trans. Power Electron., 18(1):65-73, 2003.
17. Ju-Won, B., Myung-Hyo, R., Tae-Jin, K., Dong-Wook, Y., Jong-Soo, K.,
"High boost converter using voltage multiplier", Industrial Electronics Society, 2005. IECON 2005. 31st Annual Conference of IEEE, (6): 6-10 Nov. 2005.
18. Yi-Ping, H., Jiann-Fuh, C., Tsorng-Juu, L., Lung-Sheng, Y., "A Novel High Step-Up DC–DC Converter for a Microgrid System", Power Electronics, IEEE Transactions on , 26(4): 1127-1136, April 2011.
19. Rong-Jong, W., Rou-Yong, D., "High step-up converter with coupled-inductor", Power Electronics, IEEE Transactions on, 20(5): 1025-1035, Sept. 2005.
20. Changchien, S.K., Liang, T.J., Chen, J.F., Yang, L.S., "Step-up DC-DC converter by coupled inductor and voltage-lift technique", Power Electronics, IET, 3(3): 369-378, May 2010.
21. Yi-Ping, H., Jiann-Fuh, C., Tsorng-Juu, L., Lung-Sheng, Y., "Novel High Step-Up DC–DC Converter With Coupled-Inductor and Switched-Capacitor Techniques", Industrial Electronics, IEEE Transactions on , 59(2): 998-1007, Feb. 2012.
22. Berkovich, Y., Axelrod, B., "Switched-coupled inductor cell for DC-DC converters with very large conversion ratio", Power Electronics, IET, 4(3):
309-315, March 2011
102
23. Rong-Jong, W., Li-Wei, L., Rou-Yong, D., "High-efficiency Voltage-clamped DC-DC converter with reduced reverse-recovery current and switch voltage stress", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 53(1): 272- 280, Feb. 2006.
24. Tseng, K. C., Liang, T. J., "Novel high-efficiency step-up converter", Proc. Inst. Elect. Eng.Elect. Power Appl., 151(2): 182 -190, 2004.
25. Ki-Bum, P., Gun-Woo, M., Myung-Joong, Y., "Nonisolated High Step-up Boost Converter Integrated With Sepic Converter", Power Electronics, IEEE Transactions on, 25(9), 2266-2275, Sept. 2010.
26. Chen, S. M., Liang, T. J., Yang, L. S., Chen, J. F., "A Safety Enhanced, High Step-Up DC–DC Converter for AC Photovoltaic Module Application", Power Electronics, IEEE Transactions on, 27(4): 1809- 1817, April 2012.
27. Park, K. B., Moon, G. W., Youn, M. J., "High Step-up Boost Converter Integrated With a Transformer-Assisted Auxiliary Circuit Employing Quasi-Resonant Operation", Power Electronics, IEEE Transactions on, 27(4):
1974-1984, April 2012.
28. Shih-Ming, C., Tsorng-Juu, L., Lung-Sheng, Y., Jiann-Fuh, C., "A Cascaded High Step-Up DC–DC Converter With Single Switch for Microsource Applications", Power Electronics, IEEE Transactions on, 26(4): 1146-1153, April 2011.
29. Ki-Bum, P., Gun-Woo, M., Myung-Joong, Y., "Nonisolated High Step-Up Stacked Converter Based on Boost-Integrated Isolated Converter", Power Electronics, IEEE Transactions on, 26(2): 577 - 587, Feb. 2011.
30. Spiazzi, G., Mattavelli, P., Costabeber, A., "High Step-Up Ratio Flyback Converter With Active Clamp and Voltage Multiplier", Power Electronics, IEEE Transactions on, 26(11): 3205-3214 , Nov. 2011.
31. Wuhua, L., Yi, Z., Jiande, W., Xiangning, H., "Interleaved High Step-Up Converter With Winding-Cross-Coupled Inductors and Voltage Multiplier Cells", Power Electronics, IEEE Transactions on, 27(1): 133-143, Jan.
2012.
32. Wuhua, L., Yi, Z., Yan, D., Xiangning, H., "Interleaved Converter With Voltage Multiplier Cell for High Step-Up and High-Efficiency Conversion", Power Electronics, IEEE Transactions on, 25(9), 2397-2408, Sept. 2010.
33. Henn, G., Silva, R., Praça, P., Barreto, L., Oliveira, D., "Interleaved-Boost Converter With High Voltage Gain", Power Electronics, IEEE Transactions on, 25(11): 2753-2761, Nov. 2010.
34. Wuhua, L., Lingli, F., Yi, Z., Xiangning, H., Dewei, X., Bin, W., "High-Step-Up and High-Efficiency Fuel-Cell Power-Generation System With Active-Clamp Flyback–Forward Converter", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 59(1): 599-610, Jan. 2012.
35. Yi, Z., Wuhua, L., Yan, D., Xiangning, H., "Analysis, Design, and Experimentation of an Isolated ZVT Boost Converter With Coupled Inductors", Power Electronics, IEEE Transactions on, 26(2): 541-550, Feb. 2011.
36. Fang, Z. P., "Z-source inverter", Industry Applications, IEEE Transactions on, 39(2): 504-510, Mar/Apr 2003.
37. Anderson, J., Peng, F. Z., "Four quasi-Z-Source inverters", Power Electronics Specialists Conference, 2008. PESC 2008. IEEE, (): 2743-2749, 15-19 June 2008.
38. Wei, Q., Fang, Z. P., Honnyong, C., "Trans-Z-Source Inverters", Power Electronics, IEEE Transactions on , 26(12): 3453-3463, Dec. 2011.
39. Vinnikov, D., Roasto, I., "Quasi-Z-Source-Based Isolated DC/DC Converters for Distributed Power Generation", Industrial Electronics, IEEE Transactions on, 58(1): 192-201, Jan. 2011.
40. Özdemir, E., Özdemir, Ş., "Güneş Pilleri ile Dağıtılmış Elektrik Üretim Sistemlerindeki Gelişmeler", UTES 2008 7. Ulusal Temiz Enerji Sempozyumu, İstanbul, 17-19 Aralık 2008.
41. İnternet: Denver Chapter, IEEE Power Electronics Society "Anaysis and Modeling Magnetic Coupling", http://www.denverpels.org/Downloads/
Denver_PELS_20070410_Hesterman_Magnetic_Coupling.pdf
104
Müzik dinlemek, Bilgisayar teknolojileri