Elektrikli araç şarj üniteleri için yüksek verimli sıc mosfet tabanlı üç fazlı üç seviyeli güç faktörü düzeltme devresi tasarımı ve uygulaması
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRİK MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2026
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: AHMET ARİF GÜLER
Danışman: Erdem Akboy
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Günümüzde artan çevresel kaygılar, fosil yakıtların tükenme riski, içten yanmalı motora sahip araçların yüksek bakım maliyetleri, elektrikli araçların (EA, EV) kullanımını her geçen gün daha cazip hale getirmektedir. Elektrikli araçların yaygınlaşması, beraberinde yüksek güçlü, verimli ve güvenli şarj altyapılarına duyulan ihtiyacı da artırmaktadır. Özellikle DC hızlı şarj istasyonları, kısa sürede yüksek enerji transferi gerçekleştirdiğinden dolayı, girişteki AC-DC dönüşüm aşaması oldukça kritik bir rol oynamaktadır. Bu bağlamda, güç faktörü düzeltme (GFD, PFC) devreleri hem enerji kalitesini iyileştirmek hem de sistem verimliliğini artırmak adına şarj altyapılarında vazgeçilmez hale gelmiştir. Bu tezde, elektrikli araç şarj üniteleri için yüksek verimli, üç fazlı, üç seviyeli bir PFC doğrultucu devresi tasarlanmış ve uygulaması gerçekleştirilmiştir. Devrede anahtarlama elemanı olarak silikon karbür (SiC) bazlı MOSFET'ler tercih edilmiştir. SiC MOSFET'ler, geleneksel silikon MOSFET'lere göre daha düşük anahtarlama kayıpları, daha yüksek çalışma sıcaklıkları ve hızlı anahtarlama karakteristikleri sunarak yüksek güçlü uygulamalarda önemli avantajlar sağlamaktadır. Üç seviyeli topoloji ise, topolojideki yarıiletkenlerin gerilim stresini azaltarak hem anahtarlama kayıplarını düşürmekte hem de elektromanyetik girişim (EMG, EMI) seviyelerini sınırlamaktadır. Tasarım aşamasında Viyana Doğrultucu olarak da bilinen üç fazlı üç seviyeli PFC Doğrultucu topoloji benimsenmiştir. Bu yapı sayesinde hem üç seviyeli gerilim profili elde edilmiş hem de MOSFET'lerin eş zamanlı sürülmesine uygun bir kontrol altyapısı sağlanmıştır. Sistemin dijital kontrolü Texas Instruments F280039C dijital sinyal işlemcisi ile gerçekleştirilmiş olup, şebeke senkronizasyonu için bir PLL algoritması uygulanmıştır. Ayrıca, gelişmiş akım kontrol algoritması ile her bir fazın akımı bağımsız olarak düzenlenmiş ve sistemin güç faktörü 0.99'un üzerine çıkarılmıştır. Simülasyon çalışmaları PSIM ve Ltspice yazılımları üzerinde gerçekleştirilmiş ve elde edilen sonuçlar deneysel uygulama ile karşılaştırılmıştır. Deneysel prototip 3x400 V AC giriş, 800 V DC çıkış gerilim aralığında çalışacak şekilde tasarlanmış ve 20 kW çıkış gücü elde edilmiştir. Ölçümler sonucunda sistemin verimliliği \%99'un üzerine çıkarken, toplam harmonik bozulma (THD, Total Harmonic Distortion) değeri \%5'in altında kalmıştır. Ayrıca, sistemde kullanılan filtre tasarımları ve anahtarlama stratejileri sayesinde EMG düzeyleri, ilgili standartlarının (EN 61000-3-12) sınırları içerisinde olması hedeflenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışmasıyla elektrikli araç DC hızlı şarj sistemlerine entegre edilebilecek, yüksek verimli, düşük harmonikli ve dijital kontrollü bir GFD çözümü sunulmuştur. Çalışma, hem akademik hem de endüstriyel düzeyde uygulanabilirliği yüksek, geleceğin şarj altyapıları için önemli bir referans niteliğindedir.