Düzlemsel transformatörlerin mlm yöntemi kullanılarak yapılan benzetimine yönelik çalışmalar ve mlm yöntemine ortak mod gürültü modelinin eklenmesi

Abstract

Yüksek güç yoğunluğuna sahip, düşük maliyetli güç devrelerine olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Bu ihtiyacı karşılamaya yönelik, düzlemsel (planar) transformatör yapıları gün geçtikçe daha cazip hale gelmektedir. Fakat düzlemsel transformatörler sahip olduğu avantajlarla birlikte, prototip üretiminin uzun oluşu ve yapısından kaynaklana parazitik etkileri ve bu etkilerin azaltılması için yapılan çalışmalar nedeniyle tasarım sürecinin uzaması gibi sakıncaları da bulunmaktadır. Düzlemsel transformatörlerin başarılı bir biçimde tasarlanabilmesi için önceden modelleme ve benzetiminin sağlıklı olarak yapılması önemlidir. Bu amaçla kullanımı önerilen yöntemlerden biri Modüler Katmanlar Yöntemi (MLM)'dir. Bu tezde MLM yönteminin hızlandırılmasına yönelik yöntemler önerilmiştir. Buna ek olarak, düzlemsel transformatörlerin sarımlarını oluşturan BDK (baskı devre kartı) katmanlarının birbirine yakın oluşu, transformatörden kaynaklanan ortak mod gürültüyü arttırmaktadır. Bununla birlikte, MLM yöntemi ile düzlemsel transformatörlerden kaynaklanan ortak mod gürültünün benzetimi üzerine bir çalışma şimdiye kadar yapılmamıştır. Bu tezde ise MLM yöntemi ile düzlemsel transformatörlerden kaynaklanan ortak mod gürültünün benzetimi için iki farklı yaklaşım önerilmiştir. Bu iki yaklaşımın doğruluğu deneysel olarak ispatlanmış ve performansları karşılaştırılmıştır. Ek olarak, düzlemsel transformatörlerdeki yüksek ortak mod gürültü sorununun çözümüne yönelik çeşitli yaklaşımlar irdelenmiş ve düzlemsel transformatörlerin neredeyse sıfır ortak mod gürültü oluşumu için literatürdeki koşula ek olarak yeni bir koşul ortaya atılmıştır. Önerilen bu yeni koşulun geçerliliği deneysel çalışmalar ile doğrulanmıştır.

The demand for high power density and low-cost power electronic circuits increases day by day. Planar transformers that can help meet this demand have been drawing more attention recently. Long production duration of the prototypes, parasitic effects and long design duration due to necessity of performing some work to reduce them are the negative sides of the planar transformers. Modelling and simulation of planar transformers should be carefully carried out before the production for a successful application. One of the methods used for this purpose is the `Modular Multi Layer Method` (MLM). In this paper, new method to accelerate the MLM is proposed. Additionally, high common mode noise is observed due to high capacitive effects between overlapped layers of planar transformers. Despite that, any study to model common mode noise due to planar transformers with the MLM has not been conducted, yet. In this thesis, two approaches have been proposed to model common mode noise with the MLM due to planar transformers. These two approaches have been verified by experiments and performances of them are compared. Moreover, some methods to solve high common mode problem of planar transformers have been discussed and a new condition for nearly zero common mode noise generated by planar transformers is proposed addition to condition on the literature. The proposed new condition is also verified by experiments.