SPÍNANÉ ZDROJE VELKÝCH VÝKONŮ PARALELNÍ ŘAZENÍ ZDROJŮ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČ NÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEE RING SPÍNANÉ ZDROJE VELKÝCH VÝKONŮ PARALELNÍ ŘAZENÍ ZDROJŮ HIGH POWER SWITCHMODE SUPPLIES PARALLEL CONNECTION TEZE DIZERTAČNÍ PRÁCE AUTOR PRÁCE VEDOUCÍ PRÁCE OBOR Ing. JOSEF KADLEC doc. Dr. Ing. MIROSLAV PATOČKA Silnoproudá lktrotchnika a lktronrgtika BRNO, 205

2 Klíčová slova spínaný síťový zdroj, rkonfigurovatlný modulární systém, jdnočinný propustný měnič, výkonový impulzní transformátorm, vícfázová PWM, polovodičový matriál SiC Kywords switchdmod powr supply, rconfigurabl modular systm, singl nd forward convrtr, intrlavd PWM, smiconductor SiC matrial Místo uložní Prác j k dispozici na Vědckém oddělní děkanátu FEKT VUT v Brně Tchnická 3058/0 Brno,

3 Obsah ÚVOD NEREKONFIGUROVATELNÉ REGULAČNÍ STRUKTURY Parallní řazní měničů Sériové řazní měničů Sériověparallní řazní měničů REKONFIGUROVATELNÉ REGULAČNÍ STRUKTURY ZAPOJENÍ VÝSTUPŮ SYSTÉMU FÁZOVĚ POSUNUTÁ PULZNÍ ŠÍŘKOVÁ MODULACE Parallní řazní měničů Sériové řazní měničů Sériověparallní řazní měničů REALIZOVANÝ FUNKČNÍ VZOREK ZÁVĚR LITERATURA

4 4

5 ÚVOD Dizrtační prác s obcně zabývá problmatikou spínaných síťových zdrojů s vysokofrkvnčním impulsním transformátorm. Jdná s o AC/DC zdroj, ktré jsou napájné z střídavého síťového napětí. Tyto zdroj lz rozdělit na zdroj malého a vlkého výkonu. Zdroj malého výkonu (dsítky W až ) s používají pro napájní spotřbní lktroniky (počítačové zdroj, nabíjčky mobilních tlfonů a notbooků, nabíjč startovacích akumulátorů atd.) a průmyslové lktroniky (napájní PLC vyšší nároky na spolhlivost). Typické oblasti zdrojů vlkého výkonu ( až 00 ) jsou např. svářčky a rychlonabíjč lktromobilů []. Mzi ntypické zdroj vlkého výkonu patří zdroj pro xtrémní výkonové aplikac. Mzi typické příklady takovýchto aplikací patří zdroj pro lktrolýzu a galvanické pokovování, dál zdroj pro lktrostatické odlučovač popílku [2]. V současné době jsou zdroj pro xtrémní výkonové aplikac obvykl řšny pouz jdním měničm. Pro tyto aplikac bývají tyto zdroj navrhovány a vyráběny v malých sériích nbo dokonc jako unikátní zdroj. Běhm návrhu a výroby j třba s vyrovnat s xtrémními podmínkami ať už clého systému či dílčích výkonových součástk (výstupní proud, závěrné napětí, rychlost spínání atd.). Těmto xtrémním podmínkám s dá vyhnout tak, ž bud zařízní řšno jako modulární systém, v ktrém j víc měničů řazných parallně (pro dosažní vlkého výstupního proudu), sériově (pro dosažní vlkého výstupního napětí) nbo sériověparallně (pro dosažní vlkého výkonu obcně) [3, 4, 5, 6]. Počt použitých měničů n závisí na vlikosti požadovaného napětí či proudu. Řídicí struktury těchto systémů jsou pro jdnotlivá řazní měničů popsána v kapitol 2. V této dizrtační práci j przntován nový přístup řšní modulárního řazní měničů, ktrý j zd pojmnovaný jako rkonfigurovatlný modulární systém (popsaný v kapitol 3). Tn spočívá v tom, ž j možné za chodu (onlin) přpínat mzi parallně, sériově či sériověparallně řaznými měniči. Toto přpínání výrazně rozšíří rgulační rozsah výstupního napětí a proudu clého systému. Možnosti tohoto přpínání systému jsou uvdny v kapitol 4. Vyšší opakovatlnost výroby, malý rozsah náhradních dílů a snazší srvis patří mzi njvětší konomické přínosy modulárních systémů obcně. Vzhldm k tomu, ž součástky npracují v xtrémních podmínkách, nbývá problém s jjich dimnzováním a cnou. Nvýhodou modulárního systému j pak jho složitost [7], ktrá j příčinou toho, ž s modulární systémy téměř nvyužívají. Proto s tato dizrtační prác zabývá právě problmatikou modulárního řazní měničů. Díky tomu, ž systém obsahuj víc měničů, j možné využít tchniky fázově posunutých PWM. Tato tchnika vd k rapidnímu zmnšní zvlnění výstupního napětí a proudu, což vd k použití mnšího a lvnějšího LC filtru [8, 9, 0, ]. Toto téma bud popsáno v kapitol 5. 5

6 Původní cíl dizrtační prác byly stanovny takto: a) Analýza výkonových obvodů spínaných zdrojů. Návrh njvhodnější varianty pro ralizaci zdrojů nízkého výstupního napětí a vlkého proudu, nbo vlkého napětí a malého proudu. b) Matmatické modly a tortický popis řídicích a rgulačních obvodů spínaných zdrojů s důrazm na řšní problémů při parallním řazní většího počtu zdrojů. Stanovní požadavků na rgulační obvody. c) Obvodový a konstrukční návrh zvolného systému spínaného zdroj s důrazm na dobré tchnickokonomické ukazatl. Ralizac funkčního vzorku zdroj, jho oživní. d) Exprimntální ověřní a měřní paramtrů ralizovaného funkčního vzorku. Porovnání xprimntálních výsldků s tortickými přdpoklady. V průběhu prací s ukázalo, ž bud vhodné řšit jště násldující oblasti: ) Kromě parallního řazní měničů rozšířit práci o podrobnou analýzu sériového řazní většího počtu měničů. f) Návrh modulární koncpc spínaných zdrojů. Ověřní možností rkonfigurovatlného sériověparallního řazní většího počtu měničů. g) Ověřní rgulačních struktur a signálové komunikac v případě rkonfigurovatlného řazní měničů. 2 NEREKONFIGUROVATELNÉ REGULAČNÍ STRUKTURY Kvůli vlké složitosti modulárního systému (dál jn MS) j nzbytné pro tyto systémy zajistit vhodné řídicí struktury. Pokud s v této práci vyskytn slovo měnič, tak s bud vždy jdnat o jdnočinný propustný měnič s transformátorm. Tato koncpc byla zvolna proto, ž s jdná o základní typ měnič, jhož výstupní napětí lz rgulovat v clém rozsahu. Další typy měničů jsou popsány v [6, 2, 3, 4]. V všch násldujících rgulačních schématch bud každý měnič označn jako stavbní blok (anglická zkratka pro spínaný zdroj SwitchdMod Powr supply), jhož výstupní paramtry jsou násldující: napětí U out,max = 60 V, proud I out,max = 40 A, tdy výkon P out,max =. Stjné paramtry mají i měnič v ralizovaném funkčním vzorku (viz kapitola 6). Všchny rgulační struktury budou uvdny pro MS obsahující šst měničů, maximální výstupní výkon systému j tdy4,4. Nrkonfigurovatlným systémm j myšlno to, ž modulární systém běhm provozu nní schopn měnit propojní výstupů jdnotlivých měničů např. všchny výstupy měničů jsou natrvalo zapojny parallně. Pro nrkonfigurovatlný systém j výhodné použít kaskádní rgulaci na nadříznou napěťovou smyčkou a podříznou proudovou smyčkou. Výhodou této řídicí struktury j, ž proudový rgulátor (v rgulačních schématch označn PII) potlačuj strvačnost výstupní tlumivky, čímž s snižuj řád soustavy o jdna [6]. Nadřízný napěťový rgulátor (v rgulačních schématch PIU) můž být rozumně pomaljší nž podřízný proudový. Tnto 6

7 typ rgulac s úspěšně využívá v oboru lktrických pohonů, kd proud tkoucí tlumivkou odpovídá proudu tkoucímu motorm a výstupní napětí měnič odpovídá otáčkám motoru. Nyní náslduj výčt možných zapojní výstupů měničů a k nim jdnotlivé řídicí struktury nrkonfigurovatlných MS. 2. PARALELNÍ ŘAZENÍ MĚNIČŮ Výstupy měničů s řadí parallně pro dosažní vlkého proudu při malém napětí. Maximální výstupní proud MS závisí na počtu měničů zapojných parallně. Obr. a) znázorňuj MS šsti měničů zapojných parallně, s maximálními výstupními paramtry clého MS: I out,max = 240 A a U out,max = 60 V. Pracovní bod s samozřjmě můž nacházt kdkoli v žlutém poli diagramu. proud [A] S6P/ napětí [V] a) b) 240 proud [A] napětí [V] 6SP/6 Obr. : Výkonové možnosti pro šst měničů zapojných: a) parallně, b) sériově. U out,rf + U out,f PIU Proudové omzní I,rf I rf L K + PII PWM měnič ns C I f I I 2,rf L 2 K 2 + PII PWM měnič 2 ns C 2 2 I f2 2 I 2 U out U K n I n,rf + I fn PII ns n n PWM měnič n Obr. 2: Rgulační schéma s nadříznou napěťovou smyčkou a podříznými proudovými smyčkami parallní řazní n měničů. I n L n C n 7

8 Označní n s Sn p P/n pak znamná zapojní n s měničů do séri krát n p měničů zapojných parallně, přičmž modulární systém obsahuj n měničů. Pro tnto obrázk tdy S6P/6 znamná, ž j všch šst z šsti měničů zapojných parallně. Na Obr. 2 j znázorněno rgulační schéma s nadříznou napěťovou smyčkou a podříznými proudovými smyčkami pro MS s n měniči. Proudová smyčka pro každý měnič j nzbytná pro rovnoměrné rozdělní proudů. Pokud mají jdnotlivé měnič x stjné výstupní paramtry, lz v schématu vynchat bloky K až K n. Tyto bloky pouz zvyšují univrzálnost clého systému a umožňují spolupráci měničů různých proudových řad. Toto řazní měničů má vlkou výhodu v tom, ž jsou všchny měnič zapojny parallně, tudíž výstupy a stjně tak i obvody řízní lží na stjném potnciálu. 2.2 SÉRIOVÉ ŘAZENÍ MĚNIČŮ MS s měniči zapojnými do séri umožňují dosáhnout vlkých hodnot výstupního napětí při malém proudu, kdy vlikost výstupního napětí závisí na počtu měničů. Obr. b) znázorňuj systém šsti měničů zapojných do séri (6SP/6) s maximálními výstupními paramtry: I out,max = 40 A, U out,max = 360 V. U out,rf + U out,f PIU Proudové omzní I rf + I fmax PII I f ns PWM měnič I L C U out max PWM měnič 2 L 2 If2 ns 2 2 I 2 C 2 PWM měnič n L n U Ifn ns n n I n C n Obr. 3: Rgulační schéma s nadříznou napěťovou smyčkou a podříznou proudovou smyčkou sériové řazní měničů. Obr. 3 zobrazuj rgulační schéma s nadříznou napěťovou smyčkou a podříznou proudovou smyčkou pro n měničů. Na rozdíl od parallního řazní obsahuj toto schéma pouz jdn proudový rgulátor (PII), nboť jsou všchny měnič zapojny do séri a tč přs jjich výstupy jdn spolčný proud. Kdyby byla pro každý měnič použita vlastní proudová rgulační smyčka, docházlo by k přtlačování s mzi jdnotlivými rgulátory. Blok max vybr z zpětnovazbních signálů proudu vždy tn njvětší. Kdyby v schématu tnto blok nbyl a měřil by s proud tkoucí pouz jdnou tlumivkou, mohlo by s stát, ž by proud jinou tlumivkou mohl mírně přsáhnout žádanou hodnotu proudu, ba dokonc proudové omzní. 8

9 Z schématu j dál patrné, ž pro tuto konfiguraci musí první blok řšit proudovou rgulační smyčku a výstup z rgulátoru poslat ostatním měničům na pulsně šířkové modulátory (PWM). Oproti parallnímu řazní zd výstupy měničů a řídicích obvodů njsou na stjném potnciálu. Systém tdy musí obsahovat vhodné galvanické oddělní signálů mzi jdnotlivými bloky. 2.3 SÉRIOVĚPARALELNÍ ŘAZENÍ MĚNIČŮ Sériověparallní uspořádání měničů umožňuj systému dosáhnout v podstatě libovolných výstupních paramtrů. Obr. 4 znázorňuj sériověparallní uspořádání pro šst měničů. 240 a) b) proud [A] S3P/ napětí [V] proud [A] S2P/ napětí [V] Obr. 4: Výkonové možnosti pro šst měničů zapojných: a) dva do séri krát tři parallně, b) tři do séri krát dva parallně. U out,rf + U out,f PIU Proudové omzní I rf + max I fmax PII I f ns PWM měnič I L C U out PWM měnič 2 L 2 If2 ns 2 2 I 2 C 2 max 3 I fmax3 PII I f3 ns 3 3 PWM měnič 3 I 3 L 3 C 3 PWM měnič 4 L 4 U If4 ns 4 4 Obr. 5: Rgulační schéma s nadříznou napěťovou smyčkou a dvěma podříznými proudovými smyčkami kombinované řazní měničů. I 4 C 4 9

10 V případě a) jsou měnič uspořádány třikrát dva do séri (2S3P/6), takž jjich maximální výstupní paramtry jsou: I out,max = 20 A a U out,max = 20 V. V případě b) jsou měnič uspořádány dvakrát tři do séri (3S2P/6), takž jjich maximální výstupní paramtry jsou: I out,max = 80 A a U out,max = 80 V. Obr. 5 znázorňuj rgulační schéma sériověparallního zapojní varianty 2S2P/4. J patrné, ž schéma vzniklo kombinací dvou přdchozích rgulačních schémat. Každá proudová smyčka musí obsahovat stjný počt měničů, jinak budou výkony jdnotlivých smyčk rozdělny nrovnoměrně. Bloky max jsou v řídicím schématu opět použity kvůli tomu, aby proud žádnou tlumivkou npřkročil žádanou hodnotu proudu nbo proudové omzní. Tyto bloky jsou použity n p krát a mají vždy n s vstupů. 3 REKONFIGUROVATELNÉ REGULAČNÍ STRUKTURY Rkonfigurovatlný systém umožňuj pracovat v vlkém pracovním rozsahu výstupního napětí a proudu. Řídicí algoritmus (popřípadě uživatl) tdy můž přkonfigurovat měnič do zapojní, ktré vyhovuj požadavkům na vlikost maximálních výstupních vličin (na rozdíl od nrkonfigurovatlného systému, u ktrého nlz za chodu takto měnit výstupní módy zapojní). Tnto fakt znázorňuj Obr. 6 pro rkonfigurovatlný MS s šsti měniči. Na obrázku j vidět, jakých kombinací zapojní výstupů j systém schopn dosáhnout. Pracovní bod s opět můž nacházt kdkoli v žlutém poli diagramu. Rkonfigurovatlný MS můž obsahovat torticky libovolný počt měničů. Pokud platí, n s n p = n, tak dochází k plnému využití systému. To znamná, ž jsou všchny měnič v systému využity. Pokud MS obsahuj 2, 3, 4, 6, 8, 2, 24 a 36 měničů, potom j tnto systém plně využit v všch módch výstupního zapojní měničů. proud [A] S6P/6 2S3P/6 3S2P/ napětí [V] 6SP/6 Obr. 6: Výkonové možnosti rkonfigurovatlného systému pro šst měničů. Vzhldm k tomu, ž v rkonfigurovatlném systému dochází k přpínání mzi parallním, sériověparallním a sériovým řazní měničů, j nutné, aby byl řídicí systém schopn měřit napětí a proudy na měničích při jakémkoli módu zapojní. 0

11 Pokud bud každý měnič mít svůj řídicí počítač, j nutné, aby byly mzi sbou tyto počítač z hldiska komunikac galvanicky oddělny. V současné době jsou měnič obvykl řízny digitálně. Vlmi rychlé řídicí systémy (rychlé DSP, FPGA), ktré rgulují MS s rlativně malým počtm měničů, j možné při řízní těchto MS přpínat mzi řídicími strukturami uvdnými v kapitol 2. Avšak pro rkonfigurovatlné systémy, jnž obsahují větší počt měničů nbo jsou určny pro obcné (univrzální) systémy j výhodné vybavit každý měnič (v řídicích schématch označn, 2,, 6) vlastní řídicí jdnotkou. Tyto vlastní řídicí jdnotky sic zvětší univrzálnost systému, avšak nastává problém s komunikací mzi těmito řídicími jdnotkami navzájm, případně komunikací mzi těmito jdnotkami a hlavní, nadřaznou, řídicí jdnotkou. Mzi řídicími jdnotkami nní výhodné přnášt informaci týkající s proudu, protož pro měnič s vysokým spínacím kmitočtm by byl problém ralizovat tak rychlou sběrnici. Použití řídicích struktur uvdných v kapitol 2 j tdy z důvodů přnášní dat nvýhodné. Řšním tohoto problému j použít řídicí strukturu s nadříznou výkonovou a podříznou proudovou smyčkou (pro řídicí jdnotku každého dílčího měnič). Pro rgulaci výstupního napětí pak mají všchny měnič (rsp. jjich řídicí jdnotky) nadříznou napěťovou smyčku. Rgulační schéma takovéto struktury j znázorněna na Obr. 7. U out,rf + U out,f PIU Výkonové omzní P rf P f PIP Proudové omzní I,rf + I f PII ns PWM měnič I L C X U P f2n PIP Proudové omzní I 2,rf + I f2 PII ns 2 PWM měnič 2 I 2 L 2 C 2 U out X 2 U 2 P fn PIP Proudové omzní I n,rf + I fn PII ns n PWM měnič n I n L n C n X n U n Obr. 7: Schéma pro rgulaci napětí pro n bloků (měničů). Každý blok obsahuj nadříznou výkonovou a podříznou proudovou smyčku Při srovnání rgulačního schématu (Obr. 3) pro sériové řazní měničů a schématu s touto vnořnou výkonovou rgulací (Obr. 7) j zjvné, ž mzi měniči vzájmně ndochází k přnosu dat. Co s týč dat potřbných k rgulaci, dílčí měnič pouz U sw alg

12 přijímají žádanou hodnotu výkonu. Tato hodnota j však spolčná pro všchny měnič, a proto jsou všchny měnič stjně výkonově namáhány. Navíc, přnos žádané hodnoty výkonu nmusí probíhat na tak vlké frkvnci, na jaké by s musla posílat informac z proudových smyčk. Důlžité j, ž toto schéma j spolčné pro všchny varianty zapojní. Průběhy rgulačních vličin (z Obr. 7) rkonfigurovatlného modulárního systému obsahujícího čtyři měnič j znázorněna na Obr. 8. Z obrázku j zřjmé, ž j systém stabilní a rgulátory jsou dobř navržné. Obr. 8: Průběhy rgulačních vličin rkonfigurovatlného signálu pro čtyři měnič simulac MATLAB Simulink. Díky tomu, ž si řídicí systémy dílčích měničů sami řší výkonovou a hlavně proudovou smyčku, nní hlavní řídicí systém rgulačními výpočty tolik zatížn. Musí však řšit algoritmus (v rgulačním schématu označn blokm sw alg), ktrý v závislosti na žádané hodnotě napětí nastaví požadovaný mód zapojní výstupů měničů. Výsldkm tohoto algoritmu j údaj o tom, do jakého módu s mají měnič přkonfigurovat. Tnto údaj s po sběrnici pošl dílčím měničům. Nároky na rychlost pro přpnutí výstupů měničů opět njsou vysoké. S ohldm na flxibilitu a univrzálnost systému j záhodno, aby každý měnič sám disponoval přpínací prvky 2

13 (v schématu blok s přpínači), pomocí ktrých j možno nastavit požadovaný mód zapojní. Způsob propojní měničů j popsán v kapitol 4. Díky vnořné výkonové smyčc lz v rkonfigurovatlném systému rgulovat clkový výstupní proud, tak jak to naznačuj Obr. 9. Podřízná proudová smyčka v měniči dynamicky kompnzuj strvačnost tlumivky, kdžto nadřízná proudová smyčka můž být opět pomaljší. Pracuj totiž s clkovým výstupním proudm, ktrý tč až za LC filtry a j ovlivněn přítomností kapacit v filtrch. I out,rf + I out,f PII Výkonové omzní P rf P f PIP Proudové omzní I,rf + I f PII ns PWM měnič I L C X U P f2n PIP Proudové omzní I 2,rf + I f2 PII ns 2 PWM měnič 2 I 2 L 2 C 2 I out X 2 U 2 P fn PIP Proudové omzní I n,rf + I fn PII ns n PWM měnič n I n L n C n X n U n Obr. 9: Schéma pro rgulaci proudu pro n bloků (měničů). Každý blok obsahuj nadříznou výkonovou a podříznou proudovou smyčku. Nadřízné výkonové smyčky umožňují lgantně řšit rgulaci výstupního výkonu. Schéma pro rgulaci výkonu j znázorněno na Obr. 0. Žádaná hodnota výkonu, ktrá s pouz podělí počtm měničů n, s přivd přímo na vstupy podřízných řídicích jdnotk jdnotlivých měničů. Pro takovéto rgulační schéma platí podobné podmínky jako pro schémata uvdná v přdchozí kapitol. Nadřazný počítač tdy nmusí řšit výkonovou smyčku, protož tu zpracovávají podřízné řídicí jdnotky měničů. Obr. znázorňuj diagram rgulac konstantního výkonu pro šst a třináct měničů. Systém s šsti měniči (sudý počt) nabízí maximální výkon 4,4, pro plynulou rgulaci však můž disponovat pouz polovinou výkonu, tdy 7,2 (pro daný počt měničů v obrázku tdy nlz využít šrafovanou plochu). Pro třináct měničů (lichý počt) pak můž systém poskytnout maximální konstantní výkon 4,4. Zd j vlic dobř vidět výhoda rkonfigurovatlného modulárního systému: kdyby byla tato konkrétní úloha (P out,max = 7,2 při U out,max = 360 V nbo I out,max = I sw alg 3

14 240 A) řšna pouz jdním měničm, musl by daný měnič nabízt výstupní výkon 86,4. Při větším počtu měničů přibud počt schodů v diagramu. P out,rf n P rf P f PIP Proudové omzní I,rf + I f PII ns PWM měnič I L C X U P f2n PIP Proudové omzní I 2,rf + I f2 PII ns 2 PWM měnič 2 I 2 L 2 C 2 U out I out P out X 2 U 2 P fn PIP Proudové omzní X I n,rf + I fn PII n ns n PWM měnič n I n U n L n C n sw alg Obr. 0: Schéma pro rgulaci výkonu pro n bloků (měničů). Každý blok obsahuj nadříznou výkonovou a podříznou proudovou smyčku. proud [A] ,4 konstantní výkon 4,4 konstantní výkon 7, napětí [V] proud [A] a) b) konstantní výkon 3,2 405,6 konstantní výkon 4, napětí [V] Obr. : Diagram rgulac na konstantní výkon pro: a) šst měničů (konstantní výkon 7,2 ), b) třináct měničů (konstantní výkon 4,4 ). 4 ZAPOJENÍ VÝSTUPŮ SYSTÉMU Pro ralizaci rkonfigurovatlného modulárního systému j nzbytné vyřšit problmatiku přpínání dílčích zdrojů do určitého módu n s Sn p P/n. Možný způsob přpínání rkonfigurovatlného systému s šsti měniči przntuj Obr. 2. Každý měnič x má na obou výstupních vývodch připojn přpínací kontakt (můž 4

15 s jdnat například o přpínač nbo rlé s přpínacím kontaktm). Propojovací schéma pro každý případ obsahuj tři důlžité body: záporný uzl jsou s ním spojny všchny rozpínací kontakty (NC, horní pin) přpínačů připojné na záporné vývody měničů, včtně záporné svorky zátěž. kladný uzl jsou s ním spojny všchny spínací kontakty (NO, dolní pin) přpínačů připojné na kladné vývody měničů, včtně kladné svorky zátěž. propojovací uzly propojují dva sousdní měnič, a to tak, ž horní rozpínací pin z kladné svorky měnič j spojn s dolním spínacím pinm přpínač na záporné svorc. Pouz přpínač (S. a S6.2) mají zmíněné piny nzapojny, nboť tvoří krajní body systému. S6.2 6 S6. S6.2 6 S6. S6.2 6 S6. S5.2 5 S5. S5.2 5 S5. S5.2 5 S5. S4.2 4 S4. S4.2 4 S4. S4.2 4 S4. S3.2 3 S3. zátěž S3.2 3 S3. zátěž S3.2 3 S3. zátěž S2.2 2 S2. S2.2 2 S2. S2.2 2 S2. S.2 S. S.2 S. S.2 S. 6 S6. a) Odpojno b) S6P/6 c) 2S3P/6 S6.2 S6.2 S6.2 6 S6. 6 S6. S5.2 5 S5. S5.2 5 S5. S5.2 5 S5. S4.2 4 S4. S4.2 4 S4. S4.2 4 S4. S3.2 3 S3. zátěž S3.2 3 S3. zátěž S3.2 3 S3. zátěž S2.2 2 S2. S2.2 2 S2. S2.2 2 S2. S.2 S. S.2 S. S.2 S. d) 3S2P/6 ) 6SP/6 f) 2S2P/6 Obr. 2: Příklady propojní výstupů pro rkonfigurovatlný modulární systém s šsti měniči pomocí přpínacích kontaktů. 5

16 Přpínač S. j v každém stavu odpnut. V schématu j uvdn kvůli zachování univrzality systému. Násldující body komntují jdnotlivá zapojní z Obr. 2: a) odpojno MS j odpojn od zátěž. Všchny záporné výstupní vývody měničů jsou připojny na záporný uzl a tdy i na zápornou svorku zátěž. Kladné vývody měničů jsou připojné na vlastní propojovací uzly, ktré však nikam nvdou. Zátěží tdy nmůž téct žádný proud. Jdná s o výchozí stav systému, tzn., ž při spouštění nbo poruš jsou všchny měnič odpojné. b) S6P/6 Všchny měnič jsou zapojny parallně. Jdná s o stav s njnižší úrovní napětí a zárovň njvyšší úrovní proudu. Žádný propojovací uzl nní využit. c) 2S3P/6 Parallní trojic, kdy každý čln trojic obsahuj dva měnič v sérii. Jsou využity tři propojovací uzly. d) 3S2P/6 Parallní dvojic, kdy j každý čln dvojic složn z třch měničů zapojných do séri. Systém využívá čtyři propojovací uzly. ) 6SP/6 Všchny měnič jsou zapojny do séri. Jdná s o stav s njvyšším možným výstupním napětím systému a njnižším dosažitlným proudm. Všchny propojovací uzly jsou využity. f) 2S2P/6 Parallní dvojic dvou měničů v sérii. a 4 njsou zapojny. Tnto případ ukazuj, ž lz něktré měnič odpojit či vynchat (např. vlivm poruchy). Nlz tak však učinit vždy, problmatické j z tohoto pohldu sériové řazní, kd lz vynchat pouz krajní měnič, ty prostřdní by s musly vyřadit anbo přklnout. V parallním spojní j možno vynchat/odpojit libovolný měnič. Výhoda použití přpínacích kontaktů spočívá v jdnoduchosti a jdnoznačnosti. Nvýhodou by mohla být rychlost přpínání, ktrá by u rléových přpínačů nmusla splňovat požadavky na rychlé přkonfigurování systému. Kvůli těmto požadavkům j možné použít systém přpínání s polovodičovými součástkami (viz Obr. 3). i 4 i out i 4 i out i 4 i out 4 D d4 4 D d4 4 D d4 T 4 T 4 T 4 i 3 D h3 i 3 D h3 i 3 D h3 3 D d3 3 D d3 3 D d3 T 3 T 3 T 3 i 2 D h2 zátěž i 2 D h2 zátěž i 2 D h2 zátěž 2 D d2 2 D d2 2 D d2 T 2 T 2 T 2 i D h i D h i D h a) S4P/4 b) 4SP/4 c) 2S2P/4 Obr. 3: Příklady propojní výstupů pro rkonfigurovatlný modulární systém s čtyřmi měniči pomocí polovodičových součástk. 6

17 5 FÁZOVĚ POSUNUTÁ PULZNÍ ŠÍŘKOVÁ MODULACE Funkc tri(t) dfinuj nosný pilovitý signál, ktrý můž být buď sstupný tri a (t), souměrný tri b (t) nbo stoupající tri c (t) (viz Obr. 4). Z obrázku j patrné, ž pro danou priodu T, při stjné úrovni modulačního signálu, nní z hldiska výsldné pracovní střídy důlžitý tvar pilovitého signálu. Obr. 4: Možné tvary nosného pilovitého signálu. Z hldiska fáz mzi jdnotlivými nosnými signály pro pulzní šířkové modulátory měničů (v Obr. 2, Obr. 3, Obr. 5, Obr. 7, Obr. 9 a Obr. 0 označných ns ns 4 ) lz modulární systémy rozdělit do dvou katgorií: a) Nosné signály bz fázového posuvu Tnto způsob spočívá v tom, ž všchny PWM modulátory budou mít spolčný vstupní pilovitý průběh, tdy ns j ( t) tri ( t), j {,..., n, n}. () x b) Fázově posunuté nosné signály (vícfázová PWM) V této katgorii mají pulzně šířkové modulátory na vstupu nosné pilovité signály o stjné priodě T (a stjného typu tri x (t)), lč fázový posun nosných signálů mzi dvěma měniči odpovídá T/n. Pro jdnotlivé nosné signály tdy platí ns j j T ( t) trix t, j {,..., n, n}. (2) n Pro variantu a) bz fázového posuvu dochází k vzájmnému sčítání zvlnění napětí, popř. proudu v systému. Naopak pro variantu b) s fázovým posunm dochází v systému k kompnzaci zvlnění napětí, rspktiv proudu. Znalost zvlnění výstupního napětí a proudu j důlžitá pro správné dimnzování výstupních LC filtrů dílčích měničů, ať už jd o nrkonfigurovatlný či rkonfigurovatlný modulární systém. Maximální hodnota výstupního zvlnění jdnoho samotného měnič s určí podl vztahu [6] I Lmax U max, (3) f C 8 7

18 kd f odpovídá pracovnímu kmitočtu měnič, C odpovídá kapacitě výstupního LC filtru a ΔI Lmax přdstavuj maximální zvlnění proudu tlumivkou. To s určí podl rovnic Umax I L max smax smax, (4) 2 f L kd L přdstavuj indukčnost výstupní tlumivky, U max maximální hodnota skundárního napětí impulsního transformátoru a s max maximální pracovní střída jdnočinného propustného měnič, ktrá s volí rozumně mnší nž 0,5 (aby dmagntizační proud impulsním transformátorm bzpčně klsl do nuly). V násldujících podkapitolách jsou uvdny odvozné vztahy pro urční maximální hodnoty zvlnění výstupního napětí pro jdnotlivé varianty zapojní měničů v MS a to jak pro systémy s nosnými signály bz fázového posuvu tak pro systémy s vícfázovou PWM. 5. PARALELNÍ ŘAZENÍ MĚNIČŮ V tomto módu jsou skundární strany jdnotlivých propustných měničů zapojny parallně (viz Obr. 5). Vzhldm tomu, ž jsou výstupy parallně, tak i výstupní napětí (rspktiv výsldné zvlnění napětí) j spolčné. Parallní řazní měničů také způsobí to, ž s sčítá výsldná kapacita všch kondnzátorů v LC filtrch. Pokud mají kondnzátory stjně vlkou kapacitu, což by kvůli vlké opakovatlnosti výroby měničů měly mít, potom j clková kapacita systému nkrát větší nž kapacita dílčího kondnzátoru. R L L i L i i Σ i Z u i C C u C i C C u Z R Z R L2 L 2 i L2 i 2 u 2 i C2 C 2 u C2 R Ln L n i Ln i n u n i Cn C n u Cn Obr. 5: Schéma výstupů měničů zapojných parallně. a) Zvlnění výstupního napětí systémů s nosnými sig. bz fázového posuvu Pro tuto variantu dochází k suprpozici zvlnění výstupních proudů dílčích měničů a výsldné maximální zvlnění napětí systému s pak určí I Lmax n I Lmax U out,max. (5) f C n 8 f C 8 8

19 Symbol n s v čitatli objvil kvůli tomu, ž s sčítají dílčí proudy měničů a zárovň i jjich proudová zvlnění. V jmnovatli s tnto symbol objvil díky zmíněnému sčítání kapacit výstupních kondnzátorů. Pak s v čitatli i jmnovatli vykrátí n, a proto j tato rovnic stjná jako rovnic pro obcný tvar zvlnění výstupního napětí měnič (3). b) Zvlnění výstupního napětí systémů s vícfázovou PWM Díky platnosti rovnic (2) dochází vlivm fázovému posuvu nosných pilovitých signálů ns x k kompnzaci zvlnění proudu i Σrl přd filtračním kondnzátorm (pracovní proudy dílčích měničů I out až I outn s samozřjmě sčítají). Obr. 6 zobrazuj, jak vypadá kompnzac zvlnění rlativních proudů dílčích tlumivk i L,rl až i L4,rl modulárního systému obsahujícího čtyři měnič pro střídy 0,05, 0,25, 0,25 a 0,40. Obr. 6: Znázornění proudů dílčích tlumivk i L,rl i L4,rl a jjich zvlnění včtně výsldného zvlnění (ΔI Σrl ) na proudu i Σrl v závislosti na čas pro různé pracovní střídy s. Svislá osa j v rlativních jdnotkách zvlnění, kdy (popřípadě ) odpovídá maximálnímu zvlnění proudu jdnou tlumivkou. Časová osa j pro názornost rovněž v rlativních jdnotkách. Zárovň rlativní zvlnění proudu ΔI Σrl má nkrát větší frkvnci. Průběh závislosti výsldného rlativního zvlnění ΔI Σrl pro clé spktrum střídy s 0, určitých počtů měničů j vyobrazno na Obr. 7. Tučnou čarou j zvýrazněno zvlnění pro střídu mnší nž 0,4. Amplituda výsldného rlativního zvlnění určitého počtu měničů pro clé spktrum střídy s vypočítá I / n. (6) Σrl,max Těchto maxim j pro daný počt měničů v clém rozsahu střídy vždy n a nálží střídám 9

20 2 j s max, j, n, j {,..., n, n}. (7) 2 n Dál funkc obsahuj vždy n + bodů, pro ktré j výsldné zvlnění systému rovno nul. Tato minima s vyskytují při střídách k s min, k, n, k {0,..., n, n}. (8) n Spktrum pro určitý počt měničů s vždy skládá z n dílčích parabol ohraničných body, ktré jsou určny pomocí rovnic (6) až (8). Obr. 7: Průběh amplitudy výsldného zvlnění ΔI Σrl pro clý rozsah střídy pro MS s určitým počtm měničů n. Body a) d) v Obr. 7 pro spktrum n = 4 odpovídají situaci zvlnění pro určité střídy na Obr. 6: a) s = 0,05 bod s nachází v stoupající části paraboly, proto j náběžná část výsldného zvlnění rlativního proudu i Σrl kratší jak sstupná. b) s = 0,25 bod s nachází v prvním maximu rlativního zvlnění ΔI Σrl,max. Trojúhlníkový signál výsldného rdukovaného proudu i Σrl má proto stjně dlouhou jak stoupající, tak i klsající část paraboly. c) s = 0,25 bod s nachází v minimu mzi první a druhou parabolou. Došlo zd k úplnému vykompnzování zvlnění proudů. d) s = 0,40 bod s nachází na klsající části druhé paraboly, proto j náběžná část výsldného rlativního zvlnění proudu i Σrl kratší jak sstupná. Na základě informací uvdných v přdchozích obrázcích a txtu, lz pro tuto variantu nosných signálů určit maximální zvlnění výstupního napětí I Lmax I Σrl,max I Lmax / n I Lmax U out,max. (9) 3 8 f n C n 8 f n C n 8 f C n 20

21 V čitatli j /n díky platnosti rovnic (6), v jmnovatli j další n z důvodu n krát vyšší frkvnc výsldného zvlnění a posldní n s v jmnovatli nachází kvůli zmíněnému sčítání kapacit výstupních kondnzátorů. Poznámka: V anglicky psané litratuř j řízní s vícfázovou PWM pojmnováno intrlavd convrtr control. Pokud mají modulární měnič spolčný napěťový mziobvod, dochází také k kompnzaci vstupního proudového zvlnění. Toto téma j popsané v litratuř [5]. 5.2 SÉRIOVÉ ŘAZENÍ MĚNIČŮ V tomto módu jsou skundární strany jdnotlivých propustných měničů zapojny do séri (viz Obr. 8), proto proud zátěž odpovídá výstupnímu proudu dílčího měnič. Stjně tak i výstupní proudové zvlnění systému j spolčné pro všchny měnič. Výsldné výstupní napětí j potom dáno součtm napětí na dílčích měničích. R L L i L i i Z u i C C u C u Z R Z R L2 L 2 i L2 i 2 u 2 i C2 C 2 u C2 R Ln L n i Ln i n u n i Cn C n u Cn Obr. 8: Schéma výstupů měničů zapojných do séri. a) Zvlnění výstupního napětí systémů s nosnými sig. bz fázového posuvu Vzhldm k tomu, ž j výsldné výstupní napětí dáno součtm napětí na dílčích měničích, potom j i výstupní napěťové zvlnění systému určno sčtním zvlnění napětí na kondnzátorch dílčích měničů. Proto s výsldné zvlnění napětí určí tak, ž s zvlnění na jdnom kondnzátoru vynásobí počtm měničů. Pro maximální hodnotu zvlnění napětí MS zapojného do séri tdy platí I Lmax U out,max n. (0) f C 8 b) Zvlnění výstupního napětí systémů s vícfázovou PWM I v tomto případě samozřjmě dochází k sčítání výstupních napětí měničů, ovšm výsldné zvlnění napětí s musí určit podobně, jako s pro měnič zapojné parallně určí výsldné zvlnění proudu i Σrl. Tam totiž dojd kvůli fázovému posuvu mzi nosnými signály k vzájmnému vykompnzování zvlnění proudu. Analogicky s tdy určí výsldné zvlnění napětí. Napěťové zvlnění každého měnič má tvar dvou parabol spojujících s v inflxních bodch, přičmž jdna j otvřná nahoru 2

22 a druhá dolů. Tyto zvlněné průběhy s díky vzájmnému fázovému posuvu rovněž kompnzují. Maximální zvlnění s tdy pro sériově řazné měnič určí I Lmax I Σrl,max I Lmax I Lmax U out,max. () 2 8 f n C 8 n f C n 8 f C n V jmnovatli j symbol n z důvodu nkrát větší frkvnc výstupního napěťového zvlnění a za zlomkm podíl /n přdstavuj výsldnou amplitudu pro n měničů v systému viz i Σrl z Obr SÉRIOVĚPARALELNÍ ŘAZENÍ MĚNIČŮ Obcné sériověparallní zapojní, naznačuj Obr. 9. Výstupní napětí odpovídá součtu napětí v jdné sériové větvi. Tyto větv jsou parallně, takž j na nich stjné napětí u z ucj / ucj / 2... ucj / ns, j {,..., n, n}. (2) Za přdpokladu, ž mají všchny měnič stjné paramtry výstupních filtrů (to j opět žádoucí z hldiska vysoké opakovatlnosti výroby), lz rovnici (2) zjdnodušit na tvar u z u n. (3) Cj / s Díky zmíněnému přdpokladu, ž jsou na všch měničích stjná napětí, s uzly určitých napěťových úrovní (na Obr. 9 spojné oranžovými křivkami) nacházjí na stjném potnciálu. Obr. 9: Obcné schéma sériověparallního zapojní měničů. a) Zvlnění výstupního napětí systémů s nosnými sig. bz fázového posuvu Pomocí rovnic (2) lz (za podmínky, ž mají LC filtry stjné paramtry) určit maximální hodnotu zvlnění napětí MS zapojného do určité sériověparallní kombinac 22

23 I Lmax U out,max ns. (4) f C 8 Výsldk bud stjný i v případě, ž by byly spojné propojovací uzly (viz oranžové propojky na Obr. 9). Clkové proudové zvlnění by sic vždy bylo na jdné řadě měničů zapojných parallně n p krát zvětšné (v čitatli), na druhou stranu by s zas n p krát zvětšila výsldná kapacita (v jmnovatli), protož kondnzátory jsou v této řadě parallně. Těchto parallních skupin j v systému zapojných n s, tudíž pro clkové zvlnění napětí lz aplikovat opět rovnici (4). Z rovnic tdy plyn, ž přidávání sériových větví (zvětšování čísla n p ) nmá vliv na výsldné zvlnění napětí (pro nosné signály bz fázového posuvu). Rovnic (4) platí obcně pro jakoukoli variantu výstupního zapojní nrkonfigurovatlného i rkonfigurovatlného systému s nosnými signály bz fázového posuvu. b) Zvlnění výstupního napětí systémů s vícfázovou PWM Všch n měničů má v tomto modulárním (rkonfigurovatlném) systému vzájmně fázově posunuté nosné signály. Dochází zd tdy opět rdukci zvlnění. Při pohldu na rovnic (9) a () lz díky myšlnc virtuálních propojní (Obr. 9) psát rovnici maximální napěťové zvlnění systému jako I Lmax I Σrl,max I Lmax / n I Lmax U out,max. (5) 2 8 f n n C 8 f C n n 8 f C n n p Na rozdíl od přdchozí varianty bz fázového posuvu totiž zálží na tom, kolik měničů j zapojných parallně kvůli sčítání kapacit kondnzátorů. Rovnic (5) platí rovněž obcně pro jakoukoli variantu výstupního zapojní nrkonfigurovatlného i rkonfigurovatlného systému s vícfázovou PWM. Důlžité však j, aby byl systém vždy plně využitý. Pro rkonfigurovatlný systém, ktrý obsahuj např. sdm měničů a j přpnut do módu 3S2P/7 j třba, aby s změnilo i přnastavní fázového posuvu nosných signálů z /7 T na /6 T. Podělním obcných rovnic (4) a (5) pro maximální zvlnění napětí systému ΔU out,max vznikn n I n Lmax 2 8 f C n p n 3 ns n p n n I Lmax 2 8 f C n p n Systém s vícfázovou PWM má tdy n 3 krát mnší maximální hodnotu zvlnění výstupního napětí nž systém bz fázového posuvu.. p p (6) 23

24 6 REALIZOVANÝ FUNKČNÍ VZOREK V této kapitol bud popsán ralizovaný funkční vzork. Jdná s o modulární systém obsahující čtyři měnič. Paramtry jdnoho měnič jsou násldující: maximální výstupní napětí jdnoho měnič 60 V, maximální výstupní proud jdnoho měnič 40 A, tdy maximální výstupní výkon jdnoho měnič, pracovní kmitočt 00 khz, vstupní napětí měnič V, jmnovitá hodnota napětí v mziobvodu 540 V. Systém pracuj s rkonfigurovatlnou řídicí strukturou s rgulací výstupního napětí (viz kapitola 3). Maximální výstupní proudy a napětí dané konfigurac jsou znázorněny na Obr. Obr. 20a). Maximální výstupní výkon clého systému j tdy 9,6. Obr. 20: Výstupní napětí a proud pro jdnotlivé módy zapojní MS obsahujícího čtyři měnič. b) Ilustrační fotografi ralizovaného funkčního vzorku. Všchny vyrobné měnič v ralizovaném funkčním vzorku obsahují jak spínací tranzistory, tak i dmagntizační diody vyrobné tchnologií SiC. V všch třch módch zapojní systém pracuj s pulzní šířkovou modulací s fázově posunutými nosnými signály, viz kapitola 5. Zvlnění výstupního napětí s tdy výrazně vykompnzuj a jho kmitočt j čtyřikrát větší nž kmitočt jdnoho měnič, tdy 400 khz. Ilustrační fotografi clého funkčního vzorku j znázorněna na Obr. Obr. 20b). Vzork j složn z tří typů dsk, ktré musly být navržny a osazny: Procsorová dska těchto dsk bylo vyrobno clkm pět. Čtyři slouží k řízní čtyř Silových dsk a jdna k řízní MASTER dsky. 24

25 Silové dsky tyto dsky byly vyrobny clkm čtyři, každá totiž ns výkonový měnič. MASTER dska tato dska slouží k řízní a rozvod napájní pro všchny čtyři Silové dsky. Umožňuj řídit a napájt až šstnáct Silových dsk 7 ZÁVĚR Tato prác přdstavuj zkrácnou vrzi dizrtační prác, ktrá pojdnává o spínaných síťových zdrojích vlkého výkonu, ktré jsou řšny jako modulární systémy. Původní cíl dizrtační prác, ktré s týkaly výhradně parallního řazní měničů, byly rozšířny o sériové řazní měničů. Ukázalo s však, ž bud přínosnější řšit modulární systémy jako rkonfigurovatlné tdy ž bud možné za chodu systému (podl požadavků uživatl nbo řídicího systému) měnit řazní měničů, a to na buď na sériové, nbo parallní anbo sériověparallní. Toto rkonfigurovatlné řšní, ktré rozšířilo původní cíl prác, totiž stávající litratura nnabízí. Lz jj tdy považovat za vlic nové a přínosné. Cíl prác byly postupně všchny splněny. Lz j rozdělit do tří základních bodů: a) Tortický rozbor prác Touto problmatikou s zabývají kapitoly 4. Kapitola stručně rozbírá současný stav problmatiky modulárního řazní zdrojů. Kapitola 2 potom vytyčuj stanovné cíl, ktré byly řšny v rámci této prác. Rozbor řídicích struktur modulárních systémů j učiněn v kapitol 3. Kapitola j rozdělna do dvou částí. V první části jsou popsané řídicí struktury pro tzv. nrkonfigurovatlné modulární systémy. Do této katgori spadají systémy s parallně, sériově a sériověparallně řaznými měniči. V druhé katgorii jsou popsány tzv. rkonfigurovatlné systémy. U těchto systémů j rozbrána problmatika přnosu dat a také jsou popsány rgulační struktury pro různé druhy řízní. Ukázalo s, ž v obcném rkonfigurovatlném systému j výhodné, aby každý dílčí měnič měl vlastní podříznou proudovou a nadříznou výkonovou rgulační smyčku. Dál jsou v této části analyzovány možnosti přpínání zdrojů rkonfigurovatlného systému a algoritmus, ktrý řídí toto přpínání. V kapitol 4 j popsána vícfázová PWM pro jdnotlivé varianty zapojní měničů v systému. Důraz j v této kapitol kladn na urční zvlnění výstupního napětí a proudu pro dané zapojní. V podkapitolách j vždy porovnáno řízní s fázově posunutými nosnými signály s řízním bz fázového posuvu. b) Návrh a řšní funkčního vzorku Do této části obsahově spadají kapitoly 5, 6. V kapitol 5 jsou przntovány modly rgulačních schémat (uvdných v kapitol 4). Dál jsou simulacmi potvrzny vztahy a úvahy uvdné v kapitol 4. Kapitola 6 s zabývá kompltním návrhm popism funkčního vzorku, ať už s jdná o hardwar, softwar, tak o konstrukční provdní. Jdná s o rkonfigurovatlný modulární systém, ktrý s skládá z čtyř měničů. Každý tnto měnič má výstupní napětí 60 V a výstupní proud 40 A (výkon 25

26 ). Jak bylo naznačno, měnič lz řadit sériově, parallně nbo sériověparallně. Důlžitým cílm prác bylo ověřní výkonových spínacích tranzistorů MOSFET vyrobných z matriálu SiC. Vynikající dynamické vlastnosti těchto součástk umožnily zvýšit spínací kmitočt na 00 khz. c) Exprimntální výsldky Exprimntální výsldky jsou przntovány v kapitol 7. Všchny xprimnty byly v vlmi dobrém souladu s tortickými přdpoklady. 26

27 LITERATURA [ ] KUZDAS, J.; VOREL, P. Powrful chargr for lctric aircraft. Industrial Elctronics Socity, IECON th Annual Confrnc of th IEEE, 203, s [ 2 ] S. ZHENG, AND D. CZARKOWSKI, Highvoltag highpowr rsonant convrtr for lctrostatic prcipitator. In Eightnth Annual IEEE Applid Powr Elctronics Confrnc and Exposition, APEC '03: IEEE, 2003, s [ 3 ] BEHJATI, H.; DAVOUDI, A.; LEWIS, F. Modular DC DC Convrtrs on Graphs: Cooprativ Control. IEEE Transactions on Powr Elctronics, 204, s [ 4 ] FERNANDEZ, C.; ZUMEL, P.; LORANZO, A.; SANZ, M.; BARRADO, A. Simpl dsign stratgy for modular inputsris outputsris convrtrs. 203 IEEE 4th Workshop on Control and Modling for Powr Elctronics (COM PEL): IEEE, 203, s. 9. [ 5 ] WANG, L.; XIANGNING, H. InputSris and Output Paralll Connction Modular DCDC Convrtrs with Intrlavd Constant Duty Cycl Control Stratg. IECON rd Annual Confrnc of th IEEE Industrial Elctronics Socity: IEEE, 2007, s [ 6 ] ADHIKARI, J.; RATHORE, A. K.; PANDA, S. K. Modular intrlavd ZVS currnt fd isolatd DCDC convrtr for harvsting high altitud wind powr. Industrial Elctronics Socity, IECON th Annual Confrnc of th IEEE, 203, s [ 7 ] PATOČKA, M. Magntické jvy a obvody v výkonové lktronic, měřicí tchnic a silnoproudé lktrotchnic. Odborné knihy. Brno: VUTIUM, s. ISBN: [ 8 ] ZHANG, S.; XIAOYAN, Y. A Unifid Analytical Modling of th Intrlavd Puls Width Modulation (PWM) DC DC Convrtr and Its Applications. Powr Elctronics, IEEE Transactions on, 203, 5 s. [ 9 ] MARTINEZ, W.H.; CORTEZ, C.A. High powr dnsity intrlavd DCDC convrtr for a high prformanc lctric vhicl. Powr Elctronics and Powr Quality Applications (PEPQA), 203 Workshop on, 203, 5 s. [ 0 ] SHUCK,M.; PILAWAPODGURSKI, R.C.N. Rippl Minimization Through Harmonic Elimination in Asymmtric Intrlavd Multiphas DC DC Convrtrs. Powr Elctronics, IEEE Transactions on, 205, 2 s. [ ] GRBOVIC, P.J. Closd form analysis of Ncll intrlavd twolvl DCDC convrtrs: Th DC bus capacitor currnt strss. ECCE Asia Downundr (ECCE Asia), 203 IEEE, 203, 7 s., DOI: 0.09/ECCE Asia

28 [ 2 ] ANG,S.; Oliva, A. Powrswitching convrtrs. 2nd d. Boca Raton, FL: Taylor, ISBN [ 3 ] HART, D.W. Powr lctronics. Nw York: McGrawHill, c20. ISBN [ 4 ] RASHID, M.H. Powr lctronics: dvics, circuits, and applications. Fourth dition. Prntic Hall, 203. ISBN [ 5 ] PILAWAPODGURSKI, R.C.N.; SHUCK,M. Input currnt rippl rduction through intrlaving in singlsupply multiploutput dcdc convrtrs. Control and Modling for Powr Elctronics (COMPEL), 203 IEEE 4th Workshop on, 203, 5 s. [ 6 ] TOLBERT, L. M. a kolktiv Powr lctronics for distributd nrgy systms and transmissions and distribution applications. Oak ridg national laboratory, 2005, s. 82 [ 7 ] HOSSEINI AGHDAM, M. G.; THIRINGER, T. Comparison of SiC and Si Powr Smiconductor Dvics to B Usd in 2.5 DC/DC Convrtr. Powr Elctronics and Driv Systms, PEDS 2009, s

29 Curriculum Vita Jméno: Narozn: Kontakt: Josf Kadlc v Vlkém Mziříčí josfkadlc@sznam.cz Vzdělání Střdní průmyslová škola Žďár nad Sázavou, Studijní obor: Elktrotchnika Automatizac Fakulta lktrotchniky a komunikačních tchnologií VUT v Brně Doktorské studium na UVEE, FEKT VUT v Brně Prax 202 šéfmontér v spolčnosti atx tchnická kanclář pro komplxní automatizaci, s.r.o., Žďár nad Sázavou Tchnickohospodářský pracovník na UVEE, FEKT VUT v Brně Tchnickohospodářský pracovník v Cntru výzkumu a využití obnovitlných zdrojů nrgi (CVVOZE), Brno Účast na řšní projktů Využití nových tchnologií v výkonové lktronic (intrní fakultní grant, zahájní.. 20, ukonční , označní FEKTS4) Nové směry v výzkumu lktrických strojů, přístrojů, lktrických pohonů a výkonové lktroniky (intrní fakultní grant, zahájní.. 204, ukonční , označní FEKTS4 2342) spoluúčast na řšní projktu lktrického ltounu VUT05 RAY a projktu Inovac lsních lanovk LARIX (označní TA ) 29

30 Abstract This doctoral thsis dals with th issu of high powr switchdmod powr supplis that ar dsignd as modular systms. Th thsis dscribs sris, paralll and srisparalll possibility of connctd convrtrs. Systm can achiv xtrmly high output currnt for convrtrs connctd in paralll. For convrtrs connctd in sris, th systm can achiv xtrmly high output voltag. Th main goal of this thsis is to dvlop socalld rconfigurabl modular systm. It is a systm that can chang convrtrs connction of srial, paralll or srisparalll connction during its opration. This option to chang convrtrs connction significantly xtnds th control rang of output voltag and output currnt of th whol systm. For all ths mntiond variants of th modular systm thr ar dscribd and simulatd suitabl control schms. Th issu of intrlavd PWM is dscribd in th thsis. Output voltag rippl and currnt rippl quations wr drivd for ach convrtrs connction. Ths quations, which wr drivd ithr for systms with intrlavd PWM or for systms without of phas shiftd PWM, ar also provd by simulations. Dsign of rconfigurabl modular systm with powr of 9.6 that contains four convrtrs was introducd in this thsis. Convrtrs us modrn transistors and diods of SiC matrial. Th proposd rconfigurabl modular systm was succssfully manufacturd. Th masurmnt rsults ar also shown in th work. 30