Kobe Üniversitesi daha düşük maliyet ve daha az bakımla önemli ölçüde geliştirilmiş verimlilik sunar. Bu doğru akım voltaj yükseltici dönüştürücü, enerji üretimi, sağlık hizmetleri, mobilite ve bilgi teknolojisi dahil olmak üzere çeşitli sektörlerdeki elektrikli ve elektronik bileşenlerin geliştirilmesi üzerinde önemli bir etki yapacak şekilde ayarlanmıştır.
Güneş ışığından veya titreşimlerden enerji toplayan cihazların, elektrikli tıbbi cihazların veya hidrojen yakıtlı arabaların tek bir ortak bileşeni vardır. Bu “yükseltici dönüştürücü” olarak adlandırılan, düşük voltajlı doğru akım girişini yüksek voltajlı doğru akım çıkışına dönüştürür. Her yerde bulunan ve anahtar bir bileşen olduğundan, bakım ve maliyetin azaltılması için mümkün olduğunca az parça kullanılması ve aynı zamanda elektromanyetik gürültü veya ısı üretmeden mümkün olan en yüksek verimlilikte çalışması arzu edilir. Boost dönüştürücülerin ana çalışma prensibi, bir devredeki biri enerjiyi depolayan, diğeri onu serbest bırakan iki durum arasında hızlı bir şekilde geçiş yapmaktır. Anahtarlama ne kadar hızlı olursa bileşenler o kadar küçük olabilir ve dolayısıyla tüm cihazın boyutu küçültülebilir. Ancak bu aynı zamanda güç dönüştürücünün performansını bozan elektromanyetik gürültüyü ve ısı üretimini de artırır.
Kobe Üniversitesi güç elektroniği araştırmacısı Mishima Tomokazu’nun ekibi, yeni bir doğru akım güç dönüşüm devresi geliştirmede önemli ilerleme kaydetti. Yüksek frekanslı anahtarlamayı (öncesine göre yaklaşık 10 kat daha yüksek), elektromanyetik gürültüyü ve ısı dağılımından kaynaklanan güç kayıplarını azaltan, “yumuşak anahtarlama” adı verilen bir teknikle birleştirmeyi başardılar ve aynı zamanda bileşen sayısını azaltarak maliyeti korudular.
“Devre iki durum arasında değiştiğinde, anahtarın tamamen kapanmadığı kısa bir süre vardır ve bu noktada anahtar üzerinde hem voltaj hem de akım vardır. Bu, bu süre zarfında anahtarın bir direnç gibi davrandığı ve dolayısıyla ısıyı dağıttığı anlamına gelir. Bir anahtar durumu ne kadar sıklıkla değişirse, bu dağılma da o kadar fazla meydana gelir. Yumuşak anahtarlama, anahtar geçişlerinin sıfır voltajda gerçekleşmesini garanti eden ve böylece ısı kaybını en aza indiren bir tekniktir,” diye açıklıyor Dr. Mishima. Geleneksel olarak bu, geçiş döneminde alternatif enerji yutakları sunan ve daha sonra enerji kayıplarına yol açan “engelleyiciler” bileşenleriyle elde edilir.
Yayın ve Prototip Geliştirme
Kobe Üniversitesi ekibi yeni devre tasarımlarını ve değerlendirmelerini bir dergide sundu. Başarılarının anahtarı, anahtarlama döneminde enerji depolayabilen ve dolayısıyla çok daha düşük kayıplara sahip olan “rezonans tankı” devrelerinin kullanılmasıdır. Buna ek olarak, “düzlemsel transformatör” adı verilen, çok kompakt ve hem iyi bir verime hem de termal performansa sahip olan, devre kartı üzerine basılmış düz bileşenlere sahip, bileşen tasarrufu sağlayan bir tasarım kullanıyorlar.
Mishima ve meslektaşları da devrenin bir prototipini oluşturdular ve performansını ölçtüler. “Sınırlayıcısız tasarımımızın, elektromanyetik gürültüyü çok azalttığını ve yüzde 91,3’e varan yüksek enerji verimliliğine sahip olduğunu doğruladık; bu, yüksek voltaj dönüşüm oranına sahip bir MHz sürücü için benzeri görülmemiş bir rakamdır. Bu oran aynı zamanda mevcut tasarımlara göre 1,5 kattan fazla.” Ancak kullanılan manyetik bileşenlerin güç kaybını azaltarak verimliliği daha da artırmak istiyorlar.
Toplumumuzda elektrikli cihazların ne kadar yaygın olduğu göz önüne alındığında, yüksek voltaj çarpan oranına sahip doğru akım güç kaynaklarının yüksek verimli ve düşük gürültülü çalışması son derece önemlidir. Kobe Üniversitesi’ndeki bu gelişme, elektrik enerjisi, yenilenebilir enerji, ulaşım, bilgi ve telekomünikasyon ve tıbbi bakım alanındaki uygulamalarla büyük önem taşıyacak. Mishima ileriye yönelik planlarını şöyle açıklıyor: “Mevcut geliştirme 100W sınıfı küçük kapasiteli bir prototip, ancak elektronik devre kartını ve diğer bileşenleri iyileştirerek güç kapasitesini gelecekte daha büyük bir kW sınıfı kapasiteye genişletmeyi hedefliyoruz. ”
Referans: Tomokazu Mishima, Shiqiang Liu, Ryotaro Taguchi ve Ching-Ming Lai tarafından yazılan “MHz-Driven Snubberless Soft-Switching Current-Fed Multiresonant DC-DC Converter”, 21 Mart 2024, IEEE Transactions on Power Electronics.
Bu araştırma Ulusal Chung Hsing Üniversitesi’nden araştırmacılarla işbirliği içinde yürütüldü.
0 Yorumlar