Vorlesungsuebung 1 Leistungselektronik PDF

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Vorlesungsuebung 1 Leistungselektronik...

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Aufgabe 1: Sperrwandler Ein Sperrwandler hat ein Windungsverhältnis von Ns/Np = 3/2. Der Konverter wird mit einer Spannung von 10V versorgt. Die Ausgangsspannung soll 24V betragen. Weiterhin wird der Sperrwandler mit einer Schaltfrequenz von 100kHz betrieben. Ab einer Ausgangsleistung von 120W wird der Transformator in jeder Schaltperiode vollständig entmagnetisiert a) Wie groß ist das Einschaltverhältnis bei der maximalen Ausgangsleistung von 120W? b) Welchen Wert hat die primärseitige Hauptinduktivität des Transformators, damit obige Bedingung erfüllt wird? Der Ausgangswiderstand ändert sich auf den Wert 12 Ohm. c) Welche Ausgangsspannung stellt sich ein, wenn das obige Tastverhältnis nicht verändert wird? d) Welches Einschaltverhältnis muß eingestellt werden, damit bei dem Ausgangswiderstand von 12 Ohm sich die Ausgangsspannung von 24V wieder einstellt? e) Wie hoch sind die Leitverluste im Mosfet, wenn dieser einen Leitwiderstand von 10mOhm aufweist (Berechnung für Ra = 12Ohm).

Aufgabe 2: Durchflußwandler Ein Durchflußwandler soll für folgende Spezifikationsdaten ausgelegt werden: Ue = 48V +/- 10%

Ua = 5V

F = 100KHz

Pa = 15W – 50W

Die Entmagnetisierungswicklung hat ein Übersetzungsverhältnis von Ne/Np = 1. Weiterhin soll der Induktivitätsstrom (Ausgangsinduktivität) nicht lücken. a) Berechnen Sie das minimale Transformatorübersetzungsverhältnis Ns/Np. b) Berechnen Sie den Minimalwert der Ausgangsinduktivität. c) Die Entmagnetisierungswicklung ist so ausgelegt, das der Konverter mit einem maximalen Einschaltverhältnis von Dmax = 0,7 betrieben werden kann. Welche Sperrspannung liegt in diesem Fall am Transistor an?

Aufgabe 3: Foreward Konverter Ein Foreward Konverter hat folgende charakteristische Eigenschaften: Ue = 48V Lh = 5mH Ra = 10 Ohm

La = 400uH C = 100uF (idealer Kondensator)

f = 35KHz

Np/Ns = 1,5

D = 0,4

Np/Ne = 1

a) Berechnen Sie die Ausgangsspannung. b) Berechnen Sie den Mittelwert, den Maximal- und den Minimalwert des Stromes durch die Ausgangsinduktivität. c) Berechnen Sie den Spannungsrippel/ Spannungswelligkeit der Ausgangsspannung (idealer Kondensator). d) Wie groß ist der Spitzenwert des Transistorstromes? (Hauptinduktivität berücksichtigen !!) e) Ist die Entmagnetisierung der Hauptinduktivität sichergestellt?

Aufgabe 4: Tiefsetzsteller Die geregelte Ausgangsspannung eines Tiefsetzstellers beträgt 5V. Die Eingangsspannung kann zwischen 10V und 40V schwanken. Die Schaltfrequenz beträgt 20KHz. Der minimale Ausgangsstrom beträgt 1Ampere. Alle Komponenten sind ideal. a) Berechnen Sie die minimale Ausgangsinduktivität, damit der Konverter mit kontinuierlichem Ausgangsstrom arbeitet. b) Der Tiefsetzsteller wird mit einer Eingangsspannung von 12,6V betrieben. Bestimmen Sie die Ausgangskapazität, damit die Ausgangsspannungswelligkeit Ua/Ua < 1% ist. c) Wie groß ist die Stromwelligkeit des Kondensators und der Induktivität?

Aufgabe 5: Hochsetzsteller Die Ausgangsspannung des Hochsetzstellers hat einen Wert von 24V. Die Eingangsspannung schwankt zwischen 8V und 16V. Die Schaltfrequenz beträgt 20KHz. Die minimale Ausgangsleistung ist 5W. Der Konverter besteht aus idealen Komponenten. a) Berechnen Sie die minimale Induktivität, damit der Konverter mit kontinuierlichem Induktivitätsstrom betrieben wird. b) Bestimmen Sie den Wert der Ausgangskapazität (idealer Kondensator) damit bei einer Eingangsspannung von 12V und einem Ausgangsstom von 0,75A, die Welligkeit der Ausgangsspannung Ua/Ua < 1% ist.

Aufgabe 6: Inverswandler – Buck/Boost- Wandler Ein Inverswandler kann eine maximale Ausgangsleistung von 75W abgeben. Die Ausgangsspannung beträgt -50V und der Konverter wird aus einer 40V – Gleichspannungsquelle versorgt. Die Schaltfrequenz beträgt 40KHz. Bei maximaler Ausgangsleistung wird der Konverter an der Lückgrenze betrieben. Die Ausgangskapazität ist sehr groß, daher ist die Welligkeit der Ausgangsspannung vernachlässigbar. a) Bestimmen Sie das erforderliche Einschaltverhältnis D. b) Berechnen Sie den Wert der erforderlichen Induktivität.

Aufgabe 7: Buck/Boost – Konverter Die Ausgangsspannung des Buck/Boost Konverters beträgt -15V. Die Eingangsspannung kann zwischen 8V und 40V schwanken. Die Schaltfrequenz beträgt 20KHz. Die Ausgangsspannung hat keine relevante Welligkeit. a) Welchen Wert hat die Induktivität, wenn die Lückgrenze bei Pa =2W auftritt. b) Die Induktivität hat einen Wert von 150uH. Damit arbeitet der Konverter bei einer Eingangsspannung von 12V und einem Ausgangsstrom von 250mA sicher im Lückbetrieb. Bestimmen Sie das erforderliche Einschaltverhältnis....