Yüksek kazançlı ve tek anahtarlı yeni bir karesel DC-DC dönüştürücünün tasarımı ve uygulaması

Bu tez çalışmasında yakıt hücreleri, güneş panelleri ve elektrikli araç şarj istasyonlarında çıkış geriliminin yükseltilmesi amacıyla kullanılan klasik DC-DC dönüştürücüye alternatif olarak daha yüksek gerilim kazancı sağlayabilen ve literatürde sunulan yüksek kazançlı dönüştürücülerin dezavantajlarını barındırmayan yeni bir tek anahtarlı yüksek gerilim kazançlı karesel DC-DC dönüştürücü sunulmaktadır. Güneş panelleri, yakıt hücreleri gibi yenilenebilir enerji kaynakları genellikle düşük gerilim sunarlar. Bu düşük gerilim bataryaların ve inverterlerin ihtiyaç duydukları gerilim seviyelerini karşılamak için yeterli olmayabilir. Bu tez çalışmasında sunulan yüksek kazançlı karesel DC-DC dönüştürücü düşük giriş gerilimlerini yüksek çıkış gerilimlerine etkin bir şekilde dönüştürebilmektedir. Ayrıca, temel DC-DC yükseltici, sarmaşık yükseltici, kaskat ve karesel yükseltici dönüştürücülerden daha fazla bir çıkış gerilim kazancı (%50 doluluk oranında giriş geriliminin 8 katı kadar çıkış gerilimi) sağlamaktadır. Dönüştürücü yapısında tek bir anahtarın bulunması ve bu anahtarın maruz kaldığı gerilimin çıkış geriliminin yarısı olması sunulan dönüştürücünün en önemli üstünlüklerinden biridir. Literatürde yer alan birçok topolojiye göre kullanılan eleman sayısının daha az olması, transformatör gibi tasarım zorluğu bulunan elemanların olmaması dönüştürücünün diğer olumlu özelliklerindendir. Tez çalışmasında sunulan dönüştürücünün deneysel prototipi yapılmış, simülasyon sonuçları deneysel olarak doğrulanmış ve böylece yenilebilir enerji sektöründe kullanılmak üzere bilime ve teknolojiye katkı sağlanmıştır.

In this thesis, a new single-switch high-voltage-gain quadratic DC–DC converter is presented as an alternative to the classical DC–DC converter commonly used to boost the output voltage of fuel cells, photovoltaic panels, and electric vehicle charging stations. Renewable energy sources such as photovoltaic panels and fuel cells typically provide low output voltages, which may be insufficient to meet the voltage levels required by batteries and inverters. The high-gain quadratic DC–DC converter proposed in this study can efficiently step up low input voltages to high output voltages. Moreover, it achieves a significantly higher voltage gain—up to eight times the input voltage at a 50% duty cycle—compared to conventional boost, cascade, quadratic, and ladder-type high-gain converters. One of the most important advantages of the proposed converter is its single-switch structure, where the voltage stress on the switch is only half of the output voltage. Additionally, the converter features fewer components than many topologies reported in the literature and eliminates the need for a transformer, thereby avoiding the design complexities associated with magnetic components. An experimental prototype of the proposed converter was developed, and the simulation results were experimentally validated. As a result, the study contributes to science and technology by offering a promising solution for applications in the renewable energy sector.