Search

© 2022 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting /republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works, This article proposes a novel device designated as an intelligent electronic fuse (iFuse) intended to be connected in series with any current-bidirectional voltage-unidirectional active switch present in a power converter. The iFuse duty is to selectively isolate its series-associated switch from the rest of the converter circuit immediately after detecting that this switch has failed in short circuit. Nonetheless, it maintains the reverse (free-wheeling) current path originally offered by the failed switch. The failure detection is typically performed when the failed switch causes a shoot-through event. Therefore, the iFuse is able to block large currents. The iFuse allows increasing the power-converter fault tolerance and reliability with regard to switch short-circuit failures (SCFs), as in converters featuring switches in parallel, redundant legs, and multilevel neutral-point-clamped topologies. The reliability model analysis of a two-level converter leg with two parallel switches per position reveals that its reliability can be increased up to four times when an iFuse is implemented in series with each switch. The iFuse device feasibility and good performance are verified through experimental tests, proving that it can detect and isolate the associated-switch failure in 6 µs , while stopping short-circuit currents of up to 1 kA without incurring in harmful di / dt values., Peer Reviewed, Postprint (author's final draft)

Objectius de Desenvolupament Sostenible::9 - Indústria, Innovació i Infraestructura::9.5 - Augmentar la investigació científica i millorar la capacitat tecnològica dels sectors industrials de tots els països, en particular els països en desenvolupament, entre d’altres maneres fomentant la innovació i augmentant substancialment, d’aquí al 2030, el nombre de persones que treballen en el camp de la investigació i el desenvolupa­ment per cada milió d’habitants, així com la despesa en investigació i desenvolupament dels sectors públic i privat

This paper studies a multilevel multiphase dc-ac conversion system configured by a neutral-point-clamped converter fed by multiple battery packs connected in series. A virtual-vector modulation is selected and a state-of-charge (SoC) balancing control is designed to be able to employ the full battery bank capacity, even under different battery initial SoC values or different battery nominal capacities. The SoC balancing among battery packs is accomplished through the multilevel converter operation in a lossless manner, by simply distributing the dc-to-ac power flow among the batteries according to their SoC. A simple average system model is also presented, which allows performing very fast system simulations over long periods of time and serves as a convenient tool to tune the compensator parameters. The satisfactory performance of the proposed system configuration and control, which can be applied with any number of levels and phases, has been verified through simulations and experiments in a four-level three-phase dc-ac converter fed by three lithium-ion battery packs. The results prove the feasibility and advantages of the proposed system configuration, which can be used to implement conversion systems with different specifications combining several instances of a standard battery pack and a standard power semiconductor device, Peer Reviewed, Postprint (updated version)

En el present Treball de Fi de Grau s’explica el procés per implementar un banc de proves d’un convertidor de potència contínua-alterna multinivell, concretament de la topologia Extended Multilevel Active Clamped. A l’inici del treball es disposava del prototip del convertidor ja dissenyat i construït, i de la modulació, aspectes que no formen part del present treball però sí del projecte d’investigació en el que s’emmarca, dut a terme pel Grup de Recerca en Electrònica de Potència a l’ETSEIB. El treball realitzat, doncs, comença a partir d’aquest punt i consisteix en diverses tasques dutes a terme per deixar el banc de proves operatiu, així com, posteriorment, la realització d’un seguit de proves representatives per obtenir les dades necessàries per comprovar el funcionament i les possibles millores del control proposat pel GREP. Aquestes tasques es poden dividir en tres grans grups, dels que se’n deriven els objectius del treball, i per tant, també la seva estructura. El primer objectiu és aconseguir la captura automatitzada de les dades de tots els dispositius de mesura del sistema, com l’oscil·loscopi, els sensors i la càmera tèrmica. Aquest és el primer gran apartat d’aquest document, que explica pas a pas el procediment dut a terme per aconseguir un seguit de programes per capturar les dades necessàries de forma automàtica i còmoda. El segon objectiu és donar suport al GREP en la preparació dels diferents elements del banc de proves i en la conducció final de les proves representatives. En aquest document es divideixen aquestes dues parts, primer exposant les modificacions i addicions fetes al sistema per deixar-lo operatiu, i després descrivint les diferents proves i com es van dur a terme. Finalment, el tercer objectiu és processar les dades obtingudes a les proves de forma que es puguin veure els resultats de forma gràfica d’una manera ràpida i còmoda al final de cada prova, per saber si hi ha hagut algun error o poder comparar resultats immediatament. Per