Yeni bir delta kaynak empedans ağ tabanlı alçaltıcı dönüştürücü tasarımı ve enerji verimliliği üzerindeki etkisinin incelenmesi

Abstract

AC-DC güç dönüştürücüler, şebekeden gelen alternatif akımı, birçok elektronik cihazın ihtiyaç duyduğu doğru akıma dönüştüren cihazlardır. Bu dönüştürücüler güç faktörü düzeltme devreleri ile birlikte kullanılmadığı zaman hem şebeke tarafında hem de dönüştürücü tarafında bazı sorunlara neden olabilmektedir. Bu sorunlardan biri olan harmonik kirlilik, elektrik güç sistemlerinde aşırı ısınma, güç faktörünün azalması ve sistem verimliliğinin düşmesi gibi problemlere neden olabilen harmoniklerin varlığını ifade eder. Güç faktörü düzeltme (GFD) devreleri, AC-DC güç dönüştürücülerde, harmonik kirlilik seviyesini azaltarak sistemin güç faktörünü (GF) iyileştirmek için kullanılır. Bu çalışmada empedans ağ yapısına sahip 90-280 VRMS çalışma gerilimi aralığında ve 150W gücünde alçaltıcı dönüştürücü tasarımı yapılmış ve prototip uygulaması gerçekleştirilmiştir. Dönüştürücüde kullanılan tüm anahtarlama elemanları yumuşak anahtarlama yöntemi kullanılarak kontrol edilmiştir. Dolayısıyla anahtarlama kayıpları minimum seviyeye indirilerek sönümleme devrelerine (snubber) gerek duyulmamıştır. Devre analog UC3843 PWM entegresi ile kontrol edilmiş olup literatürdeki diğer GFD devrelerinden farklı olarak doğal GFD yeteneğine sahiptir. Bu sayede devrenin kontrolü kolaylaşmış; boyut ve maliyet açısından rakiplerine avantaj sağlamıştır. Önerilen topolojinin simülasyon çalışmaları ve prototip uygulamaları gerçekleştirilmiştir. Yapılan simülasyon ve deneysel sonuçlara göre devrenin güç faktörü tüm giriş gerilimi ve yük koşulları altında %98 in üzerinde elde edilmiştir. Giriş akımı toplam harmonik bozulması (THB) ise tüm giriş gerilimi ve yük koşulları altında %5 in altında bulunmuştur. Son olarak devrenin verimliliği 220 VRMS giriş gerilimi ve 80 VDC çıkış gerilimi koşulları altında tam yükte %93, yarım yükte ise %96.5 olarak ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlar önerilen topolojinin saf sinüsoidal giriş akımına sahip olduğunu ve yüksek verimi sayesinde endüstride kullanılan diğer topolojilere rakip olabileceğini doğrulamaktadır.