Využití SiC polovodičových součástek ve výkonové elektronice

Ing. Jan ŠTĚPÁNEK

Doctoral thesis

Abstract:

Předkládaná disertační páce se zabývá problematikou výkonových měničů pro speciální aplikace s využitím moderních polovodičových prvků. Práce popisuje návrh výkonových měničů pro tři různé projekty, kde každý klade na výkonový měnič různé požadavky. První z popisovaných měničů je určený pro použití v oblasti automotive a je navržený jako tzv. "Full SiC" měnič. Klade si za cíl vývoj trakčního měniče s vysokou hustotou výkonu min. 100kW/l, čímž se parametrově přiblíží cílům projektu U.S. DRIVE. Vyvinutý SiC měnič by měl při napájení 900 VDC z trakční baterie dosahovat výkonu minimálně 200 kW při minimální spínací frekvenci 20 kHz s účinností vyšší než 99 %. Při objemu cca 1,9 l bude dosahovat hustoty výkonu 105 kW / l. Druhý z popisovaných měničů cílí do prostředí konzervativní energetiky. Zde je kladen velký důraz na spolehlivost a životnost výsledného zařízení. Popisovaný měnič slouží jako základní stavební blok o výkonu 150 kVA pro zařízení na kompenzování zemních spojení (finální pilot sestaven z 9 bloků a celkovém výkonu 1,35 MVA). Třetí z popisovaných měničů je zaměřen na oblast vozidel lehké trakce, kde se zabývá možnostmi optimalizace a modernizace měničů pro pomocné pohony. Popisovaný měnič si klade za cíl použitím moderních SiC polovodičů o dosažení vyšší účinnosti a snížení hmotnosti a objemu výsledných pomocných pohonů.

Abstract:

This dissertation thesis deals with power converters for special applications using modern semiconductor devices. Main target of this thesis is to design power converters for three different projects with unique requirements. First power converter variant is designed for automotive field and it is based on SiC semiconductors. It aims to develop a traction converter with a high power density of min. 100kW / l, targeting the parameters of the U.S. DRIVE. The developed SiC converter should reached power up to 200 kW and min. 20kHz switching frequency with an efficiency of more than 99% when powered from a 900 VDC traction battery. At a volume of approximately 1,9l, it will reach a power density of 105 kW / l. Second power converter variant is targeting the conservative area fo power engineering. Design requirements are focused mainly on reliability and durability of used equipment. Converter is establishing an essential design element disposing of 150 kVA for ground fault compensation systems (the final pilot consists of 9 blocks and the total power 1,35 MVA). The third described converters are focused on light traction vehicles. This variant is analyzing possibility to optimize and modernize power converters for auxiliary drivers. Main goal of this type of power converter is to reduce weight and size and increase an efficiency of auxiliary driver system by using modern SiC semiconductors.

Keywords

Si, SiC, hustota výkonu, energetika, pomocné pohony, vstupní stabilizátor, DC/DC izolační měniče

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 28. 11. 2019

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Doc. Ing. Pavel Drábek, Ph.D.

University of West Bohemia

Faculty of Electrical Engineering

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Electronics