Worum gehts:
Die DAB benutzt eine Vollblocktaktung auf beiden Seiten. Diese beiden Blöcke können können unterschiedlich breit sein und gegeneinander verschoben sein.
Dies ist eine Arbeitspunktberechnung für eine DAB. Der Arbeitspunkt wird entweder über die Pulsverschiebung zwischen links und rechts bestimmt, oder über eine Sollleistung. Im ersten Fall stellt sich eine Leistung ein, im zweiten Fall wird die notwendige Verschiebung anhand der Sollleistung "ausprobiert".
Ein kritischer Punkt ist die "Null-Schaltzeit". Diese Zeit gibt an, wann zb die erste Brücke zuschaltet, nachdem die zweite abgeschaltet hat. Das ist dann gleichzeitig die Zeit vom "Nullstrom".
Bei Teillast kann diese Nullzeit erhöht werden um einen schöneren/besseren Stromverlauf zu bekommen.
Formelsatz:
Der erste Freiheitsgrad ist die Verschiebung der Blöcke (also links-rechts) zueinander. Dabei stellt sich eine unterschiedliche Wirkleistung in Abhängigkeit des Winkels über den Trafo ein. Bei einer Verschiebung von Null gibt es keine Wirkleistung. Die Phasenverschiebung sollte zwischen -30..30 Grad liegen. Je grüßer der Winkel bei Nennlast ist, umso mehr Streuung muss in den Trafo eingebaut werden. Dadurch steigt dann auch der Blindleistungsbedarf des Trafos und die AC-Ströme gehen hoch.
(1) \( phaseShift_{deg} = f(Wirkleistung) \)
An einem Trafo sollte die Primärspannung gleich der Sekundärspannung sein. Dies setzt die Grundschwingungsblindleistung zu Null. Der Trafo bekommt also von links und rechts die gleichen Spannungs-Zeit-Flächen. Hier muss natürlich noch die Übersetzung des Trafos berücksichtigt werden. Die Aussteuerung der Vollbrücke ist zwischen 0..1 definiert.
(2) \( v_{AC.left} = v_{AC.right} \cdot trafo_{ratio} \)
(2) \( v_{DC.left} \cdot a_{left} = v_{DC.right} \cdot a_{right} \cdot trafo_{ratio} \)
Der dritte Freiheitsgrad betrachtet die Kurvenform selber. Es geht hier um die "Null-Schaltzeit" (txRef_pu) zwischen dem Schalten der Pulse. Es muss immer einen (kurzen) Moment geben, in der die Spannung am Trafo rechts und links gleichzeitig Null ist. Die Länge dieses Zeitraumes kann man in [pu] des Gesamtzeitraumes bemessen. Ein Wert von 0.02 [pu] == 2% erscheint gut. Da die Nullzeit zweimal pro Grundschwingung auftritt, muss txRef_pu kleiner 0.5 sein.
(3) \(
a_{left} + a_{right} =
2 - txRef_{pu} \cdot 4 - \frac {\lvert phaseShift_{deg} \rvert }{ 90 }
\)
Durch (2) und (3) sind die Aussteuerungen der beiden Vollbrücken definiert. Es gibt jedoch Momente, vo allem bei Teillast oder bei starken Spannungsunsymmetrien, bei der die Pulse künstlich schmaler gemacht werden sollen. Um dies zu Erreichen kann die "Null-Schaltzeit" vergrößert werden. Hier bietet sich ein Lookup-Table an.
Steuersatz:
Der Steuersatz ist bei Vollblocktaktung zwar einfach, bietet aber trotzdem Fallstricke. Hier hat muss die Vollblocktaktung symmetrisch erfolgen. Der IGBT/MOSFET der DAB schaltet bei (praktisch) Null Strom ein, und bei Nennstrom aus. Es fallen also nur Ausschaltverluste und Durchlassverluste an. Jetzt gibt es aber zwei Nullvektoren bei einer Vollbrücke:
beide Schalter oben ein
beide Schalter unten ein
Die Ausschaltverluste treten immer dann auf, wenn in den Nullzustand "reingeschaltet" wird. Jetzt hat die DAB aber einmal positiven und einmal negativen Strom, wenn es zu diesem Abschaltvorgang kommt. Dadurch kommt es ( auf einen Schalter gesehen ) einmal zu einem echten Abschaltvorgang des IGBT/MOSFET und einem zu einem Abschaltvorgang der Diode. Der Abschaltvorgang der Diode macht aber nur sehr wenig Schaltverluste, so dass es zu einer Unsymmetrie der Schaltverluste kommt.
Um dennoch die Schaltverluste auf alle 4 Schalter zu symmetrieren, muss ein Doppelzyklus (also zwei Zyklen) der DAB gerechnet werden. Die Nullvektoren müssen während dieses Doppelzyklus durchgetauscht werden. Es muss jede Transtition in beiden Richtungen durchlaufen werden.
Zustandsreihenfolge der Schalter:
(00)
-
(10)
-
(11)
-
(01)
-
(11)
-
(10)
-
(00)
-
(01)
-
(00)
Verlustberechnung:
Die Verlustberechnung berücksichtigt die Schalt- und Durchlassverluste der IGBT/MOSFET. Die Diode wird mit dem selben Vt0/Rx wie der IGBT/MOSFET gerechnet. Als Basis der Schaltverluste bei Diodenkommutierung dienen pauschal 5% der Schaltverluste des IGBT/MOSFET.