Design of a High Efficiency DC-DC Converter with Wide Bandgap Devices for Aircraft Applications
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2019-08-19
Department
Major/Subject
Electrical Power and Energy Engineering
Mcode
ELEC3024
Degree programme
AEE - Master’s Programme in Automation and Electrical Engineering (TS2013)
Language
en
Pages
70+11
Series
Abstract
This thesis focuses on developing a 5 kW isolated DC-DC step-down converter. Work is categorized into designing, modelling, optimization and simulations. Our goal is to reach > 95 % efficient converter that fulfills strict weight, volume and thermal requirements and EMI standards of the aviation industry. Constantly improving semiconductor industry produces ever-improving switching devices that allow access to higher switching frequencies. These developments allow for leaps in converter design. To utilize the development in material technology, the modelling of high-frequency effects in magnetic components needs to be reliable and accurate. This thesis focuses on numerically modelling these effects in Matlab TM environment. Results obtained from the mathematical model proved to be a good starting point for selecting materials and required windings in a transformer and for overall optimization of the converter and simulations confirm operation of the converter.Tämä diplomityö keskittyy 5 kW DC-DC teholähteen suunnitteluun, mallinnukseen ja optimointiin. Tarkoituksena on suunnitelma korkean hyötysuhteen > 95 % muuttaja, joka täyttää samanaikaisesti erittäin kireät paino-, tilavuus- ja lämpötilavaatimukset, sekä vastaa lentoliikenteessä oleviin kireisiin standardeihin. Jatkuvasti kehittyvä materiaaliteollisuus tuottaa yhä parempia ja parempia kytkimiä, joilla voidaan päästä korkeampiin taajuuksiin tehoelektroniikan tuotteissa. Jotta materiaaliteknologian saavutukset voidaan realisoida, on suuritaajuiset ilmiöt mallinnettava tarkasti. Tämä työ keskittyy induktiivisten komponenttien mallintamiseen yksinkertaisesti toteutettavassa laskuympäristössä eli Matlab TM toimintaympäristössä. Saadut tulokset varmennettiin luomalla tarkempi ja hitaampi elementtimenetelmää käyttävä malli muuntajasta ja kuristimesta. On todistettu, että numeerisilla malleilla voidaan laskea iteratiivisen prosessinensiaskeleet, kun halutaan seuloa induktiivisten komponenttien materiaaleja tai valmistusmenetelmiä mielivaltaista hyötyfunktiota vasten, näitä hyötyfunktioita ovat ainakin hyötysuhde, paino, tilavuus, lämpötila ja hinta.Description
Supervisor
Kyyrä, JormaThesis advisor
Bilal, AhmedKeywords
dc-dc converter, transformer, interleaved winding, efficiency, optimization, wide bandgap devices