KaydedilenlerDerginizi ekleyin

Dergiler / Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering / 2025 / Cilt: 13 Sayı: 4

LED Sürücü Uygulamaları İçin Yüksek Verimli Rezonans Dönüştürücü

High-Efficient Resonant Converter for LED Driver Applications

Mustafa Gökdağ(KARABÜK ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-5589-2278
Ozan Gülbudak(KARABÜK ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-9517-3630
Uğur Ufuk Körpe(KIRŞEHİR AHİ EVRAN ÜNİVERSİTESİ)0000-0001-6450-1697
Sayfa
435–444
Yayın Tarihi
2025-12-31
🏛️Bu makalenin bibliyografik verileri ve tam metin bağlantısı DergiPark üzerinden sağlanmıştır.
DergiPark Kaydı ↗
✨

Yapay Zeka Hızlı Bakış & Çıkarımlar

AI Insight
⚡ TL;DR(1 Cümlede Hızlı Çıkarım)

Bu çalışmada, LED sürücü uygulamaları için yükseltici tipte Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM) – rezonans dönüştürücü önerilmektedir.

📌 3 Maddede Bu Makale

🎯
Amaç & Hipotez:Bu çalışmada, LED sürücü uygulamaları için yükseltici tipte Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM) – rezonans dönüştürücü önerilmektedir.
📊
Temel Bulgular & Veri:Rezonans çalışma prensibi sayesinde, dönüştürücü çoğu anahtarlama anında sıfır akım anahtarlaması (ZCS) ile çalışmakta ve böylece yüksek verimlilik daha kolay bir şekilde elde edilebilmektedir.
💡
Sonuç & Katkı:Teorik analiz, deneysel ve simülasyon sonuçlarıyla doğrulanmıştır.
🔬Tür:Deneysel Tarla Denemesi
📍Kapsam:Genişletilmiş Akademik Örneklem
⚙️Değişkenler:DC-DC güç dönüştürücüleri · rezonans dönüştürücü · sıfır akım anahtarlaması

Özet

Bu çalışmada, LED sürücü uygulamaları için yükseltici tipte Darbe Genişlik Modülasyonu (PWM) – rezonans dönüştürücü önerilmektedir. Rezonans çalışma prensibi sayesinde, dönüştürücü çoğu anahtarlama anında sıfır akım anahtarlaması (ZCS) ile çalışmakta ve böylece yüksek verimlilik daha kolay bir şekilde elde edilebilmektedir. Dönüştürücü kapasitif enerji transferi kullanmakta olup, gerekli indüktans boyutunda azalma sağlamaktadır. Bu durum, yüksek güç yoğunluğuna sahip dönüştürücü tasarımlarına olanak tanımaktadır. PWM-rezonans dönüştürücünün çalışma prensibi, statik analiz gerçekleştirilerek ve tasarım kısıtları açıklanarak sunulmuştur. Ana tasarım parametrelerinin belirlenmesine yönelik matematiksel ispat sunulmuş ve diğer bulgularla birlikte deneysel olarak doğrulanmıştır. Dönüştürücünün küçük-sinyal AC modeli türetilmiş ve LED karartma uygulamaları için kapalı çevrim akım kontrolü sağlamak amacıyla Tip II dengeleyici tasarlanmıştır. Dönüştürücü performansının kalıcı durum ve geçici durum koşullarında değerlendirilmesi amacıyla 200W’lık bir PWM-rezonanslı dönüştürücü prototipi gerçekleştirilmiştir. Teorik analiz, deneysel ve simülasyon sonuçlarıyla doğrulanmıştır.

Abstract

In this study, a boost-type Pulse Width Modulation (PWM)-resonant converter is proposed for LED driver applications. Thanks to resonance operation, the converter works with zero current switching for most of the switching instants. Thus, high efficiency can be obtained more easily. It utilizes capacitive energy transfer and offers a reduction in the required inductor size. This leads to converter designs with high power density. The operation principle of the PWM-resonant converter is presented by performing its static analysis and explaining the design constraints. The mathematical proof for determining key design parameters is also given before being verified experimentally, together with other findings. The small-signal ac model of the converter is derived, and a type II compensator is designed to achieve closed-loop current control for LED dimming applications. A 200W PWM-resonant converter prototype was built to evaluate the converter performance under steady-state and transient conditions. Experimental and simulation results are provided to verify the theoretical analysis.

🔖

Bu Makaleye Atıf Yap

Gökdağ, M., Gülbudak, O., Körpe, U. U. (2025). LED Sürücü Uygulamaları İçin Yüksek Verimli Rezonans Dönüştürücü. Balkan Journal of Electrical and Computer Engineering, Cilt: 13 Sayı: 4, 435–444. https://doi.org/10.17694/bajece.1696010

📄 Tam Metin PDF Okuyucu

📄

PDF görüntüleyici hazırlanıyor...

Kaynakça (25)

  1. S. Kumar, S. Kumar, S. Singh, and A. Das, “Design and development of variable frequency modulation-based isolated DC–DC converter with green mode of operation,” Electr. Eng., 2024, doi: 10.1007/s00202-024-02315-w.
  2. X. J. Zhou and Y. R. Huang, “Structure evolving and comparative analysis of grid-connected converter output filter,” Electr. Eng., vol. 105, no. 3, pp. 1849–1865, 2023, doi: 10.1007/s00202-023-01780-z.
  3. X. Ding, C. Zhang, K. Jiang, W. Dai, and P. Zhang, “A class of Sepic-based DC-DC converters with improved voltage multiplier cell,” Electr. Eng., vol. 107, no. 6, pp. 6997–7010, 2024, doi: 10.1007/s00202-024-02908-5.
  4. S. Cuk and L. Niguel, “Four-switch step-down storageless converter,” US 8,134,351 B2, 2012.
  5. S. Ćuk, “New topology eliminates magnetic cores at 50 kHz NOT 50MHz!,” 2017, doi: 10.1109/GECS.2017.8066120.
  6. S. Cuk, “Step-Down dc-dc Converter Eliminates Ferrite Cores at 50kHz Enabling Power Supply on Chip with One-Cycle Transient,” Power Electronics, 2017.
  7. M. Fu, C. Fei, Y. Yang, Q. Li, and F. C. Lee, “A two-stage rail grade DC/DC converter based on GaN device,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2019, pp. 2110–2114, doi: 10.1109/APEC.2019.8722095.
  8. Y. Cai, M. H. Ahmed, Q. Li, and F. C. Lee, “Optimized design of integrated PCB-winding transformer for MHz LLC converter,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2019, pp. 1452–1458, doi: 10.1109/APEC.2019.8722181.
  9. A. Ciresan, S. Lica, D. Lascu, and M. Tomoroga, “A novel low-stress high-efficiency step-up DC-DC converter,” in 2015 19th International Conference on System Theory, Control and Computing, ICSTCC 2015 - Joint Conference SINTES 19, SACCS 15, SIMSIS 19, 2015, pp. 830–835, doi: 10.1109/ICSTCC.2015.7321397.
  10. S. Li, Y. Zheng, and K. M. Smedley, “A Family of Step-Up Resonant Switched-Capacitor Converter with a Continuously Adjustable Conversion Ratio,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 34, no. 1, pp. 378–390, 2019, doi: 10.1109/TPEL.2018.2812198.
  11. G. Yao, A. Chen, and X. He, “Soft Switching Circuit for Interleaved Boost Converters,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 22, no. 1, pp. 73–115, 2007, doi: 10.1109/TPEL.2006.886649.
  12. S. Fan, L. Sun, and K. Zhang, “Improved active clamped ZVS buck converter with freewheeling current transfer circuit,” IET Power Electron., vol. 12, no. 6, pp. 1341–1348, 2019.
  13. R. W. Erickson and D. Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics. New York, NY, USA: Kluwer, 2004.
  14. K. A, A. Bhattacharya, and P. K. Sadhu, “Design and analysis of a single-stage three-leg resonant converter with PFM-ADC control,” Electr. Eng., vol. 107, no. 2, pp. 2257–2271, 2025, doi: 10.1007/s00202-024-02632-0.
  15. D. Ma and J. Jiang, “A current source inverter with zero-voltage-switching for low-input voltage PMSM drive application,” Electr. Eng., vol. 105, no. 5, pp. 3161–3173, 2023, doi: 10.1007/s00202-023-01861-z.
  16. M. Gokdag, “Comparison of Boost-Type Ćuk’s Pwm- Resonant Converter With Conventional Boost Converter,” in 2018 2nd International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies (ISMSIT), 2018, pp. 1–4.
  17. S. Li, W. Xie, and K. M. Smedley, “A Family of an Automatic Interleaved Dickson Switched-Capacitor Converter and Its ZVS Resonant Configuration,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 66, no. 1, pp. 255–264, 2019, doi: 10.1109/TIE.2018.2829682.
  18. S. Li, N. Zhang, S. Zheng, W. Xie, and K. Smedley, “A dickson resonant switched-capacitor converter with indirect resonant core and continuous conversion ratio,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2019, pp. 2218–2222, doi: 10.1109/APEC.2019.8721994.
  19. S. Li, S. Liang, S. Zheng, W. Xie, and K. Smedley, “A cuk dual resonance core based dickson resonant switched-capacitor converter with wide conversion ratio range,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2019, pp. 2274–2278, doi: 10.1109/APEC.2019.8722242.
  20. S. Ćuk and R. Middlebrook, “A general unified approach to modelling switching DC-to-DC converters in discontinuous conduction mode,” in PESC Record - IEEE Annual Power Electronics Specialists Conference, 1977, pp. 36–57, doi: 10.1109/PESC.1977.7070802.
  21. D. Maksimovic and S. Cuk, “A unified analysis of PWM converters in discontinuous modes,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 6, no. 3, pp. 476–490, 1991, doi: 10.1109/63.85890.
  22. S. Nigsch, S. Cuk, and K. Schenk, “Analysis, modeling and design of a True Bridgeless Single Stage PFC with galvanic isolation,” in Conference Proceedings - IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition - APEC, 2015, pp. 469–476, doi: 10.1109/APEC.2015.7104392.
  23. S. Cuk, “Modelling, Analysis, and Design of Switching Converters,” Caltech, 1977.
  24. W. Xie, S. Li, K. M. Smedley, J. Wang, Y. Ji, and J. Yu, “A Family of Dual Resonant Switched-Capacitor Converter with Passive Regenerative Snubber,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 35, no. 5, pp. 4891–4904, 2020, doi: 10.1109/TPEL.2019.2945796.
  25. S. Cuk, “Step-Down dc-dc Converter Eliminates Ferrite Cores at 50kHz Enabling Power Supply on Chip with One-Cycle Transient,” Power Electronics, 2017.