Master's Thesis Design, Control, and Implementation of High Frequency LLC Resonant Converter-Author- Hwa-Pyeong Park Department of Electrical and Computer Engineering -ULSANG NATIONAL INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

 Master's Thesis

 Design, Control, and Implementation of High Frequency LLC Resonant Converter Hwa-Pyeong Park Department of Electrical and Computer Engineering 

 Abstract

 A high switching frequency operation has been introduced with much interest in research and industrial areas to improve the power density of power converters. However, its implementation is difficult for an elaborate switch mode power supply which has high efficiency and stable operation. In this paper, a power stage and a feedback controller design will be considered for proper operation, stability, and high power conversion efficiency of the high frequency LLC resonant converter. The power density can be improved by adopting high switching frequency which allows small sized passive components. At the high switching frequency, the size reduction of the passive components such as transformer, and output capacitor will be estimated to obtain the high power density design. In addition, the design method of the magnetizing inductance design method will be derived to achieve the zero voltage switching (ZVS) at the high switching frequency operation. In aspect of frequency domain, the smaller output capacitor which has small capacitance and low effective series resistance (ESR) changes the small-signal behavior of the converter’s power stage. It can make the converter unstable by increasing the crossover frequency in the loop gain of the smallsignal model. The effect of the smaller output capacitance should be analyzed for stability analysis using a proper small-signal model of the LLC resonant converter. Therefore, the proper design methods of the feedback compensator are derived to obtain sufficient phase margin in the bode plot of the converter’s loop gain for its stable operation. The design considerations of the power stage and the feedback loop will be verified with the performance comparison of 100 kHz and 500 kHz switching frequency LLC resonant converters. Since the switching performance of state-of-art power switches has been improved, the power converter can operate over a 1 MHz switching frequency. In this paper, GaN E-HEMTs are used to achieve the high switching frequency operation due to its small channel resistance and small output capacitance. However, the GaN E-HEMTs also have different switching operation characteristics to other conventional silicon-based MOSFETs. Therefore, the high speed switching characteristics of the GaN E-HEMT should be analyzed to obtain proper operation for a half-bridge type LLC resonant converter using a boostrap gate drive circuit. Moreover, a soft start algorithm for the high switching frequency is analyzed to suppress inrush currents at the cold start operation of the converter. All the design considerations using the GaN E-HEMT are verified with a 240 W prototype LLC resonant converter operating at 1 MHz switching frequency.

LINK:http://www.riss.kr/search/detail/DetailView.do?p_mat_type=be54d9b8bc7cdb09&control_no=eee4031de5dfc95effe0bdc3ef48d419

LINK: https://www.mediafire.com/file/48ryayn4gvu1ckz/file

Méthodologie de conception numérique d’un module de puissance dédié à l’automobile en vue de l’optimisation des surtensions, des pertes et des émissions conduites Hocine Dao--Thèse de doctorat de l'Université Paris-Saclay préparée à L’École Normale Supérieure de Cachan (École normale supérieure Paris-Saclay)-

 

Méthodologie de conception numérique d’un module de puissance dédié à l’automobile en vue de l’optimisation des surtensions, des pertes et des émissions conduites 

Hocine Dao

Thèse de doctorat de l'Université Paris-Saclay préparée à L’École Normale Supérieure de Cachan (École normale supérieure Paris-Saclay)

 Résumé : 

Le véhicule électrique (VE) s'inscrit actuellement dans un contexte industriel fortement corrélé aux contraintes environnementales. Un tel contexte où la minimisation des coûts est également vitale impose par conséquent des contraintes de développement et de réalisation. Les modules de puissance constituent un coût conséquent dans un système de conversion pour l'automobile. Nous nous plaçons dans le contexte des modules de puissance à IGBT en technologie silicium qui assurent les fonctions de conversion d’énergie (AC/DC ou DC/AC) pour des applications moyennes et fortes puissances. L’un des points les plus limitant de ces modules est l’aspect inductif de la maille de commutation. L’intégration de condensateurs de découplage (Ceq) au sein du module permet de réduire les effets des inductances parasites car ils offrent un chemin à basse impédance au courant commuté et augmentent la vitesse de commutation du composant. C’est cette solution que nous avons étudiée. Le but est de démontrer la faisabilité d’une telle solution couplée avec le choix optimal de la résistance de grille (Rg) des puces IGBT. Nous avons établi des règles de conception permettant la construction de modèles circuit d’un bras d’onduleur permettant l’intégration de fonction de découplage. Ce dernier nous a permis dans un premier temps de réduire les surtensions aux bornes des composants mais les pertes par commutation n’ont pas pu être améliorées significativement en comparaison à un module conventionnel. La démarche suivie pour aller plus loin a consisté à chercher un compromis entre les valeurs des condensateurs distribués dans le module et le choix des résistances de grille des puces IGBT. L’optimisation par algorithmes génétiques est la solution qui a été trouvée pour contourner les problèmes bloquants et améliorer significativement les performances du module.

LINK: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01769661

LINK DIRETO: https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01769661/document

Vieillissement accéléré de modules de puissance de type MOSFET SiC et IGBT Si basé sur l'analyse de profils de mission d'onduleurs photovoltaïques. Mouhannad Dbeiss--Institut Polytechnique de Grenoble

Vieillissement accéléré de modules de puissance de type MOSFET SiC et IGBT Si basé sur l'analyse de profils de mission d'onduleurs photovoltaïques

Autor: Mouhannad Dbeiss 

 Thèse dirigée par Yvan AVENAS, Maître de Conférences HdR, Institut Polytechnique de Grenoble préparée au sein du CEA/INES dans l'École Doctorale Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)

Abstract

In the case of photovoltaic installations, the DC/AC inverter has the highest failure rate, and the anticipation of its breakdowns is still difficult, while few studies have been done on the reliability of this type of inverter. The aim of this PhD is to propose tools and methods to study the ageing of power modules in this type of application, by focusing on ageing phenomena related to thermo-mechanical aspects.

As a general rule, the accelerated ageing of power modules is carried out under aggravated conditions of current (Active Cycling) or temperature (Passive Cycling) in order to accelerate the ageing process. Unfortunately, when applying this type of accelerated ageing tests, some failure mechanisms that do not occur in the real application could be observed, while inversely, other mechanisms that usually occur could not be recreated.

The first part of the PhD focuses on the implementation of an accelerated ageing method of the semiconductor devices inside photovoltaic inverters. This is accomplished by analyzing the mission profiles of the inverter’s output current and ambient temperature, extracted over several years from photovoltaic power plants located in the south of France. These profiles are used to study photovoltaic current dynamics, and are introduced into numerical models to estimate losses and junction temperature variations of semiconductors used in inverters, using the cycle counting algorithm “Rainflow”.

This method is then performed in two experimental test benches. In the first one, the devices under test are IGBT modules, where the accelerated ageing profile designed is implemented using the opposition method. Moreover, an in-situ setup for monitoring ageing indicators (thermal impedance and dynamic resistance) is also proposed and evaluated. The second bench is devoted to study the ageing of SiC MOSFET power modules. The accelerated ageing test is carried out under the same conditions as for the IGBT modules with more monitored electrical indicators, but this time by disconnecting the semiconductor devices from the inverter. The results obtained allowed to determine several potential ageing indicators of IGBTs and SiC MOSFETs used in a photovoltaic inverter.

LINK: https://www.mediafire.com/file/0i3rclq4igkzl93/file

Elaboration sans prototypage du circuit équivalent de transformateurs de type planar-Présentée et soutenue publiquement par Xavier MARGUERON-THESE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE JOSEPH FOURIER

THESE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITE JOSEPH FOURIER Spécialité : « Génie Electrique » Préparée au Laboratoire d'Electrotechnique de Grenoble Dans le cadre de l’Ecole Doctorale « Electronique, Electrotechnique, Automatique, Télécommunication, Signal »

 Présentée et soutenue publiquement par Xavier MARGUERON Le 23 octobre 2006 

Elaboration sans prototypage du circuit équivalent de transformateurs de type planar

 INTRODUCTION GENERALE 

 Le développement de l'électronique de puissance a connu, depuis une vingtaine d'année, un essor remarquable. Des convertisseurs de plus en plus performants et de plus en plus petits sont présents dans la plupart des dispositifs utilisés quotidiennement : téléphone portable, ordinateurs… Hormis le coût, les deux préoccupations prioritaires des développeurs sont l'encombrement et le rendement. Les redresseurs, hacheurs et autres alimentations à découpage ont donc subi des évolutions importantes tant au niveau de leur structure que de leurs composants actifs et passifs. La miniaturisation des alimentations a, en grande partie, été facilitée par l'élévation des fréquences de découpage, ce qui n'est pas sans induire un certain nombre de contraintes au niveau des composants. En effet, pour une puissance équivalente, une diminution de taille nécessite souvent un changement de technologie et de nouveaux problèmes apparaissent. Plus un composant est petit, plus le rendement est essentiel puisque les calories sont plus difficiles à évacuer d'un petit composant. Au coeur des convertisseurs, les transformateurs sont un élément essentiel qui permet le transfert de l'énergie, l'adaptation des niveaux de tension et de courant et l'isolation galvanique de deux parties d'une alimentation. Leur rendement doit être élevé afin de transférer l'énergie sans pénaliser le rendement global. Dans une optique de réduction de dimensions, les composants bobinés, "classiques", se retrouvent limités puisque ces derniers sont bobinés avec du fil de cuivre (émaillé ou de technologie Litz), dont on ne peut diminuer la section. Pour surmonter ce problème, les composants planars ont été introduits.

LINK: http://l2ep.univ-lille1.fr/fileupload/file/theses/THESE_X-Margueron.pdf

CARREGADOR DE BATERIAS MONOFÁSICO PARA APLICAÇÃO EM VEÍCULOS ELÉTRICOS -Autor César Orellana Lafuente - CENTRO DE TECNOLOGIA PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA ELÉTRICA UNIVERSIDADE FEDERAL DE CEARÁ

CARREGADOR DE BATERIAS MONOFÁSICO PARA APLICAÇÃO EM VEÍCULOS ELÉTRICOS

César Orellana Lafuente Fortaleza Julho de 2011 

Dissertação submetida à Universidade Federal do Ceará como parte dos requisitos para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Elétrica.

 Orientador: Prof. Dr. René Pastor Torrico Bascopé 

 Co-orientador: Prof. Dr. Demercil de Souza Oliveira Jr.

 RESUMO 

Orellana-Lafuente, C., “Carregador de Baterias Monofásico Para Aplicação em Veículos Elétricos”, Universidade Federal do Ceará - UFC, 2011, 154p.

 Este trabalho apresenta o estudo de um carregador de baterias monofásico aplicado a veículos elétricos. Este carregador é composto por dois estágios de processamento de energia e um circuito digital de supervisão para controlar a tensão sobre o banco de baterias e a corrente de recarga das mesmas. O primeiro estágio consiste de um conversor CA-CC bridgeless com característica de alto fator de potência, e o segundo estágio é representado por um conversor CC-CC fullbridge com isolamento em alta frequência e comutação sob tensão nula (Zero Voltage Switching – ZVS). Para ambos os conversores, foi realizada uma análise qualitativa e quantitativa, bem como apresentados exemplos de projeto para facilitar o dimensionamento dos componentes. Finalmente, com os componentes escolhidos, foi montado um protótipo que permite carregar de uma até oito baterias de 12 V conectadas em série. O sistema apresenta como especificações: tensão de entrada alternada de 220 V±15%; tensão de saída contínua de 120 V; corrente de saída contínua de 20 A; e potência média de saída de 2,4 kW. Palavras- chave: Veículos Elétricos. Carregador de Baterias. Conversor Bridgeless. Correção de Fator de Potencia. Conversor FB-ZVS-PS. Comutação sob Tensão Nula.

LINK: http://www.gpec.ufc.br/trabalhos/CARREGADOR DE BATERIAS.pdf