Afo ; technische universitat dortrnund ‘,0 Leistungselektronische Schaltungen WS2020/21 Aufgabe 2 - Der euk-Wandler In der Vorlesung haben Sie den auk-Wandler kennengelernt. Dieser Wandlertyp setzt sich aus einem Hoch- mid einem Tiefsetzsteller zusammen. Somit besteht dieser DC/DC-Wandler aus zwei Spulen und zwei Kondensatoren und gehort zu den Wandlernetzwerken der 4. Ordnung. In dieser Aufgabe simulieren Sic den Cuk-Wandler sowohl im kontinuierlichen als auch im diskontinuierlichen Betrieb. 2.1 Der euk-Wandler im kontinuierlichen Betrieb a) Bauen sic die Schaltung des auk-Wandler in PLECS auf. Lassen sic ausreichend Platz, um Messgerate einbauen zu konnen. Achten sic insbesondere an der Ausgangsseite auf die Polaritat der Messgerate. Nehmen sic folgende Werte an: • Uein — 300V • U„„ • il,t, 400V 160Q • C1 = C2 = 1Op F • Diode D1 ist ideal • MOSFET S1 ist ideal • Schaltfrequenz f5 = 2001; • Simulationsschrittweite (time step) 0, 1 io4 • Solver: „variable step " • Simulationszeit (stop time) 80 m s • L1 und L2 sind in c) zu berechnen • Relevante Messgerate („Ammeter", „Voltmeter") und Bezugspotential (Electrical Ground)einfiigen Lehrstuhl fiir Energiewandlung N.Jahn 1 technische universitat dortmund Leistungselektronische Schaltungen WS2020/21 b) Berechnen sie das benotigte Tastverhaltnis aus den gegebenen Angaben. Hinweis: Beachten Sic, dass das Minuszeich,en in der Formcl fiir das Tastverheiltnis auf die invertierte Ausgangsspannung bezieht und in der Berechnung nicht beriicksichtigt werden muss. L\00 3o0 1- 3 OD vtIC = " D - 3 3 -ick.stvQ.th76,k -h4D:s----: m) Berechnen sic die Grof3e der Speicherdrosscln Li und L2 , sodass sich (An Stromrippel von AIL1 = L2 = Iaus einstellt und stellen sie diese in PLECS em. Hinweis: Runden Sic ihre Ergebnisse auf mH. R1,1_ ovA- 0 ( L 2 1.L 0 Loo -1 s 6o s . . Z0000 U LL Zt 10 -2- L- 1 Lk\ 63 Lehrstuhl fiir Energiewandlung k N.Jahn c, \0 \ 2 p technische universitat dortmund Leistungselektronische Schaltungen WS2020/21 d) Verifizieren Sie ihre Auslegung simulatorisch (Screenshots). eberpriifen Sic: 1. Die Ausgangsspannung Ua, im Vergleich zur Eingangsspannung Uein. 2. Die Stromrippel A/L1 und /L2 Lassen Sic sich die Eingangsstrom hi , den Spulenstrom /L2 und den Strom durch den Schalter /Schalter in einem Scope anzeigen. Was muss bei der Auslegung des Schalters beachtet werden? f) Gcbcn Sic das Tastvcrhaltnis D beim ebergang vom Tiefsetzstcller- in den Hochsetzstellerbetrieb an. L,N-R Y ck•A \ t 'TS 0 Uberpriifen Sic das gewahlte Tastverhaltnis aus Aufgabenteil f) simulatorisch, indem Sic Ein- und Ausgangsspannung unter Einstellung des berechneten Tastverhaltnisses vergleichen. Lehrstuhl fiir Energiewandlung N.Jahn 3 technische universitat dortmund Leistungselektronische Schaltungen WS2020/21 2.2 Der euk-Wandler im diskontinuierlichen Betrieb ebernehmen Sie die Schaltung des auk-Wandlers aus dem vorherigen Aufgabenteil. A.) 1- LI Cl L2 ' 12 Drossel U21 I 12 R B) Drossel Li 2. Cl - 2 a'Ts f D2*TE,H D3*1Ts Ts - U2 0* Abbildung 1: Schaltzustande des euk-Wandlers und die Drosselstrome und -spannungen a) Stellen Sie durch Anpassen der Induktivitat L1 den Spulenstrom so em, dass sich emn deutlich diskontinuierlicher Betrieb in L1 einstellt. Plotten Sie den Strom durch L1 und erlautern Sic den Unterschied zwischen Tiefsetzsteller und Cuk-Wandler anhand von Abbildung 1. \k: ex \ d1/4 ; S V.0 ,cx -70 — lc Ac ,w< I.< 2- 'v.k" L (-6 . r tc2N0 '3 -7 V4 Q Y\ 2_ L lbo*cDAkto-5 ‘‘%-\-• Lehrstuhl fur Energiewandlung +o N.Jahn 4 technische universitat dortmund WS2020/21 Leistungselektronische Schaltungen b) Das Tastverhaltnis ftir den Cuk-Wandler im diskontinuierlichen Betrieb ist in Formel 1 angegeben. U2 = (1) mit 1 1 1 = - - Lp L1 Lf .Zo9 o 6 (2) L2 • uau iur ,•• die ni der nachstehenBerechnen Sie die Spannungstibersetzungsverhaltmsse ue, den Tabelle gegebenen Tastverhaltnisse. Tabelle 1: Ubertragungsverhaltnisse in Abhangigkeit vom Tastverhaltnis D=0.2 D=0.4 D=0.6 uaus ti, (72°) (144°) (216°) berechnet 0. '4 4 t • tA % 2 . 2- -?/ . 226 i . Li g simulatorisch 0.73 OberprUfen Sie Ihre Berechnung simulatorisch. Modifizieren Sie hierzu Ihre Schaltung mit den folgenden Werten: So 0 4 54 to- 5 = 3 . o 8D Ot • L1 = 1 mH • L2 = 10 mH ui rilvWC'°'' • RL = 500 Q 22_0 • Tastverhaltnis D siehe Tabelle 1 P-P fi) 0- 4gs 0 .13 3o 0 0o 30 0 c) Tragen Sie die folgenden Punkte in die _Abbildung em n und verbinden Sie sie zu einer Kennlinie. Uberpriffen Sie diese gegebenenfalls mit einer Simulation. Wie unterscheiden sich kontinuierliche und diskontinuierliche Betrieb? • Die Spannungstibersetzungsverhaltnisse aus b) • Bestimmen Sie die Llickgrenze und tragen Sie diese emn • Die UThertragungsverhaltnisse ftir D=0.8 und D=0.9 Lehrstuhl fur Energiewandlung N.Jahn 0 5 technische universitat dortmund udui Leistungselektronische Schaltungen WS2020/21 10 7 4 3 Diskontinuierlichen Kontinuierlichen 2 0,2 0,4 1 0,8 0,6 Abbildung 2: Ubersetzungsverhaltnis in Abhangigkeit des Tastverhaltnisses 14. \i4c.r`o- < Lehrstuhl fiir Energiewandlung N.Jahn 6
