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MA – Analyse eines bidirektionalen isolierenden Gleichspannungswandlers hinsichtlich weichen Schaltens

Analyse eines bidirektionalen isolierenden Gleichspannungswandlers hinsichtlich weichen Schaltens

Kurzzusammenfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein bidirektionaler isolierenden Gleichspannungswandler mit aktiver Klemmschaltung gründlich analysiert. Zunächst werden unterschiedliche Ansteuerverfahren hinsichtlich Optimum untersucht. Anschließend die gesamte Schaltperiode in mehrere Intervalle aufgeteilt, für jedes wird die Schaltung als Überlagerung von Teilschaltungen analysiert. Zur Erzielung eines besseren Schaltungsverhaltens sowie zur Entwicklung von Soft-Switching-Techniken wird die Ansteuerung unter Berücksichtigung parasitärer Schaltungselemente und die Last erforscht.

Die Arbeit baut grundsätzlich auf einer theoretischen Analyse auf, die jeweils durch entsprechende Simulationen unterstützt wird. Die Schaltperiode wird hierbei in einzelne Intervalle mit den beteiligten Elementen zerlegt. Für jede Subschaltung werden Maschen und Knotengleichungen in Form von Differenzgleichungen erstellt. Die zeitabhängigen Gleichungen werden anschließend mit Hilfe mathematischer Tools gelöst und mit dem realen Verlauf verglichen. Hierdurch sollen sowohl die fur den zeitlichen Verlauf verantwortlichen Elemente gefunden werden, wie auch der Einfluss auf den Verlauf von Strom und Spannung evaluiert werden. Die durch LTspice erstellten Simulationsergebnisse werden abschließend mit den theoretisch ermittelten verglichen.

Im zweite Teil der Arbeit werden die Möglichkeiten der Soft-Switching Technik, z.B. Um den Einfluss der parasitären Elemente evaluieren zu können wird auf ein erstelltes MATLAB-Skript zurückgegriffen, mit dem die Untersuchung automatisiert wird und damit im Vergleich zur alleinigen Nutzung eines Schaltungssimulators wie LTspice beschleunigt werden kann. Die Datennachbearbeitung zur Visualisierung der Ergebnisse kommt danach.

Abstract

In this thesis, a bidirectional isolating DC-DC converter with clamping capacitor used in DC-DC gird illumination system is thoroughly analyzed. First, the optimal switching sequence is selected, and the whole switching period is divided into several intervals, for each one the circuit is analyzed as a superposition of subcircuits. For achieving better circuit behavior as well as developing soft-switching techniques, the conguration of the controll signal under the consideration of variable values of parasitic elements and load is researched.

Theoretical analysis comes in the foreground, simulation is used as a tool to Support the analysis, search interest values and visualise. This is the basic principle during this project.

One period of the circirt is devided into several subintervals with its relevent elements. For each subinterval, the mesh and nodal equations are established in the form of differential equation. With the help of mathmetic tool, time-varying functions are derived based on differential equations group. This aims to determine the resiponsible elements for displayed characteristic in current and voltage curves in of each interval, it is significant for the further evaluation.

In the second part of the thesis, the implementation of soft-switching technology are researched. For example, to evaluate the influence of parasitic elements and last on softswitching behavior, as well as the proper switching times, MATLAB stript is used as a tool to automatic the simulation process and data postprocessing. In this process, LTspice is still the computer for simulation.

Bearbeiterin: Yijun Lu

Betreuer: Matthias Schulz (Fraunhofer IISB) – Telefon: 09131-761582; Email: Matthias.Schulz@iisb.fraunhofer.de

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März