Elektrikli Arabalarda Kullanılan Li-ion Akülerin Tek Fazdan Hızlı ve Verimli Şarjı için Güç Faktörü Düzeltmeli Yükselticilerin Karşılaştırması / Comparison of Single Phase Power Factor Correction Boost Converters for Fast and Efficient Charge of Li-ion Ba

Öz

Fosil yakıtların yakın bir gelecekte tükenecek olması ve atmosfere CO2 salması nedeniyle yeni enerji kaynaklarının arayışı içerisine girilmiştir. Temiz bir enerji kaynağı olan elektrik enerjisinin motorlu taşıtlarda kullanılması, Li-ion aküler ile mümkündür. Li-ion akülerin şarjında kullanılabilecek AC-DC dönüştürücüler literatürde sıkça yer almaktadır [1-13]. Bunu gerçekleştirmek için güç faktörü düzeltmeli (PFC), geleneksel, köprüsüz ve dönüşümlü gerilim yükseltici devrelerinin simülasyonları yapılmıştır. 100 kHz anahtarlama frekansında ve 3 kW çıkış gücünde çalıştırılarak simülasyonları yapılan dönüştürücüler, güç faktörü (PF), toplam akım harmonik bozulma (THDi) ve verim açısından karşılaştırılmıştır. Simülasyon sonuçlarına göre geleneksel yükseltici % 97.8 verim ve % 4.88 THDi değerlerine, köprüsüz yükseltici % 98.2 verim ve % 5.05 THDi değerlerine, dönüşümlü yükseltici ise % 98 verim ve %1.93 THDi değerlerine sahiptir. Tüm dönüştürücüler 0.99 güç faktörü değerini sağlasa da, köprüsüz yükseltici THDi değeri, EN61000-3-2 standardı olan, % 5'in üzerinde bulunduğundan, li-ion akülerin şarjı için, dönüşümlü yükseltici daha iyi performans göstermiştir.

 

Abstract

New energy sources have been searched beacuse of depletion of fossil fuels in near future and to reduce the CO2 emissions to the atmosphere. It is possible to use clean energy source of electricity in electrical vehicles by li-ion batteries. There are many AC-DC converters in the litterature to charge Li-ion batteries [1-13]. For this reason, conventional PFC, bridgeless PFC and interleaved PFC boost converters are simulated. Simulations are run at 3 kW output power with 100 kHz switching frequency and they are compared with power factor (PF), total current harmonic distortion (THDi) and efficieny. According to the simulation results conventional boost converter has 97.8 % efficieny and 4.88 % THDi values, bridgeless boost converter has 98.2 % efficieny and 5.05 % THDi values, interleaved boost converter has 98 % efficieny and 1.93% THDi values. Although all converters have greater than 0.99 power factor, bridgeless boost converter THDi value is above the EN 61000-3-2 standards which is 5%, so for li-ion battery charging, interleaved boost topology has beter performance.

Anahtar Kelimeler

• Dönüşümlü PFC, köprüsüz PFC, Li-ion, Interleaved PFC, Bridgeless PFC, Li-ion

Kaynakça

1. Chakraborty, S.; Mohan, N.; , "A Comparative study of Various Single Stage PFC Converters in implementing Novel Converter Topology for Simultaneous charging and Individual Cell Balancing of Multiple Li-ion Batteries," Telecommunications Conference, 2005. INTELEC '05. Twenty-Seventh International , vol., no., pp.251-256, Sept. 2005
2. W. Huang, G. Moschopoulos, “A New Family of Zero Voltage Transition PWM Converters With Dual Active Auxiliary Circuits” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 21, pp. 370-379, March 2006.
3. Muthuramalingam, A.; Madhivanan, R.; Kalpana, R.; , "Comparative study of high performance rectifiers," Power Electronics, 2006. IICPE 2006. India International Conference on , vol., no., pp.216-221, 19-21 Dec. 2006
4. Woo-Young Choi; Jung-Min Kwon; Eung-Ho Kim; Jong-Jae Lee; Bong-Hwan Kwon; , "Bridgeless Boost Rectifier With Low Conduction Losses and Reduced Diode Reverse-Recovery Problems," Industrial Electronics, IEEE Transactions on , vol.54, no.2, pp.769-780, April 2007
5. Huber, L.; Yungtaek Jang; Jovanovic, M.M.; , "Performance Evaluation of Bridgeless PFC Boost Rectifiers," Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.23, no.3, pp.1381-1390, May 2008
6. Woo-Young Choi; Jung-Min Kwon; Bong-Hwan Kwon; , "An improved bridgeless PFC boost-doubler rectifier with high-efficiency," Power Electronics Specialists Conference, 2008. PESC 2008. IEEE , vol., no., pp.1309-1313, 15-19 June 2008
7. Tao Qi; Lei Xing; Jian Sun; , "Dual-Boost Single-Phase PFC Input Current Control Based on Output Current Sensing," Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.24, no.11, pp.2523-2530, Nov. 2009
8. Beltrame, F.; Roggia, L.; Schuch, L.; Pinheiro, J.R.; ,“A comparison of high power single-phase power factor correction pre-regulators” 2010 IEEE International Conference on Industrial Technology (ICIT), pp 625-629, May 2010

9. Etezadi-Amoli, M.; Choma, K.; Stefani, J.; , "Rapid-Charge Electric-Vehicle Stations," Power Delivery, IEEE Transactions on , vol.25, no.3, pp.1883-1887, July 2010
10. Musavi, F.; Eberle, W.; Dunford, W.G.; , "A high-performance single-phase AC-DC power factor corrected boost converter for plug in hybrid electric vehicle battery chargers," Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2010 IEEE , vol., no., pp.3588-3595, 12-16 Sept. 2010
11. Musavi, F.; Eberle, W.; Dunford, W.G.; , "Efficiency evaluation of single-phase solutions for AC-DC PFC boost converters for plug-in-hybrid electric vehicle battery chargers," Vehicle Power and Propulsion Conference (VPPC), 2010 IEEE , vol., no., pp.1-6, 1-3 Sept. 2010
12. Akın, B.; Bodur, H.; , "A New Single-Phase Soft-Switching Power Factor Correction Converter," Power Electronics, IEEE Transactions on , vol.26, no.2, pp.436-443, Feb. 2011
13. Musavi, F.; Eberle, W.; Dunford, W.G.; , "A high-performance single-phase bridgeless interleaved PFC converter for for plug in hybrid electric vehicle battery chargers," Industry Application, IEEE Transactions on , vol.47, no.4, pp.1833-1843, Aug. 2011