Power Electronics

Podmínkou zápisu na předmět BE2M34VKE je, že student si nejpozději ve stejném semestru zapsal příslušný počet předmětů ze skupiny BEZBM

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra mikroelektroniky

Anotace:

Hlavním cílem předmětu je uvést posluchače do problematiky výkonové elektroniky. Na přednáškách budou nejdříve vyloženy struktury a principy činnosti v současné době využívaných polovodičových součástek s ohledem na nově vyvinuté polovodičové materiály. Dále budou popsány jejich modely a vysvětlena problematika buzení výkonových polovodičových spínačů, spínání L-R-C zátěže a výkonových ztrát a to včetně provozní spolehlivosti výkonových součástek. Další část přednášek bude věnována problematice výkonových měničů, úvodu do metod řízení, řídícím obvodům pro dané topologie a regulaci výkonu na zátěži. Předmět bude zakončen přednáškou na téma problematiky návrhu desek plošných spojů pro spínané zdroje, která může mít významný dopad na elektromagnetickou kompatibilitu (EMC) navrženého spínaného zdroje.

Požadavky:

Účast na cvičeních, vypracování vybraných laboratorních protokolů a úspěšné absolvování zkoušky.

Osnova přednášek:

1. Úvod do problematiky výkonové elektroniky, fyzikální principy, polovodičové materiály (Si, SiC, GaN)

2. Výkonové diody usměrňovací a diodu s rychlou komutací. Si versus SiC.

3. Tranzistory MOSFET a IGBT, porovnání struktur a vlastností.

4. Vícevrstvé spínací struktury, tyristor s nucenou komutací (PCT) a vypínací (GTO, IGCT).

5. Výkonové moduly, integrované struktury a obvody

6. Kompaktní modely výkonových součástek a obvodových prvků

7. Buzení výkonových spínacích součástek, parazitní kapacita a rozptylová indukčnost

8. Spínání odporové, induktivní a kapacitní zátěže, konfigurace HSS, LSS, můstek atd.

9. Výkonové ztráty a tepelná bilance, tepelný odpor pouzdra

10. Provozní spolehlivost výkonových součástek

11. Topologie výkonových měničů (VSI, LCI, MMC)

12. Úvod do problematiky metod řízení výkonových měničů

13. Řídicí obvody pro výkonové měniče, regulace výkonu na zátěži

14. Problematika návrhu desek plošného spoje pro spínané zdroje

Osnova cvičení:

1. Organizační záležitosti, úvod do problematiky

2. Statické a dynamické vlastnosti výkonových diod

3. Statické a dynamické vlastnosti polem řízených výkonových součástek

4. Statické a dynamické vlastnosti bipolárních a vícevrstvých součástek

5. Porovnání vlastností výkonových součástek na bázi Si a SiC, GaN.

6. Obvodová simulace výkonových součástek a diskrétních prvků

7. Simulace budicích obvodů výkonových spínacích součástek

8. Konfigurace HSS, LSS, můstek atd.

9. Návrh a výpočet tepelného zatížení součástky

10. Příklad návrhu výkonového obvodu v souladu s pravidly spolehlivosti

11. Návrh výkonového měniče, bilance účinnosti a spolehlivosti

12. Zapojení Step-Up, Step-Down, SEPIC, Flyback, Forward.

13. Budiče polovodičových laserů a LED, regulaci výkonu a otáček motorů

14. Příklad návrhu desky plošného spoje se spínaným zdrojem

Cíle studia:

Studijní materiály:

[1] B. Jayant Baliga : „Fundamentals of Power Semiconductor Devices“, Springer, 2008

[2] R. Perret, „Power Electronics Semiconductor Devices“, John Wiley, 2010

[3] A. Ioinovici, „Power Electronics and Energy Conversion Systems“, Wiley, 2012

Poznámka:

Další informace:

http://moodle.fel.cvut.cz/

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů: