İki-Seviyeli Eviricilerde Kullanılan Yarı-İletken Anahtarların Güç Kayıplarının Analizi


Tezin Türü: Yüksek Lisans

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Kocaeli Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik Mühendisliği, Türkiye

Tezin Onay Tarihi: 2022

Tezin Dili: Türkçe

Öğrenci: Oğuz Tahmaz

Danışman: Ali Bekir Yıldız

Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu

Özet:

İki-seviyeli eviriciler, güç elektroniğinin en çok ilgi duyulan konularından birisidir. Özellikle, robotik otomasyonun ve elektrikli araç sektörünün büyümesi sebebiyle, elektrik motorlarının ve sürücülerinin geliştirilmesi daha da önemli hale gelmiştir. Motor sürücülerin geliştirilme aşamasında verim, boyut ve maliyet en önemli tasarım kriterleridir. Motor sürücülerin verimini, boyutunu ve maliyetini etkileyen birçok devre elemanı mevcuttur ancak, ısı olarak açığa çıkacak güç kayıplarının büyük bir kısmı, sürücülerin güç katında kullanılan yarı-iletken anahtarlama elemanlarından kaynaklanmaktadır. Yarı-iletkenler ideal anahtarlama elemanları değildirler; iletimdeyken ve anahtarlama anlarında oluşan güç kayıplarından dolayı ısı açığa çıkarırlar. Verim ve boyut hesaplamaları üzerine çalışılırken, sürücünün güç katında yer alan yarı-iletken anahtarlardan kaynaklanan güç kayıplarını minimumda tutmak ve optimum bir tasarım yapmak gerekir. Bu sebeple, yarı-iletken eleman seçimi ile birlikte yarı-iletken elemanlar üzerinde açığa çıkacak olan güç kayıplarının hesaplanması çok önemlidir. Tasarımcı tarafından kullanılması öngörülen yarı-iletken anahtarlara ve yapılan güç kayıp analizlerine göre henüz tasarım aşamasında en uygun yarı-iletken anahtarın seçiminin yapılması, sürücü veriminin öngörülmesi, yarı-iletken elemanların ısıl yönetimi için soğutma konseptinin geliştirilmesi ve boyut-hacim hesaplamalarının tamamlanması gerekmektedir. Bu tez kapsamında, MOSFET ve IGBT yarı-iletken anahtarlama elemanlarının kullanıldığı iki-seviyeli eviriciler için güç kayıp analiz yöntemleri incelenmiş ve bu analiz yöntemleri kullanılarak yapılan hesaplamalar çeşitli ölçüm sonuçları ile doğrulanmıştır. Böylece, iki-seviyeli bir evirici üzerinde oluşacak olan toplam güç kaybı henüz eleman seçim aşamasında hızlı bir şekilde hesaplanabilecektir. Örnek olarak sunulan uygulamalar ile birlikte yapılan analitik öngörülere ek olarak, okuyuculara tasarımsal ve ölçümsel bakış açılarının kazandırılması amaçlanmıştır.