De laatste jaren is het gebruik van netgekoppelde vermogenelektronische convertoren gestaag toegenomen. Veel van deze convertoren zijn op een enkele fase van het elektriciteitsnet aangesloten, en velen bevatten een DC/DC conversie trap. Enkele toepassingen waar deze convertoren gebruikt worden zijn: kleinschalige hernieuwbare energieconversie, het op- en ontladen van elektrische voertuigen en kleinschalige energieopslag. Een gemeenschappelijke bouwblok van deze convertoren is de halve-brug. Dit is een standaard schakelcel die bestaat uit twee schakelaars en twee anti-parallelle diodes. Om het correct functioneren van een halve-brug te verzekeren moet er dode-tijd in de schakelsignalen gebruikt worden. 


Wanneer
-

Waar

Aula van de tweede hoofdwet (Thermotechnisch Instituut
Kasteelpark Arenberg 41
3001 Heverlee
België

Supervisors
Promotors

Prof. dr. ir. Johan Driesen
Prof. dr. ir. Geert Deconinck

Jury

Prof. dr. ir. Paul Van Houtte, chairman
Prof. dr. ir. Ronnie Belmans
Prof. dr. ir. Joos Vandewalle
Prof. dr. ir. Ruth Vasquez Sabariego
Prof. dr. ir. Johan Gyselinck (Université Libre de Bruxelles, Belgium)

In dit werk worden de effecten van dode-tijd op de werking van een halve-brug DC/DC convertor uitgebreid onderzocht. Er wordt vastgesteld dat dode-tijd discontinue geleiding veroorzaakt in bepaalde werkingsgebieden. In deze gebieden verschilt het gedrag van de convertor significant van het ideale theoretische gedrag. De stroom van de convertor is een functie van de duty cycle terwijl buiten deze gebieden de duty cycle de verandering van de stroom bepaalt. Een formule voor het bepalen van de gemiddelde stroom als functie van de duty cycle in de gebieden van discontinue geleiding wordt gegeven. De aanwezigheid van dode-tijd verstoort de normale werking van een standaard PI-regelaar. Daarom wordt een gain scheduling controller met duty cycle presetting voorgesteld. Deze manier van regelen geeft een sterke verbetering van de stapresponsie van de stroomregelaar. 

Om de attenuatie van de schakelharmonischen te verbeteren wordt steeds vaker gebruik gemaakt van LCL filters in plaats van L filter. De controleuitdagingen die daaruit ontstaan worden onderzocht. Meer bepaald wordt een simpele maar effectieve manier van actieve demping bestudeerd, het dode-tijd probleem wordt opnieuw aangeraakt voor deze situatie, en controller presetting wordt gebruikt om de stapresponsie van de regelaar te verbeteren. 

Er wordt rekening gehouden met de variatie van de filterinductanties tijdens het ontwerp van de stroomregelaar voor een DC/DC convertor met LCL filter. 

Wanneer een convertor met een enkele fase van het elektriciteitsnet verbonden wordt moet er een grote DC-bus condensator voorzien worden om de pulserende vermogenstroom op de dubbele netfrequentie te absorberen. Op die manier wordt de resulterende DC-bus spanningsrimpel klein gehouden. De benodigde DC-bus capaciteit kan verkleind worden door toevoeging van een ripple port die de vermogenrimpel afvoert naar een hulpcondensator. De spanningsvariatie over deze condensator is veel groter dan die over de DC-bus condensator. De hulpcondensator heeft dus een betere benuttingsgraad dan de oorspronkelijke DC-bus condensator. 

Omdat het hulpcircuit een inductantie bevat is het belangrijk dat de schakelfrequentie van de ripple port voldoende hoog is om het toegevoegde volume te beperken. Op die manier is het volume van het hulpcircuit samen met de verkleinde DC-bus condensator kleiner dan dat van de oorspronkelijke DC-bus condensator. Het wordt dan mogelijk om de typische elektrolytische condensatoren te vervangen door film condensatoren die een lagere energiedichtheid hebben, maar ook een langere levensduur. 

Er wordt een resonante regelaar ontworpen die gebruik maakt van de gemeten DC-bus spanningsrimpel en die de stroom door het hulpcircuit controleert. De doeltreffendheid van de regelaar wordt geverifieerd in simulatie en in de praktijk. Er wordt aandacht besteed aan de dynamische aspecten van het systeem. Hieruit blijkt dat wanneer de transiënten op de DC-bus geleidelijker verlopen, de DC-bus capaciteit verder verkleind kan worden.