Tudengivormeli FEST23 alalispingemuundur

Lõputöö eesmärgiks oli projekteerida tudengivormelile FEST 23 kaks erineva võimsusega alalispingemuundurit. Lisaks oli autoril plaanis katsetada erinevaid lahendusi, et muuta muundurit efektiivsemaks võrreldes eelmise hooajaga. Esimeses peatükis kirjeldati lühidalt tudengivormeli võistlussarja ning uusi reeglimuudatusi, mis annavad aluse uue alalispingemuunduri süsteemi loomisele.

Teises peatükis analüüsiti eelmise hooaja muundurit, et selgitada välja tema puudused ning uuriti erinevaid lahendusi, kuidas oleks võimalik muunduri efektiivsust parandada. Suurimateks muutusteks olid sujuvkäiviti ahela lisamine ning välimiste paisuvõimendite lisamine transistoride ette. Teises peatükis uuritakse välja, millist mikrokontrollerit hakatakse 504 W moodulil kasutama ning arvutatakse välja teoreetiline efektiivsus ning soojuskadu.

Kolmandas peatükis projekteeriti valmis kaks erineva võimsusega muundurit. Seejärel valmistati mõlemad muundurid ning asuti TTÜ jõuelektroonika laboris muundurite efektiivsust mõõtma. Pärast testimist töödeldi ning analüüsiti laborist saadud andmeid. Seejärel analüüsiti 504 W muunduri uute lahenduste toimimist. Pärast seda võrreldi 168 W muunduri puhul Si- ja GaN-transistoride erinevusi. Peatüki lõpus võrreldi selle aasta muundureid eelmise aasta muunduriga ning pakuti välja lahendusi, mida järgmisel hooajal katsetada.

Viimases peatükis kirjeldatakse lõputöö majandusliku poolt. Majanduslikus pooles uuritakse inseneri ajakulu süsteemi loomisel ning võrreldakse ostutoote ja isearendatud süsteemi hinda.

168 W muundur täitis oma eesmärki. 504 W muundur ei saavutanud disainitud võimsust, kuid jahutuskomponentide muutuste tõttu on vajaminev võimsus väiksem ning seetõttu on võimalik muundurit vormelis rakendada.

The main purpose of the thesis was to design two different DC-DC converters for the FEST 23 FS Team Tallinn formula car. The other goal was to research solutions, which could help improve converter´s efficiency. The first part describes Formula Student competition and it´s new rule changes, which gives an input for developing new DC-DC converters.

The second part analyses previous season´s converter to figure out main issues in the previous season and describes new solutions which could improve efficiency. The main improvements are precharge circuit and external gate drivers. There is also a topic which describes the process of choosing the MCU for the DC-DC Module. The last part of the topic is the part where theoretical efficiency and power losses are calculated.

The third part describes the designing process of the converters. Next topic describes the production and testing processes. The chapter ends with analysing the test results and comparing this year converters with previous year converter.

The last topic describes the economic part. In this topic the work hours of the engineer is calculated and there is a comparison table between bought product and self-developed product.

The 168 W DC-DC converter meets the requirements. 504 W converter did not achieve it´s designed maximum output power but can be used in the formula car, since the cooling system components have been replaced with lower power consumption components.