Nové koncepce výkonových pulsních měničů s použitím extrémně rychlých spínacích polovodičů na bázi karbidu křemíku
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato práce se zabývá problematikou pulzních měničů velkého výkonu (desítky kW) při použití nových polovodičů z karbidu křemíků (SiC). Nejprve je analyzován současný stav dané problematiky. Dále navazuje vlastní výzkum v konkrétní oblasti výkonových propustných měničů s pulzním transformátorem. Zde byl kladen velký důraz na minimalizaci rozměrů a hmotnosti. Při volbě detailů koncepce byly důležitými vodítky spolehlivost a robustnost. Aby bylo dosaženo definovaných cílů, bylo nutné použít nejnovější dostupné spínací tranzistory a diody a neobvykle velkou spínací frekvenci měniče (100 kHz při výkonu cca 16 kW). Díky tak vysoké spínací frekvenci bylo dosaženo malých rozměrů jak pulzních transformátorů, tak výstupních tlumivek. Dílčí samostatnou teoretickou oblastí práce byla optimalizace vysokofrekvenčního impulzního transformátoru s ohledem na minimální objem a hmotnost jádra a vinutí. Zde bylo provedeno několik analytických řešení optimalizačních úloh, jejichž výsledky by mohly mít přesah do realizační praxe v oblasti spínaných zdrojů. Kombinace velkého spínacího kmitočtu, rychlých polovodičů a velkého výkonu přináší nárůst různých parazitních jevů v silových obvodech měniče. V práci jsou tyto jevy detailně analyzovány. Řešení vedoucí k jejich minimalizaci případně úplnému odstranění byla teoreticky navržena a v experimentální části práce úspěšně realizována, ověřena a dále dopracována. Detailní popis realizace funkčního vzorku a série ověřovacích měření jsou uvedeny v závěrečné části práce.
This work deals with high power pulse converters (tens of kW) using new semiconductor devices of silicon carbide (SiC). Firstly the current state of the issue is analyzed. A research in a specific area of high power buck converters with pulse transformer follows. There was a strong emphasis on minimizing size and weight. The design process was focused also on reliability and robustness. To achieve the defined objectives, it was necessary to use the latest available switching transistors and diodes, and an unusually high switching frequency (100 kHz at a power of about 16 kW). Due to the high switching frequency, we achieved small size of pulse transformers and output chokes. An optimization of high-frequency pulse transformer with demand on minimum volume and weight of core and windings represents a separate theoretical part of the thesis. There have been proposed several analytical solutions of optimization problems, the results of which could overlap with the implementation in practice of switching power supplies. The combination of high switching frequency, fast semiconductors and the high power brings various parasitic effects to the power circuit. In the thesis, these parasitic effects are analyzed. Solutions which minimize or completely remove those effects were theoretically designed and successfully implemented, tested and finalized in experimental part of the work. Detailed description of the implementation of functional sample and series of validation measurements are included in the final part.
This work deals with high power pulse converters (tens of kW) using new semiconductor devices of silicon carbide (SiC). Firstly the current state of the issue is analyzed. A research in a specific area of high power buck converters with pulse transformer follows. There was a strong emphasis on minimizing size and weight. The design process was focused also on reliability and robustness. To achieve the defined objectives, it was necessary to use the latest available switching transistors and diodes, and an unusually high switching frequency (100 kHz at a power of about 16 kW). Due to the high switching frequency, we achieved small size of pulse transformers and output chokes. An optimization of high-frequency pulse transformer with demand on minimum volume and weight of core and windings represents a separate theoretical part of the thesis. There have been proposed several analytical solutions of optimization problems, the results of which could overlap with the implementation in practice of switching power supplies. The combination of high switching frequency, fast semiconductors and the high power brings various parasitic effects to the power circuit. In the thesis, these parasitic effects are analyzed. Solutions which minimize or completely remove those effects were theoretically designed and successfully implemented, tested and finalized in experimental part of the work. Detailed description of the implementation of functional sample and series of validation measurements are included in the final part.
Description
Citation
KUZDAS, J. Nové koncepce výkonových pulsních měničů s použitím extrémně rychlých spínacích polovodičů na bázi karbidu křemíku [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2014.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika
Comittee
doc. Dr. Ing. Miroslav Patočka (předseda)
prof. RNDr. Vladimír Aubrecht, CSc. (člen)
doc. Ing. Čestmír Ondrůšek, CSc. (člen)
prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Jaroslava Orságová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (člen)
Ing. Petr Modlitba, CSc. (člen)
prof. Ing. Petr Chlebiš, CSc. - oponent (člen)
doc. Ing. Pavel Drábek, Ph.D. - oponent (člen)
Date of acceptance
2014-12-02
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení