Untersuchung des Potenzials zur Erhöhung des Wirkungsgrades einfacher Schaltnetzteiltopologien und Ableitung von Designrichtlinien, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 242 S., 11,1 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
Enth. außerdem: Thesen
Die vorliegende Arbeit richtet sich vor allem an Entwickler von Schaltnetzteilen, Halbleitern und passiven Komponenten, die durch eine Schärfung des Verständnisses für die Gesamttopologie und die dahinterliegenden Zusammenhänge in ihrer täglichen Arbeit möglichst nahe an das optimale und gleichzeitig einfache Schaltnetzteil herankommen möchten. Zu Beginn der Arbeit werden zunächst die Eigenschaften gängiger Schaltnetzteiltopologien vorgestellt und miteinander verglichen. Die beiden Schaltungsarten mit dem geringsten Komplexitätsgrad Flyback- und Forward-Converter werden im Anschluss im Detail theoretisch analysiert und Ansatzpunkte für Optimierungen aufgezeigt. Hierzu werden sowohl die verlustbestimmenden Eigenschaften aktiver Bauteile (Leistungshalbleiter, Dioden) als auch die passiver Bauelemente (Elektrolytkondensatoren, Transformatoren) erläutert. Basierend auf Simulationen und praktischen Versuchen wird gezeigt, wie der Wirkungsgrad speziell durch die Optimierung von Transformatoren und Halbleitern gesteigert werden kann. An praktischen Aufbauten und und Messungen wird die Anwendbarkeit der erzielten Ergebnisse für Entwickler von Schaltnetzteilen verifiziert. In den durchgeführten Simulationen werden darüber hinaus verschiedene Parameter der induktiven Bauelemente und vor allem der Halbleiter variiert und die resultierenden Einflüsse auf das Verhalten der Schaltung aufgezeigt. Dieser neue Ansatz des Synthetisierens von Halbleitern gibt sowohl den Entwicklern von Schaltnetzteilen als auch den Herstellern von Halbleitern wichtige Informationen für das Design optimal arbeitender DC/DC-Wandler und der dazu benötigten Eigenschaften auf Komponentenebene. Die hierfür verwendeten Simulationsmodelle sowie -ergebnisse sind vollständig mit entsprechender Beschreibung enthalten.Um eine möglichst umfassende Betrachtung praktischer Anwendungsfälle für Schaltnetzteile zu garantieren, werden PFC-Stufen ebenfalls in die Wirkungsgraduntersuchungen einbezogen und Empfehlungen für die Auslegung eines wirkungsgradoptimierten Schaltnetzteil-Gesamtkonzepts getroffen.Am Ende jedes Abschnitts für die untersuchten Topologien erhält der Leser konkrete Hilfestellung und Designregeln für den Aufbau eines Schaltnetzteils mit optimiertem Wirkungsgrad.
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Variable frequency asymmetrical PWM for half-bridge resonant induction cookers. - Ilmenau : ISLE, 2008. - V, 158 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008
Die asymmetrisch-frequenzvariable Pulsweitenmodulation wurde für den Reihenresonanz-Induktionskocher entwickelt, um dessen Wirkungsgrad zu erhöhen. Der dafür verwendete Spannungswechselrichter basiert auf einer Halbbrückentopologie. Die Regelungsstruktur besteht aus zwei separaten Regelschleifen. Eine Schleife regelt die Phasenlage des Stromes unter Verwendung einer PLL Struktur. So können ständig die Schaltbedingungen für die Nullspannungsschalter der Halbbrücke eingehalten werden. Eine weitere regelt unter Verwendung des Tastverhältnisses den Leistungsfluss in die Last. Das Verhalten des Systems bei VFAPWM Regelung im stationären Zustand wurde ermittelt und die so gewonnenen Gleichungen im Arbeitspunkt gelöst. Einige Entwurfskriterien wie z.B. die Auswahl der Beschaltungskondensatoren, die Totzeit zur Sicherung der ZVS-Bedingung sowie der notwendige Phasenoffset der PLL werden diskutiert. Durch diese Maßnahmen kann die ZVS- Bedingung für einen breiten Variationsbereich der Last gesichert werden. Die damit einhergehende Frequenzvariation ist gering. Um die Regelparameter der beiden Regelkreise ermitteln zu können, wurde ein um den Arbeitspunkt linearisiertes Kleinsignalersatzschaltbild des HBSRI mit VFAPWM ermittelt. Dadurch konnte der Einfluss von Laständerungen sowie der von Regelparametervariationen auf die Systemdynamik analysiert und Entwurfskriterien für den Regler abgeleitet werden. Weiterhin wurde die gesamte Regelungsstruktur in einen GA-Schaltkreis implementiert und das Gesamtsystem, bestehend aus dem Inverter und den Reglern, experimentell verifiziert. Abschließend werden die damit gewonnenen praktischen Ergebnisse angegeben.
Simplified space vector PWM algorithm for five-level inverter. - In: The European physical journal. Applied physics. - Les Ulis : EDP Sciences, 1998- , ISSN: 1286-0050 , ZDB-ID: 1468654-5, ISSN 1286-0050, Bd. 40 (2007), 3, S. 335-342
http://dx.doi.org/10.1051/epjap:2007168
Determination of the feedback capacity of a low voltage trench gate MOSFET from dynamic measurements. - In: European Conference on Power Electronics and Applications, 2007, (2007), insges. 9 S.
http://dx.doi.org/10.1109/EPE.2007.4417353
Stromrichtertechnik für Windkraftanlagen kleiner Leistung, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 112 S., 5986 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
Parallel als Druckausg. erschienen
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Vergleich von zwei unterschiedlichen Systemkonfigurationen für Windkraftanlagen kleiner Leistung (2kW). Als Generator wurde dabei eine PSM eingesetzt. Die beiden Konfigurationen unterscheiden sich grundsätzlich darin, wie die vom Generator erzeugte Energie in den Gleichspannungszwischenkreis eingespeist wird. Bei der ersten Topologie wird dazu ein konventioneller sechspulsiger Spannungswechselrichter auf IGBT-Basis eingesetzt. Die zweite Variante verwendet dazu eine Diodenbrücke in Verbindung mit einer klassischen Hochsetzstellertopologie. Zur Beurteilung der Systeme war zunächst die Entwicklung und Parametrierung eines geeigneten PSM-Modelles notwendig. Aufbauend auf diesen Untersuchungen wurden für die beiden zu vergleichenden Strukturen - auf dem Konzept der Feldorientierung basierende Regelungstoplogien - für den PSM abgeleitet. Die Regelungsstrukturen berücksichtigen dabei jeweils die topologischen Besonderheiten der beiden Vergleichsstrukturen. Ein wesentliches Vergleichskriterium für die beiden Konfigurationen war der damit zu erzielende Wirkungsgrad. Um diesen mit hinreichender Genauigkeit bestimmen zu können, war die Berechnung der im System auftretenden Verluste erforderlich. Besonders die simulative Bestimmung der von den Halbleiterbauelementen verursachten Durchlass- und Schaltverluste bildete einen Schwerpunkt dieser Arbeit. Durch die Entwicklung einer übergeordneten MPP-Regelung war es möglich, das System-verhalten weiter zu optimieren. Ein weiterer Untersuchungsgegenstand der Arbeit waren die möglichen Konfigurationen zur Netz- bzw. Batterieeinspeisung der durch die PSM bereitgestellten elektrischen Leistung.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=11045
Feldorientierte Regelung der permanenterregten Synchronmaschine ohne Lagegeber für den gesamten Drehzahlbereich bis zum Stillstand, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 137 S., 2006 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
Parallel als Druckausg. erschienen
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der geberlosen, feldorientierten Regelung der permanenterregten Synchronmaschine mit oberflächenmontierten Magneten. Anhand der Grundlagen zur geberlosen Regelung erfolgt eine Klassifizierung der in der Literatur vorhandenen Verfahren zur Bestimmung des Rotorwinkels. Aus Sicht der Anforderungen für die Anwendung in kostengünstigen Industrieantrieben wurden zwei Verfahren ausgewählt, mit denen der gesamte Drehzahlbereich abgedeckt werden kann. Eines der Verfahren basiert auf der Integration der induzierten Spannung und wird für die Rotorwinkelbestimmung im oberen Drehzahlbereich benutzt. Bei niedriger Drehzahl und im Stillstand wird ein zweites Schätzverfahren verwendet, das auf der Einprägung eines Testsignals basiert. Beide Verfahren werden in einer einzigen Struktur kombiniert, so dass sich ein sanfterer Übergang zwischen den beiden Verfahren in Abhängigkeit von der Drehzahl ergibt. Schwerpunkt der Arbeit ist die praktische Umsetzung der Bestimmungsverfahren mittels eines kommerziell erhältlichen Umrichters, der über einen kostengünstigen 16-Bit Festkomma Digital Signalprozessor angesteuert wird. Für die bei der Rotorwinkelbestimmung mit dem Testsignal auftretenden Besonderheiten, wie z. B. die Notwendigkeit des digitalen Bandpassfilters, die Kompensation der Nichtlinearität des Wechselrichters und die Entkopplung des Testsignals von der Stromregelung, werden in dieser Arbeit theoretisch begründete und für die praktische Anwendung geeignete Lösungen vorgestellt. Wie durch die experimentellen Ergebnisse bewiesen wird, ermöglicht das vorgestellte Konzept der geberlosen Drehzahlregelung kostengünstige und kompaktere Antriebslösungen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=10014
Design and implementation of a FPGA-based controller for resonant inverters. - In: IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2007, ISBN 978-1-4244-0654-8, (2007), S. 779-784
http://dx.doi.org/10.1109/PESC.2007.4342087
Determination of the feedback capacity of a low voltage trench gate MOSFET from dynamic measurements. - In: IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2007, ISBN 978-1-4244-0654-8, (2007), S. 870-875
http://dx.doi.org/10.1109/PESC.2007.4342103
Envelope model of frequency-duty-controlled LLC converters. - In: IEEE Power Electronics Specialists Conference, 2007, ISBN 978-1-4244-0654-8, (2007), S. 876-881
http://dx.doi.org/10.1109/PESC.2007.4342104
Influences of magnetic inductance, leakage inductance and saturable inductance on an active clamp forward converter. - In: European Conference on Power Electronics and Applications, 2007, (2007), insges. 8 S.
http://dx.doi.org/10.1109/EPE.2007.4417262