Nové topologie polovodičových měničů s vysokou účinností

Abstract

Tato práce se zabývá vývojem měničů s vysokou účinností a je tématicky zaměřena na oblast vozidel lehké trakce. Především se věnuje měničům pro pomocné pohony trolejbusů a dále systému bezdrátového nabíjení elektrických vozidel. V první části práce jej popsána problematika samotných pomocných pohonů a navržena nová koncepce s rozšířenými funkcemi. Součástí koncepce je výběr topologií jednotlivých měničů a stanovení jejich parametrů. Vysoká účinnost celé struktury je pak umožněna volbou moderních SiC JFET prvků a rezonančních měničů. V další části je provedena analýza ztrát vybraných polovodičů a odvozeno oteplení jejich kanálu při definovaných podmínkách chlazení. Zároveň byl sestaven experimentální měnič, který umožnil ověření ztrát a účinnosti v topologiích nové koncepce. Dále je uvedeno srovnání s referenčním měničem s Si IGBT technologií. Současně byl vyvinut driver pro SiC JFET prvky s odolností vůči rušení v důsledku vysokých hodnot du/dt a di/dt. Dalším krokem je návrh a realizace funkčních vzorků, jejichž provedení respektovalo relevantní normy pro drážní vozidla. Prvním funkčním vzorkem je vstupní stabilizátor trolejového napětí o výkonu 22kW s topologií sériově spojených pulsních měničů s reverzací proudu. Součástí návrhu je diskuze výhod přesazeného a nepřesazeného řízení a návrh řídícího algoritmu. Druhým funkčním vzorkem je izolující měnič o výkonu 2x10kW pracující se spínací frekvencí v oblasti 100kHz. Právě schopnost vyvinutých měničů pracovat s vysokými spínacími frekvencemi při zachování nízkých ztrát vedlo posléze k jejich nasazení v systému bezdrátového nabíjení vozidel lehké trakce, kterým se zabývá závěrečná část práce.