Geliştirilmiş bir kayıpsız pasif bastırma hücreli PFC devresinin tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Abstract

Şebekeye bağlı lineer olmayan alıcı miktarınının artması, harmonikli akım ve elektromanyetik girişim (EMI) nedeniyle şebekenin kirletilmesine, verimsiz kullanılmasına ve kayıpların artmasına neden olmuştur. Bunun yanında enerji kaynaklarının da hızlı bir şekilde tükenmesi, enerjinin verimli kullanılmasını zorunlu kılmıştır. Şebekeden harmonikli akım çekilmesi, şebeke geriliminin bozulması ve verimin azalmasının yanı sıra aynı şebekeye bağlı hassas cihazlarda hata ve bozulmalar ve bunun gibi farklı bir çok problemi beraberinde getirmektedir. Bu nedenlerle enerjinin kaliteli ve verimli kullanımı için, ulusal ve uluslararası düzeylerde standartlar ve sınırlamalar geliştirilmiştir. Aranan standartlar ile uygun güç faktörü ve harmonik değerleri sağlamak üzere, son yıllarda hem akademik hem de endüstriyel olarak bir çok çalışma yapılmıştır. Harmoniklerin önüne geçilmesi ve güç faktörünün düzeltilmesi, genel olarak pasif filtreler, aktif filtreler ve güç faktörü düzeltme devreleri (PFC) ile sağlanır. Pasif filtrelerin güç faktörünü düzeltme ve harmonikleri sınırlama kabiliyeti oldukça düşük ve maliyeti oldukça yüksektir. Aktif filtreler ise oldukça karmaşık ve pahalı olduğu için sadece çok yüksek güçlü özel uygulamalar için uygundurlar. PFC devrelerinin ise kontrolünün kolay, maliyetinin düşük ve performansının yüksek olmasının yanında endüstride bir çok cihazın şebekeye bir doğrultucu üzerinden bağlanması bu devrelerin yaygınlaşmasını sağlamıştır. Ayrıca PFC devreleri yüksek frekansta çalıştığı için filtre elemanlarının boyutları azalmakta ve maliyeti oldukça düşmektedir. PFC?nin kaliteli bir şekilde sağlanması ve güç yoğunluğunun arttırılması yüksek anahtarlama frekansı ile elde edilebilmektedir. Ancak, anahtarlama frekansının artması, anahtarlama kayıpları ve EMI gürültülerinin artmasına yol açmaktadır.Yüksek anahtarlama frekansının yol açtığı bu sorunların önüne ancak sert anahtarlama yerine yumuşak anahtarlama teknikleri kullanılarak geçilebilmektedir. Bu çalışmada sürekli akım modu altında çalışan PFC dönüştürücü için anahtarlama kayıplarını ve EMI gürültülerini azaltmak üzere yeni bir geliştirilmiş kayıpsızpasif bastırma hücresi tasarımı yapılmış ve gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan pasif bastırma hücresinin detaylı teorik analizi ve simülasyonu yapılmış ve teorik analizler,sürekli akım modu altında çalışan 1-kW ? 50-kHz PFC dönüştürücü uygulaması ile doğrulanmıştır.