Yüksek DA Gerilim Uygulamaları için Empedans Kaynaklı Yükseltici Çevirici Tasarımı

Makale Türü: Araştırma Makalesi Makale Gönderim Tarihi: 05.10.2022

Makale Kabul Tarihi: 09.12.2022

Design of Impedance Source Step-up Converter for High DC Voltage Applications

DAĞ Bülenta, ÖZDEMİR Mehmet Akifa, TAMYÜREK Bünyamina, AYDIN Emrullahb, AYDEMİR M. Timurc

ƒ

ƒœ‹o‹˜‡”•‹–‡•‹Ž‡–”‹ǦElektronik Mühendisliği Bölümüǡƒ”ƒ

‡Ǧƒ‹Žǣ‡Š‡–ƒ‹ˆ̷‰ƒœ‹Ǥ‡†—Ǥ–”ǡ„—Ž‡–†ƒ‰̷‰ƒœ‹Ǥ‡†—Ǥ–”ǡ„–ƒ›—”‡̷‰ƒœ‹Ǥ‡†—Ǥ–”

„—”‰—–YœƒŽo‹˜‡”•‹–‡•‹Ž‡–”‹ǦElektronik Mühendisliği BölümüǡƒŽƒ–›ƒ

‡Ǧƒ‹Žǣ‡”—ŽŽƒŠǤƒ›†‹̷‘œƒŽǤ‡†—Ǥ–”

…ƒ†‹”ƒ•o‹˜‡”•‹–‡•‹Ž‡–”‹ǦŽ‡–”‘‹Mühendisliği Bölümü, İstanbuŽ

‡Ǧƒ‹Žǣ–‹—”Ǥƒ›†‡‹”̷Šƒ•Ǥ‡†—Ǥ–”

Özet Bu çalışmada yüksek DA gerilimli bir güç kaynağında kullanılmak üzere yüksek kazançlı yeni nesil bir empedans kaynaklı yükseltici çeviricinin güç katı tasarımı yapılmıştır. Ele alınan empedans kaynaklı çevirici yeni geliştirilmiş bir topoloji olup, çeviricinin temel çalışma prensibi daha önceki bir çalışmada detaylı şekilde incelenmiştir. Bu çalışmada çeviricinin hedeflenen uygulamaya yönelik tasarımı için gereken gerilimdenge ve akım-denge eşitlikleri çıkarılmıştır ve bu eşitlikler kullanılarak uygun devre elemanları değerleri belirlenmiştir. Tasarlanan çeviricinin kararlı durum performansı MatlabSimulink benzetim modeli ile doğrulanmıştır.

güç kaynaklarının tipik uygulamalarıǡ Ǧışını sistemleri, yürüyen dalga tüpleri (TWT), yalıtım testi cihazları, magnetron ve gyrotron gibi yüksek güçlü vakum cihazları, darbeli güç uygulaması vb. olarak sıralanabilir. Yarıiletken teknolojisinin gelişkin olmadığı dönemlerde yüksek gerilim •‡˜iyelerine ulaşmak için şebeke gerilimi‹ †‹›‘–Žƒ”Žƒ doğrultup kondansatörlerle katlayanǡ yarım dalga ve›ƒ –ƒ †ƒŽ‰ƒ gerilim katlayıcı devreler kullanılmıştır. Greinacher gerilim çiftleyici, geliştirilmiş Greinacher gerilim çiftleyici, iki katlı Greinacher ‰‡”‹Ž‹­‹ˆ–Ž‡›‹…‹ȋ†Ú”–Ž‡›‹…‹Ȍǡ‘…”‘ˆ–ǦƒŽ–‘ (CW) gerilim çiftleyici ve CW gerilim katlayıcı devreler bunlara ڔ‡ ‘Žƒ”ƒ ‰Ú•–‡”‹Ž‡„‹Ž‹” ȏͳǦ͵ȐǤ Ancak, şebeke gerilimini doğrultup ardından kondansatör tabanlı gerilimkatlayıcılarla

Anahtar Kelimeler: Empedans kaynaklı çevirici, Yüksek DA gerilimi, Güç katı tasarımı.

Š‡†‡ˆŽ‡‡›ò•‡‰‡rilimi elde etmek şebeke frekansında bir transformatör kullanımı gerektirmektedir. Buǡ ağırlık ve hacim demek olduğundanǡ ڜ‡ŽŽ‹Ž‡ havacılık uygulamaları

Abstract In this study, design of power stage of a new generation impedance source step-up converter, to be used in a high DC voltage power supply, is performed. The used impedance source converter is a newly developed topology and its basic operation principles have been investigated in detail in a recent study. In this study, the required volt-balance and current-balance equations of the converter are obtained for the design of the converter in accordance with the targeted application and the corresponding circuit component values are determined. Steady-state performance of the designed converter is validated with Matlab-Simulink simulation model.

‹­‹ „— yapı yerine yüksek frekanslı Darbe Genişlik ‘†òŽƒsyonlu (DGM) dönüştürücü sistemler kullanılƒ›ƒ başlanmıştırǤ Geleneksel düşük frekanslı yüksek gerilim üreteçlerinin yerini alan anahtarlamalı modda çalışan yüksek ‰‡”‹Ž‹ǡ yüksek frekanslı (YGYF) güç dönüştürücüler sayesinde yüksek güç yoğunluğu ve yüksek verim yanında daha iyi kalıcı durum davranışı ve dinamik davranış elde ‡†‹Ž‡„‹Ž‡–‡†‹” ȏʹǦͶȐǤ Ancak, bu yapı „ƒ•‹– ‘ŽƒŽƒ „‡”ƒ„‡” bazı temel sorunlar içermektedir. Öncelikle, yüksek çıkış geriliminden dolayı „‹”‹…‹ŽǦ‹‹…‹Ž arası ve ‹‹…‹Ž sargı katmanları arasındaki yalıtım mesafesi yüksek (δͷ ȀȌ ‘ŽƒŽıdır. Bu durum ‹•‡ kaçak kapasitansın ˜‡ ƒ­ƒ ‡†üktansın büyük olmasına yol açmaktadır ȋεͲǤͶ— ˜‡εͲǤͲͳ

Keywords: Impedance source converter, High DC voltage, Power stage design

Ȍ ȏͷǡ͸ȐǤAyrıca, i•–‡‹Žen gerilim düzeylerine çıkabilmek için transformatörlerin sarım oranlarının yüksek olması gerekir ȋεͳͲͲȌ˜‡yüksek sarım oranlarıda kaçak kapasitansıartıran

1. Giriş ò•‡

‡”‹Ž‹ȋ

) güç kaynakları tıp endüstrileri, askeri radar teknolojisi, telekomünikasyon ve havacılık gibi farklı sektörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu tür Y

diğer bir etkendirǤBu yapıda görülen ›ò•‡ƒ­ƒ‡†ò–ƒ• değerleriǡ ‹‹…‹Ž –ƒ”ƒˆ–ƒ „‹”‹…‹Ž –ƒ”ƒˆƒ (sarım oranının aresiyle çarpılarak) yansıyan transformatör kapasitansı ˜‡ ›‹‡ ‹‹…‹Ž†‡ „‹”‹…‹Ž‡ yansıyan yarıiletken eklem kapasitansları devrenin çalışmasında …‹††‹ •‘”—Žƒ” doğurmaktadır. Kaçak endüktansŽƒ” ‡†‡‹›Ž‡ ‰‡”‹Ž‹

23/61

DA giriş 350 V

EK Çevirici 350V-2 kV

Evirici

2 kV kare dalga

Yüksek Gerilim 5 kV Transformatörü kare

1:2.5

dalga

Gerilim Katlayıcı+

Süzgeç

DA çıkış 10 kV

Şekil 1 Önerilen yüksek DA gerilim güç kaynağı yapısı

sıçramaları, kaçak kapasitanslar nedeniyle de akım sıçramaları ve yavaş tepki ortaya çıkmakta, akımın şekli „‘œ—Žƒ–ƒ˜‡toplam verim düşmektedirȏ͹ǡͺȐǤ

Yüksek DA gerilim güç kaynaklarında kullanılan –”ƒ•ˆ‘”ƒ–Ú”Ž‡”‹‹‹…‹Ž†‡„‹”‹…‹Ž‡›ƒnsıyan kaçak eleman değerlerini ò­òŽ–‡‹ ‡ ‡–‹Ž‹ ›‘Ž—— –”ƒ•ˆ‘”ƒ–Ú”ò sarım oranının mümkün olduğunca küçük tutulması olduğu ƒnlaşılmaktadır. Sarım sayısını düşürmenin yollarından birisi modüler yapılar kullanmaktırȏͶǡͻǡͳͲȐǤ—›Ú–‡†‡‹ƒƒ­ǡ „‹” ‘†òŽ†‡‹ transformatörün sarım oranını düşük tutmak ‹­‹ modül bazında çıkış gerilimini düşük tutup i•–‡‹Ž‡ gerilimi sağlamak için modül çıkışlarının seri bağlanarak –‘’Žƒ ‰‡”‹Ž‹‹ ›ò•‡Ž–‹Ž‡•‹†‹”Ǥ …ƒ „— ›Ú–‡ǡ „‹”†‡ fazla modül kullanımından dolayı, sistemin boyutlarını, ò–Ž‡•‹‹ ˜‡ ƒŽ‹›‡–‹‹ artırmaktadır. Diğer yandan •‘ œƒƒŽƒ”†ƒǡ †iyotlar ile doğrultulan giriş AA ‰‡”‹Ž‹‹‹ ‡˜‹”‹…‹˜‡–”ƒ•ˆ‘”ƒ–Ú”Žòyapı ile yükseltilmeden ön…‡„‹”Ǧ ­‡˜‹”‹…‹ ‹Ž‡ ›ò•‡Ž–‹Ž‹’ ‡˜‹”‹…‹›‡ uygulanması ‰ò†‡‡ gelmiştir. Bu yapı özellikle yenilenebilir enerji kaynaklarının şebekeye bağlanmasında sıklıkla tercih edilmeye başlanmıştı”Ǥ Bu yapıda ‰iriş gerilimini yü•‡Ž–‡ ‹­‹ Žƒ•‹ ›ò•‡Ž–‹…‹ ȋ„‘‘•–Ȍ †‡˜”‡Ž‡”i hem verim, hem de güvenilirlik açısından –‡”…‹Š‡†‹Ž‡‡–‡†‹”ǤÖzellikle bu çalışmadaki uygulamanın gerektirdiği kV’Žƒ” •‡˜‹›‡•‹‡ Žƒ•‹ ›ò•‡Ž–‹…‹ ­‡˜‹”‹…‹Ž‡” ‹Ž‡ çıkmak pratikte uygulanabilir değildir. Bu kapsamda, özellikle ›‡‹Ž‡‡„‹Ž‹”ƒ›ƒŽƒrın şebekeye bağlanmasında, empedans kaynaklı (ZǦKaynak, YarıǦǦƒ›ƒǡ Ǧƒ›ƒȌ Ǧ çeviricilerin tercih edildiği görülmektedir ȏͳͳǦͳ͹ȐǤ’‡†ƒ• kaynaklı ȋȌ ­‡˜‹”‹…‹Ž‡”ǡ ‰erilim kaynaklı ve akım kaynaklı ­‡˜‹”‹…‹Ž‡”‹iyi yanlarını bir araya getirirken artı üstünlükler †‡•—ƒ”Žƒ”ǤBu yeni nesil çeviricilerin avantajları; aynı devre ile hem yükseltme hem de alçaltma sağlayabilme, geniş giriş akımıaralığı, yüksek gerilim kazancı ve düşük anahtar gerilim stresi olarak sıralanabilir ȏͳͺǡͳͻȐǤ Yœ‡ŽŽ‹Ž‡ yarıǦǦƒ›ƒ yapısı, sürekli ve düşük dalgacıklı giriş akımı, yüksek verimlilik ˜‡‰ò˜‡‹Ž‹”Ž‹‰‹„‹Žƒ•‹Ǧƒ›ƒyapısına göre sunduğu artı avantajlardan dolayı dahasıklıkŽƒ–‡”…‹Š‡†‹Ž‡–‡†‹”ȏͳͳǦͳͷǡ ͳͺǡͳͻȐǤ Bu sebeple, yürütülmekte olan proje kapsamında da genel yapısı [11Ǧ17]’de sunulmuş olan yapılar ile aynı olan, ancak giriş katında yeni nesil bir izoleli yarıǦǦƒ›ƒ çeviricinin kullanıldığı, bir yüksek DA gerilim kaynağı yapısı tercih edilmiştir. Giriş katında empedans kaynaklı bir DAǦ çevirici kullanımı ile güç kaynağının trafo girişine olabildiğince yüksek bir DA giriş gerilimi sağlanarak trafonun sarım sayısının ve kaçak elemanlarının asgari düzeyde tutulması ’rojenin temel amacıdır. Ayrıca, empedans kaynaklı çeviricilerin yüksek verimlilik ve düşük anahtar gerilim stresi ile yüksek gerilim kazancı sunmaları sayesinde verimli, kompakt ve sorunsuz bir yüksek gerilim DA güç kaynağı tasarımı hedeflenmektedir. —ŽŽƒnılan yeni nesil yarıǦǦ ƒ›ƒ ­‡˜‹”‹…‹ –‘’‘Ž‘Œ‹•‹‹ avantajları ve tercih sebebi 2. Bölüm’de açıklanmıştır.

Bu çalışmada, yürütülen proje kapsamında tasarlanan yüksek güçlü DA güç kaynağının giriş katında kullanılan Ǧ

ƒ›ƒ ­‡˜‹”‹…‹‹ ‰‡”‡•‹‹Ž‡”‡ —ygun güç katı tasarımı sunulmuştur. Çalışmanın 2. Bölümü’nde önerilen güç kaynağı yapısı ve giriş katında kullanılan empedans kaynaklı çevirici topolojisi verilmiştir. 3. Bölüm’de empedans kaynaklı çeviricinin kararlı durum özelliklerini belirleyen geriliǦ denge ve akımǦdenge eşitlikleri elde edilmiştir. 4. Bölüm’†‡ güç kaynağı gereksinimlerine göre DAǦ ­‡˜‹”‹…‹‹ †‡˜”‡ elemanları ile güç katı tasarımı sunulmuştur. Belirlenen devre elemanlarına göre çeviricinin performansı MatlabǦ‹—Ž‹ ‘†‡Ž‹ ‹Ž‡ doğrulanarak sonuçlar 5. Bölüm’de verilmiştir. 6. Bölüm’de ise sonuçların değerlendirilmesi verilmiştir.

2. Yüksek Gerilim DA Güç Kaynağı Yapısı ve

Empedans Kaynaklı Çevirici

Y‡”‹Ž‡›ò•‡‰‡”‹Ž‹güç kaynağınınyapısı Şekil 1’ †‡ gösterilmiştirǤ ò­ ƒ›nağıǡ ͵ͷͲ giriş gerilimi ile ͳͲ  çıkış gerilimi sağlayacak ve 2 kW güç kapasitesinde olacaktır. Şekil 1’deki yapıya göre, doğrultulmuş 350 V gerilim ڐ…‡Ž‹Ž‡ bir EK çevirici ile 2 kV’a çıkarılacaktır. Daha sonra, 2 kV DC ‰‡”‹Ž‹ „‹” ‡˜‹”‹…‹ ‹Ž‡ ‰‡”ilime dönüştürülüp 2.5 sarım oranlı bir trafo ve trafonun çıkışındaki gerilim katlayıcı ȋʹ kat)+süzgeç yapısı ile 10 kV’a çıkarılacaktır. Bu yapıdan anlaşılacağı üzere giriş katında 350 Ǧ ʹͲͲͲ ǡ ʹ  ƒƒ değerlerinde bir EK çevirici gerekmektedir. — ‘–ƒ†ƒǡ kullanılacak olan EK çeviri…‹‹ –‘’‘Ž‘Œ‹•‹ ڐ‡ ƒ”œ ‡–‡–‡†‹”ǤLiteratürde son zamanlarda geliştirilmiş quasiǦǦ source tabanlı yeni nesil çeviriciler göze çarpmaktadır. — ­‡˜‹”‹…‹Ž‡” ‹œ‘Ž‡•‹œ ȏʹͲǡʹͳȐ ˜‡ ‹œ‘Ž‡Ž‹ ȏʹʹǡʹ͵Ȑ ‘Žƒ òœ‡”‡ ‹‹ ƒƒ‰”—’–ƒsınıflandırılabilirler. İzoleli çeviriciler izolasyonun gerekli olduğu uygulamalarda tercih edilebilirken, izolasyonun gerekmediği durumlarda da yüksek gerilim kazancı sağlamalarından dolayı tercih edilebilirler. Ancak izoleli yapılarda çıkış diyot gerilimi genelde bağlantı endüktörünün sarım oranı kadar artabildiğinden, bu durum tasarım aşamasında eleman seçiminde dikkate alınmalıdır. Diğer yandan izolesiz yapılar gereken yüksek gerilim kazancını sağlayabilmek için çok fazla miktarda gerilim katlayıcı kulŽƒƒ–ƒ ‘Ž—’ „— †—”— †‡˜”‡‹ †‡”‡…‡•‹‹ǡ eleman sayısını ve karmaşıklığını artırmaktadır. Bu çalışmamızda, quasiǦǦsource tabanlı olması ve dolayısı ile düşük dalgacıklı ve sürekli giriş akımı sağlamasından dolayı ȏʹʹȐ’†‡ verilmiş olan izoleli quasiǦǦ•‘—”…‡ ­‡˜‹”‹…‹ –‘’‘Ž‘Œ‹•‹ kullanılacaktır. [ʹ͵Ȑ’†‡ verilmiş olan izoleli topoloji klasik ZǦ source tabanlı olup, giriş akımı süreksiz yapıdadır ve anahtar ve diyot gerilimleri açısından [ʹʹȐ’†‡‹ –‘’‘Ž‘Œ‹›‡ ‰Ú”‡ fazladan bir avantaj sağlamamaktadır. Bu değe”Ž‡†‹”‡Ž‡” doğrultusundaǡ güç kaynağının girişinde kullanılmak üzere tercih edilen EK çeviricinin devre şeması Şekil 2’ de gösterilmiştir. Kullanılacak olan giriş EK çeviricisinin detaylı analizi ve çalışma modları [22]’de anlatılmıştırǤ …ƒǡ ­‡˜‹”‹…‹in güç katı tasarımında †‡˜”‡ ‡Ž‡ƒŽarı seçimi için ‰‡”‡‡–ò‰‡”‹Ž‹Ǧdenge ve akımǦdenge eşitliklerine ihtiyaç vardır. Bu eşitliklerin bir kısmı [22Ȑ’de sadece çıkış gerilim

ʹ

24/61

Yüksek DA Gerilim Uygulamaları için Empedans Kaynaklı Yükseltici Çevirici Tasarımı Design of Impedance Source Step-up Converter for High DC Voltage Applications

kazancınıbelirlemek amacıyla kısmen çıkarılmış olup, gereken eşitliklerin tamamı bir sonraki bölümde çıkarılacaktır.

3. EK Çeviricinin Statik Analizi

Yüksek gerilim DA güç kaynağında, giriş DA gerilimini yükseltmek için kullanılacak olan EK çeviricinin devre şeması Şekil 2.a’da gösterilmiştir. [22]’de detaylıca açıklandığı gibi, ­‡˜‹”‹…‹ Š‡” œƒƒ •ò”‡Ž‹ ‹Ž‡–‹ ‘†—†ƒ ȋ‘–‹—‘—• Conduction Mode) çalışmakta olupǡ ­‡˜‹”‹…‹‹ ‹‹•‹ S anahtarınınAÇIK ve KAPALI durumlarına karşılık gelen iki ana ‘† ‘Žƒ òœ‡”‡ǡ –‘’Žƒ ›‡di alt çalışma modu bulunmaktadırǤ ƒ ‘†Žƒ” Šƒ”‹…‹†‡‹ diğe” ‘†Žƒ” S anahtarının ve diyotların kaçak bileşenlerinden kaynaklı çok kısa süreli modlar olup, bu sebeple ihmal edilmeleri òò†ò”Ǥ.‡˜‹”‹…‹‹ƒƒ.

‘†—†ƒǡSanahtarı ve Do †‹›‘–—‹Ž‡–‹†‡›‡ǡD1,D2˜‡D3diyotları kapalı durumdadır. ƒ

‘†—†ƒ‹•‡Sanahtarı ve Dodiyotu kapalı, D1,D2 ˜‡D3diyotları açık durumdadır. Çeviricinin •–ƒ–‹ƒƒŽ‹œ‹‹­‹ ‰‡”‡‡ǡ ‹‹…‹Ž tarafa transfer edilmiş AÇIK ˜‡

‘† eşdeğer devreleri Şekil 2.b ve c’de gösterilmiştir. Şekil 2’†‡‹ †‡˜”‡Ž‡”†‡ǡLinçeviricinin giriş endüktörünün endüktansı, Lm ise bağlantı endüktörünün manyetikleme endüktansıdır. Şekil 2.b ve c’†‡‹ Llke bağlantı endüktörünün toplam kaçak endüktansına karşılık gelmektedir. İkincil ƒ’ƒ•‹–Ú”Ž‡”‹ C3 ˜‡ C4 eşdeğer kapasitörler olup AÇ

‘††ƒ „‹”„‹”Ž‡”‹‡ •‡”‹ǡ KAPALI modda ise paralel durumdadırlar. Bu kapasitörler eşdeğer oldukları için, bu kapasitörlerin ortak parametreleri alt simgesi ‘34’ olan ortak bir parametre ile ‰Ú•–‡”‹Ž‡…‡–‹”Ǥ Şekil 2.b ve c’deki üst tire “ ‘ “ işaretli sem„‘ŽŽ‡”‹Ž‰‹Ž‹’ƒ”ƒ‡–”‡ değerinin ‹‹…‹Žtarafa yansıtılmış değerini ifade etmektedir. İlgili kapasitans ve endüktans değerleri ????????????1′ = ????????????1/????????????2, ????????????2′ = ????????????2/????????????2, ????????????′???????????? = ????????????2????????????????????????, ????????????′???????????????????????? = ????????????2????????????????????????????????????, ????????????′???????????????????????????????????? = ????????????2???????????????????????????????????????????????? eşitlikleri ile ve devredeki ilgili tüm gerilim ve akımlarsırasıylav’ = nv˜‡ i’ = i/neşitlikleri ile ‹‹…‹Žtarafa yansıtılırlar.—”ƒ†ƒǡnαn2Ȁn1 bağlantı endüktörünün sarım oranıdır.

Şekil 2.b ve c’den, giriş endüktansı, L’inǡ ƒ›‡–‹Ž‡‡ endüktansı L’m ˜‡ ƒ­ƒ ‡†ò–ƒ• L’lke ‹­‹ ‰‡”‹Ž‹Ǧ†‡‰‡ eşitlikleri aşağıdaki gibi elde edilir;

< ??????????????????′?????? > = ????????????(???????????????????????????????????????????????? + ??????????????????′??????2) + (1 − ????????????)(???????????????????????????????????????????????? − ??????????????????′??????1)

(1)

< ??????????????????′?????? > = ??????????????????????????????????????????′??????1 − (1 − ????????????)??????????????????′??????2

(2.a)

< ??????????????????′?????? > = ????????????(????????????????????????0 − 2????????????????????????34) − (1 − ????????????)????????????????????????34

(2.b)

< ?????????????????????′??????????????????????????? > = ????????????(??????????????????′??????1 + 2????????????????????????34 − ????????????????????????0) + (1 − ????????????)(−??????????????????′??????2 + ????????????????????????34) (3)

Bu eşitliklerde D, çeviricinin görev periyodunu, üçgen

parantez içerisinde gösterilen gerilimler de endüktörlerin ortalama

gerilim değerlerini „‡Ž‹”–‡–‡†‹”Ǥ k = Lm/(Lm+Llke) bağlantı

endüktörünün bağlantı katsayısıdır. Kararlı durumda endüktör

gerilimlerinin ortalama değerleri sıfır olacağı için, (1)Ǧȋ͵Ȍ

eşitlikleri sıfıra eşitlenerekƒ”ƒrlı durum ortalama kapasitör

gerilim değerleri aşağıdaki gibi elde edilir;

??????????????????′??????1

(1−????????????)???????????????????????????????????? (1−2????????????)

(4)

??????????????????′??????2

???????????????????????????????????? (1−2????????????)

(5)

????????????????????????34 = ????????????????????????3 = ????????????????????????4 = ??????′??????2

(6)

iin Lin

C2 Vin

D1

Llk1

.n1

.n2

Llk2

C4

C1

Lm

D2

S

C3 ȋƒȌ

C'2 i'C2

iC3-C4

i'C1

i'Lm +

C3 C4

C'1

L'm

Do

D3

Co

vo

Ro

ȋ„Ȍ

i'C1 C'1

i'C2 C'2

i'Lm + L'm

iC3//C4 C3//C4

ȋ…Ȍ

Şekil 2. EK çevirici devre şemaları (a) asıl devreȋ„ȌAÇIK mod eşdeğer †‡˜”‡•‹ȋ…ȌKAPALI mod eşdeğer devresiǤ

(1+????????????) (1−2????????????)

(7)

Diğer yandan, Şekil 2.b ve c kullanılarak, C1, C2, C34 ve Co

kapasitörlerinin akım-denge eşitlikleri aşağıdaki gibi elde

edilir;

< ???????????????′?????????1 > = −??????????????????????????????′??????????????????????????????−???????????? + (1 − ????????????)??????????????????′??????????????????

(8)

< ???????????????′?????????2 > = −??????????????????????????????′?????????????????? + (1 − ????????????)??????????????????′??????????????????????????????−????????????????????????????????????

(9)

< ????????????????????????34

????????????(???????????????′?????????

??????????????????′??????????????????????????????−????????????)

(???????????????′?????????????????????−??????????????????′??????????????????????????????−????????????????????????????????????) 2

(10)

<

???????????? (??????????????????′??????????????????????????????−????????????

− ???????????????′?????????

)

(11)

Bu eşitliklerde, I’lke-on ve I’lke-off sırasıyla, eşdeğer kaçak endüktansın (L’lke) AÇIK ve KAPALI modlardaki ortalama akım değerleridir. Kararlı durumda ortalama kapasitör akımları sıfır olacağı için, (8)Ǧ(11) eşitlikleri sıfıra eşitlenerek ortalama endüktör akımları aşağıdaki gibi elde edilir;

burada,

??????????????????′??????????????????????????????−????????????

??????????????????′??????????????????????????????−????????????????????????????????????

???????????? (1−????????????)

???????????????′?????????

(2−????????????) (1+????????????)

????????????????????????0????????????0 ????????????????????????????????????

(12) (13) (14)

(15) (16)

ƒŠ–ar ve diyotların kapalı durum gerilim stresleri de eleman seçiminde gereken diğer parametrelerdir. Şekil 2’‹ ƒƒŽ‹œ‹†‡ǡ S anahtarının ˜‡ D0-3 †‹›‘–Žƒrının kapalı durum

͵

25/61

26/61

‰‡”‹Ž‹Ž‡”‹VDS˜‡VD0-3aşağıdaki gibi elde edilir,

???????????????????????????????????? = ????????????????????????1 + ????????????????????????2 = 1???−???????????????2??????????????????????????????ȋͳ͹Ȍ

????????????????????????2

????????????????????????3

???????????????????????????????????????????????? 1−2????????????

ȋͳͺȌ

????????????????????????1

???????????????????????????????????? 1−2????????????

ȋͳͻȌ

Eşitlik (4)Ǧȋ͹ȌǡȋͳʹȌǦȋͳͷȌ˜‡ȋͳ͹ȌǦȋͳͻȌ‹Ž‡sırasıyla ‘”–ƒŽƒƒ ƒ’ƒ•‹–Ú”‰‡”‹Ž‹Ž‡”‹ǡ ‘”–ƒŽƒƒ endüktör akımları ˜‡ ƒƒŠ–ƒ” ‰‡”‹Ž‹Ž‡”‹ elde edilmiştir. Bir sonraki bölümde, bu eşitlikler kullanılarak hedeflenen tasarım gereksinimlerini karşılayacak şekilde ‡†ò–ƒ•ǡ ƒ’ƒ•‹–ƒ•ǡ ˜‡ ƒƒŠ–ƒ” ‰‡”‹Ž‹ değerleri „‡Ž‹”Ž‡‡…‡–‹”Ǥ

4. EK Çevirici Güç Katı Tasarımı

EK çeviricinin, hedeflenen yüksek gerilim DA güç kaynağı ‹Ž‡ —›umlu olacak şekilde belirlenmiş tasarım gereksinimleri Tablo 1’de verilmiştir. Verilen girişǦçıkış gerilimleri ve (7) kullanıla”ƒ, bağlantı endüktörününsarım oranı, nαͳǤͺ‘Žƒ”ƒ ‡Ž†‡‡†‹Ž‹”ǤSarım oranı belirlendikten sonra, (4)Ǧ(6) eşitlikleri kullanılarak, yansıtılmamış ortalama kapasitör gerilimleri, VC1 α͸ͳʹǤͷǡVC2αʹ͸ʹǤͷǡVC3αVC4αͶ͸͵‘Žƒ”ƒ‡Ž†‡‡†‹Ž‹”Ž‡”Ǥ ƒŠ–ƒ”˜‡†‹›‘–‰‡”‹Ž‹Ž‡”‹†‡ȋͳ͹ȌǦȋͳͻȌ†ƒǡVDS α VD1αͺ͹ͷ ǡVD0αVD2αVD3αͳͷ͹ͷ‘Žƒ”ƒ‡Ž†‡‡†‹Ž‹”Ž‡”Ǥ

Endüktör tasarımında, endüktans değeri yanında ortalama ‡†ò–Ú”ƒkımı da gereken diğer parametrelerdendir. Lin˜‡Lm endüktör akımlarının yansıtılmamış ortalama değerleri (14) ve (15)’†‡ǡILinαͷǤ͹ͳǡILmα͹ǤͶ͹‘Žƒ”ƒ‡Ž†‡‡†‹Ž‹”Ž‡”ǤDiğer yandan, anahtar seçiminde de kapalı durum gerilim stresi yanında ortalama ve tepe anahtar akımları da anahtar seçimi ‹­‹ ‰‡”‡‡–‡†‹”. Şekil 2.a ve b’‹ ƒƒŽ‹œ‹†‡ǡ .

durumdaki ortalama anahtar akımı, IDS, aşağıdaki gibi elde ‡†‹Ž‹”ǡ

???????????????????????????????????? = ???????????????????????? + ????????????????????????????????????????????????−????????????ȋʹͲȌ

Eşitlik (12) ve (15) †‡‹yansıtılmamış akım eşitlikleriȋʹͲȌ †‡ ›‡”‹‡ ‘›—Ž—”•ƒǡ ‘”–ƒŽƒƒ anahtar akımı aşağıdaki gibi ‡Ž†‡‡†‹Ž‹”ǡ

19.03

A

(21)

Azami anahtar akımı (IDS-max), azami endüktör akımı dalgacığı gereksinimine göre (%20 tepeǦ–‡’‡ǡ ΨͳͲ –‡’‡Ȍǡ ????????????????????????????????????−???????????????????????????????????? = 1.1???????????????????????????????????? = 21‘Žƒ”ƒ‡Ž†‡‡†‹Ž‹”Ǥ

Endüktans değeri belirlemek için AÇIK veya KAPALI mod endüktör gerilimlerine ihtiyaç vardır. .

‘† ‹­‹ hesaplama yapılırsa, Lin ˜‡ Lm ‡†ò–Ú”Ž‡”‹‹ açık mod gerilimleri, Şekil 2.b’den aşağıdaki gibi elde edilir,

????????????????????????????????????????????????−???????????? = ???????????????????????? + ????????????????????????2 = 350 + 262.5 = 612.5 ????????????ȋʹʹȌ

????????????????????????−???????????? = (???????????????????????? − 2????????????????????????34)/???????????? = (2000 − 2????????????463)/1.8 = 597 ???????????? ȋʹ͵Ȍ

Endüktans hesabında aşağıda verilen tipik endüktör eşitliği kullanılır,

???????????? = ?????????∆???∆????????????????????????ȋʹͶȌ

Eşitlik (24)’†‡ǡ ΔI –‡’‡†‡Ǧtepeye akım değişimi, ΔT ‹•‡ değişimin süresidir. AÇIK mod seçildiği için ΔTαDTsolacaktır. —”ƒ†ƒTsƒƒŠ–ƒ”Žƒƒ’‡”‹›‘†—†—r. Eşitlik (22)ǦȋʹͶȌ˜‡ƒ„Ž‘

Tablo 1 EK çeviricinin tasarım gereksinimleri

Parametre

Değeri (birimi)

Çıkış gerilimi (VoȌ

Giriş gerilimi (VinȌ

͵ͷͲ

Çıkış gücü (PoȌ

Anahtarlama frekansı (f•Ȍ ͷͲȋœȌ

ڔ‡˜’‡”‹›‘†—ȋDȌ

ͲǤ͵

Bağlantı endüktörü bağlantı katsayısı (kȌ

ͲǤͻͺ

Endüktörlerin akım

ΨʹͲ

ƒ’ƒ•‹–Ú”Ž‡”‹‰‡”‹Ž‹

ΨͶ

1’de verilen endüktör akımı dalgalanma miktarı ‰‡”‡•‹‹minden, giriş ve manyetikleme endüktans değerleri aşağıdaki gibi elde edilir,

????????????????????????−???????????????????????????????????????????????? ∆????????????????????????????????????

612.500..3215/.7(150103)α͵ǤʹʹȋʹͷȌ

????????????????????????????????????−???????????????????????????????????????????????? ∆????????????????????????????????????

5970.31/(50103 0.27.47

)αʹǤͶȋʹ͸Ȍ

Son olarak, kapasitans değeri belirlemek için AÇIK veya

‘† ortalama kapasitör akımlarına ihtiyaç vardır. .

‘† seçildiğinde, Şekil 2.b’†‡ǡ C0-4 ƒ’ƒ•‹–Ú”Ž‡”‹‹ ortalama AÇIK mod akımları aşağıdaki gibi eŽ†‡‡†‹Ž‹”ǡ

????????????????????????1−????????????

????????????????????????????????????????????????−????????????

1−???????????? ????????????

13.3

????????????ȋʹ͹Ȍ

????????????????????????2−???????????? = ???????????????????????? = 5.71 ????????????ȋʹͺȌ

????????????????????????3,????????????4−???????????? = ???????????????′????????? − ??????????????????′??????????????????????????????−???????????? = (((12+−????????????????????????)) − (1−????????????????????????)) ??????????????????′?????? = −3,25 ???????????? ȋʹͻȌ

????????????????????????0−???????????? = −????????????????????????3,????????????4−???????????? − ???????????????????????? = 2.25 ????????????ȋ͵ͲȌ

Kapasitans hesabında ise aşağıda verilen tipik kapasitör eşitliği kullanılır,

???????????? = ??????∆??????∆????????????????????????ȋ͵ͳȌ

Eşitlik (27)Ǧ(30)’†ƒ‡Ž†‡‡†‹Ž‡akım değerleri ve Tablo 1 †‡ ˜‡”‹Ž‡ ‰‡”‹Ž‹ †ƒŽ‰ƒŽƒƒ ‰‡”‡•‹‹‹†‡ C0-4 kapasitörlerinin değerleri aşağıdaki gibi elde edilir,

????????????1

????????????????????????1−???????????????????????????????????????????????? ∆????????????????????????1

13.300..03416/1(520.5103)α͵Ǥʹ͸ρ

ȋ͵ʹȌ

????????????2

????????????????????????2−???????????????????????????????????????????????? ∆????????????????????????2

5.7100..03412/6(520.5103)α͵Ǥʹ͸ρ

ȋ͵͵Ȍ

????????????3

????????????4

????????????????????????3,????????????4−???????????????????????????????????????????????? ∆????????????????????????3,????????????4

3.2500.3.041/4(6530103)αͳǤͲͷρ

????????????????????????0−???????????????????????????????????????????????? ∆????????????????????????0

2.2500..03412/(05000103)αͳ͸ͻ

5. EK Çeviricinin Benzetimi

‹”ڐ…‡‹„ÚŽò†‡–ƒ•ƒ”Žƒƒ­‡˜‹”‹…‹‹ǡŠ‡•ƒ’Žƒƒ †‡˜”‡‡Ž‡ƒlarınındeğerleri kullanılarak benzetimi MatlabǦ Simulink ortamında gerçekleştirilmiştir. Şekil 3’†‡ ­‡˜‹”‹…‹‹ „‡œ‡–‹ ‘†‡Ž‹ ‰Ú”òŽ‡–‡†‹”Ǥ ‘†‡Ž†‡‹ ƒƒŠ–ƒ”ƒ ’ƒ”ƒŽ‡Ž ͷ kapasitörü anahtarın çıkış kapasitörünü ȋCDSȌ‘†‡ŽŽ‡‡için eklenmiş olup, değeri 1 nF’dır. Ayrıca,

Yüksek DA Gerilim Uygulamaları için Empedans Kaynaklı Yükseltici Çevirici Tasarımı Design of Impedance Source Step-up Converter for High DC Voltage Applications

Şekil 3. EK çeviricinin MatlabǦ‹—Ž‹„‡œ‡–‹‘†‡Ž‹Ǥ

ƒȌ Çıkış gerilimi, V‘

Şekil 4. Çıkış geriliminin tam yük altında kalkışının benzetim sonucuǤ bağlantı endüktörünün kaçak endüktansının oranı ‘Žƒ”ƒǡ endüktörün tasarım hedeflerindenbirisi olan %2 seçilmiştir. Bağlantı endüktörünün tasarımı proje kapsamında ›ò”ò–òŽ‡–‡ ‘Žƒ çalışmalardan bir diğeridir ˜‡ „— çalışmanın konusu değildir. Bu çalışma kapsamında belirlenen devre elemanlarına göre oluşturulmuş EK çeviricinin nominal ›òƒŽtında ilk kalkış gerilim eğrisinin benzetim sonucu Şekil Ͷ’de gösterilmiştir. Gerilim eğrisindeki salınımlar EK çeviricinin küçük sinyal dinamik modeli ile ilişkilidir. Çeviricinin dinamik analizi, kapalı döngü denetleyici tasarımı başlığı altında, ‰‡Ž‡…‡ çalışmalar kapsamında detaylıca ele alınacaktı”ve bu çalışmanın konusu değildir. Diğer yandan, bu çalışmadaki sonuçların irdelenmesi amacıyla, Şekil 5’de sırasıyla giriş gerilimi, giriş akımı ve manyetikleme endüktansı akımının yakın gösterim „‡œ‡–‹ sonuçları kararlı durum ‹­‹ ‰Ústerilmiştir. Giriş geriliminin tepedenǦ–‡’‡›‡ değişiminin tasarım hedefi olan %4 dalgalanma kriterini (2000*0.04 = 80 V) karşıladığı görülmektedir. Benzer şekilde endüktör akımlarının ortalama değerleri ve dalgalanma ›òœ†‡Ž‡ri de tasarım hedefleri ile uyumludur.

Şekil 6’†ƒSanahtarıve çıkış diyot gerilimlerinin benzetim sonuçları görülmektedir. Anahtar ve diyot gerilimleri de tasarım hedefleri ile uyumludur. Anahtarların KAPALI mod gerilim değerlerindeki beklenen değerlere ‰Ú”‡ „‹” ‹–ƒ” fazlalık, 2000 V çıkış gerilimi için gereken ‰Ú”‡˜’‡”‹›‘†——ǡ ideal olmayan model elemanlarından dolayı bir miktar fazla ȋͲǤ͵ͳ͹Ȍ set edilmesinden dolayıdır. Çeviricinin kapalı döngü denetiminde set edilen çıkış gerilimi için gereken göre˜ periyodunu denetleyici ayarlayacaktır.

6. Sonuç

Bu çalışmada yüksek DA gerilim bir güç kaynağının giriş katında, ilk kademe yükseltici olarak kullanılacak olan ›‡‹ ‡•‹Ž „‹” ­‡˜‹”‹…‹‹ǡ Š‡†‡ˆŽ‡‡ ‰‡”‡•‹‹Ž‡” doğrultusunda tasarımı ve benzetimi yapılmıştır. ò•‡ ‰‡”‹Ž‹ –”ƒˆ‘•—†ƒ ڐ…‡ „u şekilde yüksek kazançlı bir EK

„Ȍ Giriş akımı, I‹

…Ȍ Manyetikleme endüktansı akımı, I Şekil 5. EK­‡˜‹”‹…‹‹ƒ–Žƒ„ǦSimulink benzetim sonuçlarıǤ çeviricinin kullanımı ile trafonun sarım oranının ve dolayısı ile kaçak elemanlarının değerlerinin düşürülmesi hedeflenmektedir. Tasarım için gereken ortalama kapasitör akımları ˜‡‡†ò–Ú”‰‡”‹Ž‹Ž‡”‹ǡ­‡˜‹”‹…‹‹kararlı durum ȋ•–ƒ–‹Ȍanalizi ile elde edilmiştir. Benzetim sonuçlarına göre, ­‡˜‹”‹…‹ tasarımının ‰‡”‡•‹‹Ž‡” ile uyumlu olduğu görülmüştür. Bundan sonraki aşamada, çeviricinin kapalı döngü performansı ve ver‹Ž‹Ž‹ ƒƒŽ‹œŽ‡”‹ ‹­‹ǡ –ƒ•ƒ”Žƒƒ…ƒ ‘Žƒ „‹” †‡‡–Ž‡›‹…‹ ‹Ž‡ „‡”ƒ„‡” ‹Ž ‘†‡Ž‹ ò”‡–‹Ž‹’ †‡‡›•‡Ž çalışmalar gerçekleştirilecektir.

Teşekkür

Bu çalışma, TÜBİTAK tarafından desteklenen ͳʹͳ͵͹͹ ‘†Ž— Empedans Kaynaklı DAǦDA Dönüştürücülü Yüksek

‡”‹Ž‹ Güç Kaynağı Tasarımı başlıklı proje kapsamında gerçekleştirilmiştir. estek için TÜBİTAK’a teşekkür ‡†‡”‹œǤ

Kaynaklar ȏͳȐ Ǥ

ƒ”…‹ƒǡǤ‹…‘ǡ

Ǥ‡„ƒ•–‹ƒǡǤǤ‡”ƒ†‘ƒ†

Ǥ…‡†ƒǡ

̶ ‘’–‹‹œ‡† Ǧ–‘Ǧ …‘˜‡”–‡” –‘’‘Ž‘‰› ˆ‘” Š‹‰ŠǦ ˜‘Ž–ƒ‰‡ ’—Ž•‡ǦŽ‘ƒ† ƒ’’Ž‹…ƒ–‹‘•̶ǡ ”‘…‡‡†‹‰• ‘ˆ ͳͻͻͶ ‘™‡”Ž‡…–”‘‹…•’‡…‹ƒŽ‹•–‘ˆ‡”‡…‡Ǧ̵ͻͶǡƒ‹’‡‹ǡ ƒ‹™ƒǡ˜‘ŽǤʹǡ’’ǤͳͶͳ͵ǦͳͶʹͳǡͳͻͻͶǤ

27/61

28/61

ƒȌ ƒŠ–ƒ”ȋȌ‰‡”‹Ž‹‹ǡ

„Ȍ Çıkış diyot gerilimi, VͲ

Şekil 6. EK­‡˜‹”‹…‹‹ƒ–Žƒ„ǦSimulink benzetim sonuçlarıǤ ȏʹȐ Ǥ ƒ‘ǡ Ǥ —ǡ Ǥ —ǡ

Ǥ Ǥ ‡””‡‹”ƒǡ ̶‹‰Š ˆ”‡“—‡…› Š‹‰Š ˜‘Ž–ƒ‰‡ ’‘™‡” …‘˜‡”•‹‘ ™‹–Š •‹Ž‹…‘ …ƒ”„‹†‡ ’‘™‡” •‡‹…‘†—…–‘” †‡˜‹…‡•̶ǡ ͸–Š Ž‡…–”‘‹… ›•–‡Ǧ

–‡‰”ƒ–‹‘ ‡…Š‘Ž‘‰› ‘ˆ‡”‡…‡ ȋȌǡ

”‡‘„Ž‡ǡ’’ǤͳǦͷǡʹͲͳ͸Ǥ ȏ͵Ȑ Ǥ ‘”‘—œ‡•Šǡ ‡– ƒŽǤǡ “–‡’Ǧ—’ Ǧ …‘˜‡”–‡”•ǣ ƒ …‘’”‡Š‡•‹˜‡ ”‡˜‹‡™ ‘ˆ ˜‘Ž–ƒ‰‡Ǧ„‘‘•–‹‰ –‡…Š‹“—‡•ǡ –‘’‘Ž‘‰‹‡•ƒ†ƒ’’Ž‹…ƒ–‹‘•”ǡ

”ƒ•ƒ…–‹‘•‘‘™‡” Ž‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤ͵ʹǡ‘Ǥͳʹǡ’’ǤͻͳͶ͵Ǧͻͳ͹ͺǡʹͲͳ͹Ǥ ȏͶȐ Ǥƒ‘ǡǤ‹ǡǤ‹ǡ

Ǥ‘’‘˜‹…ƒ†

ǤǤ ‡””‡‹”ƒǡ̶‡˜‹‡™‘ˆ Š‹‰Š ˆ”‡“—‡…› Š‹‰Š ˜‘Ž–ƒ‰‡ ‰‡‡”ƒ–‹‘ ƒ”…Š‹–‡…–—”‡•̶ǡ

͵”†

–‡”ƒ–‹‘ƒŽ —–—”‡ ‡”‰› Ž‡…–”‘‹…• ‘ˆ‡”‡…‡ ƒ† •‹ƒ ȋ

ʹͲͳ͹ Ǧ •‹ƒȌǡ ƒ‘Š•‹—‰ǡ’’Ǥʹʹ͸ͲǦʹʹ͸͸ǡʹͲͳ͹Ǥ ȏͷȐ Ǥ Ǥ ƒ‰ǡ Ǥ Ǥ ‹ƒ‘ǡ ̶‡•‹‰ ‘ˆ ƒ ‡Ž‡…–”‘•–ƒ–‹… ’”‡…‹’‹–ƒ–‘” ’‘™‡” •—’’Ž› „ƒ•‡† ‘ –”ƒ•ˆ‘”‡” •–”ƒ› …ƒ’ƒ…‹–ƒ…‡ ‡ˆˆ‡…–•̶ǡ Ž‡…–”‹… ‘™‡” ‘’‘‡–• ƒ† ›•–‡•ǡ˜‘ŽǤ͵ͺǡ‘Ǥͻǡ’’ǤͳͲͲͷǦͳͲʹͻǡʹͲͳͲǤ ȏ͸Ȑ

Ǥ ‹—ǡ Ǥ Š‡‰ǡ

Ǥ Š‹ǡ Ǥ Šƒ‰ ƒ† Ǥ ‡ǡ ̶‡•‹‰ ‘ˆ Š‹‰Š ˜‘Ž–ƒ‰‡ǡŠ‹‰Š’‘™‡”ƒ†Š‹‰Šˆ”‡“—‡…›–”ƒ•ˆ‘”‡”‹ ”‡•‘ƒ–…‘˜‡”–‡”̶ǡ™‡–›Ǧ ‘—”–Š—ƒŽ

’’Ž‹‡† ‘™‡”Ž‡…–”‘‹…•‘ˆ‡”‡…‡ƒ†š’‘•‹–‹‘ǡƒ•Š‹‰–‘ ǡ’’ǤͳͲ͵ͶǦͳͲ͵ͺǡʹͲͲͻǤ ȏ͹ȐǤ‘”ƒ‰‡ǡǤǤƒ‰‡•ŠǡǤǤŠƒ–‹ƒƒ†Ǥ‹™ƒ”‹ǡ̶‡•‹‰ ‘ˆ Ǧ ”‡•‘ƒ– …‘˜‡”–‡” ‹…Ž—†‹‰ –Š‡ ‡ˆˆ‡…– ‘ˆ –”ƒ•ˆ‘”‡” ™‹†‹‰ …ƒ’ƒ…‹–ƒ…‡̶ǡ

†—•–”‹ƒŽŽ‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤͷ͸ǡ‘Ǥͷǡ’’ǤͳͶʹͲǦͳͶʹ͹ǡʹͲͲͻǤ

ȏͺȐǤ‡‰ǡǤƒ‰ǡǤ‹ǡǤ‹ƒ‘ƒ†Ǥ‡‰ǡ̶

˜‡•–‹‰ƒ–‹‘ ‘ –Š‡ ’ƒ”ƒ•‹–‹… …ƒ’ƒ…‹–ƒ…‡ ‘ˆ Š‹‰Š ˆ”‡“—‡…› ƒ† Š‹‰Š ˜‘Ž–ƒ‰‡ –”ƒ•ˆ‘”‡”• ‘ˆ —Ž–‹Ǧ•‡…–‹‘ ™‹†‹‰•̶ǡ

……‡••ǡ˜‘ŽǤͺǡ’’ǤͳͶͲ͸ͷǦͳͶͲ͹͵ǡʹͲʹͲǤ ȏͻȐ Ǥ ƒ‘ǡ Ǥ ƒ‘ǡ Ǥ Š—ǡ

Ǥ Ǥ ‡””‡‹”ƒǡ ̶ ͵ͲͲœͶͳͶͲ‘—–’—–˜‘Ž–ƒ‰‡’‘™‡”•—’’Ž›™‹–Š ‘†—Žƒ”Š‹‰Š ˜‘Ž–ƒ‰‡ ‰‡‡”ƒ–‹‘ ƒ”…Š‹–‡…–—”‡ƒ†’Žƒƒ” –”ƒ•ˆ‘”‡”̶ǡ ʹͳ•– —”‘’‡ƒ ‘ˆ‡”‡…‡ ‘ ‘™‡” Ž‡…–”‘‹…• ƒ† ’’Ž‹…ƒ–‹‘• ȋ ̵ͳͻ —”‘’‡Ȍǡ

‡‘˜ƒǡ

–ƒŽ›ǡ’’ǤͳǦͷǡʹͲͳͻǤ ȏͳͲȐ Ǥ ǡ

Ǥ ‹‰ǡ Ǥ ƒ‰ǡ Ǥ — ƒ† Ǥ —ǡ ̶ ‘˜‡Ž „ƒ•‡† ‘ ˆ—ŽŽǦ„”‹†‰‡ …‡ŽŽ• ™‹–Š ˜‘Ž–ƒ‰‡Ǧ†‘—„Ž‡” ”‡…–‹ˆ‹‡”ˆ‘”‰”‹†•̶ǡ

Ͷ–Š

–‡”ƒ–‹‘ƒŽŽ‡…–”‹…ƒŽƒ† ‡”‰›‘ˆ‡”‡…‡ȋ

Ȍǡ’’ǤͳǦ͸ǡʹͲʹͳǤ ȏͳͳȐ Ǥ ‹‹‘˜ǡ

Ǥ oasto, “QuasiǦǦ‘—”…‡Ǧƒ•‡† ‹•‘Žƒ–‡† Ȁ…‘˜‡”–‡”•ˆ‘”†‹•–”‹„—–‡†’‘™‡”‰‡‡”ƒ–‹‘”ǡ

†—•–”‹ƒŽ Ž‡…–”‘‹…•ǡ ˜‘ŽǤ ͷͺǡ ‘Ǥͳǡ ’’Ǥ ͳͻʹǦʹͲͳǡʹͲͳͳǤ ȏͳʹȐ Ǥ Ǥ ‹™ƒ‘–‹ǡ Ǥ Žƒƒ„‡”‰ǡ Ǥ Ǥ ‘Šǡ

Ǥ Ǥ‘™ǡ “HighǦ ˜‘Ž–ƒ‰‡ „‘‘•– “—ƒ•‹ǦǦ•‘—”…‡ ‹•‘Žƒ–‡† Ȁ …‘˜‡”–‡””ǡ

‘™‡”Ž‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤ͹ǡ‘Ǥͻǡ’’Ǥʹ͵ͺ͹Ǧʹ͵ͻͷǡʹͲͳͶǤ ȏͳ͵ȐǤ—•‡˜ǡ‡–ƒŽǤǡ“Galvanically isolated quasiǦǦ•‘—”…‡Ǧ …‘˜‡”–‡”™‹–Š ƒ ‘˜‡Ž ƒ† –‡…Š‹“—‡”ǡ

†—•–”‹ƒŽŽ‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤ͸ʹǡ‘Ǥͳʹǡ’’Ǥ ͹ͷͶ͹Ǧ͹ͷͷ͸ǡʹͲͳͷǤ ȏͳͶȐǤ‡‹†ƒ”‹ǡ‡–ƒŽǤǡ“A high voltage gain ZVT quasiǦǦ•‘—”…‡ converter with reduced voltage stress”,

”ƒ•ƒ…–‹‘• ‘ ‘™‡” Ž‡…–”‘‹…•ǡ ˜‘ŽǤ ͵͹ǡ ‘Ǥ ͳͳǡ ’’Ǥ ͳ͵͸ͻ͸Ǧͳ͵͹ͳͲǡ ʹͲʹʹǤ ȏͳͷȐǤǤŽ—™ƒ•‘‰‘ǡǤŠƒǡƒ†ǦǤ‰—›‡ǡ“BetaǦ“—ƒ•‹ǦǦ •‘—”…‡ ȋβǦ“Ȍ Ǧ …‘˜‡”–‡” ™‹–Š‘—– †—–› …›…Ž‡ constraint for wide input voltage applications”,

†—•–”‹ƒŽŽ‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤ͸ͻǡ‘Ǥͳʹǡ’’Ǥ ͳʹ͹ͺͶǦͳʹ͹ͻͶǡʹͲʹʹǤ ȏͳ͸Ȑ Ǥ ‹™ƒ‘–‹ǡ ‡– ƒŽǤ, “Magnetically coupled Š‹‰ŠǦ‰ƒ‹ Ǧ •‘—”…‡‹•‘Žƒ–‡†Ȁ…‘˜‡”–‡””ǡ

‘™‡”Ž‡…–”‘‹…•ǡ †‘‹ǣͳͲǤͳͲͶͻȀ‹‡–Ǧ’‡ŽǤʹͲͳ͵ǤͲͻͷ͹ǡ’’ǤͳǦͺǡʹͲͳͶǤ ȏͳ͹Ȑ X. Fang, X. Ding, S. Zhong, Y. Tian, “Improved quasiǦǦ •‘—”…‡ Ǧ …‘˜‡”–‡” ˆ‘” ”‡‡™ƒ„Ž‡ ‡‡”‰›”ǡ ”ƒ•ƒ…–‹‘•‘‘™‡”Ž‡…–”‘‹…•ƒ†’’Ž‹…ƒ–‹‘•ǡ˜‘ŽǤͶǡ ‘Ǥʹǡ’’Ǥͳ͸͵Ǧͳ͹ͲǡʹͲͳͻǤ ȏͳͺȐǤƒ†ƒǡǤǤŠƒ”ƒǡǤǤ‘ƒ”ǡ

Ǥ

—’–ƒǡ“Modern ZǦ •‘—”…‡ ’‘™‡” …‘˜‡”•‹‘ –‡…Š‘Ž‘‰‹‡•ǣ ”‡˜‹‡™”ǡ

–‡”ƒ–‹‘ƒŽ ‡•‡ƒ”…Š

‘—”ƒŽ ‘ˆ ‰‹‡‡”‹‰ ƒ† ‡…Š‘Ž‘‰›ǡ˜‘ŽǤͶǡ‘Ǥ͸ǡ’’Ǥ͵ʹͲ͹Ǧ͵ʹͳͳǡʹͲͳ͹Ǥ ȏͳͻȐ Ǥ Ǥ ‹™ƒ‘–‹ǡ ‡– ƒŽǤ, “ImpedanceǦ•‘—”…‡ ‡–™‘”• ˆ‘” ‡Ž‡…–”‹… ’‘™‡” …‘˜‡”•‹‘ ’ƒ”–

ǣ –‘’‘Ž‘‰‹…ƒŽ ”‡˜‹‡™”ǡ

͸

Yüksek DA Gerilim Uygulamaları için Empedans Kaynaklı Yükseltici Çevirici Tasarımı Design of Impedance Source Step-up Converter for High DC Voltage Applications

”ƒ•ƒ…–‹‘•‘‘™‡”Ž‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤ͵Ͳǡ‘Ǥʹǡ’’Ǥ ͸ͻͻǦ͹ͳ͸ǡʹͲͳͷǤ ȏʹͲȐ Ǥ Ǥ ƒŒ‹ǦEsmaeili, E. Babaei, M. Sabahi, “H‹‰Š •–‡’Ǧ—’ “—ƒ•‹ǦǦ•‘—”…‡ ǦDC converter,”

”ƒ•ƒ…–‹‘• ‘ ‘™‡”Ž‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤ͵͵ǡ‘Ǥͳʹǡ’’ǤͳͲͷ͸͵ǦͳͲͷ͹ͳǡʹͲͳͺǤ ȏʹͳȐM. Veerachary, P. Kumar, “Analysis and design of quasiǦ Ǧ•‘—”…‡ ‡“—‹˜ƒŽ‡– ǦDC boost converters,”

†—•–”‹ƒŽ Ž‡…–”‘‹…•ǡ ˜‘ŽǤ ͷ͸ǡ ‘Ǥ ͸ǡ ’’Ǥ ͸͸ͶʹǦ͸͸ͷ͸ǡʹͲʹͲǤ ȏʹʹȐ F. Evran, M.T. Aydemir, “ZǦ•‘—”…‡Ǧ„ƒ•‡† ‹•‘Žƒ–‡† Š‹‰Š •–‡’Ǧup converter,”

‘™‡”Ž‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤ͸ǡ‘Ǥͳǡ’’Ǥ ͳͳ͹ǦͳʹͶǡʹͲͳʹǤ ȏʹ͵Ȑ F. Evran, M.T. Aydemir, “Isolated high stepǦ—’ …Ǧ …‘verter with low voltage stress,”

‘™‡” Ž‡…–”‘‹…•ǡ˜‘ŽǤʹͻǡ‘Ǥ͹ǡ’’Ǥ͵ͷͻͳǦ͵͸Ͳ͵ǡʹͲͳͶǤ

Bülent Dağ, lisans ve yüksek lisans derecelerini 1998 ve 2002 yıllarında Orta Doğu Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği, doktora derecesini 2015 yılında Gazi Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı’ndan almıştır. 2020 yılından beri Gazi Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde öğretim üyesi olarak çalışmaktadır. Çalışma alanları arasında mıknatıslı elektrik makinaları ve anahtarlamalı güç kaynakları yer almaktadır.

Mehmet Akif Özdemir, 1988 Bayburt doğumludur. Lisans eğitimini 2011 yılında Ege Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümünde tamamlamıştır. Yüksek lisans derecesini 2021 yılında Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nden almıştır. Doktora eğitimine TÜBİTAK bursiyeri olarak Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde devam etmektedir. Güç elektroniği alanında çalışmalar yapmaktadır.

29/61

Dr. Bünyamin Tamyürek, 1970 Artvin-Yusufeli doğumludur. Lisans derecesini 1991 yılında Yıldız Teknik Üniversitesi Elektrik Mühendisliği Bölümü’nden, yüksek lisans ve doktora derecelerini 1996 ve 2001 yıllarında New York eyaletinin Troy şehrinde yer alan Rensselaer Polytechnic Institute mühendislik okulunun Elektrik Güç Mühendisliği Bölümü’nden almıştır. Dr. Tamyürek, Amerika Birleşik Devletleri’nin Ohio eyaletine bağlı Columbus şehrinde, enerji üretim, iletim ve dağıtımı yapan American Electric Power (AEP) isimli kuruluşta iki yıl süreyle yenilenebilir enerji kaynakları ve enerji depolama sistemleri konusunda araştırma ve geliştirme mühendisi olarak görev almıştır. Türkiye dönüşünden sonra 2004-2019 yılları arasında Eskişehir Osmangazi Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde çalışmış. 2019 yılından itibaren de Gazi Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde öğretim üyesi olarak çalışmaktadır. Güç elektroniği, kesintisiz güç kaynakları, elektrikli araçlarda elektrikli tahrik ve batarya şarj sistemleri, raylı sistemler, enerji depolama sistemleri, akıllı şebekeler ve askeri ve endüstriyel uygulama alanlarında enerji verimliği yüksek güç dönüştürücü tasarımı konularında çalışmalar yapmaktadır.

Emrullah Aydın, 1986 yılında Elazığ’da doğdu. Lisans eğitimini 2009 yılında Fırat Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde tamamladı. 2014 ve 2020 yıllarında Gazi Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde sırasıyla Yüksek Lisans ve Doktora eğitimlerini tamamlamıştır. Doktora eğitimini tamamladıktan sonra Malatya Turgut Özal Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde Dr. Öğretim Üyesi olarak çalışmaya başlamış ve halen burada çalışmaya devam etmektedir. İlgi duyduğu araştırma alanları arasında Kablosuz Güç Aktarımı, Elektrik Makinaları, Güç Elektroniği ve İndüksiyon Isıtma Sistemleri yer almaktadır.

Prof. Dr. M. Timur Aydemir, Lisans ve Yüksek Lisans derecelerini Karadeniz Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nden, doktora derecesini University of Wisconsin - Madison Üniversitesi’nden aldı. 2001-2002 yıllarında Fulbright bursiyeri olarak ABD’de University of Wisconsin - Madison Üniversitesi’nde misafir araştırmacı olarak görev yaptı. Güç Elektroniği, Elektrik Makineleri ve Yenilenebilir Enerji Kaynakları alanında çalışmaları bulunmaktadır. 2012-14 yılları arasında EMO Ankara Şubesi Eğitim Komisyonu Başkanlığı yapmıştır. Halen Kadir Has Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde öğretim üyesi olarak görev yapmaktadır.

30/61