Detail předmětu

Výkonová elektronika M2

FEKT-MPC-VE2Ak. rok: 2025/2026

Magnetické obvody ve výkonové elektronice. Optimální návrh tlumivek na feromagnetickém jádře. Transformátor napětí, transformátor proudu - teorie, návrh. Výkonové impulsní transformátory. Stejnosměrné síťové napaječe výkonových měničů (usměrňovače - včetně korektorů účiníku). Výkonové měniče s impulsním transformátorem (spínané zdroje). Řídicí obvody, budiče tranzistorů, snímání proudu pro zpětnovazební regulaci. Elektromagnetická kompatibilita (EMC). Základy návrhu plošných spojů pro výkonovou elektroniku.

Osnova:

Magnetické jevy ve výkonové elektronice, magnetické materiály (jádra).

Optimální návrh tlumivek na feromagnetickém jádře se vzduchovou mezerou.

Transformátor napětí, transformátor proudu - teorie, návrh. Výkonové impulsní transformátory.

Spínané zdroje (napaječe, nabíječe) - základní principy a požadavky.

Síťové usměrňovače, obvody pro korekci účiníku (PFC) - pasivní a aktivní, 1f/3f.

Jednočinný propustný měnič.

Dvojčinný propustný měnič.

Rezonanční měniče. Moderní polovodiče SiC, GaN.

Řídicí obvody pro měniče s transformátorem (spínané zdroje).

Budiče tranzistorů.

Snímače proudu pro výkonovou elektroniku.

Elektromagnetická kompatibilita (EMC).

Základní principy návrhu plošných spojů (DPS) pro výkonovou elektroniku.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

Garant předmětu

Ing. Petr Procházka, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky (UVEE)

Vstupní znalosti

Z oblasti aplikované matematiky musí mít student tyto předchozí znalosti:
- Využívat a aplikovat matematické operace s komplexními čísly ve složkovém i polárním tvaru (sčítání, odečítání, násobení, dělení dvou čísel, absolutní hodnota, usměrňování komplexního zlomku).
- Aplikovat základní principy integrálního a diferenciálního počtu funkce jedné proměnné:
- popis funkce cívky, tj. indukční zákon v diferenciálním a integrálním tvaru,
- podobně vztah mezi okamžitými hodnotami proudu a napětí na kondenzátoru v dif. a integr. tvaru,
- výpočet střední a efektivní hodnoty periodické funkce.

Student, který si zapíše předmět, musí mít tyto předchozí obecné znalosti:
- Popsat základní vlastnosti diskrétních elektronických součástek (diod, bipolárních a unipolárních tranzistorů).
- Absolvovat předmět BREB (Řídicí elektronika).
- Prakticky umět využívat a aplikovat následující nástroje pro analýzu a syntézu elektrických obvodů:
- 1. Kirchhoffův zákon,
- 2. Kirchhoffův zákon,
- Ohmův zákon,
- Indukční zákon v diferenciálním i integrálním tvaru.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

15 bodů za písemný test v 8. týdnu semestru.
15 bodů za písemný test ve 13. týdnu semestru.

Udělení zápočtu je podmíněno dosažením minimálně patnácti bodů z výše uvedených třiceti dosažitelných bodů.

70 bodů u závěrečné zkoušky. (7 příkladů po 10 bodech.)
100 bodů celkem.

Účast na všech numerických a laboratorních cvičeních je povinná.

Učební cíle

Znalost DC/DC měničů s transformátorem, spínaných zdrojů a související problematiky. Dobrá znalost návrhu všech magnetických obvodů ve výkonové elektronice.

Absolvent předmětu bude schopen:

- Definovat lineární magnetický obvod a jeho náhradní elektrické schéma. Určit význam permeability. Definovat všechny magnetické veličiny a určit vztahy mezi nimi.

- Vyjmenovat základní druhy a vlastnosti feromagnetických materiálů.

- Navrhnout a spočítat tlumivku s feromagnetickým jádrem a vzduchovou mezerou.

- Analyzovat a navrhnout transformátor napětí. Určit proudový a napěťový přenos.

- Analyzovat a navrhnout transformátor proudu. Určit chybu měření.

- Popsat základní typy, vlastnosti a specifika moderních výkonových spínacích polovodičů (Si, SiC, GaN)

- Popsat jednočinný a dvojčinný propustný měnič s transformátorem. Určit časové průběhy proudů a napětí.

- Popsat jednočinný blokující měnič s transformátorem. Určit časové průběhy proudů a napětí.

- Popsat základní výhody a nevýhody rezonančních měničů.

- Popsat strukturu řídicích obvodů pro spínané zdroje.

- Popsat snímače proudu pro ss. a stř. proud.

- Popsat vznik a způsob potlačení rušivého vyzařování u pulzních měničů.

- Definovat základní požadavky návrhu plošných spojů (DPS) pro výkonovou elektroniku.

Základní literatura

Abraham Pressman, Keith Billings, Taylor Morey, Switching Power Supply Design, ISBN 978-0071482721 (CS)
Caha Z., Černý M.: Elektrické pohony. SNTL, 1990. (CS)
Chee-Mun Ong: Dynamic Simulation of Electric Machinery. Prentice-Hall, 1998. (EN)
Patočka M.: Vybrané statě z výkonové elektroniky, sv.I. (CS)
Patočka M.: Vybrané statě z výkonové elektroniky, sv.II. (CS)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

Program MPC-SVE magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný, je součástí profilujícího základu

Typ (způsob) výuky

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jan Martiš, Ph.D.

Osnova

1. Odlehčovací obvody výkonových spínacích tranzistorů.
2. Stejnosměrné síťové napaječe výkonových měničů.
3. Elektromagnetická kompatibilita (EMC) v nf. oblasti.
4. Elektromagnetická kompatibilita (EMC) ve vf. oblasti.
5. Magnetické jevy ve výkonové elektronice.
6. Optimální návrh tlumivek na feromagnetickém jádře se vzduchovou mezerou.
7. Optimální návrh vzduchových cívek a reaktorů.
8. Transformátory: matematické modely, ekvivalentní zapojení, náhradní zapojení.
9. Transformátor napětí, transformátor proudu. Výkonové impulsní transformátory.
10. Výkonové měniče s impulsním transformátorem (spínané zdroje).
11. Jednočinný propustný měnič.
12. Dvojčinný propustný měnič.
13. Snímače proudu. Rogowského cívka.

Cvičení odborného základu