Rezonans devreli ve yumuşak anahtarlamalı yeni bir tek aşamalı PFC devresinin geliştirilmesi

Abstract

Gün geçtikçe artan teknolojik gelişmeler ve toplumların refah düzeyleri sayesinde, elektrikli cihazların kullanım alanları artmakta, daha fazla enerji tüketilmekte ve enerji kaynakları hızla tükenmektedir. Bu nedenle enerjinin daha verimli kullanılması gerekmektedir. Günümüzde sıkça kullanılan anahtarlamalı güç kaynakları, kesintisiz güç kaynakları, elektronik balastlar v.b. lineer olmayan yükler, çektikleri harmonik akımlar nedeniyle şebekeyi bozmaktadır. Lineer olmayan bu yükler, aynı şebekeye bağlı olan bilgisayar, mikroişlemci v.b. hassas cihazların çalışmasını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle enerjinin daha kaliteli kullanılmasının önemi gün geçtikçe artmaktadır. Enerjinin verimli ve kaliteli kullanılması açısından ulusal ve uluslar arası düzeyde, sınırlamalar ve standartlar geliştirilmiştir. İstenilen standartlara uygun güç faktörü ve harmonik değerlerini sağlamak üzere, son yıllarda hem akademik hem de endüstriyel olarak güç faktörü düzeltme devreleri üzerinde yoğun bir şekilde çalışılmaktadır.Güç faktörünün düzeltilmesinde, pasif filtreler yıllarca yaygın olarak kullanılmıştır. Bu amaçla, son yıllarda aktif filtrelerin yanında, yüksek frekanslı AC-DC dönüştürücü temelli güç faktörü düzeltme (PFC) devreleri üzerinde çalışılmaktadır. Pasif filtrelerin ağır ve hantal ve aktif filtrelerin karmaşık ve pahalı olmaları nedeniyle, AC-DC dönüştürücü temelli PFC devrelerine olan ilgi hızlı bir şekilde artmaktadır.Yüksek frekanslı AC-DC dönüştürücü tabanlı PFC devreleri, temel olarak iki ve tek aşamalı olabilmekte, sürekli akım modu (CCM) ve kesintili akım modu (DCM) ile çalışabilmektedir. İki aşamalı PFC devrelerinde, iki adet anahtar ile iki adet kontrol çevrimi bulunmakta ve güç iki defa işlenmektedir. Tek aşamalı olanlarda ise, tek kontrol çevrimi ile genellikle tek anahtar kullanılmakta ve gücün bir kısmı bir defa işlenerek doğrudan çıkışa aktarılmaktadır. Özellikle CCM ile çalışmada, anahtarların kayıpları ve elektro manyetik girişim (EMI) öne çıkmaktadır. İki aşamalı olanlarda fiyat artmaktadır. Bu nedenle, özellikle düşük güçlü uygulamalarda, yumuşak anahtarlama (SS) ve doğrudan güç transferi (DPT) sağlayan ve DCM ile çalışan tek aşamalı PFC devreleri son yıllarda çok ilgi çekmektedir.Bu çalışmada, rezonans devre ve yumuşak anahtarlama temelli olan, doğrudan güç transferini sağlayan ve DCM ile çalışan yeni bir tek aşamalı PFC devresi ortaya konulmuştur. Bu devrede, PFC ve regülasyon amaçlı iki anahtar ile tek kontrol çevrimi kullanılmıştır. Birinci anahtar ve rezonans devresi yardımıyla, şebekeden genliği şebeke gerilimiyle orantılı yüksek frekanslı sinüzoidal akım darbeleri çekilerek, PFC ve SS sağlanmıştır. İkinci anahtar vasıtasıyla, yine rezonans temelli olarak, hem DPT hem de gerilim regülasyonu sağlanmıştır. Sunulan devrenin etraflı olarak teorik analizi yapılmış ve bu teorik analiz simulasyon ve deneysel sonuçlar ile doğrulanmıştır.