Μελέτη και υλοποίηση ελεγκτή για υβριδικό πολυεπίπεδο μετατροπέα συνεχούς σε συνεχή τάση
Φόρτωση...
Ημερομηνία
2025-10-30
Συγγραφείς
Τίτλος Εφημερίδας
Περιοδικό ISSN
Τίτλος τόμου
Εκδότης
ΕΛΜΕΠΑ, Σχολή Μηχανικών (ΣΜΗΧ), Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Περίληψη
Η παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζει έναν υβριδικό μετατροπέα DC/DC υποβιβασμού, κατάλληλο για συστήματα μέσης-υψηλής τάσης. Ο συγκεκριμένος μετατροπέας περιλαμβάνει μόνο έναν βραχίονα με H-γέφυρες (SMs), προσφέροντας σαφή πλεονεκτήματα σε σχέση με υπάρχοντες σχεδιασμούς, όπως μικρότερο αριθμό εν σειρά συνδεδεμένων ημιαγωγών και SMs, καθώς και λιγότερους πυκνωτές στις υπομονάδες. Ως αποτέλεσμα, μειώνεται το κόστος, το μέγεθος και η πολυπλοκότητα, ενώ παράλληλα απλοποιείται η μέτρηση τάσης και οι μέθοδοι εξισορρόπησης. Επιπλέον, ο μετατροπέας λειτουργεί χωρίς κυκλοφορούντα ρεύματα μεταξύ διαφορετικών βραχιόνων, γεγονός που διευκολύνει τον έλεγχο και προσφέρει εξαιρετική δυναμική απόκριση σε αλλαγές φορτίου ή επιθυμητής τάσης.
Στόχος της εργασίας είναι η θεωρητική μελέτη του μετατροπέα να επιβεβαιωθεί τόσο σε προσομοιώσεις όσο και σε πειραματική υλοποίηση. Για τον σκοπό αυτό, αξιοποιήθηκε το λογισμικό MATLAB-Simulink, στο οποίο διερευνήθηκε εκτενώς η συμπεριφορά του μετατροπέα σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας, ενώ παράλληλα πραγματοποιήθηκε η πειραματική υλοποίηση με τη χρήση του συστήματος Typhoon HIL 402 και του μικροελεγκτή TI C2000 LAUNCHXL-F28379D. Το HIL 402 αποτελεί σύστημα προσομοίωσης σε πραγματικό χρόνο, σχεδιασμένο για την ανάπτυξη, τον έλεγχο και τη δοκιμή ηλεκτρονικών συστημάτων χωρίς την ανάγκη άμεσης εφαρμογής σε φυσικό υλικό κατά τα πρώτα στάδια ανάπτυξης. Σε συνδυασμό με τον μικροελεγκτή F28379D, ο οποίος προγραμματίστηκε μέσω MATLAB-Simulink και των βιβλιοθηκών του Embedded Coder, κατέστη δυνατή η υλοποίηση του ελεγκτή και η εξαγωγή των απαραίτητων πειραματικών αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα αυτά παρουσιάζονται και αναλύονται στις επόμενες ενότητες, ώστε να επιβεβαιωθεί η ορθότητα της θεωρητικής ανάλυσης και η αποδοτικότητα του προτεινόμενου μετατροπέα.
This diploma thesis presents a hybrid step-down DC/DC converter suitable for mediumto-high voltage systems. The proposed converter consists of only one arm with H-bridge submodules (SMs), offering clear advantages compared to existing designs, such as a reduced number of series-connected semiconductors and SMs, as well as fewer capacitors within the submodules. As a result, it achieves lower cost, smaller size, and reduced complexity, while also simplifying voltage measurement and capacitor voltage balancing methods. In addition, the converter operates without circulating currents between different arms, which facilitates control and provides excellent dynamic response to changes in load or desired output voltage. The objective of this work is to validate the theoretical analysis of the converter both through simulation and experimental implementation. For this purpose, MATLAB-Simulink software was employed to thoroughly investigate the converter’s behavior under various operating conditions, while the experimental validation was carried out using the Typhoon HIL 402 system in combination with the TI C2000 LAUNCHXL-F28379D microcontroller. The HIL 402 is a real-time simulation platform designed for the development, testing, and control of power electronic systems (such as power converters, electric vehicles, and microgrids) without the need for direct implementation on physical hardware during the initial stages of development. Coupled with the F28379D microcontroller, which was programmed through MATLAB-Simulink using Embedded Coder libraries, it enabled the realization of the controller and the extraction of all necessary experimental results. These results are presented and analyzed in the following sections to confirm the accuracy of the theoretical study and demonstrate the effectiveness of the proposed converter
This diploma thesis presents a hybrid step-down DC/DC converter suitable for mediumto-high voltage systems. The proposed converter consists of only one arm with H-bridge submodules (SMs), offering clear advantages compared to existing designs, such as a reduced number of series-connected semiconductors and SMs, as well as fewer capacitors within the submodules. As a result, it achieves lower cost, smaller size, and reduced complexity, while also simplifying voltage measurement and capacitor voltage balancing methods. In addition, the converter operates without circulating currents between different arms, which facilitates control and provides excellent dynamic response to changes in load or desired output voltage. The objective of this work is to validate the theoretical analysis of the converter both through simulation and experimental implementation. For this purpose, MATLAB-Simulink software was employed to thoroughly investigate the converter’s behavior under various operating conditions, while the experimental validation was carried out using the Typhoon HIL 402 system in combination with the TI C2000 LAUNCHXL-F28379D microcontroller. The HIL 402 is a real-time simulation platform designed for the development, testing, and control of power electronic systems (such as power converters, electric vehicles, and microgrids) without the need for direct implementation on physical hardware during the initial stages of development. Coupled with the F28379D microcontroller, which was programmed through MATLAB-Simulink using Embedded Coder libraries, it enabled the realization of the controller and the extraction of all necessary experimental results. These results are presented and analyzed in the following sections to confirm the accuracy of the theoretical study and demonstrate the effectiveness of the proposed converter
Περιγραφή
Λέξεις-κλειδιά
Μικροελεγκτής, Μετατροπείς συνεχούς τάσης σε συνεχή, Microcontroller, DC-DC converters, Half-bridge submodule