Sıfır gerilim geçişli faz kaydırmalı tam köprü türü bir PWM DC-DC dönüştürücünün incelenmesi ve gerçekleştirilmesi

Abstract

Darbe Genişlik Modülasyon (PWM) tekniği ile kontrol edilen DC-DC dönüştürücüler, güç yoğunluğu, hızlı geçiş cevabı ve kontrol kolaylığı nedeniyle endüstride yaygın olarak tercih edilmektedirler. Tasarımlarda güç yoğunluğunun daha da artabilmesi ve sistemin cevap verme süresinin iyileşebilmesi, anahtarlama frekansının artması ile mümkündür. Anahtarlama frekansının artması, anahtarlama kayıplarının ve elektromanyetik girişimlerin (EMI) artmasına neden olmaktadır. Bu yüzden frekansın artırılması, ancak sert anahtarlama (HS) yerine yumuşak anahtarlama (SS) tekniklerinin kullanılması ile mümkün olmaktadır.Faz Kaydırmalı tam köprü türü DC-DC dönüştürücü, PWM kontrollü anahtarlamalı güç kaynakları içerisinde yüksek güçlü, izolasyonlu ve yumuşak anahtarlamalı özelliklerinden dolayı en çok tercih edilen devre topolojilerinden biridir. Temel topoloji, ilave bastırma hücreleri kullanılmaksızın, güç anahtarları için sıfır gerilim geçişinin (ZVT) sağlandığı bu devre yüksek frekanslarda çalışarak, güç yoğunluğunun artmasına olanak sağlamaktadır.Bu çalışmada yumuşak anahtarlama kavramı ile ilgili temel kavramlara yer verilmiş, temel faz kaydırmalı tam köprü DC-DC dönüştürücü ayrıntılı olarak incelenerek, tasarım kriterleri değerlendirilmiştir. Temel topolojiye ek olarak dönüştürücüde doyumlu endüktans kullanılarak ZVT aralığının arttırılması amaçlanmıştır.Laboratuvarda prototipi gerçekleştirilen devrede giriş gerilimi 311V DC, anahtarlama frekansı 100 kHz, çıkış gücü 1000 W (24V / 41.66A) olan faz kaydırmalı tam köprü DC-DC dönüştürücünün tüm yük koşulları altında çalışma durumları gözlenmiştir. Gerçekleştirilen devreden alınan deneysel sonuçlardan, topolojinin yüksek frekanslı ve yüksek güçlü uygulamalar için iyi bir seçim olduğu ve doyumlu endüktans sayesinde geniş yük aralığında ZVT'nin sağlandığı ve anahtarlama kayıplarının azaldığı doğrulanmıştır. Bununla beraber doyumlu endüktans sıcaklığındaki artış ve çıkış doğrultucu diyotlarının çok ciddi parazitik salınımlara maruz kalması, giderilmesi gereken dezavantajlar içerisinde yer almıştır.