Kratki opis projekta​ "Napredna metodologija projektiranja prekidačkih istosmjernih pretvornika"

Projekt "Napredna metodologija projektiranja prekidačkih istosmjernih pretvornika (IP-2014-09-6405)" ("Advanced design methodology for switching DC-DC converters") bavi se razvojem napredne metodologije projektiranja prekidačkih istosmjernih pretvornika. Očekuje se da će projekt značajno unaprijediti metode dizajniranja prekidačkih istosmjernih pretvornika s obzirom na djelotvornost, elektromagnetsku kompatibilnost i termičke značajke.

Uvod

Prekidački istosmjerni pretvornici (engl. DC-DC converters) svojim karakteristikama nadilaze linearne pretvornike u smislu djelotvornosti i veličine što ih čini prvim izborom u automobilskoj industriji, hibridnim električnim vozilima, prijenosnim uređajima i ostalim različitim primjenama. Visoka djelotvornost podrazumijeva manje utrošene energije na nepotrebna zagrijavanja što za posljedicu ima manju potrošnju energije kao i manje zahtjeve na sustav odvodnje topline pri dizajniranju pretvornika. Najznačajniji izazovi pri dizajniranju prekidačkog istosmjernog pretvornika su: postizanje visoke djelotvornosti (uobičajeno više od 80%), održavanje vođenih i zračenih smetnji na niskom nivou (usklađeno sa regulacijama Europske Unije) i osiguranje pouzdanosti dizajna (potrebno je osigurati da su električke i termalne karakteristike su unutar dozvoljenog radnog područja elektroničkih elemenata).

Motivacija

Smanjenje energetskog inteziteta (energija potrebna za proizvodnju jedinice ekonomskog pokazatelja) za 15,5% u Europskoj uniji (EU) između 2000. i 2011. između ostalog je rezultat napretka vezanog uz proizvodnju energije. S nastavkom navedenog trenda kao i postizanja najvažnijih ciljeva EU do 2020. s obzirom na energetsku učinkovitost dizajn učinkovitih napajačkih sklopova za moderne elektroničke uređaje visoke potrošnje kao i prijenosne elektroničke uređaje postao je izuzetno značajan. S ciljem postizanja maksimalne djelotvornosti optimiranjem prekidačkih istosmjernih pretvornika nužno je provesti sveobuhvatnu teoretsku i eksperimentalnu analizu njihovog rada.

Ciljevi

1. Prvi cilj predloženog projekta je razvoj integriranog sinkronog prekidačkog istosmjernog pretvornika s mogućnosti podešavanja mrtvog vremena s visokom preciznosti s ciljem optimiranja djelotvornosti bez ugrožavanja pouzdanosti dizajna.

2. Sljedeći cilj je dizajn i izrada sveobuhvatnog sistema za karakterizaciju zavojnica snage u prekidačkim istosmjernim pretvornicima. Karakterizacija će biti provedena za različite režime rada (prekidačka frekvencija, faktor popunjenosti signala, istosmjerna i izmjenična struja, temperatura okoline) s ciljem točne estimacije rada zavojnice s obzirom na gubitke snage i porast temperature.

3. Sljedeći cilj ovoga projekta je razvoj okruženja u simulatoru elektroničkih sklopova koji uzima u obzir elektromagnetske i termičke značajke dizajna. Očekivani rezultat je metoda bazirana na sklopovskim simulacijama najmanje 10 puta brža nego 3D elektromagnetski, termički ili višefizikalni simulatori. Predložena metoda omogućit će brži dizajn, analizu i elektromagnetsko-termičku kooptimizaciju prekidačkih istosmjernih pretvornika.

4. Sljedeći cilj je razvoj efikasnog modela baziranog na ekvivalentnim sklopovima koji omogućuje brze
statističke simulacije (npr. Monte Carlo analiza) u SPICE simulatoru elektroničkih sklopova čime će se omogućiti predviđanje utjecaja varijacije procesa proizvodnje na karakteristike prekidačkog istosmjernog pretvornika.

5. Sljedeći cilj je evaluacija visokonaponskih i visokofrekvencijskih prekidačkih istosmjernih pretvornika baziranih na GaN i SiC poluvodičkim elementima.

Projektom je predviđeno procesiranje dvije verzije integriranog prekidačkog istosmjernog pretvornika.