diff --git a/Abkuerzungsverzeichnis.tex b/Abkuerzungsverzeichnis.tex
index 0b62e4f9a8ebc8d359b33336167f0d79bdb34fcd..bd2c4d6373d36f12d728a6488a091cb4a159f65a 100644
--- a/Abkuerzungsverzeichnis.tex
+++ b/Abkuerzungsverzeichnis.tex
@@ -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
diff --git a/Abschlussarbeit.tex b/Abschlussarbeit.tex
index 0297e75973ca57afc158a8890a96bb96dd28be59..a6f0a59d1b7bd1ac3be6ab883beff9a6e4b7f092 100644
--- a/Abschlussarbeit.tex
+++ b/Abschlussarbeit.tex
@@ -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
diff --git a/Anhang/Schematic.pdf b/Anhang/Schematic.pdf
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..2f60e2c2f9c2924ee6f17da0b49d1e5e7781a92e
Binary files /dev/null and b/Anhang/Schematic.pdf differ
diff --git a/Bilder/BasicFlyback.pdf b/Bilder/BasicFlyback.pdf
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..52a4f6e6f69f9d605b1e51ae92852036e8ba0639
Binary files /dev/null and b/Bilder/BasicFlyback.pdf differ
diff --git a/Bilder/CBulk-plot.py b/Bilder/CBulk-plot.py
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..f1da9dcc0fb50dbe2b021ce3237a369f4594ebd5
--- /dev/null
+++ b/Bilder/CBulk-plot.py
@@ -0,0 +1,33 @@
+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()
diff --git a/Bilder/CbulkPlot.txt b/Bilder/CbulkPlot.txt
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..ca4e6894dc064add65300fdc5ca74a3ed98efa70
--- /dev/null
+++ b/Bilder/CbulkPlot.txt
@@ -0,0 +1,180 @@
+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
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+20.8 152.13122709164696
+21.000000000000004 152.3081671407603
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+21.600000000000005 152.81817647691128
+21.8 152.98158031074556
+22.000000000000004 153.14184353867574
+22.2 153.29905609820497
+22.400000000000002 153.45330451530415
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+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
diff --git a/Bilder/CbulkVbulkPlot.tex b/Bilder/CbulkVbulkPlot.tex
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..27339872014df20eac9bcafdf8550daab0e915bb
--- /dev/null
+++ b/Bilder/CbulkVbulkPlot.tex
@@ -0,0 +1,17 @@
+\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
diff --git a/Bilder/NichtidealerTrafo.pdf b/Bilder/NichtidealerTrafo.pdf
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..4a13e4b6c4bae2e21ff727f7fdea361c86720fc2
Binary files /dev/null and b/Bilder/NichtidealerTrafo.pdf differ
diff --git a/Bilder/VbulkPlot.tex b/Bilder/VbulkPlot.tex
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..fa348a549ac7afd15864fce73a0005091e9d3ab7
--- /dev/null
+++ b/Bilder/VbulkPlot.tex
@@ -0,0 +1,32 @@
+\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
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--- /dev/null
+++ b/Bilder/VinPlot.txt
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+Zeit Spannung
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+7.0 262.93052317185777
+7.1000000000000005 256.80037902209926
+7.200000000000001 250.41680390213145
+7.3 243.78609762989933
+7.4 236.91480391195876
+7.500000000000001 229.80970388562778
+7.6 222.47780942682368
+7.7 214.92635623018677
+7.800000000000001 207.16279666832412
+7.9 199.19479243721736
+8.0 191.0302069950536
+8.1 182.67709780194255
+8.200000000000001 174.1437083681738
+8.3 165.43846011887064
+8.4 156.5699440830575
+8.5 147.54691241535252
+8.6 138.3782697586487
+8.700000000000001 129.0730644563036
+8.8 119.6404796225203
+8.9 110.08982407971972
+9.000000000000002 100.4305231718577
+9.1 90.67210946274965
+9.2 80.82421332857771
+9.3 70.8965534538763
+9.4 60.89892724036052
+9.5 50.84120113807511
+9.600000000000001 40.73330090839901
+9.700000000000001 30.585201828516773
+9.799999999999999 20.4069188470271
+9.9 10.208496700391718
+10.0 7.960204194457796e-14
+10.100000000000001 10.208496700391557
+10.200000000000001 20.40691884702723
+10.3 30.585201828516897
+10.400000000000002 40.733300908399144
+10.5 50.84120113807524
+10.6 60.89892724036065
+10.700000000000001 70.8965534538767
+10.8 80.82421332857784
+10.9 90.67210946274977
+11.000000000000002 100.4305231718581
+11.1 110.08982407971983
+11.2 119.64047962252042
+11.3 129.0730644563037
+11.4 138.37826975864886
+11.5 147.5469124153526
+11.600000000000001 156.56994408305758
+11.700000000000001 165.43846011887075
+11.799999999999999 174.14370836817392
+11.9 182.67709780194267
+12.0 191.0302069950537
+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
diff --git a/Bilder/bulk-plot.py b/Bilder/bulk-plot.py
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..4cef84754f1d1b467ae9b49e1edc9f4c3879a57d
--- /dev/null
+++ b/Bilder/bulk-plot.py
@@ -0,0 +1,60 @@
+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()
diff --git a/Dimensionierung.tex b/Dimensionierung.tex
index d46352cb5c4c595db2af0f34bfb5e999dbca641b..aba6232c1d99851f63acc9791ebc216ae2b8dd9a 100644
--- a/Dimensionierung.tex
+++ b/Dimensionierung.tex
@@ -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
diff --git a/Einleitung.tex b/Einleitung.tex
index a5de5b3e067f9d7f1f63974092ebc570a22f2893..3fb539304c692972e24b5b67a89c81a2ef36300d 100644
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+++ b/Einleitung.tex
@@ -1,13 +1,29 @@
\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-Ãœbersicht.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-Ãœbersicht.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.
diff --git a/Grundlagen.tex b/Grundlagen.tex
index 09add7dadaea8bd7d8d4c9d2cd724e51b13175d4..647047bcb517db2a08176cb7b236c94d42469c30 100644
--- a/Grundlagen.tex
+++ b/Grundlagen.tex
@@ -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/Ãœbertragen von Energie, Reflexion der Spannungen
+Speichern/Ãœbertragen 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.
+Ãœber 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
diff --git a/Inbetriebnahme-Messungen.tex b/Inbetriebnahme-Messungen.tex
index 7f5c45f1ec52ab6274b0cba09e6f441ff7c7b1b6..bb735942ed31ba212aba9659b88855e0e19176af 100644
--- a/Inbetriebnahme-Messungen.tex
+++ b/Inbetriebnahme-Messungen.tex
@@ -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}
diff --git "a/Kapitel\303\274bersicht.tex" "b/Kapitel\303\274bersicht.tex"
index bda8639efa5220fcac07dc9540e92d0c78263d59..4af8040f1b6cd0a8a8c530e39b590fdeccbc1aa5 100644
--- "a/Kapitel\303\274bersicht.tex"
+++ "b/Kapitel\303\274bersicht.tex"
@@ -1,6 +1,5 @@
\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}
diff --git a/Literatur.bib b/Literatur.bib
index 12a6d0406a6767473a204b5ac2763467c7544b71..cd202b5975d6b04030a5de9514bdec5ee50fca43 100644
--- a/Literatur.bib
+++ b/Literatur.bib
@@ -1,11 +1,4 @@
-%\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}},
diff --git a/VbulkPlot.tex b/VbulkPlot.tex
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..76c5eed3594c26fadc93dcfd315832a3d0aec8ad
--- /dev/null
+++ b/VbulkPlot.tex
@@ -0,0 +1,32 @@
+\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
diff --git a/anhang.tex b/anhang.tex
new file mode 100644
index 0000000000000000000000000000000000000000..9bb7634f0e334a941cf2f145f2903a3f5c681462
--- /dev/null
+++ b/anhang.tex
@@ -0,0 +1,51 @@
+\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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