Detail předmětu

Vybrané statě z výkonové elektroniky a elektrických pohonů

FEKT-DKC-VE1Ak. rok: 2020/2021

Problematika ringingu rychlých spínacích polovodičů MOS-FET, SiC MOS-FET a GaN MOS-FET, problematika obvodové realizace budičů pro tyto tranzistory, odlehčovací obvody vypínacího děje (ztrátové a bezeztrátové), parazitní jevy v silových obvodech DC/DC měniče s rychlými spínacími polovodiči - vliv rozptylu transformátoru, parazitních kapacit transformátoru a přechodu C-E tranzistorů, doptředný a zpětný zotavovací děj diod, eliminace důsledků těchto jevů. Vliv skin-efektu a proximity efektu ve vinutí, souvislosti geometrického uspořádání silového obvodu a budiče, problematika EMC.

Výsledky učení předmětu

Absolvent rozumí pojmu ringing a zná mechanismy jeho vzniku.
Absolvent ovládá možnosti elminace ringingu konstrukcí silového obvodu a budiče.
Absolvent umí konstruovat koncové stupně budičů pro tranzistory SiC MOS-FET a GaN MOS-FET
Absolvent ovládá zapojení odlehčovacích obvodů.
Absolvent detailně rozumí vybraným typům rezonančních a kvazirezinančních měničů.
Absolvent umí navrhnout pulzní transformátor a tlumivku měniče včetně zohlednění skin-efektu a proximity-efektu.
Absolvent umí konstruovat silové obvody s extrémně rychlými polovodiči a dokáže se vypořádat se zesílenými parazitnimi jevy, jež se zde vyskytují.
Absolvent dokáže správně interpretovat zkreslení měření v silových obvodech.
Absolvent umí navrhnout odrušovací filtry měniče a dokáže konstruovat řídicí obvody odolné vůči rušení obvodů silových.

Prerekvizity

1. Základní znalost topologie silových obvodů DC/DC a DC/AC měničů. 2. Základní znalosti problematiky zapínacího a vypínacího děje spínacího tranzistoru. 3. Základní znalosti v problematice budičů výkonových tranzistorů. 4. Základní znalosti návrhu impulzních transformátorů a tlumivek.

Doporučená nebo povinná literatura

Patočka, M.: Magnetické jevy a obvody ve výkonové elektronice, měřicí technice a silnoproudé elektrotechnice. V Brně: VUTIUM, 2011. ISBN 978-80-214-4003-6. (CS)
Patočka, M.: Vybrané statě z výkonové elektroniky, svazek 1, skriptum FEKT VUT Brno (CS)
Patočka, M.: Vybrané statě z výkonové elektroniky, svazek 2, skriptum FEKT VUT Brno (CS)
Bose, B.K.: Power electronics and AC Drives. Prentice Hall 1986 (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Ústní závěrečná zkouška - max 70 bodů

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Vznik ringingu v koncovém stupni budiče zatíženého kapacitou G-E, specifické vlastnosti.
2. Formy ringingu vznikající v silovém obvodu (kolektorový obvod), přenos Millerovou kapacitou do hradla, riziko kladné zpětné vazby, zamezení konstrukcí silového obvodu i budiče.
3. Příklady zapojení budičů s ohledem na potlačení ringingu obou diskutovaných typů.
4. Specifické požadavky na budiče SiC MOS-FET a GaN MOS-FET.
5. Ztrátové a bezeztrátové (rezonanční) odlehčovací obvody, specifická zapojení pro různé typy měničů.
6. Konkrétní detailní popis rezonančního měniče (vybraný typ).
7. Konkrétní detailní popis kvazirezonančního měniče (vybraný typ).
8. Souvislosti týkající se impulzních transformátorů a tlumivek, ztráty v jádru, skin-efekt, proximity-efekt - praktické souvislosti.
9. Vliv parazitních kapacit v silovém obvodu (tranzistory, diody, transformátor, problematika demagnetizace při chodu naprázdno, souvislosti s budičem).
10. Praktický vliv dopředného a zpětného zotavovacího děje diod v silovém obvodu měniče (na primární straně i ve výstupním usměrňovači) - vznik proudového nebo napěťového překmitu, souvislosti s rozptylem transformátoru, omezování di/dt a du/dt strmosti, praktická obvodová řešení.
11. Problematika korektního měření v silových obvodech, vliv souhlasného rušení a dalších rušivých signálů na naměřené průběhy.
12 Problematika EMC-EMS - odolnost řídicích obvodů vůči vlastnímu rušení silového obvodu, geometrický návrh DPS, koncepce řídicích obvodů s ohledem na odolnost proti rušení.
13. Problematika EMC-EMI - omezení vyzařování silových obvodů a šíření rušení po vstupních a výstupních kabelech, odrušovací filtry.

Cíl

Cílem předmětu je prohloubení znalostí v oblasti techniky pulzních měničů, netradičních topologií silových obvodů, aplikace moderních spínacích polovodičů a souvisejících parazitních jevů.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Studijní výsledky jsou ověřovány průběžně během semestru na základě diskuze nad mírou pochopení probírané problematiky - max. 30 bodů.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program DKC-EKT doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DKC-KAM doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DKC-MET doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DKC-SEE doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DKC-TLI doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný
  • Program DKC-TEE doktorský, libovolný ročník, zimní semestr, 4 kredity, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Seminář

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

eLearning