MA – Aufbau eines asymmetrischen CLLC-Wandlers mit Optimal Trajectory Control
Der CLLC-Resonanzwandler ist eine häufig verwendete Topologie für bidirektionale Ladeanwendungen im DC-Netz. Ein asymmetrischer Resonanztank könnte potenziell den Frequenzvariationsbereich der Pulsfrequenzmodulation (PFM) reduzieren, was die Gesamteffizienz verbessert. Die State-Plane-Analyse (SPA) kann für LLC-Resonanzwandler in Schaltnetzteilen verwendet werden, um die Trajektorien in einem 2D-State-Plane mit nur zwei Zustandsvariablen (normalisierter Strom der Resonanzinduktivität und normalisierte Spannung des Resonanzkondensators) darzustellen. Basierend auf der SPA kann die Optimal Trajectory Control (OTC) implementiert werden, um das dynamische Verhalten des Resonanzwandlers während Lastvariationen zu verbessern.
Die zuvor durchgeführten theoretischen Arbeiten zeigen, dass die Dynamik eines allgemeinen asymmetrischen CLLC-Wandlers mit 5 Zustandsvariablen vereinfacht und zu einem Ersatzschaltbild mit nur 2 Zustandsvariablen in einem 2D-State-Plane dargestellt werden kann. Szenarien der Trajektorie, wenn der Wandler bei, über und unterhalb der Resonanzfrequenz arbeitet, wurden ebenfalls diskutiert.
Schwerpunkte dieser Masterarbeit sind der Aufbau eines Prototyps eines asymmetrischen CLLC-Wandlers mit GaN-Schaltern und reduzierter Leistung sowie Implementierung von OTC und Validierung der in der theoretischen Analyse abgeleiteten und in der Simulation erzielten OTC- Performance. Die Auslegung des Resonanzkreises kann für spätere Anpassungen flexibel gehalten werden. Der OTC-Algorithmus sollte in einem Mikrocontroller implementiert und die Performance der Regelung mit konventionellen PI-Reglern verglichen werden. Für ungünstige Betriebspunkte, in denen die OTC ihre Grenzen hat, könnten innovative Lösungsideen getestet werden.
Bearbeiter: Patrik Heidt
Betreuer: Xiaotian Yang (IISB), Raffael Schwanninger
Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März