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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
LeistungselektronikGrundlagen und
StandardanwendungenDC/DC-Wandler und Wechselrichter
Technische Universität MünchenLehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik
Vollbild
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 1
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Klassische Netzteilschaltungen
2 Schaltnetzteile
3 Vierquadrantensteller
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 2
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Gliederung
1 Klassische Netzteilschaltungen
2 Schaltnetzteile
3 Vierquadrantensteller
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 2
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Klassische Netzteilschaltungen
a) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer konventionellenNetzteilschaltung und erklären Sie grob die Funktion der einzelnen Blöcke!
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Längs- und einemQuerregler und zeichnen Sie die entsprechenden Schaltbilder!Hinweis zur Vereinfachung: Nehmen Sie für das Stellglied einenregelbaren Widerstand an.Geben Sie eine Beispielanwendung für einen Querregler an und zeichnenSie das entsprechende Schaltbild!
c) Zeichnen Sie das Schaltbild eines Längsreglers (mit Vor-, Kollektor- undEmitterwiderstand) und erklären Sie dessen Funktionsweise (auch die derWiderstände)!Welcher Transistorgrundschaltung entspricht dies und warum?Warum wird anstatt einer Zenerdiode kein Widerstand verwendet?
d) Welche Vor- und Nachteile haben konventionelle Netzteilschaltungen imVergleich zu Schaltnetzteilen (je zwei Vor- und Nachteile)?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 3
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Klassische Netzteilschaltungen
a) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer konventionellenNetzteilschaltung und erklären Sie grob die Funktion der einzelnen Blöcke!
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Längs- und einemQuerregler und zeichnen Sie die entsprechenden Schaltbilder!Hinweis zur Vereinfachung: Nehmen Sie für das Stellglied einenregelbaren Widerstand an.Geben Sie eine Beispielanwendung für einen Querregler an und zeichnenSie das entsprechende Schaltbild!
c) Zeichnen Sie das Schaltbild eines Längsreglers (mit Vor-, Kollektor- undEmitterwiderstand) und erklären Sie dessen Funktionsweise (auch die derWiderstände)!Welcher Transistorgrundschaltung entspricht dies und warum?Warum wird anstatt einer Zenerdiode kein Widerstand verwendet?
d) Welche Vor- und Nachteile haben konventionelle Netzteilschaltungen imVergleich zu Schaltnetzteilen (je zwei Vor- und Nachteile)?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 3
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Klassische Netzteilschaltungen
a) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer konventionellenNetzteilschaltung und erklären Sie grob die Funktion der einzelnen Blöcke!
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Längs- und einemQuerregler und zeichnen Sie die entsprechenden Schaltbilder!Hinweis zur Vereinfachung: Nehmen Sie für das Stellglied einenregelbaren Widerstand an.Geben Sie eine Beispielanwendung für einen Querregler an und zeichnenSie das entsprechende Schaltbild!
c) Zeichnen Sie das Schaltbild eines Längsreglers (mit Vor-, Kollektor- undEmitterwiderstand) und erklären Sie dessen Funktionsweise (auch die derWiderstände)!Welcher Transistorgrundschaltung entspricht dies und warum?Warum wird anstatt einer Zenerdiode kein Widerstand verwendet?
d) Welche Vor- und Nachteile haben konventionelle Netzteilschaltungen imVergleich zu Schaltnetzteilen (je zwei Vor- und Nachteile)?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 3
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Klassische Netzteilschaltungen
a) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer konventionellenNetzteilschaltung und erklären Sie grob die Funktion der einzelnen Blöcke!
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Längs- und einemQuerregler und zeichnen Sie die entsprechenden Schaltbilder!Hinweis zur Vereinfachung: Nehmen Sie für das Stellglied einenregelbaren Widerstand an.Geben Sie eine Beispielanwendung für einen Querregler an und zeichnenSie das entsprechende Schaltbild!
c) Zeichnen Sie das Schaltbild eines Längsreglers (mit Vor-, Kollektor- undEmitterwiderstand) und erklären Sie dessen Funktionsweise (auch die derWiderstände)!Welcher Transistorgrundschaltung entspricht dies und warum?Warum wird anstatt einer Zenerdiode kein Widerstand verwendet?
d) Welche Vor- und Nachteile haben konventionelle Netzteilschaltungen imVergleich zu Schaltnetzteilen (je zwei Vor- und Nachteile)?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 3
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Klassische Netzteilschaltungen
a) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer konventionellenNetzteilschaltung und erklären Sie grob die Funktion der einzelnen Blöcke!
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Längs- und einemQuerregler und zeichnen Sie die entsprechenden Schaltbilder!Hinweis zur Vereinfachung: Nehmen Sie für das Stellglied einenregelbaren Widerstand an.Geben Sie eine Beispielanwendung für einen Querregler an und zeichnenSie das entsprechende Schaltbild!
c) Zeichnen Sie das Schaltbild eines Längsreglers (mit Vor-, Kollektor- undEmitterwiderstand) und erklären Sie dessen Funktionsweise (auch die derWiderstände)!Welcher Transistorgrundschaltung entspricht dies und warum?Warum wird anstatt einer Zenerdiode kein Widerstand verwendet?
d) Welche Vor- und Nachteile haben konventionelle Netzteilschaltungen imVergleich zu Schaltnetzteilen (je zwei Vor- und Nachteile)?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 4
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Wechselspannung
Gleichrichter Siebung Linearregler Verbraucher
‚ Trafo zur Anpassung der Wechselspannung und für galvanischeTrennung
‚ Gleichrichter einphasige Wechselspannung: B2-Brücke‚ Spannungswelligkeit senken: Kondensator zur Siebung‚ Wellige Gleichspannung: Mit Linearregler auf kleineren Wert eingeregelt‚ Konstante Ausgangsspannung zum Verbraucher geführt
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 5
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Wechselspannung
Gleichrichter Siebung Linearregler Verbraucher
‚ Trafo zur Anpassung der Wechselspannung und für galvanischeTrennung
‚ Gleichrichter einphasige Wechselspannung: B2-Brücke‚ Spannungswelligkeit senken: Kondensator zur Siebung‚ Wellige Gleichspannung: Mit Linearregler auf kleineren Wert eingeregelt‚ Konstante Ausgangsspannung zum Verbraucher geführt
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 5
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Wechselspannung Gleichrichter
Siebung Linearregler Verbraucher
‚ Trafo zur Anpassung der Wechselspannung und für galvanischeTrennung
‚ Gleichrichter einphasige Wechselspannung: B2-Brücke
‚ Spannungswelligkeit senken: Kondensator zur Siebung‚ Wellige Gleichspannung: Mit Linearregler auf kleineren Wert eingeregelt‚ Konstante Ausgangsspannung zum Verbraucher geführt
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 5
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Wechselspannung Gleichrichter Siebung
Linearregler Verbraucher
‚ Trafo zur Anpassung der Wechselspannung und für galvanischeTrennung
‚ Gleichrichter einphasige Wechselspannung: B2-Brücke‚ Spannungswelligkeit senken: Kondensator zur Siebung
‚ Wellige Gleichspannung: Mit Linearregler auf kleineren Wert eingeregelt‚ Konstante Ausgangsspannung zum Verbraucher geführt
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 5
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Wechselspannung Gleichrichter Siebung Linearregler
Verbraucher
‚ Trafo zur Anpassung der Wechselspannung und für galvanischeTrennung
‚ Gleichrichter einphasige Wechselspannung: B2-Brücke‚ Spannungswelligkeit senken: Kondensator zur Siebung‚ Wellige Gleichspannung: Mit Linearregler auf kleineren Wert eingeregelt
‚ Konstante Ausgangsspannung zum Verbraucher geführt
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 5
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Wechselspannung Gleichrichter Siebung Linearregler Verbraucher
‚ Trafo zur Anpassung der Wechselspannung und für galvanischeTrennung
‚ Gleichrichter einphasige Wechselspannung: B2-Brücke‚ Spannungswelligkeit senken: Kondensator zur Siebung‚ Wellige Gleichspannung: Mit Linearregler auf kleineren Wert eingeregelt‚ Konstante Ausgangsspannung zum Verbraucher geführt
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 5
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Klassische Netzteilschaltungen
a) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer konventionellenNetzteilschaltung und erklären Sie grob die Funktion der einzelnen Blöcke!
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Längs- und einemQuerregler und zeichnen Sie die entsprechenden Schaltbilder!Hinweis zur Vereinfachung: Nehmen Sie für das Stellglied einenregelbaren Widerstand an.Geben Sie eine Beispielanwendung für einen Querregler an und zeichnenSie das entsprechende Schaltbild!
c) Zeichnen Sie das Schaltbild eines Längsreglers (mit Vor-, Kollektor- undEmitterwiderstand) und erklären Sie dessen Funktionsweise (auch die derWiderstände)!Welcher Transistorgrundschaltung entspricht dies und warum?Warum wird anstatt einer Zenerdiode kein Widerstand verwendet?
d) Welche Vor- und Nachteile haben konventionelle Netzteilschaltungen imVergleich zu Schaltnetzteilen (je zwei Vor- und Nachteile)?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 6
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Linearregler‚ Stellen Ausgangsspannung mittels regelbaren Widerstands (Transistor)
ein‚ Widerstand durch Regler so eingestellt, dass an Ausgangsklemmen
konstante Ausgangsspannung (unabhängig von Last)‚ Eingangsspannung eines Linearreglers muss immer höher sein als seine
Ausgangsspannung
LängsreglerStellglied in Reihe zur Last
QuerreglerStellglied parallel zur Last
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 7
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Linearregler‚ Stellen Ausgangsspannung mittels regelbaren Widerstands (Transistor)
ein‚ Widerstand durch Regler so eingestellt, dass an Ausgangsklemmen
konstante Ausgangsspannung (unabhängig von Last)‚ Eingangsspannung eines Linearreglers muss immer höher sein als seine
Ausgangsspannung
LängsreglerStellglied in Reihe zur Last
QuerreglerStellglied parallel zur Last
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 7
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Linearregler‚ Stellen Ausgangsspannung mittels regelbaren Widerstands (Transistor)
ein‚ Widerstand durch Regler so eingestellt, dass an Ausgangsklemmen
konstante Ausgangsspannung (unabhängig von Last)‚ Eingangsspannung eines Linearreglers muss immer höher sein als seine
Ausgangsspannung
LängsreglerStellglied in Reihe zur Last
QuerreglerStellglied parallel zur Last
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 7
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Längsregler
U0
RV
RL UA
i
Kirchhoff-Spannungsregel:
U0 ´ UA ´RV ¨ i “ 0
Somit:UA “ U0 ´RV ¨ i
Strom:u “ U0
RV `RLAusgangsspannung UA:
UA “ U0 ¨ˆ
1´ RV
RV `RL
˙
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 8
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Längsregler
U0
RV
RL UA
i
Kirchhoff-Spannungsregel:
U0 ´ UA ´RV ¨ i “ 0
Somit:UA “ U0 ´RV ¨ i
Strom:u “ U0
RV `RLAusgangsspannung UA:
UA “ U0 ¨ˆ
1´ RV
RV `RL
˙
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 8
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Längsregler
U0
RV
RL UA
i
Kirchhoff-Spannungsregel:
U0 ´ UA ´RV ¨ i “ 0
Somit:UA “ U0 ´RV ¨ i
Strom:u “ U0
RV `RLAusgangsspannung UA:
UA “ U0 ¨ˆ
1´ RV
RV `RL
˙
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 8
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Längsregler
U0
RV
RL UA
i
Kirchhoff-Spannungsregel:
U0 ´ UA ´RV ¨ i “ 0
Somit:UA “ U0 ´RV ¨ i
Strom:u “ U0
RV `RL
Ausgangsspannung UA:
UA “ U0 ¨ˆ
1´ RV
RV `RL
˙
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 8
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Längsregler
U0
RV
RL UA
i
Kirchhoff-Spannungsregel:
U0 ´ UA ´RV ¨ i “ 0
Somit:UA “ U0 ´RV ¨ i
Strom:u “ U0
RV `RLAusgangsspannung UA:
UA “ U0 ¨ˆ
1´ RV
RV `RL
˙
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 8
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Querregler
U0
RV
RR RL UA
iges iA
iR
RV nötig, sonst Zerstörung von RR
Kirchhoff-Gesetze: iges “ iA ` iR U0 “ RV ¨ iges ` UA
Bauteilgleichungen:
UA “ U0 ´RV ¨ iges “ U0 ´RV ¨ piR ` iAq ““ U0 ´RV
ˆ
UA
RR´ UA
RL
˙
“ U0 ´RVUA ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙
Somit:
UA ¨ˆ
1`RV ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙˙
“ U0
Ausgangsspannung UA:
UA “ U0
1`RV ¨´
1RR` 1
RL
¯
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 9
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Querregler
U0
RV
RR RL UA
iges iA
iR
RV nötig, sonst Zerstörung von RR
Kirchhoff-Gesetze: iges “ iA ` iR U0 “ RV ¨ iges ` UA
Bauteilgleichungen:
UA “ U0 ´RV ¨ iges “ U0 ´RV ¨ piR ` iAq ““ U0 ´RV
ˆ
UA
RR´ UA
RL
˙
“ U0 ´RVUA ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙
Somit:
UA ¨ˆ
1`RV ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙˙
“ U0
Ausgangsspannung UA:
UA “ U0
1`RV ¨´
1RR` 1
RL
¯
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 9
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Querregler
U0
RV
RR RL UA
iges iA
iR
RV nötig, sonst Zerstörung von RR
Kirchhoff-Gesetze: iges “ iA ` iR U0 “ RV ¨ iges ` UA
Bauteilgleichungen:
UA “ U0 ´RV ¨ iges “ U0 ´RV ¨ piR ` iAq ““ U0 ´RV
ˆ
UA
RR´ UA
RL
˙
“ U0 ´RVUA ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙
Somit:
UA ¨ˆ
1`RV ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙˙
“ U0
Ausgangsspannung UA:
UA “ U0
1`RV ¨´
1RR` 1
RL
¯
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 9
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Querregler
U0
RV
RR RL UA
iges iA
iR
RV nötig, sonst Zerstörung von RR
Kirchhoff-Gesetze: iges “ iA ` iR U0 “ RV ¨ iges ` UA
Bauteilgleichungen:
UA “ U0 ´RV ¨ iges “ U0 ´RV ¨ piR ` iAq ““ U0 ´RV
ˆ
UA
RR´ UA
RL
˙
“ U0 ´RVUA ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙
Somit:
UA ¨ˆ
1`RV ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙˙
“ U0
Ausgangsspannung UA:
UA “ U0
1`RV ¨´
1RR` 1
RL
¯
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 9
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Querregler
U0
RV
RR RL UA
iges iA
iR
RV nötig, sonst Zerstörung von RR
Kirchhoff-Gesetze: iges “ iA ` iR U0 “ RV ¨ iges ` UA
Bauteilgleichungen:
UA “ U0 ´RV ¨ iges “ U0 ´RV ¨ piR ` iAq ““ U0 ´RV
ˆ
UA
RR´ UA
RL
˙
“ U0 ´RVUA ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙
Somit:
UA ¨ˆ
1`RV ¨ˆ
1
RR´ 1
RL
˙˙
“ U0
Ausgangsspannung UA:
UA “ U0
1`RV ¨´
1RR` 1
RL
¯
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 9
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Anwendungsbeispiel für Querregler
U0
RV
UZ RL UA
Spannungsstabilisierung mittels Zenerdiode
‚ Zenerdiode in Sperrichtung gepolt‚ Spannungsabfall UZ an Zenerdiode konstant‚ Vorwiderstand RV nötig: Sonst thermische Überlastung der Zenerdiode!‚ Schaltung nur innerhalb der Leistungs- und Stromgrenzen betreibbar
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 10
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Anwendungsbeispiel für Querregler
U0
RV
UZ RL UA
Spannungsstabilisierung mittels Zenerdiode
‚ Zenerdiode in Sperrichtung gepolt
‚ Spannungsabfall UZ an Zenerdiode konstant‚ Vorwiderstand RV nötig: Sonst thermische Überlastung der Zenerdiode!‚ Schaltung nur innerhalb der Leistungs- und Stromgrenzen betreibbar
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 10
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Anwendungsbeispiel für Querregler
U0
RV
UZ RL UA
Spannungsstabilisierung mittels Zenerdiode
‚ Zenerdiode in Sperrichtung gepolt‚ Spannungsabfall UZ an Zenerdiode konstant
‚ Vorwiderstand RV nötig: Sonst thermische Überlastung der Zenerdiode!‚ Schaltung nur innerhalb der Leistungs- und Stromgrenzen betreibbar
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 10
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Anwendungsbeispiel für Querregler
U0
RV
UZ RL UA
Spannungsstabilisierung mittels Zenerdiode
‚ Zenerdiode in Sperrichtung gepolt‚ Spannungsabfall UZ an Zenerdiode konstant‚ Vorwiderstand RV nötig: Sonst thermische Überlastung der Zenerdiode!
‚ Schaltung nur innerhalb der Leistungs- und Stromgrenzen betreibbar
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 10
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Anwendungsbeispiel für Querregler
U0
RV
UZ RL UA
Spannungsstabilisierung mittels Zenerdiode
‚ Zenerdiode in Sperrichtung gepolt‚ Spannungsabfall UZ an Zenerdiode konstant‚ Vorwiderstand RV nötig: Sonst thermische Überlastung der Zenerdiode!‚ Schaltung nur innerhalb der Leistungs- und Stromgrenzen betreibbar
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 10
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Klassische Netzteilschaltungen
a) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer konventionellenNetzteilschaltung und erklären Sie grob die Funktion der einzelnen Blöcke!
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Längs- und einemQuerregler und zeichnen Sie die entsprechenden Schaltbilder!Hinweis zur Vereinfachung: Nehmen Sie für das Stellglied einenregelbaren Widerstand an.Geben Sie eine Beispielanwendung für einen Querregler an und zeichnenSie das entsprechende Schaltbild!
c) Zeichnen Sie das Schaltbild eines Längsreglers (mit Vor-, Kollektor- undEmitterwiderstand) und erklären Sie dessen Funktionsweise (auch die derWiderstände)!Welcher Transistorgrundschaltung entspricht dies und warum?Warum wird anstatt einer Zenerdiode kein Widerstand verwendet?
d) Welche Vor- und Nachteile haben konventionelle Netzteilschaltungen imVergleich zu Schaltnetzteilen (je zwei Vor- und Nachteile)?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 11
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U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Vorwiderstand RV: Strombegrenzung der ZenerdiodeZenerdiode verträgt nur geringe Ströme!
‚ Kollektorwiderstand RC:Schutz des Transistors im Falle eines Kurzschlusses (RC « 10 Ω)Allerdings lässt dadurch die Stabilisierung nach!
‚ Emitterwiderstand RE: Einstellung des Arbeitspunktes (RE « 10 kΩ)‚ Grundschaltung: Kollektorschaltung
˝ Basis: Eingang˝ Emitter: Ausgang˝ Kollektor: Weder Ein- noch Ausgang
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Vorwiderstand RV: Strombegrenzung der ZenerdiodeZenerdiode verträgt nur geringe Ströme!
‚ Kollektorwiderstand RC:Schutz des Transistors im Falle eines Kurzschlusses (RC « 10 Ω)Allerdings lässt dadurch die Stabilisierung nach!
‚ Emitterwiderstand RE: Einstellung des Arbeitspunktes (RE « 10 kΩ)‚ Grundschaltung: Kollektorschaltung
˝ Basis: Eingang˝ Emitter: Ausgang˝ Kollektor: Weder Ein- noch Ausgang
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Vorwiderstand RV: Strombegrenzung der ZenerdiodeZenerdiode verträgt nur geringe Ströme!
‚ Kollektorwiderstand RC:Schutz des Transistors im Falle eines Kurzschlusses (RC « 10 Ω)Allerdings lässt dadurch die Stabilisierung nach!
‚ Emitterwiderstand RE: Einstellung des Arbeitspunktes (RE « 10 kΩ)
‚ Grundschaltung: Kollektorschaltung˝ Basis: Eingang˝ Emitter: Ausgang˝ Kollektor: Weder Ein- noch Ausgang
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Vorwiderstand RV: Strombegrenzung der ZenerdiodeZenerdiode verträgt nur geringe Ströme!
‚ Kollektorwiderstand RC:Schutz des Transistors im Falle eines Kurzschlusses (RC « 10 Ω)Allerdings lässt dadurch die Stabilisierung nach!
‚ Emitterwiderstand RE: Einstellung des Arbeitspunktes (RE « 10 kΩ)‚ Grundschaltung: Kollektorschaltung
˝ Basis: Eingang˝ Emitter: Ausgang˝ Kollektor: Weder Ein- noch Ausgang
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
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U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
Funktionsweise der Schaltung:‚ Annahme: RL als Lastwiderstand, Schaltung in stationärem Zustand
‚ Weitere Annahme: RL wird kleiner‚ Bipolartransistor ist stromgesteuert (Basisstrom steuert Emitterstrom):
˝ Basisstrom bleibt zunächst konstant˝ Daher: Emitterstrom bleibt zunächst konstant˝ Ausgangsspannung UA sinkt (U “ R ¨ I)
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
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U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
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Längsregler mit Transistor
Funktionsweise der Schaltung:‚ Annahme: RL als Lastwiderstand, Schaltung in stationärem Zustand‚ Weitere Annahme: RL wird kleiner
‚ Bipolartransistor ist stromgesteuert (Basisstrom steuert Emitterstrom):˝ Basisstrom bleibt zunächst konstant˝ Daher: Emitterstrom bleibt zunächst konstant˝ Ausgangsspannung UA sinkt (U “ R ¨ I)
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
Funktionsweise der Schaltung:‚ Annahme: RL als Lastwiderstand, Schaltung in stationärem Zustand‚ Weitere Annahme: RL wird kleiner‚ Bipolartransistor ist stromgesteuert (Basisstrom steuert Emitterstrom):
˝ Basisstrom bleibt zunächst konstant˝ Daher: Emitterstrom bleibt zunächst konstant˝ Ausgangsspannung UA sinkt (U “ R ¨ I)
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Kirchhoff-Maschenregel: UA ´ UZ ` UBE “ 0
‚ Ausgangsspannung UA sinkt‚ Spannung UZ ist konstant ñ Nur UBE kann sich ändern!‚ Folge: UBE steigt!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Kirchhoff-Maschenregel: UA ´ UZ ` UBE “ 0
‚ Ausgangsspannung UA sinkt‚ Spannung UZ ist konstant ñ Nur UBE kann sich ändern!
‚ Folge: UBE steigt!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
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UA
UBE
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Längsregler mit Transistor
‚ Kirchhoff-Maschenregel: UA ´ UZ ` UBE “ 0
‚ Ausgangsspannung UA sinkt‚ Spannung UZ ist konstant ñ Nur UBE kann sich ändern!‚ Folge: UBE steigt!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
UBE
iB
Eingangsverhalten eines Bipolartransistors
UBE steigt ñ iB steigt
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
UBE
iB
Eingangsverhalten eines BipolartransistorsUBE steigt ñ iB steigt
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Emitterstrom: iE “ β ¨ iB
‚ Folge: iE steigt und damit: iL steigt‚ Weitere Folge: UA steigt solange, bis UBE wieder ursprünglichen Wert hat‚ Damit: Ausgangsspannung UA bleibt konstant
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Emitterstrom: iE “ β ¨ iB‚ Folge: iE steigt und damit: iL steigt
‚ Weitere Folge: UA steigt solange, bis UBE wieder ursprünglichen Wert hat‚ Damit: Ausgangsspannung UA bleibt konstant
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
‚ Emitterstrom: iE “ β ¨ iB‚ Folge: iE steigt und damit: iL steigt‚ Weitere Folge: UA steigt solange, bis UBE wieder ursprünglichen Wert hat
‚ Damit: Ausgangsspannung UA bleibt konstant
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
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Längsregler mit Transistor
‚ Emitterstrom: iE “ β ¨ iB‚ Folge: iE steigt und damit: iL steigt‚ Weitere Folge: UA steigt solange, bis UBE wieder ursprünglichen Wert hat‚ Damit: Ausgangsspannung UA bleibt konstant
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
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U0
RV RC
REUZ Last
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iL
Längsregler mit Transistor
Widerstand anstatt Zenerdiode nicht möglich:‚ U0 nicht zwangsweise konstantU0 ändert sichñ Spannungsabfall an Widerstand ändert sich!ñ Ausgangsspannung UA ändert sich
‚ Last ändert sichñ Basisstrom iB ändert sichñ Spannungsabfall am Widerstand ändert sichñ Ausgangsspannung UA ändert sich
‚ Zenerdiode als Spannungsreferenz auf jeden Fall nötig!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
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U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
Widerstand anstatt Zenerdiode nicht möglich:‚ U0 nicht zwangsweise konstantU0 ändert sichñ Spannungsabfall an Widerstand ändert sich!ñ Ausgangsspannung UA ändert sich
‚ Last ändert sichñ Basisstrom iB ändert sichñ Spannungsabfall am Widerstand ändert sichñ Ausgangsspannung UA ändert sich
‚ Zenerdiode als Spannungsreferenz auf jeden Fall nötig!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
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U0
RV RC
REUZ Last
BC
E
UA
UBE
iB
iL
Längsregler mit Transistor
Widerstand anstatt Zenerdiode nicht möglich:‚ U0 nicht zwangsweise konstantU0 ändert sichñ Spannungsabfall an Widerstand ändert sich!ñ Ausgangsspannung UA ändert sich
‚ Last ändert sichñ Basisstrom iB ändert sichñ Spannungsabfall am Widerstand ändert sichñ Ausgangsspannung UA ändert sich
‚ Zenerdiode als Spannungsreferenz auf jeden Fall nötig!Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 12
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Klassische Netzteilschaltungen
a) Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau einer konventionellenNetzteilschaltung und erklären Sie grob die Funktion der einzelnen Blöcke!
b) Erklären Sie den Unterschied zwischen einem Längs- und einemQuerregler und zeichnen Sie die entsprechenden Schaltbilder!Hinweis zur Vereinfachung: Nehmen Sie für das Stellglied einenregelbaren Widerstand an.Geben Sie eine Beispielanwendung für einen Querregler an und zeichnenSie das entsprechende Schaltbild!
c) Zeichnen Sie das Schaltbild eines Längsreglers (mit Vor-, Kollektor- undEmitterwiderstand) und erklären Sie dessen Funktionsweise (auch die derWiderstände)!Welcher Transistorgrundschaltung entspricht dies und warum?Warum wird anstatt einer Zenerdiode kein Widerstand verwendet?
d) Welche Vor- und Nachteile haben konventionelle Netzteilschaltungen imVergleich zu Schaltnetzteilen (je zwei Vor- und Nachteile)?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 13
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Vorteile konventioneller Netzteilschaltungen‚ Ausgangsspannungs-Rippel weitaus geringer als bei Schaltnetzteilenñ Bessere Qualität der Ausgangsspannung
‚ Leistungsfaktor-Korrektur (PFC) normalerweise nicht nötig
Nachteile konventioneller Netzteilschaltungen‚ Wirkungsgrad bei Linearreglern viel niedriger als bei Schaltnetzteilen‚ Weitaus größere Transformatoren und Kühlkörper nötig als bei
Schaltnetzteilenñ Größerer Platzbedarf, höhere Kosten
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 14
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Vorteile konventioneller Netzteilschaltungen‚ Ausgangsspannungs-Rippel weitaus geringer als bei Schaltnetzteilenñ Bessere Qualität der Ausgangsspannung
‚ Leistungsfaktor-Korrektur (PFC) normalerweise nicht nötig
Nachteile konventioneller Netzteilschaltungen‚ Wirkungsgrad bei Linearreglern viel niedriger als bei Schaltnetzteilen‚ Weitaus größere Transformatoren und Kühlkörper nötig als bei
Schaltnetzteilenñ Größerer Platzbedarf, höhere Kosten
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 14
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Gliederung
1 Klassische Netzteilschaltungen
2 Schaltnetzteile
3 Vierquadrantensteller
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 14
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Schaltnetzteile (Teil 1)
a) Wie kann eine Gleichspannung mit Hilfe von schaltenden Bauelementenvariiert werden? Erklären Sie dies am Beispiel eines Tiefsetzstellers,zuerst anhand einer reinen Widerstandslast, welche anschließend zu einerohmsch-induktiven und zum Schluss zu einer ohmsch-induktiv-kapazitivenLast erweitert wird!
b) Welche Steuermöglichkeiten gibt es (zwei)? Erklären Sie diese und derenUnterschiede!
c) Eine Alternative zu den beiden Steuerelementen, die in Teilaufgabe b)genannt wurden, ist die sogenannte Zweipunkt- oder Hystereseregelung.Erklären Sie kurz deren Funktionsweise! Können die Hysteresegrenzenimmer eingehalten werden?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 15
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Schaltnetzteile (Teil 1)
a) Wie kann eine Gleichspannung mit Hilfe von schaltenden Bauelementenvariiert werden? Erklären Sie dies am Beispiel eines Tiefsetzstellers,zuerst anhand einer reinen Widerstandslast, welche anschließend zu einerohmsch-induktiven und zum Schluss zu einer ohmsch-induktiv-kapazitivenLast erweitert wird!
b) Welche Steuermöglichkeiten gibt es (zwei)? Erklären Sie diese und derenUnterschiede!
c) Eine Alternative zu den beiden Steuerelementen, die in Teilaufgabe b)genannt wurden, ist die sogenannte Zweipunkt- oder Hystereseregelung.Erklären Sie kurz deren Funktionsweise! Können die Hysteresegrenzenimmer eingehalten werden?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 15
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Schaltnetzteile (Teil 1)
a) Wie kann eine Gleichspannung mit Hilfe von schaltenden Bauelementenvariiert werden? Erklären Sie dies am Beispiel eines Tiefsetzstellers,zuerst anhand einer reinen Widerstandslast, welche anschließend zu einerohmsch-induktiven und zum Schluss zu einer ohmsch-induktiv-kapazitivenLast erweitert wird!
b) Welche Steuermöglichkeiten gibt es (zwei)? Erklären Sie diese und derenUnterschiede!
c) Eine Alternative zu den beiden Steuerelementen, die in Teilaufgabe b)genannt wurden, ist die sogenannte Zweipunkt- oder Hystereseregelung.Erklären Sie kurz deren Funktionsweise! Können die Hysteresegrenzenimmer eingehalten werden?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 15
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Schaltnetzteile (Teil 1)
a) Wie kann eine Gleichspannung mit Hilfe von schaltenden Bauelementenvariiert werden? Erklären Sie dies am Beispiel eines Tiefsetzstellers,zuerst anhand einer reinen Widerstandslast, welche anschließend zu einerohmsch-induktiven und zum Schluss zu einer ohmsch-induktiv-kapazitivenLast erweitert wird!
b) Welche Steuermöglichkeiten gibt es (zwei)? Erklären Sie diese und derenUnterschiede!
c) Eine Alternative zu den beiden Steuerelementen, die in Teilaufgabe b)genannt wurden, ist die sogenannte Zweipunkt- oder Hystereseregelung.Erklären Sie kurz deren Funktionsweise! Können die Hysteresegrenzenimmer eingehalten werden?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 16
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U0
S
R
U0
S
D
R
L
U0
S
D
LD
R
L
C
‚ Spannung durch Schalter S gestellt:S periodisch ein- und ausgeschaltet
‚ Reine R-Last:S periodisch ein- und ausschaltenñ U0 wird im Mittel herabgesetztMittlere Ausgangsspannung:UA “ U0 ¨ ton
ton`toff
‚ Ohmsch-induktive Last:Überspannung an Lñ Freilaufdiode D nötig
‚ Ohmsch-induktiv-kapazitive Last:Kondensator: Strom 9 Spannungñ Großer Strom-Peakñ Dämpfungsinduktivität LD
‚ Alle Schaltungen:Parasitäre L’s und C ’sñ D und LD immer sinnvollñ C zur Spannungsglättung!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 17
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U0
S
R
U0
S
D
R
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U0
S
D
LD
R
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C
‚ Spannung durch Schalter S gestellt:S periodisch ein- und ausgeschaltet
‚ Reine R-Last:S periodisch ein- und ausschaltenñ U0 wird im Mittel herabgesetztMittlere Ausgangsspannung:UA “ U0 ¨ ton
ton`toff
‚ Ohmsch-induktive Last:Überspannung an Lñ Freilaufdiode D nötig
‚ Ohmsch-induktiv-kapazitive Last:Kondensator: Strom 9 Spannungñ Großer Strom-Peakñ Dämpfungsinduktivität LD
‚ Alle Schaltungen:Parasitäre L’s und C ’sñ D und LD immer sinnvollñ C zur Spannungsglättung!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 17
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U0
S
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U0
S
D
R
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U0
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D
LD
R
L
C
‚ Spannung durch Schalter S gestellt:S periodisch ein- und ausgeschaltet
‚ Reine R-Last:S periodisch ein- und ausschaltenñ U0 wird im Mittel herabgesetztMittlere Ausgangsspannung:UA “ U0 ¨ ton
ton`toff
‚ Ohmsch-induktive Last:Überspannung an Lñ Freilaufdiode D nötig
‚ Ohmsch-induktiv-kapazitive Last:Kondensator: Strom 9 Spannungñ Großer Strom-Peakñ Dämpfungsinduktivität LD
‚ Alle Schaltungen:Parasitäre L’s und C ’sñ D und LD immer sinnvollñ C zur Spannungsglättung!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 17
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U0
S
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‚ Spannung durch Schalter S gestellt:S periodisch ein- und ausgeschaltet
‚ Reine R-Last:S periodisch ein- und ausschaltenñ U0 wird im Mittel herabgesetztMittlere Ausgangsspannung:UA “ U0 ¨ ton
ton`toff
‚ Ohmsch-induktive Last:Überspannung an Lñ Freilaufdiode D nötig
‚ Ohmsch-induktiv-kapazitive Last:Kondensator: Strom 9 Spannungñ Großer Strom-Peakñ Dämpfungsinduktivität LD
‚ Alle Schaltungen:Parasitäre L’s und C ’sñ D und LD immer sinnvollñ C zur Spannungsglättung!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 17
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
S
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L
C
‚ Spannung durch Schalter S gestellt:S periodisch ein- und ausgeschaltet
‚ Reine R-Last:S periodisch ein- und ausschaltenñ U0 wird im Mittel herabgesetztMittlere Ausgangsspannung:UA “ U0 ¨ ton
ton`toff
‚ Ohmsch-induktive Last:Überspannung an Lñ Freilaufdiode D nötig
‚ Ohmsch-induktiv-kapazitive Last:Kondensator: Strom 9 Spannungñ Großer Strom-Peakñ Dämpfungsinduktivität LD
‚ Alle Schaltungen:Parasitäre L’s und C ’sñ D und LD immer sinnvollñ C zur Spannungsglättung!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 17
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Schaltnetzteile (Teil 1)
a) Wie kann eine Gleichspannung mit Hilfe von schaltenden Bauelementenvariiert werden? Erklären Sie dies am Beispiel eines Tiefsetzstellers,zuerst anhand einer reinen Widerstandslast, welche anschließend zu einerohmsch-induktiven und zum Schluss zu einer ohmsch-induktiv-kapazitivenLast erweitert wird!
b) Welche Steuermöglichkeiten gibt es (zwei)? Erklären Sie diese und derenUnterschiede!
c) Eine Alternative zu den beiden Steuerelementen, die in Teilaufgabe b)genannt wurden, ist die sogenannte Zweipunkt- oder Hystereseregelung.Erklären Sie kurz deren Funktionsweise! Können die Hysteresegrenzenimmer eingehalten werden?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 18
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Pulsweitensteuerung (Pulsweitenmodulation, PWM)‚ Periodendauer des Ein- und Ausschaltzyklus’ konstant‚ Einschaltzeit des Schalters variabel‚ Konstante Schaltfrequenz‚ Anpassung der Bauteile an Schaltfrequenz möglich‚ Heute vorwiegend eingesetzt‚ Mittels programmierbarer Hardware (FPGA, CPLD) leicht zu realisieren
Pulsfolgesteuerung‚ Einschaltzeit des Schalters konstant‚ Ausschaltzeit des Schalters variabel‚ Variable Schaltfrequenz‚ Keine Anpassung der Schaltfrequenz an Bauteile möglich
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 19
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Pulsweitensteuerung (Pulsweitenmodulation, PWM)‚ Periodendauer des Ein- und Ausschaltzyklus’ konstant‚ Einschaltzeit des Schalters variabel‚ Konstante Schaltfrequenz‚ Anpassung der Bauteile an Schaltfrequenz möglich‚ Heute vorwiegend eingesetzt‚ Mittels programmierbarer Hardware (FPGA, CPLD) leicht zu realisieren
Pulsfolgesteuerung‚ Einschaltzeit des Schalters konstant‚ Ausschaltzeit des Schalters variabel‚ Variable Schaltfrequenz‚ Keine Anpassung der Schaltfrequenz an Bauteile möglich
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 19
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Schaltnetzteile (Teil 1)
a) Wie kann eine Gleichspannung mit Hilfe von schaltenden Bauelementenvariiert werden? Erklären Sie dies am Beispiel eines Tiefsetzstellers,zuerst anhand einer reinen Widerstandslast, welche anschließend zu einerohmsch-induktiven und zum Schluss zu einer ohmsch-induktiv-kapazitivenLast erweitert wird!
b) Welche Steuermöglichkeiten gibt es (zwei)? Erklären Sie diese und derenUnterschiede!
c) Eine Alternative zu den beiden Steuerelementen, die in Teilaufgabe b)genannt wurden, ist die sogenannte Zweipunkt- oder Hystereseregelung.Erklären Sie kurz deren Funktionsweise! Können die Hysteresegrenzenimmer eingehalten werden?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 20
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Hysterese- oder Zweipunktregelung:
‚ Ziel: Zu regelnde Größe in Hystereseband halten‚ Zu regelnde Größe (Strom/Spannung) wird gemessen‚ Vergleich mit oberer und unterer Hysteresegrenze‚ Hysteresegrenze erreicht:
Neuer Schaltzustand so, dass zu regelnde Größe wieder insHystereseband gelangt
‚ Digitalregler (Sampling):Überprüfung der Hysteresegrenzen nur an Sampling-Schrittenñ Hysteresegrenzen immer überschritten
‚ Hysteresegrenzen (theoretisch) nur einzuhalten bei
˝ Digitalregler mit unendlich hoher Samplingfrequenz˝ Unendlich schnell reagierender Analogregler
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 21
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Hysterese- oder Zweipunktregelung:
‚ Ziel: Zu regelnde Größe in Hystereseband halten
‚ Zu regelnde Größe (Strom/Spannung) wird gemessen‚ Vergleich mit oberer und unterer Hysteresegrenze‚ Hysteresegrenze erreicht:
Neuer Schaltzustand so, dass zu regelnde Größe wieder insHystereseband gelangt
‚ Digitalregler (Sampling):Überprüfung der Hysteresegrenzen nur an Sampling-Schrittenñ Hysteresegrenzen immer überschritten
‚ Hysteresegrenzen (theoretisch) nur einzuhalten bei
˝ Digitalregler mit unendlich hoher Samplingfrequenz˝ Unendlich schnell reagierender Analogregler
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 21
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Hysterese- oder Zweipunktregelung:
‚ Ziel: Zu regelnde Größe in Hystereseband halten‚ Zu regelnde Größe (Strom/Spannung) wird gemessen
‚ Vergleich mit oberer und unterer Hysteresegrenze‚ Hysteresegrenze erreicht:
Neuer Schaltzustand so, dass zu regelnde Größe wieder insHystereseband gelangt
‚ Digitalregler (Sampling):Überprüfung der Hysteresegrenzen nur an Sampling-Schrittenñ Hysteresegrenzen immer überschritten
‚ Hysteresegrenzen (theoretisch) nur einzuhalten bei
˝ Digitalregler mit unendlich hoher Samplingfrequenz˝ Unendlich schnell reagierender Analogregler
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 21
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Hysterese- oder Zweipunktregelung:
‚ Ziel: Zu regelnde Größe in Hystereseband halten‚ Zu regelnde Größe (Strom/Spannung) wird gemessen‚ Vergleich mit oberer und unterer Hysteresegrenze
‚ Hysteresegrenze erreicht:Neuer Schaltzustand so, dass zu regelnde Größe wieder insHystereseband gelangt
‚ Digitalregler (Sampling):Überprüfung der Hysteresegrenzen nur an Sampling-Schrittenñ Hysteresegrenzen immer überschritten
‚ Hysteresegrenzen (theoretisch) nur einzuhalten bei
˝ Digitalregler mit unendlich hoher Samplingfrequenz˝ Unendlich schnell reagierender Analogregler
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 21
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Hysterese- oder Zweipunktregelung:
‚ Ziel: Zu regelnde Größe in Hystereseband halten‚ Zu regelnde Größe (Strom/Spannung) wird gemessen‚ Vergleich mit oberer und unterer Hysteresegrenze‚ Hysteresegrenze erreicht:
Neuer Schaltzustand so, dass zu regelnde Größe wieder insHystereseband gelangt
‚ Digitalregler (Sampling):Überprüfung der Hysteresegrenzen nur an Sampling-Schrittenñ Hysteresegrenzen immer überschritten
‚ Hysteresegrenzen (theoretisch) nur einzuhalten bei
˝ Digitalregler mit unendlich hoher Samplingfrequenz˝ Unendlich schnell reagierender Analogregler
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 21
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Hysterese- oder Zweipunktregelung:
‚ Ziel: Zu regelnde Größe in Hystereseband halten‚ Zu regelnde Größe (Strom/Spannung) wird gemessen‚ Vergleich mit oberer und unterer Hysteresegrenze‚ Hysteresegrenze erreicht:
Neuer Schaltzustand so, dass zu regelnde Größe wieder insHystereseband gelangt
‚ Digitalregler (Sampling):Überprüfung der Hysteresegrenzen nur an Sampling-Schrittenñ Hysteresegrenzen immer überschritten
‚ Hysteresegrenzen (theoretisch) nur einzuhalten bei˝ Digitalregler mit unendlich hoher Samplingfrequenz˝ Unendlich schnell reagierender Analogregler
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 21
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Hysterese- oder Zweipunktregelung:
‚ Ziel: Zu regelnde Größe in Hystereseband halten‚ Zu regelnde Größe (Strom/Spannung) wird gemessen‚ Vergleich mit oberer und unterer Hysteresegrenze‚ Hysteresegrenze erreicht:
Neuer Schaltzustand so, dass zu regelnde Größe wieder insHystereseband gelangt
‚ Digitalregler (Sampling):Überprüfung der Hysteresegrenzen nur an Sampling-Schrittenñ Hysteresegrenzen immer überschritten
‚ Hysteresegrenzen (theoretisch) nur einzuhalten bei˝ Digitalregler mit unendlich hoher Samplingfrequenz˝ Unendlich schnell reagierender Analogregler
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 21
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Schaltnetzteile (Teil 2)
d) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers (Buck-Converter)mit Glättungskondensator! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
e) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers(Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
f) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hoch- Tiefsetzstellers(Buck-Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
g) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Cuk-Converters! Berechnen Siedas Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung in Abhängigkeit von derZeit, die der Schalter offen und geschlossen ist!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 22
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Schaltnetzteile (Teil 2)
d) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers (Buck-Converter)mit Glättungskondensator! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
e) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers(Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
f) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hoch- Tiefsetzstellers(Buck-Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
g) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Cuk-Converters! Berechnen Siedas Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung in Abhängigkeit von derZeit, die der Schalter offen und geschlossen ist!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 22
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Schaltnetzteile (Teil 2)
d) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers (Buck-Converter)mit Glättungskondensator! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
e) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers(Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
f) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hoch- Tiefsetzstellers(Buck-Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
g) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Cuk-Converters! Berechnen Siedas Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung in Abhängigkeit von derZeit, die der Schalter offen und geschlossen ist!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 22
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Schaltnetzteile (Teil 2)
d) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers (Buck-Converter)mit Glättungskondensator! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
e) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers(Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
f) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hoch- Tiefsetzstellers(Buck-Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
g) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Cuk-Converters! Berechnen Siedas Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung in Abhängigkeit von derZeit, die der Schalter offen und geschlossen ist!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 22
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Schaltnetzteile (Teil 2)
d) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers (Buck-Converter)mit Glättungskondensator! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
e) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers(Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
f) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hoch- Tiefsetzstellers(Buck-Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
g) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Cuk-Converters! Berechnen Siedas Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung in Abhängigkeit von derZeit, die der Schalter offen und geschlossen ist!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 23
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
S
D
L
uL
Last UAC
Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
S
D
L
uL
Last UAC
Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers
Annahme: Schaltung im Gleichgewicht
Somit gilt für eine Periode (Ein- und Ausschaltvorgang):
tonż
0
uLptqdt
loooomoooon
S geschlossen
`ton`toffż
ton
uLptqdt
looooooomooooooon
S offen
“ 0
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
S
D
L
uL
Last UAC
Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers
Annahme: Schaltung im GleichgewichtSomit gilt für eine Periode (Ein- und Ausschaltvorgang):
tonż
0
uLptqdt
loooomoooon
S geschlossen
`ton`toffż
ton
uLptqdt
looooooomooooooon
S offen
“ 0
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
S
D
L
uL
Last UAC
Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers
S geschlossen: uL “ U0 ´ UA
S geöffnet: uL “ ´UA
Somit:pU0 ´ UAq ¨ ton ´ UA ¨ pton ` toff ´ tonq “ 0
U0 ¨ ton ´ UA ¨ ton ´ UA ¨ toff “ 0
U0 ¨ ton ´ UA ¨ pton ` toffq “ 0
Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
UA
U0“ ton
ton ` toff
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
S
D
L
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers
S geschlossen: uL “ U0 ´ UA S geöffnet: uL “ ´UA
Somit:pU0 ´ UAq ¨ ton ´ UA ¨ pton ` toff ´ tonq “ 0
U0 ¨ ton ´ UA ¨ ton ´ UA ¨ toff “ 0
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
UA
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
S
D
L
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers
S geschlossen: uL “ U0 ´ UA S geöffnet: uL “ ´UA
Somit:pU0 ´ UAq ¨ ton ´ UA ¨ pton ` toff ´ tonq “ 0
U0 ¨ ton ´ UA ¨ ton ´ UA ¨ toff “ 0
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
S
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers
S geschlossen: uL “ U0 ´ UA S geöffnet: uL “ ´UA
Somit:pU0 ´ UAq ¨ ton ´ UA ¨ pton ` toff ´ tonq “ 0
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
UA
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 24
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Schaltnetzteile (Teil 2)
d) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers (Buck-Converter)mit Glättungskondensator! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
e) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers(Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
f) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hoch- Tiefsetzstellers(Buck-Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
g) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Cuk-Converters! Berechnen Siedas Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung in Abhängigkeit von derZeit, die der Schalter offen und geschlossen ist!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 25
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 26
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U0
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S
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers
Annahme: Schaltung im Gleichgewicht
Somit gilt für eine Periode (Ein- und Ausschaltvorgang):
tonż
0
uLptqdt
loooomoooon
S geschlossen
`ton`toffż
ton
uLptqdt
looooooomooooooon
S offen
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 26
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
L
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers
Annahme: Schaltung im GleichgewichtSomit gilt für eine Periode (Ein- und Ausschaltvorgang):
tonż
0
uLptqdt
loooomoooon
S geschlossen
`ton`toffż
ton
uLptqdt
looooooomooooooon
S offen
“ 0
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 26
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U0
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S
D
Last UAC
Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers
S geschlossen: uL “ U0
S geöffnet: uL “ U0 ´ UA
Somit:U0 ¨ ton ` pU0 ´ UAq ¨ toff “ 0
U0 ¨ ton ` U0 ¨ toff ´ UA ¨ toff “ 0
U0pton ´ toffq “ UA ¨ toff
Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
UA
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toff
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 26
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
L
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers
S geschlossen: uL “ U0 S geöffnet: uL “ U0 ´ UA
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
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toff
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 26
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers
S geschlossen: uL “ U0 S geöffnet: uL “ U0 ´ UA
Somit:U0 ¨ ton ` pU0 ´ UAq ¨ toff “ 0
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 26
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 26
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Schaltnetzteile (Teil 2)
d) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers (Buck-Converter)mit Glättungskondensator! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
e) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers(Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
f) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hoch- Tiefsetzstellers(Buck-Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
g) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Cuk-Converters! Berechnen Siedas Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung in Abhängigkeit von derZeit, die der Schalter offen und geschlossen ist!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 27
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0 LuL
S D
Last UAC
Prinzipschaltbild eines kombinierten Hoch- und TiefsetzstellersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0 LuL
S D
Last UAC
Prinzipschaltbild eines kombinierten Hoch- und TiefsetzstellersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Annahme: Schaltung im Gleichgewicht
Somit gilt für eine Periode (Ein- und Ausschaltvorgang):
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0
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S geschlossen
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines kombinierten Hoch- und TiefsetzstellersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Annahme: Schaltung im GleichgewichtSomit gilt für eine Periode (Ein- und Ausschaltvorgang):
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S geschlossen
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines kombinierten Hoch- und TiefsetzstellersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
S geschlossen: uL “ U0
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines kombinierten Hoch- und TiefsetzstellersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
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Somit:U0 ¨ ton ´ UA ¨ toff “ 0
Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Last UAC
Prinzipschaltbild eines kombinierten Hoch- und TiefsetzstellersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
S geschlossen: uL “ U0 S geöffnet: uL “ ´UA
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Prinzipschaltbild eines kombinierten Hoch- und TiefsetzstellersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
S geschlossen: uL “ U0 S geöffnet: uL “ ´UA
Somit:U0 ¨ ton ´ UA ¨ toff “ 0
Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 28
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Schaltnetzteile (Teil 2)
d) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Tiefsetzstellers (Buck-Converter)mit Glättungskondensator! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
e) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hochsetzstellers(Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
f) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Hoch- Tiefsetzstellers(Buck-Boost-Converter)! Berechnen Sie das Verhältnis von Ein- undAusgangsspannung in Abhängigkeit von der Zeit, die der Schalter offenund geschlossen ist!
g) Zeichnen Sie das Prinzipschaltbild eines Cuk-Converters! Berechnen Siedas Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung in Abhängigkeit von derZeit, die der Schalter offen und geschlossen ist!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 29
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
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S
C
UC
LA
uLA
D CA Last UA
Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Annahme: Schaltung im Gleichgewicht
Somit gilt für eine Periode (Ein- und Ausschaltvorgang):
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Annahme: Schaltung im GleichgewichtSomit gilt für eine Periode (Ein- und Ausschaltvorgang):
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S geschlossen
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
S geschlossen: uLA “ UA ´ UC S geöffnet: uLA “ UA
Somit:pUA ´ UCq ¨ ton ` UA ¨ toff “ 0
UC ¨ ton “ UA ¨ pton ` toffqUC “ UA ¨ ton ` toff
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
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C
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
S geschlossen: uLA “ UA ´ UC S geöffnet: uLA “ UA
Somit:pUA ´ UCq ¨ ton ` UA ¨ toff “ 0
UC ¨ ton “ UA ¨ pton ` toffqUC “ UA ¨ ton ` toff
ton
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
L0
uL0
S
C
UC
LA
uLA
D CA Last UA
Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Induktivität L0:
UC “ U0 ¨ ton ` toff
toff
Induktivität LA:
UC “ UA ¨ ton ` toff
ton
Daraus folgt:
U0 ¨ ton ` toff
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ton
Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:UA
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
L0
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D CA Last UA
Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Induktivität L0:
UC “ U0 ¨ ton ` toff
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Induktivität LA:
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:UA
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
U0
L0
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C
UC
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Prinzipschaltbild eines Cuk-ConvertersWichtig: UA hat umgekehrte Polarität!
Induktivität L0:
UC “ U0 ¨ ton ` toff
toff
Induktivität LA:
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Daraus folgt:
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Verhältnis von Ein- und Ausgangsspannung:UA
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Gliederung
1 Klassische Netzteilschaltungen
2 Schaltnetzteile
3 Vierquadrantensteller
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 30
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
Vierquadrantensteller
UQ
S1 D1
S3 D3
R L
uAiA
iQ
S2D2
S4D4
12
3 4
iA
uA
Vierquadrantensteller
‚ S1, S2, S3, S4: Ein- und ausschaltbar‚ D1, D2, D3, D4: Freilaufdioden‚ Quellenspannung UQ “ const.‚ Ausgangsspannung der (unbekannten) RL-Last: uA
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 31
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
a) Zeichnen Sie alle acht möglichen Stromlaufpfade desVierquadrantenstellers für die angegebenen Ströme und Spannungen incl.der Stromlaufrichtung ein!
b) Zeichnen Sie jeweils die Quadranten ein, in welchen die entsprechendenTeilschaltungen betrieben werden können!
c) Zeichnen Sie für die gegebenen Ein-Quadrant-Teilschaltungen und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
d) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
e) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 32
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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S1 D1
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R L
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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S1 D1
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
UQ
S1 D1
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Hinweis:Freilauf nur über Ventile und LastFreilauf nicht über Quellen
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 33
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
a) Zeichnen Sie alle acht möglichen Stromlaufpfade desVierquadrantenstellers für die angegebenen Ströme und Spannungen incl.der Stromlaufrichtung ein!
b) Zeichnen Sie jeweils die Quadranten ein, in welchen die entsprechendenTeilschaltungen betrieben werden können!
c) Zeichnen Sie für die gegebenen Ein-Quadrant-Teilschaltungen und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
d) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
e) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 34
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 35
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 35
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
a) Zeichnen Sie alle acht möglichen Stromlaufpfade desVierquadrantenstellers für die angegebenen Ströme und Spannungen incl.der Stromlaufrichtung ein!
b) Zeichnen Sie jeweils die Quadranten ein, in welchen die entsprechendenTeilschaltungen betrieben werden können!
c) Zeichnen Sie für die gegebenen Ein-Quadrant-Teilschaltungen und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
d) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
e) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 36
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
a) Zeichnen Sie alle acht möglichen Stromlaufpfade desVierquadrantenstellers für die angegebenen Ströme und Spannungen incl.der Stromlaufrichtung ein!
b) Zeichnen Sie jeweils die Quadranten ein, in welchen die entsprechendenTeilschaltungen betrieben werden können!
c) Zeichnen Sie für die gegebenen Ein-Quadrant-Teilschaltungen und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
d) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
e) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 38
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
a) Zeichnen Sie alle acht möglichen Stromlaufpfade desVierquadrantenstellers für die angegebenen Ströme und Spannungen incl.der Stromlaufrichtung ein!
b) Zeichnen Sie jeweils die Quadranten ein, in welchen die entsprechendenTeilschaltungen betrieben werden können!
c) Zeichnen Sie für die gegebenen Ein-Quadrant-Teilschaltungen und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
d) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
e) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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f) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
g) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
h) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
i) Nun soll eine Pulsweitenmodulation für den Vierquadrantensteller realisiertwerden. Hierzu sollen dreieckförmige Carrier-Signale mit der Länge tcverwendet werden. Die Soll-Lastspannung u˚
A, welche moduliert werdensoll, ist gegeben. Wie kann die Pulsweitenmodulation realisiert werden?Was ist bei den Schalterstellungen zu beachten? Zeichnen Sie dieCarrier-Signale und die Schalterstellungen für die gegebenenSollspannungen u˚
Aptq ein! Was muss zusätzlich noch bei einerpraktischen Realisierung der PWM beachtet werden?
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
f) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
g) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
h) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
i) Nun soll eine Pulsweitenmodulation für den Vierquadrantensteller realisiertwerden. Hierzu sollen dreieckförmige Carrier-Signale mit der Länge tcverwendet werden. Die Soll-Lastspannung u˚
A, welche moduliert werdensoll, ist gegeben. Wie kann die Pulsweitenmodulation realisiert werden?Was ist bei den Schalterstellungen zu beachten? Zeichnen Sie dieCarrier-Signale und die Schalterstellungen für die gegebenenSollspannungen u˚
Aptq ein! Was muss zusätzlich noch bei einerpraktischen Realisierung der PWM beachtet werden?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 44
Lehrstuhl für Elektrische Antriebssysteme und Leistungselektronik Technische Universität München
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f) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
g) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
h) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
i) Nun soll eine Pulsweitenmodulation für den Vierquadrantensteller realisiertwerden. Hierzu sollen dreieckförmige Carrier-Signale mit der Länge tcverwendet werden. Die Soll-Lastspannung u˚
A, welche moduliert werdensoll, ist gegeben. Wie kann die Pulsweitenmodulation realisiert werden?Was ist bei den Schalterstellungen zu beachten? Zeichnen Sie dieCarrier-Signale und die Schalterstellungen für die gegebenenSollspannungen u˚
Aptq ein! Was muss zusätzlich noch bei einerpraktischen Realisierung der PWM beachtet werden?
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 46
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 47
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S1
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S4
S4 immer ein bei UA ą 0S1 immer aus bei UA ă 0Freilauf nur oben
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Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 47
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f) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
g) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
h) Zeichnen Sie für die gegebene Zwei-Quadrant-Teilschaltung und dievorgegebenen Spannungen, Ströme und Schalterstellungen jeweils dieresultierenden Ventilströme (Vorzeichen beachten!) und den Quellenstromein!
i) Nun soll eine Pulsweitenmodulation für den Vierquadrantensteller realisiertwerden. Hierzu sollen dreieckförmige Carrier-Signale mit der Länge tcverwendet werden. Die Soll-Lastspannung u˚
A, welche moduliert werdensoll, ist gegeben. Wie kann die Pulsweitenmodulation realisiert werden?Was ist bei den Schalterstellungen zu beachten? Zeichnen Sie dieCarrier-Signale und die Schalterstellungen für die gegebenenSollspannungen u˚
Aptq ein! Was muss zusätzlich noch bei einerpraktischen Realisierung der PWM beachtet werden?
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Zu beachten‚ S1 und S3 sind komplementär‚ S2 und S4 sind komplementär‚ Komplementäre Schalter dürfen niemals zugleich eingeschaltet sein!ñ Sofortige Zerstörung der Spannungsquelle!
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Pulsweitenmodulation für Vierquadrantensteller‚ Positives Carriersignal c1ptq für S1 und S3:
S1 ist ein, wenn u˚Aptq ă c1ptq, ansonsten: S1 ist aus
‚ Negatives Carriersignal c2ptq für S2 und S4:S4 ist ein, wenn u˚
Aptq ă c2ptq, ansonsten: S4 ist aus‚ Steuersignale für S3 und S2 sind invertierte Steuersignale für S1 bzw. S4
‚ In der Regel mittels programmierbarer Hardware (CPLDs, FPGAs)realisiertEinfache Programmierung z. B. in VHDL möglich
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Reale PWM-Implementierung mit Interlock- bzw. Totzeit‚ Komplementäre Schalter dürfen niemals zugleich eingeschaltet sein‚ Jitter-Effekte und endliche Stromänderungsgeschwindigkeiten:ñ Tot- oder Interlockzeit nötig:
˝ Schalter wird sofort ausgeschaltet˝ Komplementärer Schalter wird nach Ablauf der Totzeit eingeschaltet˝ Folge: Kein Brückenkurzschluss˝ Typische Totzeiten: 500 ns . . . 5 µs
Übung 5: DC/DC-Wandler und Wechselrichter Seite 49
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t
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