Master's Thesis

Vienna-type PFC rectifier

Final Thesis 21.35 MB

Author of thesis: Ing. Martin Hollý

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Petr Procházka, Ph.D.

Reviewer: Ing. Petr Huták, Ph.D.

Abstract:

This thesis deals with the design, implementation, and experimental verification of a~three-phase Vienna-type active PFC rectifier with a power rating of 15 kW. The rectifier is intended to provide controlled current consumption from the grid with a high~power factor and to generate a regulated DC-link voltage for a subsequent converter. The aim of the thesis is to analyse the properties of the Vienna PFC topology, derive the calculation relationships required for the design of the power stage, and design the main power components of the rectifier, including the cooling system. This design is followed by the development of the complete schematic, the design of the printed circuit board, the implementation of the prototype, and the gradual verification of its individual functional blocks. The thesis also includes the derivation and implementation of the control algorithm in the synchronized dq reference frame, the configuration of protection functions, and the experimental evaluation of the prototype operating characteristics. During the tests, the main evaluated quantities were the power factor, efficiency, DC-link voltage stability, power losses, thermal loading of the power stage, and the behaviour of the input inductor.

Keywords:

Vienna PFC, three-phase active rectifier, power factor correction, DC link, current control, SiC MOSFET

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student seznámil s komisi s cíli práce. Na úvod představil topologii měniče a požadované parametry, blokové schéma a 3D model DPS. Ukázal tak fotku výsledného prototypu včetně záběrů z termokamery. Vysvětlil princip funkce měniče na blokovém regulačním schématu. Na výsledných oscilogramech také spočítal celkový účiník lambda. Na otázky oponenta odpověděl.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií

Department

Department of Power Electrical and Electronic Engineering

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (MPC-SVE)

Composition of Committee

doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Bohuslav Bušov, CSc. (člen)
Ing. Petr Huták, Ph.D. (člen)
Ing. Dalibor Červinka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Ondřej Vítek, Ph.D. (místopředseda)

Supervisor’s report
Ing. Petr Procházka, Ph.D.

Předložená diplomová práce se zabývá návrhem, realizací a experimentálním ověřením třífázového aktivního usměrňovače typu Vienna pro výkonovou hladinu cca 15 kW a svým rozsahem plně pokrývá zadání, které zahrnovalo analýzu problematiky PFC a srovnání topologií, detailní návrh zvoleného řešení včetně výpočtů, návrh výkonové části, měření a řízení, návrh DPS, realizaci prototypu, implementaci řídicího algoritmu a experimentální ověření výsledných parametrů. Práce je zpracována na velmi dobré odborné úrovni, má přehlednou strukturu a obsahuje detailní návrhy a dimenzování jednotlivých obvodových prvků. Velmi pozitivně hodnotím zejména komplexnost řešení, které zahrnuje celý proces od počátečních výpočtů přes návrh hardware až po implementaci řízení a experimentální ověření. Za mimořádně hodnotnotnou považuji především praktickou realizaci funkčního prototypu Vienna PFC usměrňovače a jeho experimentální ověření, které potvrzuje správnost návrhu a dosažení kvalitních provozních parametrů, včetně vysoké účinnosti a účiníku. Student rovněž vhodně využil moderní výkonové prvky, navrhl kvalitní výkonovou část i desku plošných spojů a implementoval propracovaný systém měření a ochranných funkcí. Student splnil zadání práce v plném rozsahu a hodnotím ji stupněm A – výborně. Points proposed by supervisor: 95

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Petr Huták, Ph.D.

Práce zahrnuje:
•    analýzu problematiky PFC a srovnání topologií
•    detailní návrh Vienna usměrňovače včetně výpočtů
•    kompletní návrh výkonové části, měření a řízení
•    návrh DPS a realizaci funkčního prototypu
•    implementaci řídicího algoritmu
•    experimentální ověření parametrů
Za velmi hodnotnou považuji praktickou realizaci Vienna PFC měniče na úrovni funkčního prototypu a jeho experimentální ověření. Dále pak kvituji použití moderních prvků (SiC MOSFET, Schottky diody),kvalitní návrh DPS a výkonové části, propracovaný systém měření a ochranné funkce
Vlastní písemná práce je zpracována na velmi dobré technické úrovni- přehledná struktura kapitol, detailní návrhy obvodových prvků s jejich dimenzování.
Pozitivně hodnotím zejména komplexnost návrhu (výpočty → hardware → řízení → experiment). Práce má potenciál dalšího využití ve výzkumu i praxi.
Student splnil zadání práce v plném rozsahu. Topics for thesis defence:
  1. Je opravdu třeba měřit proudy ve všech fázích - nedochází ke kolizi ?
  2. Jak by se změnilo chování systému při výrazné nesymetrii napájecí sítě?
  3. Kde se měří výstupní proud a k čemu se jeho znalost využívá ?
Points proposed by reviewer: 99

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová