Learning Centre

Technical Evaluation of DC-DC Converter Output Filter

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Taulanne, Mikko
dc.contributor.author Honka, Marika
dc.date.accessioned 2020-05-24T17:06:23Z
dc.date.available 2020-05-24T17:06:23Z
dc.date.issued 2020-05-18
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/44309
dc.description.abstract DC-DC converters play a vital role in a wide range of industrial applications, including fuel cells, marine vessels, and photovoltaic systems. A subset of DC-DC converters is bi-directional DC-DC converters, which allow the power to flow from the common DC bus to the energy storage and vice versa. In order to achieve high energy efficiency and extend the lifetime of the energy storage, it is necessary to minimize the output current and voltage ripple of the converter. In addition to this, a small filter size is preferred to improve cost-effectiveness. This thesis studies different solutions for the output filter of the bi-directional interleaved three-phase DC-DC converter. The objective is to find the most cost-effective design with improved power density. In this thesis, three filter designs are presented and compared: LC, LCL, and the coupled-inductor. Filters are dimensioned to maintain the same output current ripple level and reduce the size and cost of the design compared to a reference L filter of 360 muH. AC equivalent circuit analysis is performed to determine sufficient component values for the filters. The performance of the dimensioned filter options is verified through simulation. The LC filter is found to be the most cost-effective solution for the output filter of the bi-directional interleaved DC-DC converter. By adding a DC film capacitor to the filter circuit, the filter inductance can be reduced by 50 %, which leads to significant material reduction. However, the solution increases both the current stress of the semiconductors and the overall losses of the system. en
dc.description.abstract Tasasähkökatkojalla on useita tärkeitä käyttökohteita teollisuudessa mukaan lukien polttokennot, laivojen sähköjärjestelmät ja aurinkosähköjärjestelmät. Kaksisuuntaiset tasasähkökatkojat ovat tasasähkökatkojien alakategoria, joka mahdollistaa tehon siirtymisen DC-kiskoilta energiavarastoon ja päinvastoin. Tasasähkökatkojan lähtövirran ja -jännitteen sykkeisyyden pienentäminen on tärkeää järjestelmän energiatehokkuuden parantamiseksi ja energiavaraston eliniän pidentämiseksi. Tämä työ tutkii erilaisia vaihtoehtoja kaksisuuntaisen kolmivaiheisen tasasähkökatkojan lähtösuodattimelle. Työn tavoite on löytää kustannustehokkain ja järjestelmän tehotiheyttä parantava vaihtoehto. Työssä esitellään kolme eri suodatinratkaisua: LC, LCL ja kytketty kuristin. Suodatinratkaisujen mitoituksen lähtökohta on ylläpitää sama lähtövirran sykkeisyys ja pienentää suodattimen kokoa ja materiaalikustannuksia verrattuna 360 muH L-suodattimeen. Suodatinratkaisujen komponenttiarvot määritettiin sijaiskytkentäpiirien AC-analyysillä ja suorituskyky varmistettiin piirisimuloinneilla. Työssä LC-suodatin osoittautui kustannustehokkaimmaksi suodatinratkaisuksi kaksisuuntaiselle tasasähkökatkojalle. Suodattimen induktanssia voidaan pienentää jopa 50 % lisäämällä suodatinpiiriin filmikondensaattori. Pienempi induktanssiarvo vähentää myös suodattimen materiaalikustannuksia. Suodatinratkaisu kuitenkin lisää puolijohteiden virtarasitusta ja kasvattaa koko järjestelmän häviöitä. fi
dc.format.extent 61+9
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso en en
dc.title Technical Evaluation of DC-DC Converter Output Filter en
dc.title Tasasähkökatkojan lähtösuodattimen tekninen arviointi fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö fi
dc.contributor.school Sähkötekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword Bi-directional DC-DC converter en
dc.subject.keyword coupled inductor en
dc.subject.keyword LC filter en
dc.subject.keyword LCL filter en
dc.subject.keyword inductance en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-202005243266
dc.programme.major Electrical Power and Energy Engineering fi
dc.programme.mcode ELEC3024 fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.contributor.supervisor Kyyrä, Jorma
dc.programme AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013) fi
dc.location P1 fi
local.aalto.electroniconly yes
local.aalto.openaccess yes


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse