Návrh výkonového měniče s SiC MOSFETy

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá návrhem výkonového měniče založeného na topologii typu synchronní buck. Měnič je zkonstruován s využitím MOSFET tranzistorů na bázi silikon karbidu. Tato práce se věnuje analýze měniče s cílem navrhnout a realizovat řídící jednotku umožňující jak zpětnovazební regulaci měniče, tak řízení v otevřené smyčce. Za tímto účelem je odvozen analytický model měniče coby dynamického systému, který je použit pro návrh a simulaci řízení. Kontrolní jednotka je implementována s využitím 32 bitového mikrořadiče založeného na architektuře ARM. V této práci je poskytnut popis a použití klíčových periférií mikrořadiče pro realizaci řízení. Na závěr jsou shrnuty výsledky měření dynamického chování výkonových tranzistorů při provozu měniče. Pozornost je především věnována měření proudu tekoucího jedním tranzistorem s využitím běžného rezistoru pro snímání proudu a kompenzaci frekvenční charakteristiky rezistoru.

This master degree thesis is concerned with the design of high power converter. The converter is based on synchronous buck topology and is realized using silicon carbide MOSFET transistors. This work deals with an analysis of such type of converter to design and realize a control unit providing feedback control of the converter. Therefore, a dynamic model of the converter is derived using a conventional technique of averaged state space modeling. The derived model is used for controller design and closed-loop control simulation. The control unit is implemented using a 32-bit ARM-based microcontroller. Hence, an insight into the microcontroller key peripherals is provided as well as a brief overview of the firmware architecture. This work concludes by a brief investigation of switching waveforms of SiC MOSFETs acquired during the converter operation. Attention is called to a transistor current measurement with a low-cost current sensing resistor and its frequency characteristic compensation.