Three-Phase Interleaved Bidirectional DC/DC Converter

Aus bereits bekannten, altbewährten Konverter-Topologien kann oftmals die Effizienz, dynamisches Verhalten sowie die Größe optimiert werden. Der Fokus dieser Arbeit liegt in der Analyse und Optimierung einer bestehenden Leistungszelle. Weiters wird ein Regelkonzept entwickelt welches eine flexible Regelung der Leistungsstufe ermöglicht.   Das Ziel der Arbeit war es ein Bidirektionaler DC/DC Konverter mit einer Leistung von 40kW zu analysieren, aufzubauen und zu testen. Das System wurde mit einer drei-phasigen, bidirektionalen Topologie mit interleaving aufgebaut. Der Eingangsspannungsbereich variiert von 200 V bis 600V wobei die DC-Bus Spannung zwischen 600 V und 900 V geregelt wird. Die Grundlage dieser Arbeit ist dabei ein aufgebautes 40 kW Gerät von der Firme One-Cycle Control, Inc bei welche bereits die Leistungszelle und den Ansteuerungsteil als Plattform bietet. Die stationären Strom- und Spannungsformen der Schaltung wurden analysiert, um Einblick in das Verhalten zu geben. Zusätzlich wurde das Verhalten der Induktivität im Detail untersucht, um Effekte die nur mit hohem DC-Bias-Strom auftreten aufzudecken. Diese Beobachtungen wurden dann verwendet, um den Aufbau der Regelung zu unterstützen. Einer der Hauptaufgaben war es, ein Regelkonzept zu entwickeln, welches eine sehr flexible Regelung der Leistungsstufe ermöglicht. Verschiedene Ansätze wurden miteinander verglichen. Das implementierte Regelkonzept wurde mit einem „average current mode control“ aufgebaut, welches einen nahtlosen Übergang zwischen konstanter Spannung und konstantem Strom-Modi ermöglicht. Zusätzlich wurde ein Simulationsmodell entwickelt, um die Optimierung des Reglers zu unterstützen. Das Reglermodul wurde erfolgreich in das bestehende 40 kW System integriert. Damit wurden umfangreiche Tests durchgeführt, um das stationäre Verhalten sowie dynamische Reaktion zu überprüfen. Darüber hinaus wurde die Systemeffizienz untersucht. Die in der Entwicklung und dem Test erhaltenen Ergebnisse werden zur weiteren Entwicklung und Vermarktung der DC / DC-Plattform verwendet. Zusätzlich konnten einige Verbesserungen und Potentiale dieser Plattform aufgezeigt werden. Dazu gehören unter anderem, Effizienzoptimierungen für Leichtlastbedingungen oder Verbesserungen im Induktivitäten-Design.

Weitere Informationen

Datum 06.09.2016
Studiengang MSE Industrial Technologies
Institut IES
Typ Masterarbeit
Studierende Philippe Tanner
Dozenten Prof. Kurt Schenk, PhD
Partner One-Cycle Control Inc., Irvine, USA