Jakub Zatoń, absolwent Wydziału Elektroniki, Fotoniki i Mikrosystemów zdobył I miejsce w Konkursie prac dyplomowych im. prof. Jerzego I. Skowrońskiego, organizowanym przez Polski Komitet Materiałów Elektrotechnicznych SEP.

Konkurs, w którym oceniane są prace z zakresu elektrotechnologii, wysokich napięć lub materiałów elektrotechnicznych, zorganizowano już po raz XXXIV. Jury przyznało ostatecznie trzy nagrody, a najwyżej oceniono pracę magisterską „Optimization of efficiency of high-power resonant LLC converter”, którą nasz absolwent przygotował pod opieką dr inż. Grzegorza Budzynia z Katedry Teorii Pola, Układów Elektronicznych i Optoelektroniki.

Praca koncentruje się na zbadaniu możliwości różnych metod prostowania stosowanych w przetwornicach DC/DC. Analizowany układ opiera się na rezonansowym obwodzie LLC (induktor-induktor-kondensator), który pozwala na osiągnięcie wyjątkowo wysokiej sprawności.

– Biorąc pod uwagę kwestie środowiskowe oraz duże zapotrzebowanie na wdrażanie odnawialnych źródeł energii, konwersja mocy staje się coraz ważniejsza – mówi Jakub Zatoń. – Implementacja przetwornic opierających się na podejściu rezonansowym, pozwala na minimalizowanie strat związanych z przekształcaniem mocy, co idealnie wpisuje się w definicję proekologiczności. W celu uzyskania najlepszej wydajności przeprowadzono optymalizację, obejmującą analizę i porównanie wpływu prostowania synchronicznego i pasywnego na skuteczność obwodu – dodaje.

Laureat przyznaje, że zainteresował się tym temat przede wszystkim ze względu na jego złożoność. Zagadnienie wymaga bowiem dogłębnego zrozumienia zarówno podstaw teoretycznych, jak i praktycznych aspektów projektowania przetwornic, w tym dostosowywania timingów, izolacji wysokonapięciowej oraz zaprojektowania odpowiedniego transformatora.

– To właśnie sprawiło, że uznałem to za świetną okazję do nauki i przełożenia teorii na praktykę, pozwalającą na zgłębienie podstaw przetwornic i jednocześnie podjęcie ambitnego wyzwania związanego z projektowaniem urządzenia o stosunkowo wysokiej mocy – wyjaśnia.

Analiza wyników pokazuje, że ogólna sprawność z wykorzystaniem prostowania synchronicznego poprawiła się o około 2 p.p. w porównaniu do konfiguracji pasywnej. Jest to szczególnie widoczne przy obciążeniu na poziomie 50%. Maksymalna sprawność wynosząca 96,33% została osiągnięta dla nominalnego napięcia wejściowego równego 320V.

– Można zauważyć, że profile sprawności dla napięcia wejściowego powyżej nominalnej wartości spadają, natomiast otrzymane krzywe sprawności dla diod prostowniczych są bardzo spójne i utrzymują zbliżoną wydajność w całym zakresie obciążenia, osiągając maksymalne wartości na poziomie 94% – tłumaczy absolwent W12. – Warto nadmienić, że przetwornica typu LLC, dzięki działaniu w trybie  ZVS (Zero Voltage Switching), pozwala osiągać sprawność powyżej 90% w całym zakresie pracy. Zatem, w przypadku urządzeń niskiej i średniej mocy, można stwierdzić, że dość skomplikowany koncept prostowania aktywnego jest zbędny, ze względu na stosunkowo niski przyrost ogólnej skuteczności – dodaje.

Należy jednak zaznaczyć, że w przypadku urządzeń wysokiej mocy, powinno się rozważyć implementację aktywnego układu, ponieważ kilka procent strat może przekładać się na setki watów odkładanych w układzie, skutkując znacznym wydzielaniem się ciepła oraz degradacją komponentów.

Chociaż Jakub Zatoń nie planuje kontynuacji badań na studiach doktoranckich, to podkreśla, że wiedza zdobyta w trakcie przygotowania pracy znalazła zastosowanie w prowadzonych przez nie projektach.

– Choć nie planuję doktoratu, to zamierzam dalej rozwijać się w tym obszarze, szczególnie biorąc pod uwagę dynamiczny rozwój przemysłu oraz elektroenergetyki – zaznacza.

Pełne wyniki konkursu na stronie Polskiego Komitetu Materiałów Elektrotechnicznych SEP.

mic