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MA – Entwicklung eines Netzteils mit hoher Effizienz über weiten Lastbereich

Entwicklung eines Netzteils mit hoher Effizienz über einen weiten Lastbereich

Kurzzusammenfassung

Typischerweise werden für Ausgangsleistungen unter 100W Sperrwandler verwendet. Diese sind für die meisten Anwendungen ausreichend und es ist ein guter Wirkungsgrad möglich. Aufgrund von verschiedenen Fehlerzuständen in den Stromnetzen kann es zu Überspannungen kommen. Um Hausgeräte robuster gegenüber diesen zu machen, wird gefordert, dass das Schaltnetzteil bis zu einer Netzspannung von 440Vrms die volle Ausgangsleistung liefert und ohne Einschränkungen arbeitet.

Der Standard-Sperrwandler ist für diese Anforderung ungeeignet. Deswegen wird im Rahmen dieser Masterarbeit die Two-Switch Flyback Converter Topologie untersucht. Bei dieser wird der Sperrwandler um einen zweiten Schalter vor der Primärwicklung des Transformators und zwei Dioden auf der Primärseite ergänzt. Dadurch wird die Schaltersperrspannung auf die Eingangsspannung geklemmt und die Energie der Streuinduktivität in den Eingangselektrolytkondensator zurückgespeist.

Die Inbetriebnahme der Testschaltung bei 440Vrms Netzspannung und 21,6W Ausgangsleistung zeigt, dass der Konverter die Anforderungen erfüllt und dabei eine Effizienz von 87% erreicht. Die Topologie hat somit das Potential in zukünftigen Projekten eingesetzt zu werden. In weiteren Untersuchungen muss die Schaltung weiter angepasst und optimiert werden.

Abstract

Typically, flyback converters are used for output powers below 100W. They suffice for most applications and guarantee high efficiency. However, overvoltage may occur due to different fault conditions within electric supply mains. In order to make household appliances more resilient towards overvoltage, a switch mode power supply is needed which can provide full load for mains voltages up to 440Vrms while operating normally.

The standard flyback converter is not suited for this application. Therefore, this thesis investigates the two-switch flyback converter instead. In this topology, a second switch is added before the primary winding of the transformer and two diodes are added on the primary side. This clamps the voltage across the switches to the input voltage while the energy of the leakage inductance is recycled to the input electrolytic capacitor.

An initial operation of the test circuit at 440Vrms mains voltage and 21,6W output power demonstrates that the requirements above could be fulfilled. Efficiency reaches up to 87%. The topology has potential to be implemented in future projects. Further analyses conclude that the power supply needs to be adjusted and optimized.

Bearbeiter: Tobias Hauner

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Martin März

Für Studienfächer: EEI, Mechatronik, Energietechnik

Verantwortlicher: Prof. Dr.-Ing. Martin März