EK1_P4_2008_05_14_Loesung

Elektronik 1
Prüfung 4: 14.5.08
Musterlösung
Zeit 30 Minuten
Eigene Zusammenfassung von 8 Seiten erlaubt
Taschenrechner erlaubt, PC und Handy nicht erlaubt
Jede vollständig richtig gelöste Teilaufgabe gibt 3 Punkte
Tipps
Zuerst alle Aufgaben durchlesen und mit der einfachsten beginnen
Jede Teilaufgabe lässt sich unabhängig von den anderen lösen
1. Getakteter Abwärtswandler
Gegeben sind diese Daten:
Speisespannung Usupply = 10V
PWM-Frequenz = 50kHz
Laststrom < 10A
Für die Dimensionierung kann zudem angenommen werden:
PWM-Tastverhältnis für die Dimensionierung = 1:1
Ulast = UC ~ 5V
Ulast = UC = 100mVpp
IL = ILmax/10 = 1A (Faustregel)
a)
Skizzieren Sie den Verlauf der Spannungen UD, UL und des Stromes IL im
stationären (= eingeschwungenen) Zustand.
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H. Hochreutener, SoE@ZHAW
b)
Berechnen Sie den Wert der Induktivität L unter Vernachlässigung von
Spannungsschwankungen am Kondensator (UC = konstant, kein Ripple).
Bauteilgleichung: UL = LdIL/dt
L = ULt/IL
UL = 10V-5V = 5V
oder UL = 0V-5V = -5V
UL = 5V
IL = ILmax/10 = 1A (Faustregel)
t = 1/21/50kHz = 10s (= 1/2 Periode)
L = ULt/IL = 5V10s/1A = 50H
c)
Berechnen Sie den Wert des Kondensators C.
C = Q/UC
Q = IL/2t/2 = 1A/210s/2 = 2.5uC entspricht der Fläche eines Dreiecks
C = Q/UC = 1.25uC/100mV = 25uF
d)
Ist der FET gegen induktive Ausschalt-Überspannungen geschützt? Begründen Sie
Ihre Antwort.
Ja, beim Abschalten wird die Spulenspannung UL negativ. Wenn die Spannung an
der Diode ca. -0.3V unterschreitet, beginnt die Schottky-Diode zu leiten und begrenzt
die Spulenspannung. Am FET liegen also maximal 10.3V an.
e)
Ergänzen Sie das Schema um den Überspannungsschutz für das Gate.
Eine Z-Diode (ca. 12V) zwischen Gate und Source bietet diesen Schutz. Falls die
Quelle Usteuer niederohmig ist, muss ev. ein Widerstand in die Leitung von Usteuer
integriert werden.
f)
Ist die Schaltung gegen Kurzschluss am Ausgang (Rlast = 0) geschützt? Begründen
Sie Ihre Antwort.
Nein, bei einem Kurzschluss steigt der Strom durch die Induktivität kontinuierlich an.
Er wird nur begrenzt durch den ohmschen Widerstand der Spule und den
Bahnwiderständen von eingeschaltetem FET resp. leitender Diode. Der Strom wird
um Grössenordnungen zu gross, wenn der Kurzschluss nicht detektiert und der FET
abgeschaltet wird.
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H. Hochreutener, SoE@ZHAW