Design of power electronics communication controller for the parallel DC/DC converter operation

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Engineering | Master's thesis

Authors

Date

2025-04-08

Department

Major/Subject

Mechatronics

Mcode

Degree programme

Master's programme in Mechanical Engineering

Language

en

Pages

43

Series

Abstract

The ongoing electrification of both passenger and commercial vehicles is driving the increased demand for reliable high-power charging stations. These advanced direct current (DC) fast charging stations are capable of delivering power levels exceeding 400 kW, usually with the help of multiple DC/DC converters operating in parallel configuration. As powerlevels increase, the role of DC/DC converters becomes critical for ensuring accurate power delivery and maintaining high uptime at DC charging stations. To optimize total charging station performance, these converters must operate efficiently, minimizing power losses during power conversion. Achieving this requires fast and reliable communication between the power electronics controller and the multipleDC/DC converters, ensuring the desired power output with peak efficiency across the operating range of the system. This thesis presents the design and implementation of a power electronics communication controller capable of controlling parallel-connected DC/DC converters. The Fast Serial Interface communication protocol, developed by Texas Instruments, is used to establish fast and reliable communication between the controller and the DC/DC converters. A model-based design approach is employed to accelerate the development and testing of the software, utilizing automated code generation for Texas Instruments C2000 microcontrollers in Simulink environment. The developed communication system enables synchronization of pulse-width modulation (PWM) signals for the parallel-connected DC/DC converters and manages load distribution to minimize stress on the individual converter. This approach allows for the control of software-defined power converters with faster control loops,leading to improved efficiency and enhanced load management across the DC/DC converters. In summary, this work advances DC charging station technology by providing a robust communication system that enhances the performance, reliability, and control efficiency of DC/DC converters.

Liikenteen sähköistyminen lisää luotettavien ja suuritehoisten latausjärjestelmien kysyntää. Nämä kehittyneet tasavirtalatausjärjestelmät kykenevät tuottamaan yli 400kW:n lataustehon, yleensä useiden rinnakkaiskytkettyjen DC/DC-muuntimien ansiosta. Tehojen kasvaessa, DC/DC-muuntimien merkitys korostuu, sillä nämä mahdollistavat korkean tehosiirron, hyötysuhteen ja käyttöasteen latausjärjestelmille. Latausjärjestelmän hyötysuhteen maksimoimiseksi on tärkeää, että DC/DC-muuntimet pyrkivät minimoimaan tehohäviöt, jotka syntyvät tehosiirron aikana. Tämän edellyttää nopeaa ja luotettavaa kommunikointia tehoelektroniikan ohjausyksikön ja useiden DC/DC-muuntimien välillä. Tässä työssä suunnitellaan ja kehitetään tehoelektroniikan ohjausjärjestelmä, joka mahdollistaa kommunikoinnin useiden DC/DC-muuntimien ja tehoelektroniikan ohjausyksikön välillä. Kommunikointiprotokollana käytetään Texas Instrumentsin kehittämää Fast Serial Interface tiedonsiirtoväylää, joka mahdollistaa nopean ja luotettavan kommunikoinnin DC/DC-muuntimien välillä. Ohjauksen kehittämisessä hyödynnetään mallipohjaista suunnittelua, jossa voidaan hyödyntää automaattista koodin generointia ja siten laadukkaampaa koodin testausta ja dokumentointia. Koodi generoidaan Texas Instrumentsin C2000 reaaliajassa toimivalle mikrokontrollille. Tässä työssä kehitetty kommunikoinnin ohjausjärjestelmä mahdollistaa DC/DCmuuntimien PWM signaaleiden synkronoinnin sekä kuorman jakamisen muuntimien välillä. Nopea kommunikointijärjestelmä mahdollistaa tarkan ohjauksen useiden DC/DC-muuntimien välillä, jolla muuntimien hyötysuhdetta koko toiminta-alueella sekä kuormanhallintaa voidaan parantaa latauksen aikana. Tämä edistää latausjärjestelmien kehitystä tarjoamalla luotettavan ja nopean kommunikoinnin useille rinnakkaiskytketyille DC/DC-muuntimille, joilla muuntimien hyötysuhdetta, tehokkuutta ja luotettavuutta voidaan parantaa.

Description

Supervisor

Pippuri-Mäkeläinen, Jenni

Thesis advisor

Abbasi, Mohammad Sadegh

Keywords

DC/DC, converter, model-based design, fast serial interface, design, communication

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202505193788

Collections

[dipl] Insinööritieteiden korkeakoulu / ENG