Zlepšování parametrů měničů elektrických vozidel pomocí nových polovodičových součástek

Abstract

Součástky na bázi nitridu galia (GaN) pronikají do oblasti výkonových měničů a umožňují tak dosahovat vyšší hustoty výkonu a vyšší účinnosti. Použití nové technologie rychlých spínacích součástek v DC/DC měničích a střídačích přináší nové problémy, které je potřeba analyzovat. Práce se zabývá komplexní problematikou od návrhu driverů pro GaN tranzistory, jejich chlazení a snižováním ztrát v sepnutém a vypnutém stavu. Díky optimalizaci algoritmu řízení bylo možno dosáhnout snížení ztrát v propustném směru způsobených jevem „current-collapse“. Doplněním sledovacího algoritmu pro nalezení optimálního proměnného „dead-time“, byly sníženy ztráty způsobené vedením tranzistoru v závěrném směru.

Semiconductor devices based on gallium nitride (GaN) are becoming to be used in power converters to increase the power density and improve the efficiency. Using the new technology of fast switching transistors in DC/DC converters and inverters brings new problems to be analyzed. The thesis covers complex area from GaN drivers design, cooling system, to minimizing losses in switch-on and switch-off state. Optimization of converter control algorithm achieved decrease of conduction losses caused by the current-collapse phenomenon. Additional optimum dead-time tracking algorithm decreased the losses caused by the transistor’s reverse conduction region.