DAB:n modulaatioiden analysoiminen HIL-simulaatiossa ja laitteistolla

Abstract

Diplomityössä tutkitaan DAB:n modulaatioita käyttäen HIL-simulaatiolla ja laitteistolla tehtyä DAB:ia. HIL-simulaation malli on suunniteltu fyysisellä laitteistolla tehdyn DAB:n rajoituksien perusteella. Simulaatiota ja laitteistoa myös verrataan keskenään. Modulaatiot ovat valittu kirjallisuudesta ja ne vaihtelevat monimutkaisuuksillaan. Niitä ohjataan muuttamalla DAB:n kytkimien vaihesiirtoja sekä pulssileveyksiä, joita kutsutaan DAB:n vapausasteiksi. Modulaatioiden tavoite on useasti pienentää DAB:n muuntajassa tapahtuvaa virtarasitusta ja lisätä pehmeitä kytkeytymisiä silloissa.

Työssä käy ilmi, että modulaatioiden alkuperäisiä tutkimuksia on välillä haastavaa seurata, koska niistä löytyy usein virheitä. Myös modulaation toimivuutta on vaikea todeta, sillä tutkimukset tarjoavat usein vain muutaman kuvan muutamassa mittauspisteessä. Tästä huolimatta työssä on saatu usea modulaatio toimimaan.

Mittaustulosten analysoinnissa keskitytään pääasiassa virtarasitukseen sekä pehmeiden kytkeytymisten paikantamiseen. Työssä käy ilmi, että monimutkaisemmat modulaatiot pystyvät paremmin pienentämään häviöitä. Parhaimmat modulaatiot saavuttivat joissakin kohdissa melkein noin kolme kertaa pienemmän virtarasituksen heikoimpiin verrattuna ja jopa tuplasti enemmän pehmeitä kytkeytymisiä. Fyysisellä laitteistolla tehdyssä DAB:ssa on enemmän häviöitä verrattuna simulaatioon, eikä fyysisen laitteiston mittaaminen ole yhtä tarkkaa. HIL-simulaatiossa on taas mahdollista testata tehokkaasti ohjauksia, joita voi käyttää laitteistolla.

The master’s thesis studies DAB modulation methods using both a HIL simulation and a physical DAB setup. The HIL simulation model has been designed based on the limitations observed in the physical DAB hardware. The simulation and the hardware implementation are also compared with each other. The modulation methods have been selected from the literature and vary in their complexity. They are controlled by adjusting the phase shifts and pulse widths of the DAB switches, which are referred to as the degrees of freedom of the DAB. The objective of these modulation methods is often to reduce the current stress in the DAB transformer and to increase the number of soft switching events in the bridges.

The study reveals that following the original research on some modulation methods can be challenging, as these studies often contain errors. It is also difficult to verify the effectiveness of a modulation method, since the studies typically provide only a few figures and measurement points. Despite this, several modulation methods have been successfully implemented in this work.

In the analysis of the measurement results, the focus is mainly on current stress and the identification of soft switching instances. The study shows that more complex modulation methods are generally more effective in reducing losses. The best modulation methods achieved up to almost three times lower current stress compared to the weakest ones, and even twice as many soft switching events. The physical DAB setup exhibits higher losses compared to the simulation, and measurements from the hardware are less accurate. In contrast, the HIL simulation enables efficient testing of control strategies that can later be applied to the hardware implementation.