Návrh a realizace výkonové elektroniky pro testovací pracoviště bezkontaktního přenosu

Abstract

Tato diplomová práce představuje návrh a implementaci výkonové elektroniky pro bezdrátovou nabíječku využívající indukční přenos výkonu (IPT). Systém je založen na normě SAE J2954 a slouží jako testovací pracoviště pro výzkumné účely. Pracuje ve výkonové třídě WPT3 s výkonem až 11 kVA a splňuje klasifikaci třídy Z3 s podporou světlé výšky mezi 100 mm a 250 mm. Nabíječka je navržena s využitím topologie duálního aktivního můstku (DAB) pro podporu obousměrného přenosu výkonu mezi vozidlem a nabíjecí stanicí. Pro zvýšení tolerance vůči vyosení cívek systém využívá kompenzaci dvojitým LCC (DLCC). Pro podporu modularity pro výzkumné a testovací účely je výkonová elektronika rozdělena do čtyř funkčních modulů: deska střídače, řídicí deska, synchronizační deska a komunikační deska. Tato modularita umožňuje snadnou výměnu nebo rozšíření jednotlivých komponent pro přizpůsobení uspořádání specifickým potřebám testování. Na straně země i vozidla jsou použité identické moduly. Pro zajištění bezpečného provozu během laboratorních testů s vysokým výkonem je implementována také bezpečnostní sběrnice. Práce popisuje kompletní proces vývoje systému výkonové elektroniky, od definice požadavků přes hardwarovou a softwarovou architekturu, schématický návrh až po rozvržení desky plošných spojů.This diploma thesis presents the design and implementation of power electronics for a wireless charger utilizing the inductive power transfer (IPT). The system is based on the SAE J2954 standard and serves as a test rig for research purposes. It operates under the WPT3 power class, delivering up to 11 kVA, and meets the Z3 ground clearance classification, supporting distances between 100 mm and 250 mm. The charger is designed using a dual active bridge (DAB) topology to support bidirectional power transfer between the vehicle and the charging station. To enhance tolerance to coil misalignment, the system utilizes double LCC (DLCC) compensation. To support modularity for research and testing purposes, the power electronics is divided into four functional modules: inverter board, control board, synchronization board, and communication board. This modularity enables easy replacement or extension of individual components to tailor the arrangement to the specific testing needs. Identical modules are used on both the ground and vehicle sides. A safety bus is also implemented to ensure secure operation during high-power laboratory testing. The thesis outlines the full development process of the power electronics system, from requirements definition to hardware and software architecture, schematic design, and PCB layout.