Document details

Fault Tolerant DC-DC Converters

Author(s): Bento, Fernando José Figueiredo

Date: 2016

Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.6/5801

Origin: uBibliorum

Subject(s): Conversores Dc-Dc; Dc@Home; Deteção de Falhas; Fiabilidade; Tolerância A Falhas; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática; Domínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia Eletrotécnica, Eletrónica e Informática


Description

Technology advancement verified in recent times is flagrant, specially in our home appliances. This advancement brought to us new electronic equipment and other DC-compatible appliances with improved capability for energy management, using electronic converters for such purpose. These loads have in common the fact that, at a certain point, they need to transform the AC energy of the grid to DC. Furthermore, an important increase in the distributed generation of energy has been witnessed. The majority of these systems produce energy in DC. These two statements, combined with the increased pressure related to the need of energy efficient systems, will certainly trigger, in a near future, the adoption of district-scale DC grids that connect DC generation plants and consumers, in an effort to reduce the number of conversion steps required to deliver power to a DC appliance and, at the same time, limit power losses arising from the energy transportation using conventional AC grids. In a future where DC grids will be used, several DC voltage levels will be required to allow the connection of the different load profiles that require DC. The inclusion of DC-DC converters will allow the creation of these voltage levels. The reliability of such converters plays a key role, as it ensures service continuity for the DC loads connected to them and, at the same time, preserve the quality of the energy delivered by these converters. With the reliability levels increase as a goal, this work uses an open-circuit fault-diagnostic method suitable for several DC-DC converter topologies. After detecting an open-circuit fault in any of the converter power switches, the control of the converter is re-adapted in order to minimize the adverse impacts of an open-circuit fault, namely the increase of the current ripple. To verify the effectiveness of these strategies, laboratory tests were conducted, using a three-phase interleaved boost converter prototype connected to a resistive load.

O avanço da tecnologia verificado nos últimos tempos é notório, sobretudo nas cargas utilizadas em nossas casas. Esse avanço trouxe até às nossas habitações novos equipamentos eletrónicos e outras cargas compatíveis com DC, que fazem uma gestão mais eficiente da energia, recorrendo a conversores eletrónicos de potência para esse efeito. Estas cargas têm como denominador comum o facto de necessitarem, em determinado ponto, de retificar para DC a energia AC absorvida da rede elétrica. Por outro lado, assistiu-se ao crescimento significativo do número de sistemas de microgeração de energia. A grande maioria destes sistemas produz energia DC. Estas duas constatações, aliadas à crescente pressão relacionada com a necessidade de sistemas eficientes em termos energéticos, levarão a que, num futuro próximo, redes DC à escala de bairros sejam implementadas, permitindo assim a ligação de instalações de micro-geração a cargas DC, dentro do mesmo bairro, como uma forma de reduzir o número de passos de conversão de energia, bem como as perdas no transporte dessa energia através de redes AC convencionais. Num futuro em que redes DC serão utilizadas, é essencial a criação de vários níveis de tensão que permitam a ligação dos diferentes tipos de cargas alimentadas a partir de DC. Apenas os conversores eletrónicos DC-DC permitem produzir os diferentes níveis de tensão necessários. A fiabilidade desses conversores torna-se, por isso, num fator de importância extrema na continuidade do fornecimento de energia às cargas a eles ligadas e, ao mesmo tempo, na manutenção da qualidade da energia entregue por parte desses conversores a essas mesmas cargas. Com o aumento da fiabilidade destes conversores em mente, este trabalho aplica uma forma de deteção de falhas por circuito aberto nos semicondutores de potência, aplicável em diversas topologias de conversores DC-DC. Após a deteção de uma falha de circuito aberto em qualquer um dos IGBTs do conversor, são realizadas ações de reconfiguração, que não são do mais que alterações no controlo do conversor que permitirão reduzir os impactos dessa falha, como por exemplo o aumento do ripple na corrente. De forma a verificar a efetividade destes métodos, foram efetuados ensaios experimentais, recorrendo a um protótipo do interleaved DC-DC boost converter de três fases, ligado a uma carga resistiva.

Document Type Master thesis
Language English
Advisor(s) Cardoso, António João Marques
Contributor(s) Bento, Fernando José Figueiredo
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