A half-bridge series resonant inverter for induction cookers using a novel FPGA-based control strategy. - In: EPE 2005, (2005), insges. 9 S.
Asymmetrical pulse width modulation (APWM) with frequency tracking control strategy is proposed for half bridge series resonant inverter for induction cookers, by which inverter is operated at zerovoltage-switching (ZVS) over wide load range. The FPGA-based full digital control system construction and operation are described. Steady state characteristics, such as normalized output power, turn-off current and average current through switches, are calculated. Some design considerations including selection of snubber capacitor, determination of dead time, ZVS boundary and presetting of phase-locked loop (PLL) are discussed. Finally, experiment results are given.
Asymmetrical PWM with frequency tracking control of half-bridge series resonant inverter for induction cookers. - In: Official proceedings of the International Conference Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality, (2005), S. 542-547
This paper presents an effective control method of half bridge series resonant inverter for induction cookers, in which asymmetrical pulse width modulation (APWM) control is used to power regulation, a phase-locked loop as frequency tracking control to maintain zero-voltage-switching (ZVS) over wide load range. The system configuration and operation based on FPGA are described. Steady characteristics and small signal model are given. Selection of snubbing capacitor and ZVS boundary condition are discussed. Finally, simulation and experiment results are given.
A new power electronic control system featuring 32-bit microcontroller and FPGA. - In: Official proceedings of the International Conference Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality, (2005), S. 258-261
This paper presents a new power electronic control system comprised of the 32-bit TriCon microcontroller-board and a Xilinx XC2V500 FPGA. The system is intended for use in application with fast signal transition and many analog measures to be controlled. Configuration of FPGA modules implemented in VHDL can be realised by means of a parallel interface between microcontroller and FPGA.The proposed system allows for fast control, signal manipulation and error management. It is shown that modules implemented in the FPGA can extend the peripherals of the microcontroller and offload from time-critical processes. - Hence a system with higher performance and more flexibility is obtained.
Thermische Untersuchungen an leistungselektronischen Systemen, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 161 S., 10,0 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
Parallel als Druckausg. erschienen
Ausgehend von der formulierten Zielstellung behandelt diese Arbeit die Berechnungen der Sperrschichttemperaturen von Leistungshalbleitermodulen sowie ihrer thermischen Parameter. Für diese Berechnungen ist die Beschreibung der Wärmeleitungen in den Leistungsmodulen notwendig. Dazu wurde das Simulationsprogramm ANSYS, welches die Temperaturverteilungen auf der Grundlage der FEM berechnet, eingesetzt. Dieses Programm berechnet sowohl die stationären als auch die transienten Temperaturfelder eines gegebenen Leistungsmoduls. Die Simulationsergebnisse werden anhand eines Leistungshalbleitermoduls mit den im Labor gemessenen Ergebnissen verglichen. Die Ergebnisse beider Verfahren haben die gleichen Tendenzen und zeigen eine sehr gute Übereinstimmung. Das heißt, dass die Simulation äußerst verlässliche Ergebnisse liefert. Um die Modellierung und Simulationen von Leistungsmodulen noch effektiver und schneller zu machen, wurde mit der Programmoberfläche HP VEE ein Programm geschrieben, das leichter zu bedienen ist. Die Befehle für die Modellierung und für die Simulationen eines gegebenen Leistungshalbleitermoduls werden mittels dieses Programms in eine Textdatei geschrieben und dort gespeichert. Danach werden sie wieder im Programm ANSYS aufgerufen. Der Rest läuft automatisch ab. Wegen der langen Simulationszeit der Leistungshalbleitermodule besonders der dynamischen Vorgänge im ANSYS-Programm, wurde der Entwurf vereinfachter thermischer Modelle angestrebt. Die Schaffung dieser vereinfachten Modelle führte zu einer merklich reduzierten Simulationszeit. Besonders bei der online-Simulation von dynamischen Vorgängen in Mikrorechnern, die nur über eine begrenzte Rechenkapazität verfügen, ist eine drastische Einsparung von Rechenzeit zu erwarten. Es ist vorgesehen, die vereinfachten Modelle der Leistungshalbleitermodule in Mikrocontrollern zu programmieren. Die Grundlage der Modellvereinfachung wurde in der vorliegenden Dissertation durch eine Methode der Ordnungsreduktion erreicht. Sie wird anhand eines einfachen Beispiels mathematisch und simulativ belegt. Die Ergebnisse zeigen, dass eine hohe Genauigkeit erzielt werden kann.
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Beitrag zur Verbesserung der elektrischen und thermischen Ausnutzung [von Leistungshalbleiterschaltern]. - Ilmenau : ISLE, 2005. - 123 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3938843047
Die Systemintegration ist ein treibender Faktor in der Weiterentwicklung leistungselektronischer Systeme. Neben einer Erhöhung der Leistungsdichte und der Zuverlässigkeit ist der Schutz von Leistungshalbleitern ein wichtiges Kriterium bei der technischen Umsetzung von Schaltungstopologien. Dabei ist die Sperrschichttemperatur ein wesentlicher Betriebsparameter neben dem Einhalten von Spannungsgrenzen und dynamischen Grenzwerten. Stand der Technik bei der industriellen Umsetzung thermischer Schutzkonzepte in Umrichtern ist die Ausnutzung der Temperaturabhängigkeit von Bauelementeparametern oder die Messung der mittleren Kühlkörpertemperaturen jedoch noch nicht eine direkte verzögerungslose Messung der zeitlichen Sperrschichttemperaturverläufe in Standardmodulen. Von dem Ansatz einer Modellumsetzung in Mikrorechnern ausgehend, wird in der vorgelegten Arbeit das Thema der Online-Ermittlung der zeitlich veränderlichen Sperrschichttemperatur von Leistungshalbleiterbauelementen im Umrichterbetrieb vorgestellt. Die elektrische und thermische Modellbildung wurde für Single- und Multichip-Anordnungen technisch umgesetzt sowie die Genauigkeit bei unterschiedlichen Lastformen und Zyklen untersucht. Der Schutz der Leistungshalbleiter durch den im Mikrocontroller online simulierten Parameter Sperrschichttemperatur wurde zur Regelung und Steuerung in Umrichtern umgesetzt. Von dem Ansatz der Verbesserung der elektrischen Ausnutzung ausgehend war das zweite Ziel dieser Arbeit die theoretische und experimentelle Untersuchung von Methoden und Varianten des Schutzes von Leistungshalbleiterschaltern gegen periodische und nichtperiodische Überspannungen. Im Mittelpunkt stand die Erforschung der Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens Active Voltage Clamping" für Schalter mit Hochspannungs-IGBT. In der Arbeit wurden Lösungsvarianten und grundlegende Verfahren für IGBT-Schalter bis zu einer Nennsperrspannung von 3,5kV erarbeitet, analysiert und in Einzelschaltern sowie in verschiedenen Stromrichtertopologien appliziert. In experimentellen Untersuchungen wurden Aspekte der Realisierbarkeit, des Derating und der Snubberanforderungen des Active Clamping zur Reihen- und Parallelkaskadierung von IGBTs erarbeitet.
Regelverfahren zur Realisierung dezentraler Drehstromnetze für 3 Leitersysteme mittels parallelgeschalteter Spannungswechselrichter, 2005. - Online-Ressource (PDF-Datei: 135 S., 1806 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
Parallel als Druckausg. erschienen
Dezentrale Energieversorgungssysteme können auf Basis der Parallelschaltung von mehreren gleichberechtigten Spannungswechselrichtern realisiert werden. Die zur Leistungserhöhung erforderliche Erweiterbarkeit und Flexibilität des Versorgungssystems setzt neben moderner Leistungselektronik gute Steuer- und Regelverfahren zur Beherrschung der Parallelschaltung voraus. Für einen hardwareminimalen und kostengünstigen Aufbau des Systems wird in der vorliegenden Arbeit auf die Potentialtrennung, sowohl AC- als auch DC-seitig, der Wechselrichter sowie auf zusätzliche Kommunikationseinrichtungen verzichtet. Die Regelung der Spannung und der Frequenz in Abhängigkeit des Wirk- und Blindstromes (Kennlinienverfahren) gewährleistet eine gleichmäßige Lastaufteilung zwischen den beteiligten Wechselrichtern. In der vorliegenden Arbeit werden auf Basis der Transformation der Systemgrößen vereinfachte Ersatzschaltbilder, die das Gesamtsystem beschreiben, für den Raumvektor und für die Nullkomponente entwickelt. Für ein stabiles und sicheres Funktionieren der Parallelschaltung wird unter Nutzung eines vereinfachten Ersatzschaltbildes zweier parallelgeschalteter Wechselrichter eine Stabilitätsanalyse anhand des Raumvektors auf Basis systemtheoretischer und mathematischer Betrachtungen durchgeführt. Die im System nur durch die Wechselrichter fließenden Nullkomponentenströme (Kreisströme) werden durch die in dieser Arbeit entwickelten speziellen Regelverfahren weitgehend eliminiert. Für die bei der Parallelschaltung auftretenden Probleme wie Synchronisation der Wechselrichter, Spannungsabfälle über dem LC-Filter und Strombegrenzung bei Überlast und Kurzschluss werden in dieser Arbeit theoretisch begründete und für die praktische Anwendung geeignete Lösungen vorgestellt. Die theoretischen Untersuchungen werden durch ausgewählte experimentelle Messungen verifiziert.
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Multiphasiges Stromrichtersystem als Prüfgenerator im mittleren Leistungsbereich. - In: 11. Symposium Maritime Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik, (2004), S. 33-37
A new optimized approach for direct torque control of an induction motor drive. - In: Motion control, adjustable speed drives and education of electrical engineering, (2004), S. 4-59
A new transformerless series hybrid active power filter (TL-SHAPF) topology. - In: Official proceedings of the International Conference Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality, (2004), S. 754-759
Harmonic current sources based on PWM voltage source inverters. - In: Official proceedings of the International Conference Power Electronics, Intelligent Motion, Power Quality, (2004), S. 748-753