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Commit 3cd6e4db authored by tobiglaser's avatar tobiglaser
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......@@ -7,7 +7,10 @@
\acro{MOSFET}{Metal Oxide Semiconductor Field Effekt Transistor}
\acro{IC}{Integrated Circuit}
\acro{EDA}{Electronic Design Automation}
\acro{IPC}{Association Connecting Electronics Industries}
\acro{DCM}{Discontinuous Conduction Mode}
\end{acronym}
\acused{MOSFET}\acused{MOSFETs}
\acused{IC}\acused{ICs}
\acused{IPC}\acused{IPCs}
% https://strobelstefan.de/2021/07/25/latex-glossar-und-abkuerzungsverzeichnis-erstellen/
\ No newline at end of file
......@@ -21,6 +21,8 @@
\usepackage[printonlyused]{acronym}
\usepackage[nottoc]{tocbibind}
\usepackage{hhline}
\usepackage{pdfpages}
\usepackage{lscape}
%\usepackage{hyperref}
\usepackage{tikz} %Ein umfangreiches Paket für Graphiken: Nur für Fans
......
File added
File added
import matplotlib.pyplot as p
from math import *
v = []
cap = []
samples = 200
limit = 0.000040
resolution = limit / samples
first = True
CbulkFile = open(".\CbulkPlot.txt", 'w')
CbulkFile.write("C_Bulk\tU_Bulk\n")
for i in range(samples):
c = i * resolution
if c != 0:
a = (2*120*120)
b = ((8.8235 * (1 - 0.2))/(c * 60))
if a > b:
voltage = sqrt(a -b)
cap.append(c)
v.append(voltage)
CbulkFile.write(str(c * 1000000) + "\t" + str(voltage) + "\n")
if first == True:
print("lowest Voltage: " + str(voltage) + " V")
CbulkFile.close()
p.plot(cap, v)
p.show()
C_Bulk U_Bulk
4.2 28.087165910587956
4.4 45.41058480267806
4.6 56.78589332888424
4.800000000000001 65.500212043762
5.0 72.59935720560253
5.2 78.58524687014113
5.400000000000001 83.74712082760568
5.6000000000000005 88.27041784576907
5.800000000000001 92.28267418114295
6.0 95.87607742404892
6.200000000000001 99.11978199529952
6.4 102.06717559202535
6.6000000000000005 104.7604289545794
6.800000000000001 107.23348174820745
7.000000000000001 109.51407824263205
7.2 111.62519959751556
7.4 113.5860986291976
7.6000000000000005 115.41306441905307
7.8 117.11999836532623
8.000000000000002 118.71885556501405
8.200000000000001 120.21998805712504
8.4 121.63241527012627
8.600000000000001 122.96403961630283
8.8 124.22182016884396
9.0 125.4119139003474
9.2 126.53979153048937
9.400000000000002 127.61033329288256
9.600000000000001 128.6279086702761
9.8 129.59644321985886
10.0 130.51947491977333
10.200000000000001 131.4002019476965
10.4 132.24152340630576
10.6 133.04607420602542
10.800000000000002 133.8162550793318
11.000000000000002 134.55425851621527
11.200000000000001 135.2620912648231
11.4 135.94159392571623
11.600000000000001 136.59445807576344
11.8 137.22224128334614
12.0 137.82638031636435
12.200000000000001 138.40820279554566
12.400000000000002 138.96893750546505
12.600000000000001 139.50972354270854
12.8 140.03161845335742
13.000000000000002 140.53560548934357
13.200000000000001 141.02260009435983
13.4 141.49345571421404
13.600000000000001 141.9489690132393
13.800000000000002 142.38988456717402
14.000000000000002 142.81689909344297
14.200000000000001 143.2306652717162
14.4 143.63179520075838
14.600000000000001 144.02086353171228
14.8 144.39841031292866
15.000000000000002 144.76494357712744
15.200000000000001 145.12094169794463
15.400000000000002 145.4668555396935
15.6 145.80311042137274
15.8 146.13010791352534
16.000000000000004 146.44822748443676
16.2 146.75782801031272
16.400000000000002 147.0592491624639
16.6 147.35281268310587
16.8 147.63882356014025
17.0 147.91757111018708
17.200000000000003 148.18932997817302
17.400000000000002 148.4543610609256
17.6 148.71291236147016
17.8 148.96521978005418
18.0 149.21150784733084
18.200000000000003 149.45199040460264
18.4 149.68687123555577
18.6 149.91634465349412
18.800000000000004 150.14059604770551
19.0 150.35980239225708
19.200000000000003 150.5741327202134
19.400000000000002 150.78374856600138
19.6 150.98880437840103
19.8 151.18944790642354
20.0 151.38582056013922
20.200000000000003 151.57805774833994
20.400000000000002 151.76628919476062
20.6 151.95063923443706
20.8 152.13122709164696
21.000000000000004 152.3081671407603
21.2 152.4815691512178
21.400000000000002 152.6515385177562
21.600000000000005 152.81817647691128
21.8 152.98158031074556
22.000000000000004 153.14184353867574
22.2 153.29905609820497
22.400000000000002 153.45330451530415
22.6 153.60467206512953
22.8 153.7532389237123
23.000000000000004 153.8990823112077
23.200000000000003 154.0422766272485
23.400000000000002 154.18289357890737
23.6 154.3210023017361
23.800000000000004 154.45666947431582
24.0 154.589959426722
24.200000000000003 154.72093424327863
24.400000000000002 154.8496538599504
24.6 154.9761761566976
24.800000000000004 155.1005570450955
25.0 155.2228505515001
25.200000000000003 155.34310889602241
25.400000000000002 155.46138256755685
25.6 155.57772039509172
25.800000000000004 155.69216961551587
26.000000000000004 155.80477593812137
26.200000000000003 155.9155836059883
26.400000000000002 156.02463545442708
26.6 156.1319729666417
26.8 156.23763632676707
27.000000000000004 156.34166447042426
27.200000000000003 156.4440951329285
27.400000000000002 156.54496489527622
27.600000000000005 156.64430922802964
27.8 156.74216253321097
28.000000000000004 156.83855818431044
28.2 156.93352856450676
28.400000000000002 157.02710510319295
28.600000000000005 157.1193183108945
28.8 157.21019781266193
29.000000000000004 157.2997723800152
29.200000000000003 157.3880699615128
29.400000000000002 157.4751177120141
29.6 157.5609420207002
29.800000000000004 157.64556853791373
30.000000000000004 157.72902220087605
30.200000000000003 157.8113272583357
30.400000000000002 157.89250729420039
30.600000000000005 157.97258525020032
30.800000000000004 158.05158344762964
31.0 158.12952360820904
31.2 158.20642687411123
31.400000000000006 158.28231382718766
31.6 158.35720450743403
31.8 158.4311184307292
32.00000000000001 158.50407460588093
32.2 158.57609155100968
32.4 158.64718730930045
32.6 158.71737946415092
32.800000000000004 158.78668515374272
33.0 158.8551210850613
33.2 158.92270354738886
33.400000000000006 158.9894484252928
33.6 159.05537121113235
33.800000000000004 159.12048701710336
34.0 159.18481058684156
34.2 159.24835630660297
34.400000000000006 159.31113821603913
34.6 159.3731700185845
34.800000000000004 159.4344650914721
35.00000000000001 159.49503649539275
35.2 159.5548969838129
35.4 159.6140590119647
35.6 159.672534745522
35.800000000000004 159.73033606897482
36.0 159.78747459371476
36.2 159.84396166584244
36.400000000000006 159.89980837370857
36.6 159.9550255551988
36.8 160.00962380477284
37.00000000000001 160.06361348026715
37.2 160.11700470947056
37.4 160.16980739648164
37.60000000000001 160.22203122785623
37.800000000000004 160.27368567855316
38.0 160.32478001768567
38.2 160.37532331408636
38.400000000000006 160.42532444169225
38.6 160.47479208475684
38.800000000000004 160.52373474289575
39.00000000000001 160.57216073597192
39.2 160.62007820882644
39.400000000000006 160.66749513586066
39.6 160.7144193254749
39.800000000000004 160.76085842436908
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}
[
xlabel={$C_{Bulk} / \si{\micro\farad}$},
ylabel={$V_{DC,min} / \si{\volt}$},
xmin=0,
xmax=40,
ymin=28,
ymax=175,
grid=both,
minor tick num=1,
]
\addplot[red, thick]table {Bilder/CbulkPlot.txt};
\end{axis}
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
File added
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}
[
xlabel={$Zeit / \si{\milli\second}$},
ylabel={$Spannung / \si{\volt}$},
xmin=0,
xmax=20,
ymin=0,
ymax=380,
]
\addplot[green]table {Bilder/VinPlot.txt};
\addplot[red, thick]table {Bilder/VbulkPlot.txt};
\draw[dashed]
(0,325) node[above, xshift=2em] {$V_{DC,max}$} -- (20, 325);
\draw[dashed]
(0,265) node[below, xshift=2em] {$V_{DC,min}$} -- (20, 265);
\draw[dashed]
(5,0) -- (5,325);
\draw[dashed]
(15,0) -- (15,325);
\draw[dashed, <->]
(5,100) node[above, xshift=2em] {$T$} -- (15,100);
\draw[dashed]
(13,0) -- (13,325);
\draw[dashed, <->]
(13,150) node[left] {$T_{Charge}$} -- (15,150);
\end{axis}
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
Zeit Spannung
0.0 288
0.1 287.25
0.2 286.5
0.30000000000000004 285.75
0.4 285.0
0.5 284.25
0.6000000000000001 283.5
0.7 282.75
0.8 282.0
0.9000000000000001 281.25
1.0 280.5
1.1 279.75
1.2000000000000002 279.0
1.3000000000000003 278.25
1.4 277.5
1.5 276.75
1.6 276.0
1.7000000000000002 275.25
1.8000000000000003 274.5
1.9 273.75
2.0 273.0
2.1 272.25
2.2 271.5
2.3 270.75
2.4000000000000004 270.0
2.5 269.25
2.6000000000000005 268.5
2.7 267.75
2.8 267.0
2.9000000000000004 266.25
3.0 265.5
3.1000000000000005 268.8011866392327
3.2 274.40657578815495
3.3 279.74115877628174
3.4000000000000004 284.79967101425564
3.5 289.57712036121956
3.6000000000000005 294.06879205145646
3.7 298.27025334729393
3.8 302.1773579136817
3.9000000000000004 305.7862499101233
4.0 309.0933677959249
4.1000000000000005 312.0954478450065
4.2 314.78952736680515
4.3 317.1729476300929
4.4 319.2433564868238
4.500000000000001 320.99871069341975
4.6 322.4372779272053
4.7 323.557638496001
4.800000000000001 324.3586867391883
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12.100000000000001 199.19479243721747
12.200000000000001 207.16279666832423
12.3 214.92635623018688
12.400000000000002 222.47780942682402
12.5 229.8097038856279
12.6 236.91480391195887
12.700000000000001 243.78609762989942
12.8 250.4168039021315
12.9 256.8003790220993
13.000000000000002 262.9305231718578
13.100000000000001 268.80118663923264
13.2 274.4065757881548
13.3 279.7411587762817
13.4 284.79967101425564
13.5 289.57712036121956
13.600000000000001 294.06879205145657
13.700000000000001 298.2702533472938
13.8 302.1773579136818
13.9 305.7862499101234
14.0 309.09336779592496
14.100000000000001 312.0954478450066
14.200000000000001 314.78952736680515
14.3 317.172947630093
14.400000000000002 319.24335648682387
14.5 320.99871069341975
14.6 322.4372779272053
14.700000000000001 323.557638496001
14.8 324.3586867391883
14.9 324.83963211886277
15.000000000000002 325.0
15.100000000000001 324.8396321188627
15.2 324.3586867391883
15.3 323.55763849600095
15.4 322.4372779272053
15.5 320.99871069341975
15.600000000000001 319.2433564868238
15.700000000000003 317.1729476300929
15.8 314.789527366805
15.9 312.0954478450065
16.0 309.09336779592473
16.1 305.78624991012333
16.2 302.1773579136816
16.3 298.27025334729376
16.400000000000002 294.0687920514562
16.5 289.57712036121944
16.6 284.7996710142556
16.7 279.7411587762816
16.8 274.40657578815456
16.900000000000002 268.80118663923264
17.0 262.93052317185766
17.1 256.80037902209943
17.2 250.41680390213128
17.3 243.78609762989956
17.400000000000002 236.9148039119586
17.5 229.8097038856278
17.6 222.47780942682374
17.7 214.9263562301868
17.8 207.16279666832418
17.9 199.1947924372174
18.000000000000004 191.03020699505336
18.1 182.67709780194258
18.2 174.14370836817358
18.3 165.43846011887092
18.4 156.56994408305727
18.500000000000004 147.54691241535204
18.6 138.3782697586485
18.700000000000003 129.07306445630311
18.8 119.64047962252035
18.9 110.08982407971975
19.0 100.43052317185803
19.1 90.67210946274967
19.200000000000003 80.82421332857747
19.3 70.8965534538766
19.400000000000002 60.89892724036028
19.5 50.84120113807543
19.599999999999998 40.73330090839877
19.700000000000003 30.585201828516524
19.8 20.40691884702685
19.900000000000002 10.20849670039118
import matplotlib.pyplot as p
from math import *
#from labellines import labelLine, labelLines
duration = 0.02 #s
samples = 200
timePerSample = duration / samples
frequency = 50 #Hz
omega = 2 * pi * frequency
vpeak = 325 #V
load = 150 #W
vAtZeroCrossing = 288
time = []
vrect = []
vbulk = []
loading = False
bulkFile = open(".\VbulkPlot.txt", 'w')
bulkFile.write("Zeit\tSpannung\n")
VinFile = open(".\VinPlot.txt", 'w')
VinFile.write("Zeit\tSpannung\n")
# https://github.com/cphyc/matplotlib-label-lines
for i in range(samples):
t = i * timePerSample
time.append(t)
v = abs(vpeak * sin(omega * (t + 0.01)))
vrect.append(v)
if i == 0:
vbulk.append(vAtZeroCrossing)
elif v < vbulk[i-1]:
vbulk.append(vbulk[i-1] - (load / samples))
loading = False
elif v >= vbulk[i-1]:
vbulk.append(v)
if loading == False:
loading = True
print("uponLoad: " + str(vbulk[i-1]) + " V")
print("uponLoad: " + str(time[i-1]) + " s")
if v > 324:
print("Vmax: " + str(t) + "s")
if v <= 0.2:
print("V at zero crossing:")
print(vbulk[i])
bulkFile.write(str(t * 1000) + "\t" + str(vbulk[i]) + "\n")
VinFile.write(str(t * 1000) + "\t" + str(v) + "\n")
bulkFile.close()
VinFile.close()
p.plot(time, vrect, '--g', time, vbulk, 'b')
p.show()
......@@ -6,11 +6,11 @@ Mit der hier umgesetzten, passiven Gleichrichtung ist absehbar,
dass der Leistungsfaktor der Schaltung sehr schlecht ausfallen wird.
Dies könnte durch ein Netzfilter erheblich verbessert werden.
Ebenso könnte so verhindert werden, dass hochfrequente Störungen in das Netz eingebracht werden.
Die Umsetzug eines solchen Filters liegt aber nicht im Rahmen dieser Arbeit.
Die Umsetzug eines solchen Filters liegt nicht im Rahmen dieser Arbeit.
\subsection{Gleichrichter}\label{sec:dim-fbr}
Als Gleichrichter kommt ein Brückengleichrichter zum Einsatz.
Es kommt ein Brückengleichrichter zum Einsatz.
Dieser muss den Spitzenwert der Eingangsspannung blocken können.
\begin{equation}
......@@ -27,27 +27,6 @@ beide Eigenschaften auf.
\subsubsection{Auslegung der Kapazität}
In \cite{Infineon-QR-Paper_2-9} wird Tabelle \ref{tab:Cbulk-empfehlung} zur Auslegung von $C_{Bulk}$ angegeben,
die als Ausgangspunkt dienen kann.
\begin{table}[h]
\begin{center}
\begin{tabular}{|c|c|}
\hline
Effektivspannung $V_{AC}$ & Kapazität \\
\hhline{|=|=|}
\SI{115}{\volt} & \SI{2}{\micro\farad} / \si{\watt} \\
\hline
\SI{115}{\volt} & \SI{1}{\micro\farad} / \si{\watt} \\
\hline
\SIrange{85}{265}{\volt} & \SIrange{2}{3}{\micro\farad} / \si{\watt} \\
\hline
\end{tabular}
\caption{Empfehlung für Zwischenkreiskapazität aus \cite{Infineon-QR-Paper_2-9}}
\label{tab:Cbulk-empfehlung}
\end{center}
\end{table}
Die Spannweite der Zwischenkreisspannung $V_{DC}$ kann wie folgt berechnet werden.
Das Maximum $V_{DC,max}$ ergibt sich aus dem Spitzenwert der gleichgerichteten Netzspannung.
......@@ -58,9 +37,17 @@ Das Maximum $V_{DC,max}$ ergibt sich aus dem Spitzenwert der gleichgerichteten N
Der Minimalwert der Zwischenkreisspannung $V_{DC,min}$ ist davon abhängig wie weit der Pufferkondensator $C_{Bulk}$ während einer Halbwelle entladen wird.
Umso größer $C_{Bulk}$ ist, umso stabiler ist $V_{DC}$ und umso weniger bricht die Spannung während des Entladens ein.
Ein entsprechender Verlauf ist in Abb. \ref{fig:V-Bulk} abgebildet.
$V_{DC,min}$ kann mit folgender Formel aus \cite{Infineon-QR-Paper_2-9} ermittelt werden.
Der Ladezyklus $d_{charge}$ kann dabei mit $0,2$ angenähert werden.
Ein beispielhafter Verlauf ist in Abb. \ref{fig:V-Bulk} abgebildet.
\begin{figure}[h]
\centering
\input{Bilder/VbulkPlot.tex}
\caption{Zwischenkreisspannung bei Wechselspannung}
\label{fig:V-Bulk}
\end{figure}
$V_{DC,min}$ kann mit folgender Formel aus \cite{Infineon-QR-2-9} ermittelt werden.
Der Ladezyklus $d_{charge} = \frac{T_{Charge}}{T}$ kann dabei mit $0,2$ angenähert werden.
$P_{in,max}$ entspricht dem Quotienten aus maximaler Nutzleistung und erwartetem Wirkungsgrad.
\begin{equation}
......@@ -68,24 +55,19 @@ $P_{in,max}$ entspricht dem Quotienten aus maximaler Nutzleistung und erwartetem
\label{eq:V_DC,min}
\end{equation}
Anhand von (\ref{eq:eq:V_DC,min}) wird in Abb. \ref{fig:V-DCmin} die Minimalspannung in Abhängigkeit von $C_{Bulk}$ betrachtet.
Anhand von (\ref{eq:V_DC,min}) wird in Abb. \ref{fig:V-DCmin} die Minimalspannung in Abhängigkeit von $C_{Bulk}$ betrachtet.
Es ist zu erkennen, dass eine Erhöhung der Kapazität im niedrigen Bereich einen großen Effekt hat,
der ab einer gewissen Größe stark abnimmt.
\begin{figure}
\begin{minipage}[c]{0.4\linewidth}
\includegraphics[width=\linewidth]{./Bilder/VBulk-minmax.png}\label{fig:V-Bulk}
\caption{Ermittlung von maximaler und minimaler Zwischenkreisspannung}
\end{minipage}
\hfill
\begin{minipage}[c]{0.4\linewidth}
\includegraphics[width=\linewidth]{./Bilder/VDCminPlot.png}\label{fig:V-DCmin}
\caption{Beispielhafter Verlauf von $V_{DC,min}$ in Abhängigkeit von $C_{Bulk}$}
\end{minipage}
\begin{figure}[h]
\centering
\input{Bilder/CbulkVbulkPlot.tex}
\caption{$V_{DC,min}$ in Abhängigkeit von $C_{Bulk}$}
\label{fig:V-DCmin}
\end{figure}
Im Datenblatt des Schaltreglers ist eine detailliertere Gleichung angegeben um wahlweise
Spannungsminimum oder die benötigte Kapazität auszurechnen \cite[S.23]{UCC28730}.
Spannungsminimum oder die benötigte Kapazität zu errechnen \cite[S.23]{UCC28730}.
Hier wird ein zusätzlicher Faktor $N_{HC}$ verwendet um ausfallende Halbwellen der Versorgungsspannung zu berücksichtigen.
\begin{equation}
......@@ -95,12 +77,11 @@ Hier wird ein zusätzlicher Faktor $N_{HC}$ verwendet um ausfallende Halbwellen
\end{equation}
Durch Ausprobieren beziehungsweise Plotten kann mit der Formel auch $V_{DC,min}$ für eine gegebene Kapazität ermittelt werden.
Für $V_{AC,min}$ und $f_{LINE}$ entsprechen \SI{400}{\volt}/\SI{50}{\hertz} aus Tabelle \ref{tab:anforderungen}.
%?Für $V_{AC,min}$ und $f_{LINE}$ entsprechen \SI{400}{\volt}/\SI{50}{\hertz} aus Tabelle \ref{tab:anforderungen}.
Aufgrund des Bestellstopps der Hochschule mussten die Bauteile bereits vor der exakten Auslegung der Schaltung bestellt werden.
Deshalb werden, im Vergleich zu Tabelle \ref{tab:Cbulk-empfehlung}, verhältnismäßig kleine Kondensatoren mit $C_Bulk = \SI{6,8}{\micro\farad}$ verwendet.
Wird $N_{HC}$ vernachlässigt, so ist die gewählte Kapazität
$C_{Bulk} = \SI{6,8}{\micro\farad}$ ausreichend um eine Mindestspannung von
Deshalb werden verhältnismäßig kleine Kondensatoren mit $C_Bulk = \SI{6,8}{\micro\farad}$ verwendet.
Wird $N_{HC}$ vernachlässigt, so ist die gewählte Kapazität ausreichend um eine Mindestspannung von
$V_{DC,min} = \SI{90}{\volt}$ zu gewährleisten.
Da der \ac{SST} fest installiert werden soll ist diese Vereinfachung möglich.
......@@ -144,7 +125,7 @@ Eine Betrachtung der Verluste bei Verwendung eines Spannungsteilers ist in \cite
\section{Speichertransformator}
\subsection{Elektrische Eigenschaften}
In diesem Abschnitt wird nach den Vorgaben im Datenblatt \cite{UCC28730} des gewählten Schaltreglers 'UCC28730' vorgegangen.
In diesem Abschnitt wird nach den Vorgaben im Datenblatt \cite{UCC28730} des gewählten Schaltreglers\break 'UCC28730' vorgegangen.
Zuerst wird hier der maximale Duty-Cycle $D_{MAX}$ berechnet.
Er wird durch den maximale Entmagnetisierungszyklus von $D_{MAGCC} = 0,432$
......@@ -158,6 +139,7 @@ Sie wird mit der maximalen Schaltfrequenz des Reglers von $f_{MAX} = \SI{83,3}{\
\end{equation}
Nun kann das Windungsverhältnis $N_{PS(ideal)}$ berechnet werden.
Für die Spannung der Sekundärwicklung wird die Summe aus
$V_{out}$, der regulären Ausgangsspannung (output constant voltage) und
$V_F$, der Vorwärtsspannung der Gleichrichterdiode.
......@@ -215,7 +197,7 @@ Bei einer Ausgangsspannung von $V_{out,min} = \SI{10}{\volt}$ soll der Regler au
Bezüglich der elektrischen Größen kann nun noch die Strombelastung der einzelnen Windungen berechnet werden.
Die Auswahl der Drähte folgt in \ref{ssec:auswahl-der-wickeldraehte}.
Nach \cite[S.9]{Infineon-DCM-Paper_2-8} ergeben sich die folgenden Werte, $I_{Sek,Eff}$ wird vom Spitzenstrom der Primärseite abgeleitet.
Nach \cite[S.9]{Infineon-DCM-2-8} ergeben sich die folgenden Werte, $I_{Sek,Eff}$ wird vom Spitzenstrom der Primärseite abgeleitet.
\begin{equation}
I_{Pri,Eff} = I_{PP,max} \cdot \sqrt{\frac{D_{MAX}}{3}} = \SI{199}{\milli\ampere}
......@@ -283,10 +265,67 @@ wobei mehr Windungen über die Vergrößerung des Luftspalts und entsprechend ei
\end{equation}
\section{Leistungsschalter}
$U_{MOSFET,max} = U_{Clamp} + U_{Bulk}$
\section{RCD-Clamp/Snubber}
Die maximale Spannung $U_{DS}$ des \acp{MOSFET} wurde auf \SI{950}{\volt} festgelegt.
Zur Sicherheit wird die maximale Spannung zusätzlich auf $\SI{85}{\percent} \cdot U_{DS} \approx \SI{805}{\volt}$ begrenzt.
Nach Abzug von $V_{DC,max}$ bleibt für die Summe aus reflektierter Spannung $V_R$ und $V_{Spike}$ eine Differenz von $V_{Clamp} = \SI{240}{\volt}$.
Zur Berechnung wird das Skript \cite[S.83]{Ulrich-Master-Schaltungstechnik} herangezogen.
Der Spannungsripple $\Delta U_{Clamp}$ im Snubber soll $\SIrange{0,05}{0,1}{} \cdot U_{Clamp}$ betragen,
die Streuinduktivität wird mit $\SI{1}{\percent} \cdot L_{Pri}$ angenähert.
\begin{equation}
R_{Cl} = \frac{2 U_{Clamp} \cdot (U_{Clamp} - U_A \cdot N_{PS})}{L_{Leak} \cdot I^2_{PP,max} \cdot f_{sw,max}}
= \SI{278}{\kilo\ohm}
\end{equation}
\begin{equation}
C_{Cl} = \frac{U_{Clamp}}{R_{Clamp} \cdot f_{sw,max} \cdot \Delta U_{Clamp}}
= \SI{433}{\pico\farad}
\end{equation}
Da diese Schaltung explizit Verluste erzeugt sollte die Verlustleistung betrachtet werden.
Der Formfaktor von $R_{Cl}$ muss so gewählt werden, dass dieser nicht überhitzt.
\begin{equation}
P_V = \frac{U^2_{Clamp}}{R_{Cl}}
= \SI{207}{\milli\watt}
\end{equation}
\section{Spannungsmessung und Versorgung des Schaltreglers}
\section{Sekundärseite und Ausgangsfilter}
\ No newline at end of file
\section{Sekundärseite und Ausgangsfilter}
%In \cite{Infineon-QR-2-9} wird Tabelle \ref{tab:Cbulk-empfehlung} zur Auslegung von $C_{Bulk}$ angegeben,
%die als Ausgangspunkt dienen kann.
%, im Vergleich zu Tabelle \ref{tab:Cbulk-empfehlung},
%\begin{table}[h]
% \begin{center}
% \begin{tabular}{|c|c|}
% \hline
% Effektivspannung $V_{AC}$ & Kapazität \\
% \hhline{|=|=|}
% \SI{115}{\volt} & \SI{2}{\micro\farad} / \si{\watt} \\
% \hline
% \SI{230}{\volt} & \SI{1}{\micro\farad} / \si{\watt} \\
% \hline
% \SIrange{85}{265}{\volt} & \SIrange{2}{3}{\micro\farad} / \si{\watt} \\
% \hline
% \end{tabular}
% \caption{Empfehlung für Zwischenkreiskapazität aus \cite{Infineon-QR-2-9}}
% \label{tab:Cbulk-empfehlung}
% \end{center}
%\end{table}
\ No newline at end of file
\chapter{Einleitung}\label{kap:einleitung}
%
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein Netzteil mit weitem Eingangsspannungsbereich erstellt werden.
Die Anforderungen dafür erwachsen aus der Teilnahme an der International Future Energy Challenge 2023.
Es soll ein \acf{SST}, also eine AC/AC-Stufe erstellt werden.
Auf die genauen Anforderungen wird in Abschnitt \ref{sec:anforderungen} eingegangen.
Das Team hat für die Teilnahme an der \acf{IFEC} das in Abb. \ref{fig:SST-Schema} dargestellte Schema entworfen.
Dieses wird später in einem \acf{SST}, also einer AC/AC-Stufe, eingesetzt.
Den \acf{SST} entwickelt ein Team der Hochschule im Rahmen der \acf{IFEC} 2023.
Dafür wurde das Schema in Abb. \ref{fig:SST-Schema} entworfen.
Diese Arbeit befasst sich mit der Erstellung der unten links abgebildeten Hilfsspannungsversorgung.
Die Herausforderung ergibt sich insbesondere aus der hohen Betriebsspannung,
wenn der \ac{SST} zwischen zwei Außenleitern, also bei \SI{400}{\volt}, betrieben wird.
Die Herausforderung ergibt sich dabei insbesondere aus der hohen Betriebsspannung,
wenn der \ac{SST} zwischen zwei Außenleitern, also bei \SI{400}{\volt}/\SI{50}{\hertz}, betrieben wird.
Die hohe Spitzenspannung erfordert Anpassungen in der Schaltung, die für gewöhnlich nicht notwendig sind.
Gleichzeitig soll auch Kompatibilität mit den nordamerikanischen \SI{120}{\volt}/\SI{60}{\hertz} hergestellt werden.
Für die gleiche Leistung muss hier entsprechend mehr Strom bereitgestellt werden.
Die Schaltung kann also nicht allein auf hohe Spannungen optimiert werden.
Bei der \ac{IFEC} 2023 ist der Wirkungsgrad eine der wichtigsten Bewertungskriterien,
der Wirkungsgrad des Hilfsnetzteils soll entsprechend hoch ausfallen.
Auf die genauen Anforderungen wird in Abschnitt \ref{sec:anforderungen} eingegangen.
\begin{figure}[hb]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.9\linewidth]{./Bilder/SST-Übersicht.png}
\label{fig:SST-Schema}
\caption{Konzept für \acs{SST}}
\end{center}
\end{figure}
\acp{SST} sind deshalb interessant, weil sie, über die vereinfachte Funktionalität im Wettbewerb hinaus,
bidirektional zwischen verschiedensten Netzen Leistung übertragen können.
......@@ -22,15 +38,5 @@ das in einer Lok den schweren passiven Transformator eliminiert und Leistung vom
direkt auf die Motoren überträgt \cite[Abschnitt~6.1]{Solid-state_transformers:_An_overview}.
Hier übernimmt der \ac{SST} die Rolle eines Frequenzumrichters,
während er gleichzeitig die hohe Netzspannung heruntertransformiert und galvanisch trennt.
Ein weniger ambitioniertes Beispiel ist der Anschluss eines Batteriespeichers, Windrades oder einer Solaranlage an das lokale Netz.
Da der \ac{SST} auch eine schnelle Regelung besitzt kann er zur lokal zur Leistungsfaktorkorrektur eingesetzt werden um das Netz zu entlasten.
\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\linewidth]{./Bilder/SST-Übersicht.png}
\label{fig:SST-Schema}
\caption{Konzeptioneller Aufbau des umzusetzenden \acp{SST}}
\end{center}
\end{figure}
Andere Beispiele sind der Anschluss von Batteriespeichern, Windrädern oder Solaranlagen an das lokale Netz.
Da der \ac{SST} eine schnelle Regelung besitzt kann er auch zur Leistungsfaktorkorrektur eingesetzt werden um das Netz zu entlasten.
......@@ -3,17 +3,18 @@
\section{Anforderungen}\label{sec:anforderungen}
Die Anforderungen in Tabelle \ref{tab:anforderungen} an die Schaltung sind aus dem Gesamtsystem des \ac{SST} abzuleiten.
Die Ausgangsspannung $U_{out} = \SI{15}{\volt}$ ist jene, die zur Ansteuerungen der \acsp{MOSFET}
Die Ausgangsspannung $U_{out} = \SI{15}{\volt}$ wird zur Ansteuerungen der \acsp{MOSFET}
beziehungsweise für deren DC/DC-Wandlern benötigt wird.
Die Ausgangsleistung $P_{out} = \SI{7,5}{\watt}$ ist jene, die die Schaltung maximal verbrauchen wird und ein kleiner Puffer.
Der Eingangsspannungsbereich entspricht dem im Request for Proposals §cite§ genannten, eingeschlossen der optionalen Erweiterung.
Die Ausgangsleistung $P_{out} = \SI{7,5}{\watt}$ entspricht dem rechnerischen Bedarf des \ac{SST} und ein kleinem Puffer.
Der Eingangsspannungsbereich wird im Request for Proposals §cite§ vorgegeben.
$V_{AC,min}$ entspricht einer optionalen Erweiterung der Standardanforderung.
Der hohe geforderte Wirkungsgrad erwächst aus dem in §cite§ geforderten Gesamtwirkungsgrad von \SI{94}{\percent} bei \SI{300}{\watt}.
Von den zur Verfügung stehenden \SI{18}{\watt} nimmt Hilfsspannungsversorgung mit bis zu \SI{9}{\watt} die Hälfte ein.
Eine galvanische Trennung wäre für den Betrieb den \ac{SST} nicht zwangsläufig nötig,
erleichtert aber das Schaltungsdesign und gibt zusätzliche Sicherheit in der Spannungsfestigkeit.
Die Anforderungen an Preis und Bauraum stammen ebenfalls aus den Projektanforderungen.
Als Gesamtbudget stehen lediglich $200\$$ zur Verfügung.
Der Bauraum ist eine der wichtigsten Bewertungskriterien.
Der Bauraum ist ebenfalls ein wichtiges Bewertungskriterium.
Im geplanten modularen Design ist sinnvoll, die Fläche auf die einer Halbbrücke zu begrenzen um sie mit diesen stapeln zu können.
\begin{table}[h]
......@@ -51,7 +52,7 @@ Im geplanten modularen Design ist sinnvoll, die Fläche auf die einer Halbbrück
Auf dem Markt gibt es wenige Produkte, die den weiten Spannungsbereich
bei der geforderten Leistung abdecken.
Der Anwendungsbereich solcher Netzteile ist schlicht sehr begrenzt.
In den meisten Fällen und Geräten ist der Nulleiter verfügbar, mit über den das Netzteil betrieben werden kann.
In den meisten Fällen und Geräten ist der Nulleiter verfügbar, das Netzteil kann dann bei \SI{230}{\volt}/\SI{50}{\hertz} betrieben werden.
Das begrenzt die benötigten Spannungsanforderungen und erlaubt die Verwendung von Komponenten mit integriertem Leistungsschalter.
?§§§Auf den Anschluss zwischen zwei Außenleitern muss nur dort zurückgeriffen werden, wo kein Nullleiter verfügbar ist.
Die Anwendung bei \SI{400}{\volt} für den \ac{SST} ist also nicht ungewöhnlich, da dieser langfristig auch direkt am Netz agieren soll.
......@@ -76,60 +77,200 @@ Zum Anderen ist nach \cite[Abschnitt~4.3]{AN2872-HVBuck} für höhere Spannungen
Das ist unter anderem auf die minimalen Einschaltzeiten des integrierten Leistungsschalters zu begründen.
\begin{equation}
T_{on,Buck} = \frac{U_{out}}{U_{in}} * T_{PWM} = \frac{\SI{15}{\volt}}{\SI{565}{\volt}} * \frac{1}{\SI{60}{\kilo\hertz}} = \SI{442}{\nano\second}
T_{on,Buck} = \frac{U_{out}}{U_{in}} \cdot T_{PWM} = \frac{\SI{15}{\volt}}{\SI{565}{\volt}} \cdot \frac{1}{\SI{60}{\kilo\hertz}} = \SI{442}{\nano\second}
\label{eq:buck-Ton}
\end{equation}
Schlussendlich wurde der Sperrwandler als Topologie festgelegt.
Er kann galvanisch trennen, sein Aufbau ist überschaubar und reguläre Schaltregler-\acsp{IC} sind weit verbreitet
Durch den Gebrauch eines Speichertransformators als Energiespeicher ist er zudem besonders gut für den weiten Spannungsbereich geeignet.
Er kann galvanisch trennen, sein Aufbau ist überschaubar und reguläre Schaltregler-\acsp{IC} sind weit verbreitet.
Durch den Gebrauch eines Speichertransformators zur Energieübertragung ist er zudem besonders gut für den weiten Spannungsbereich geeignet.
Im weiteren soll deshalb der Sperrwandler vertieft werden.
\section{Sperrwandler Grundlagen}\label{sec:grundlagen-flyback}
§Zeichnung vereinfachter Schaltplan
Abb. \ref{fig:flybackSchema} zeigt den schematischen Aufbau eines Sperrwandlers
und soll für diesen Abschnitt als Referenz dienen.
\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\linewidth]{Bilder/BasicFlyback.pdf}
\caption{Sperrwandler Grundschaltung}
\label{fig:flybackSchema}
\end{center}
\end{figure}
\subsection{Gleichrichter}
Spannungsbelastung, Einfluss auf Zwischenkreisspannung, Leckstrom generell\\
Als Gleichrichter kommt typischerweise ein Vollbrückengleichrichter zum Einsatz.
Gegenüber einem Ein-Dioden-Gleichrichter bietet er den Vorteil,
dass für die Ladung des Zwischenkreises die doppelte Anzahl an Halbwellen zu Verfügung steht.
So wird die Frequenz der Eingangswechselspannung verdoppelt und entsprechend die Periode des Auf- und Entladens von $C_{Bulk}$ halbiert.
Ebenfalls ist die Spannungsbelastung reduziert, da nie mehr als die Zwischenkreisspannung, also $V_P = \sqrt{2} \cdot V_{AC,max}$ geblockt werden muss.
Ebenfalls ist die Spannungsbelastung reduziert, da nie mehr als die Zwischenkreisspannung, also $V_P$ geblockt werden muss.
Beim Ein-Dioden-Gleichrichter addiert sich die negative Halbwelle auf die Zwischenkreisspannung.
Die einzelne Diode muss dann $V_{PP} = 2 \cdot \sqrt{V_{AC,max}}$ blocken, was wiederum eine Reihenschaltung aus zwei Dioden erfordern kann.
Die einzelne Diode muss dann $V_{PP} = 2 V_P$ blocken, was wiederum eine Reihenschaltung aus zwei Dioden erfordern kann.
\begin{equation}
V_P = \sqrt{2} \cdot V_{AC,max}
\qquad
V_{PP} = 2 \cdot \sqrt{2} \cdot V_{AC,max}
\end{equation}
\subsection{Zwischenkreiskapazität}
Die Zwischenkreiskapazität $C_{Bulk}$ soll die gleichgerichtete Eingangsspannung so puffern,
dass der nachgelagerten Schaltung eine möglichst konstante Gleichspannung zur Verfügung steht.
Elektrolytkondensatoren haben einen Leckstrom $I_{Leak}$, der von Plattenfläche, -Abstand und Betriebsspannung abhängig ist.
Hier kommen meist Elektrolytkondensatoren zum Einsatz.
Sie bieten einen guten Kompromiss aus Preis, Spannungsfestigkeit, Kapazität und Bauteilgröße.
Allerdings haben Elektrolytkondensatoren einen vergleichsweise großen Leckstrom $I_{Leak}$, der von Plattenfläche $A$, Plattenabstand $d$ und Betriebsspannung $V$ abhängig ist.
Seine Höhe wird von jedem Hersteller unterschiedlich angegeben.
Würth Elektronik gibt einen Maximalwert an \cite{Wuerth-Cap},
während beispielsweise TDK in \cite{TDK-Cap} die Formel (\ref{eq:tdk-camp-I-leak}) für das Maximum angibt.
während beispielsweise TDK in \cite{TDK-Cap} die Formel (\ref{eq:tdk-cap-I-leak}) für das Maximum angibt.
\begin{equation}
I_{Leak} = \SI{0,03}{\micro\ampere} \cdot (\frac{C_{Rated}}{\si{\micro\farad}} \cdot \frac{V_{Rated}}{V}) + \SI{15}{\micro\ampere}
\label{eq:tdk-camp-I-leak}
\label{eq:tdk-cap-I-leak}
\end{equation}
Hier ist der Zusammenhang der Größen zu erkennen.
Die Kapazität $C_{Rated}$ steht über die Gleichung $C = \epsilon_0 \epsilon_r \cdot \frac{A}{d}$
stellvertretend für die die physischen Dimensionen des Kondensators.
für die die physischen Dimensionen des Kondensators.
Aus der Addition von $\SI{15}{\micro\ampere}$ ist ebenfalls abzuleiten,
dass es sich hier um eine sichere Abschätzung des Maximums geht.
Eine genaue Bestimmung des Leckstroms im Vorhinein ist nicht durchzuführen, da dieser zusätzlich zur Spannung
auch über seine Lebensdauer zunimmt, die wiederum durch Rippelstrom, Spannungsbelastung und Temperatur beeinflusst wird.
Eine genaue Bestimmung des Leckstroms im Vorhinein ist nicht durchzuführen, auch da dieser über die Lebensdauer zunimmt,
die wiederum durch Rippelstrom, Spannungsbelastung und Temperatur beeinflusst wird.
\subsection{Speichertransformator}
Speichern/Übertragen von Energie, Reflexion der Spannungen
Speichern/Übertragen von Energie, Reflexion der Spannungen\\ %!
\subsubsection{Energieübertragung}
Das Konzept des Sperrwandlers beruht auf dem Speichern von Energie in einem Magnetfeld.
Dieses wird während der leitenden Phase auf von der Primärseite aufgeladen und
während der sperrenden Phase auf die Sekundärseite entladen.
In regulären Transformatoren ist Energiespeicherfähigkeit ungewünscht, diese sollen Energie direkt übertragen.
Um also Energie in entsprechender Größe speichern zu können muss der Transformator modifiziert werden.
%Es wird ein Luftspalt in den Kern eingebracht.
%Im Folgenden wird die analogie des magnetischen zum elektrischen Stromkreis verwendet um die anschaulichere Begriffe verwenden zu können.
%! Wir brauchen \Phi , deckung! nicht B
In einer Induktivität wirkt der Aufbau magnetischen Flusses $\Phi$ dem Stromfluss $I$ entgegen.
Dies geschieht bis zur Sättigung der Spule, wenn $B_{max}$ erreicht ist.
Der magnetische Widerstand $R_m$ wirkt dem Aufbau des $B$-Feldes entgegen.
Ein reiner Eisenkern resultiert über seine hohe relative Permeabilität $\mu_r$ (vgl. Leitwert) in einem geringen Widerstand $R_m$.
Das $B$-Feld kann sich fast ungehindert aufbauen und dem Strom so stark entgegenwirken, die Induktivität ist hoch.
Allerdings kann die Spule kaum Energie speichern, der Sättigungsstrom $I_{sat}$ ist zu gering.
Um diesen zu erhöhen muss die Feldstärke $H$ betrachtet werden.
Diese ist proportional zum Spulenstrom $I$ und kann als magnetische Spannung $U_m$ betrachtet werden.
Aufgrund des Zusammenhangs $\Phi=\frac{U_m}{R_m}$, der dem Ohmschen Gesetz entspricht, kann $I_{sat}$ über die magnetische Spannung erhöht werden.
Um $\Phi$ konstant zu halten muss der Widerstand dafür ebenfalls erhöht werden.
$\Phi$ ist an jeder Stelle des magnetischen Kreises konstant,
entsprechend kann ein zweiter magnetischer Widerstand $R_{m,Luft}$ in Reihenschaltung in den Kern eingebracht werden.
Dieser nimmt die Form eines Luftspalts an.
Der so erhöhte magnetische Widerstand erlaubt also einen höheren Sättigungsstrom und damit eine verbesserte Energiespeicherfähigkeit.
Allerdings wirkt $R_m$ auch dem Aufbau des Magnetfelds entgegen wodurch die Induktivität verringert wird.
Dieser Zusammenhang wird über den $A_L$-Wert angegeben.
Er bezeichnet für einen Kern mit bestimmten Luftspalt die Induktivität pro Windung und wird von Hersteller angegeben.
%Wird der magnetische Widerstand $R_m$ des Kerns erhöht, so wird größere magnetische Spannung $U_m$ benötigt um den gleichen Fluss $\Phi$ zu erreichen.
%! noch einiges Vergessen: Aus/Umschalten, Übertragen, Polarität
%Grundlegend kann die magnetische Flussstärke $B$ wie der elektrische Strom $I$, die Feldstärke $H$ wie eine Spannung $U_m$ und der,
%Analog vom Ohmschen Gesetz kann der
%Der Luftspalt erhöht den magnetischen Widerstand und erlaubt das Erreichen einer größeren magnetischen Feldstärke bevor die Sättigung eintritt.
%Wird im Kern ein Magnetfelds aufgebaut, so will dieses bei Unterbrechung des magnetisierung
%?Die Energie wird über die Feldstärke gespeichert
\subsubsection{Übersetzungsverhältnis} % Polarität hier?
Damit der Transformator aber überhaupt ein Magnetfeld aufbauen kann muss verhindert werden,
dass während der Einschaltphase auf der Sekundärseite Strom fließt.
Dementsprechend muss die Spannung, die auf der Sekundärseite induziert wird abgeblockt werden.
Dies wird mit einer Gleichrichterdiode erreicht, die in Reihe mit der Sekundärwicklung geschaltet wird.
Bei einem Wicklungsverhältnis von $N_{PS}=1$ würde die Diode die gesamte Zwischenkreisspannung erfahren.
Mit einem höheren Windungsverhältnis kann also die Spannungsbelastung auf der Sekundärseite gesenkt werden.
So ist es möglich dort eine Schottkydiode mit verbesserten Schalteigenschaften zu nutzen.
Während der Ausschaltphase fließt der Strom dann auf der Sekundärseite um den Kern ab zu magnetisieren.
So wird wiederum eine Spannung auf der Primärseite induziert, man spricht von der reflektierten Spannung $V_R$.
$V_R$ entspricht der Summe aus Ausgangsspannung und Vorwärtsspannung der Gleichrichterdiode,
die wiederum mit Kehrwert des Windungsverhältnises auftritt und vom \ac{MOSFET} geblockt wird.
Über eine Variation von $N_{PS}$ kann also die Verteilung der Spannungen eingestellt werden.
Die Gleichrichterdiode kann vom \ac{MOSFET} entlastet werden und andersrum.
\subsection{Snubberschaltung}
Grund, relevanz ab Spannung X
\begin{figure}[h]
\begin{center}
\includegraphics[width=0.2\linewidth]{Bilder/NichtidealerTrafo.pdf}
\caption{Nichtidealer Speichertransformator}
\label{fig:Lleak}
\end{center}
\end{figure}
Der Speichertransformator besitzt wie jedes magnetische Bauteil mit mehreren Wicklungen eine Streuinduktivität $L_{Leak}$
Diese kann, wie in Abb. \ref{fig:Lleak}, in Reihe mit der primären Transformatorwicklung betrachtet werden.
Sie beschreibt den Teil des Magnetfelds, das nicht mit der Sekundärwicklung koppelt und deshalb auch nicht von dieser abmagnetisiert werden kann.
Während sich $L_{Pri}$ über den idealen Transformator entladen kann entwickelt $L_{Leak}$
im Ausschaltmoment eine Spannungsspitze $V_{Spike}$ um dem Abreißen des Stromflusses entgegen zu wirken.
Wird $V_{Spike}$ nicht begrenzt, kann sie den \ac{MOSFET} zerstören.
Eine erste Dämpfung geschieht durch die parasitäre Drain-Source-Kapazität des \acp{MOSFET}.
Dieser Schwingkreis resultiert is der ersten, schnellen Oszillation in Abb. \ref{fig:QR-Verlauf}.
Ist die, in $L_{Leak}$ gespeicherte Energie allerdings zu groß kann $V_{Spike}$ trotzdem zu groß werden.
In jedem Fall sollte aber die Oszillation gedämpft werden.
Dafür stehen verschiedene Snubberschaltungen zur Verfügung, in diesem Fall soll die RCD-Clamp betrachtet werden.
Sie besteht, der Bezeichnung entsprechend aus je einem parallelgeschalteten Widerstand und Kondensator in Reihe mit einer Diode.
Die RCD-Clamp wird parallel zur Primärwicklung und damit zur Leckinduktivität geschaltet.
Die Klemmfunktion der RCD-Clamp resultiert aus dem Zusammenspiel von Kapazität und Widerstand.
Der Strom der Streuinduktivität lädt $C_{Cl}$ auf, $V_{Spike}$ entspricht also $V_{Clamp}$.
$R_{Cl}$ bestimmt über die Zeitkonstante des RC-Glieds wie weit sich $C_{Cl}$ bis zum nächsten Schaltvorgang entlädt.
Ist $V_{Spike}$ gering, so entlädt sich $C_{Cl}$ während über die Schaltperiode kaum, die Klemmung tritt dann nicht in Kraft.
Bei höheren Spannungen fällt die Spannung durch die Entladung über $R_{Cl}$ so weit, dass $C_{Cl}$ wieder Energie aufnehmen kann.
%! Doch noch zu $U_{Clamp} + U_{Bulk}$
\subsection{Quasi-Resonante Regelung}
Stromregelung, Frequenz
Stromregelung, Frequenz\\
Grundlegend kann der Spannungsverlauf am \ac{MOSFET} im \ac{DCM} in drei Phasen unterteilt werden:
\begin{enumerate}
\item Einschaltphase - Der \ac{MOSFET} leitet, es fällt keine Spannung ab, $L_{Pri}$ wird magnetisiert.
\item Ausschaltphase - Der \ac{MOSFET} sperrt, die Sekundärseite leitet, $V_R$ addiert sich auf $V_{Bulk}$.
\item nichtleitende Phase - Der Transformator ist entladen, \ac{MOSFET}spannung fällt auf $V_{Bulk}$ ab.
\end{enumerate}
%Diese ideale Betrachtung wird in Abb. \ref{fig:DCM-idealerVerlauf} abgebildet
Diese vereinfachte Betrachtung lässt die parasitären Eigenschaften von Transformator und \ac{MOSFET} außeracht.
Der reale Verlauf der \ac{MOSFET}spannung ist in Abb. \ref{fig:QR-Verlauf} abgebildet.
Zu sehen sind zwei Oszillationen.
Eine Schnelle im Ausschaltmoment.
Sie wird durch $L_{Leak}$ hervorgerufen, %hab ich das schonmal geschrieben?
\subsection{Gleichrichterdiode und Glättung}
Herabgesetzte Eingangsspannung, Frequenzgang von Kondensatoren
\ No newline at end of file
......@@ -81,7 +81,7 @@ Dabei ist die Position der Amperemeter unerheblich,
die Voltmeter müssen allerdings so nah wie möglich am Anschluss der Schaltung erfolgen um
Abweichungen durch Leiterwiderstände vernachlässigen zu können.
Die Messreihen wurden in 50V Schritten über den gesamten Lastbereich hinweg durchgeführt.
Die Messreihen wurden in \SI{50}{\volt} Schritten über den gesamten Lastbereich hinweg durchgeführt.
Sämtliche Messergebnisse sind in Anhang \ref{ap:wirkungsgrad-tabelle} zu finden,
Abb. \ref{fig:wirkungsgrad} zeigt den Verlauf in den wichtigsten Arbeitspunkten.
Dabei wurde sowohl der Wirkungsgrad als $\eta = \frac{P_{out}}{P_{in}}$ ermittelt,
......@@ -174,7 +174,7 @@ da dieser Tastkopf Messungen bis \SI{1000}{\volt} erlaubt.
\begin{center}
\includegraphics[width=0.8\linewidth]{./Bilder/scope_0agil1.png}
\label{fig:Vmax-oszi}
\caption{\ac{MOSFET}-Spannung bei maximaler Zwischenkreisspannung}
\caption{\acs{MOSFET}-Spannung bei maximaler Zwischenkreisspannung}
\end{center}
\end{figure}
......
\pagenumbering{Roman}
\input{ErklärungZurEigenstaendigkeit.tex}
%TODO englische Kurzfassung?
\tableofcontents
\listoffigures
\listoftables
......@@ -13,12 +12,11 @@
\input{Einleitung.tex}
\input{Grundlagen.tex}
\input{Dimensionierung.tex}
%!Don't! \input{Implementierung-Bauteile.tex}
\input{Realisierung.tex}
\input{Inbetriebnahme-Messungen.tex}
\input{ZusammenfassungUndAusblick.tex}
%\input{Literatur}
\bibliography{Literatur.bib}
\appendix
\input{anhang.tex}
%\begin{thebibliography}{10}
%
% \bibitem{InternationalElectrotechnicalComission:VDE}
% {\sc {International Electrotechnical Comission}}:
% {\em International Electrotechnical Vocabulary --- Part 351: Control technology}, 2006.
% http://www.electropedia.org/ ,
% Abrufdatum: 25.04.2013.
% Bibliography
@article{Solid-state_transformers:_An_overview,
author = {Shadfar, Hamed and Ghorbani Pashakolaei, Mehrdad and Akbari Foroud, Asghar},
title = {Solid-state transformers: An overview of the concept, topology, and its applications in the smart grid},
......@@ -48,6 +41,27 @@ year = {2021}
note = {Abgerufen: 16.01.2023}
}
@online{Infineon-DCM-2-8,
author = {Allan A. Saliva},
editor = {{Infineon Technologies}},
title = {{Design Guide for Off-line Fixed Frequeny DCM Flyback Converter}},
year = 2013,
howpublished = {\url{https://www.mouser.com/pdfdocs/DN_201301QR.pdf}},
urldate = {06.02.2023},
note = {Abgerufen: 06.02.2023}
}
@online{Infineon-QR-2-9,
author = {Allan A. Saliva},
editor = {{Infineon Technologies}},
title = {{Design Guide for QR Flyback Converter}},
year = 2013,
howpublished = {\url{https://www.mouser.com/pdfdocs/DN_201301QR.pdf}},
urldate = {06.02.2023},
note = {Abgerufen: 06.02.2023}
}
@online{AN2872-HVBuck,
author = {Hang-Seok Choi},
editor = {{Fairchild Semiconductor Corporation}},
......
\begin{tikzpicture}
\begin{axis}
[
xlabel={$Zeit / \si{\second}$},
ylabel={$Spannung / \si{\volt}$},
xmin=0,
xmax=0.02,
ymin=0,
ymax=380,
]
\addplot[green]table {Bilder/VinPlot.txt};
\addplot[red, thick]table {Bilder/VbulkPlot.txt};
\draw[dashed]
(0,325) node[above, xshift=2em] {$V_{DC,max}$} -- (0.02, 325);
\draw[dashed]
(0,265) node[below, xshift=2em] {$V_{DC,min}$} -- (0.02, 265);
\draw[dashed]
(0.005,0) -- (0.005,325);
\draw[dashed]
(0.015,0) -- (0.015,325);
\draw[dashed, <->]
(0.005,100) node[above, xshift=2em] {$T$} -- (0.015,100);
\draw[dashed]
(0.013,0) -- (0.013,325);
\draw[dashed, <->]
(0.013,150) node[left] {$T_{Charge}$} -- (0.015,150);
\end{axis}
\end{tikzpicture}
\ No newline at end of file
\chapter{Schaltplan}\label{ap:schaltplan}
%\begin{landscape}
\includepdf[pages=-,landscape=true]{Anhang/Schematic.pdf}
%\end{landscape}
\chapter{Layout}
\chapter{Stückliste}
\begin{landscape}
\begin{table}[!ht]
\centering
\begin{tabular}{|l|l|l|l|l|}
\hline
\textbf{Referenz} & \textbf{Hersteller} & \textbf{Artikelnummer} & \textbf{Anzahl} & \textbf{Preis/€} \\ \hline
C101, C113 & Samsung Electro-Mechanics & CL10B104KB8NNNC & 2 & 0,007 \\ \hline
C102, C104, C112, C114, C115, C116 & Samsung Electro-Mechanics & CL21A106KAYNNNF & 6 & 0,037 \\ \hline
C103, C105 & United Chemi-Con & EKZN250ELL151MF11D & 2 & 0,137 \\ \hline
C106 & Walsin & 0805N331J631CT & 1 & 0,036 \\ \hline
C107, C109 & WE & 860021375010 & 2 & 0,323 \\ \hline
C108 & ~ & ~ & 1 & ~ \\ \hline
C110 & Walsin & 0805N9R1C500CT & 1 & 0,019 \\ \hline
C111 & Samsung Electro-Mechanics & CL21B334KBFNNNE & 1 & 0,013 \\ \hline
C117 & KEMET & C2220X104KDRACAUTO & 1 & 1,26 \\ \hline
D101, D103, D107, D108 & Vishay Semiconductors & BZD27B180P-M3-08 & 4 & 0,135 \\ \hline
D102 & onsemi & MRA4007T3G & 1 & 0,077 \\ \hline
D104, D109 & Vishay General Semiconductor & SS1H10-E3/61T & 2 & 0,112 \\ \hline
D105 & ~ & ~ & 1 & ~ \\ \hline
D106 & Comchip & B10S-HF & 1 & 0,121 \\ \hline
J101, J102, J103, J104, J105 & ~ & ~ & 5 & ~ \\ \hline
L101 & Taiyo Yuden & NRS4018T4R7MDGJ & 1 & 0,108 \\ \hline
L102 & Taiyo Yuden & LBR2518T101M & 1 & 0,055 \\ \hline
Q101 & Infineon & IPU95R1K2P7AKMA1 & 1 & 0,948 \\ \hline
R101 & Bourns & CR0805-FX-6803ELF & 1 & 0,006 \\ \hline
R102, R103 & YAGEO & RC0805JR-07360KL & 2 & 0,007 \\ \hline
R104, R109, R111, R113 & ~ & ~ & 4 & ~ \\ \hline
R105 & YAGEO & AC0805JR-07100KL & 1 & 0,007 \\ \hline
R106 & ~ & ~ & 1 & ~ \\ \hline
R107 & YAGEO & RC0805JR-075R1L & 1 & 0,013 \\ \hline
R108 & KOA Speer & RK73B2ATTDD222J & 1 & 0,007 \\ \hline
R110 & Vishay / Dale & CRCW08051R96FKEA & 1 & 0,015 \\ \hline
R112 & Bourns & CR0805-FX-5232ELF & 1 & 0,006 \\ \hline
R114 & YAGEO & RC0805FR-7W10KL & 1 & 0,011 \\ \hline
RS101 & KOA Speer & RK73B2ATTD683J & 1 & 0,007 \\ \hline
RS102 & KOA Speer & RK73B2ATTD183J & 1 & 0,007 \\ \hline
T101 & TDK & B65811J0000R049 & 1 & 2,6 \\ \hline
TP101 - TP104, TP106 - TP112 & Keystone Electronics & 5000 & 11 & ~ \\ \hline
U101 & Texas Instruments & UCC24650DBVR & 1 & 0,272 \\ \hline
U102 & Texas Instruments & UCC28730DR & 1 & 0,737 \\ \hline
U103 & Diodes & AP62150WU-7 & 1 & 0,169 \\ \hline
\end{tabular}
\caption{Stückliste}
\end{table}
\end{landscape}
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