Diese Ausarbeitung stellt eine Dokumentation der Lehrveranstaltung "Hardware und Software in Leistungselektronischen Systemen" im Wintersemester 2019/2020 am Karlsruher Institut für Technologie dar. In diesem wurde ein Tiefsetzsteller entworfen, aufgebaut und in Betrieb genommen. Ziel ist eine Schaltung, die bei einer Eingangsspannung von 40 V bis zu einer Leistung von 50W einstellbare Ausgangsspannungen zwischen 10 und 36V liefert.
Dabei befasst sich die Ausarbeitung zunächst mit den zu entwerfenden Schaltungen und der Dimensionierung der notwendigen Bauteile. Die entworfene Schaltung wird dann in Matlab/Simulink simuliert und mit der Simulation ein Regler für die Schaltung entworfen und getestet. Für den Betrieb und die Regelung der Schaltung wird schließlich die nötige Software generiert und die Schaltung getestet und vermessen.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Theoretische Grundlagen
- 2.1. Funktion des Tiefsetzstellers
- 2.2. Dimensionierung der Bauteile
- 3. Aufbau
- 4. Simulation
- 5. Regelung und Codegenerierung
- 5.1. Regelung
- 5.2. Codemodell
- 6. Messergebnisse
- 6.1. Wirkungsgrad
- 6.2. Thermisches Verhalten
- 6.3. Schaltverhalten der Metall Oxid Halbleiter Feldeffekttransistoren (MOSFETs)
- 6.4. Regelverhalten
- 6.5. maximaler Spannungs- und Stromrippel
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Ausarbeitung dokumentiert das HSLS-Praktikum im Wintersemester 2019/2020 am Karlsruher Institut für Technologie, bei dem ein Tiefsetzsteller entworfen, aufgebaut und betrieben wurde. Ziel war die Entwicklung einer Schaltung, die bei einer Eingangsspannung von 40V eine einstellbare Ausgangsspannung zwischen 10 und 36V mit einer Leistung von bis zu 50W liefert.
- Schaltungsentwurf und Bauteildimensionierung
- Simulation des Tiefsetzstellers in Matlab/Simulink
- Reglerentwurf und -test
- Softwaregenerierung für Betrieb und Regelung
- Test und Vermessung der Schaltung
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Dieses Kapitel führt in das Thema des Praktikums ein und beschreibt kurz den Aufbau und die Zielsetzung des Projekts, nämlich den Entwurf, Aufbau und Betrieb eines Tiefsetzstellers mit spezifizierten Eingangsspannung, Ausgangsspannungsbereich und maximaler Leistung. Es stellt den Kontext und die Motivation der Arbeit dar.
2. Theoretische Grundlagen: Dieses Kapitel befasst sich mit den theoretischen Grundlagen des Tiefsetzstellers. Es erklärt die Funktionsweise des Tiefsetzstellers und erläutert detailliert die Berechnungen und Überlegungen zur Dimensionierung der notwendigen Bauteile, wie Induktivität, Kapazität und Schalter, um die geforderten Spezifikationen zu erfüllen. Die Dimensionierung basiert auf den in Kapitel 1 genannten Anforderungen an Ausgangsspannung, Strom, und Eingangsspannung.
3. Aufbau: In diesem Kapitel wird der praktische Aufbau des Tiefsetzstellers beschrieben. Es beinhaltet detaillierte Informationen über die verwendeten Komponenten, ihre Anordnung auf der Platine und das verwendete Schaltungsdesign. Der Fokus liegt auf der physischen Umsetzung des in Kapitel 2 theoretisch entworfenen Tiefsetzstellers. Es werden wahrscheinlich Bilder und Schematics der Hardware gezeigt.
4. Simulation: Dieses Kapitel beschreibt die Simulation des entworfenen Tiefsetzstellers in Matlab/Simulink. Es werden die verwendeten Simulationsmodelle und -parameter erläutert und die Ergebnisse der Simulation präsentiert. Die Simulation diente der Validierung des Schaltungsentwurfs und zur Vorbereitung auf den praktischen Aufbau und den Test der Schaltung. Abweichungen zwischen Simulation und späteren Messergebnissen werden hier möglicherweise diskutiert.
5. Regelung und Codegenerierung: Dieses Kapitel behandelt den Entwurf und die Implementierung der Regelung des Tiefsetzstellers. Es wird der verwendete Regelungsansatz detailliert beschrieben, einschließlich der Parameterwahl und der verwendeten Algorithmen. Weiterhin wird der Prozess der Codegenerierung für die Steuerung des Tiefsetzstellers erläutert und die verwendete Software und Hardware beschrieben. Dieser Teil ist zentral für die Funktionalität des Systems.
6. Messergebnisse: In diesem Kapitel werden die Messergebnisse des aufgebauten und betriebenen Tiefsetzstellers präsentiert und analysiert. Es beinhaltet die Ergebnisse zu Wirkungsgrad, thermischem Verhalten, Schaltverhalten der MOSFETs, Regelverhalten und maximalem Spannungs- und Stromrippel. Diese Ergebnisse werden mit den Simulationsergebnissen aus Kapitel 4 verglichen und diskutiert, wobei etwaige Abweichungen erläutert werden.
Schlüsselwörter
Tiefsetzsteller, Leistungselektronik, Schaltungsentwurf, Bauteildimensionierung, Matlab/Simulink, Regelung, Codegenerierung, Wirkungsgrad, thermisches Verhalten, MOSFETs.
Häufig gestellte Fragen zum HSLS-Praktikum Tiefsetzsteller
Was ist der Gegenstand dieses Dokuments?
Dieses Dokument ist eine umfassende Übersicht über ein HSLS-Praktikum im Wintersemester 2019/2020 am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Der Fokus liegt auf dem Entwurf, Aufbau, und der Inbetriebnahme eines Tiefsetzstellers.
Was war das Ziel des Praktikums?
Ziel des Praktikums war die Entwicklung eines Tiefsetzstellers, der bei einer Eingangsspannung von 40V eine einstellbare Ausgangsspannung zwischen 10 und 36V mit einer Leistung von bis zu 50W liefert.
Welche Themen werden im Dokument behandelt?
Das Dokument behandelt verschiedene Aspekte des Projekts, beginnend mit den theoretischen Grundlagen des Tiefsetzstellers, über den Schaltungsentwurf und die Bauteildimensionierung, die Simulation in Matlab/Simulink, den Reglerentwurf und die Codegenerierung bis hin zu den Messergebnissen und deren Analyse. Es umfasst auch eine detaillierte Kapitelzusammenfassung.
Wie ist das Dokument strukturiert?
Das Dokument ist in mehrere Kapitel unterteilt: Einleitung, Theoretische Grundlagen (inkl. Funktionsweise und Bauteildimensionierung), Aufbau, Simulation, Regelung und Codegenerierung, und Messergebnisse (inkl. Wirkungsgrad, thermisches Verhalten, Schaltverhalten der MOSFETs, Regelverhalten und Rippel). Ein Inhaltsverzeichnis erleichtert die Navigation.
Welche theoretischen Grundlagen werden behandelt?
Die theoretischen Grundlagen umfassen die Funktionsweise des Tiefsetzstellers und die detaillierte Berechnung und Dimensionierung der notwendigen Bauteile (Induktivität, Kapazität, Schalter) basierend auf den spezifizierten Anforderungen an Ausgangsspannung, Strom und Eingangsspannung.
Wie wurde der Tiefsetzsteller simuliert?
Der Tiefsetzsteller wurde in Matlab/Simulink simuliert. Das Dokument beschreibt die verwendeten Simulationsmodelle und -parameter sowie die Ergebnisse der Simulation, die zur Validierung des Schaltungsentwurfs dienten.
Wie wurde die Regelung des Tiefsetzstellers umgesetzt?
Das Dokument beschreibt den Entwurf und die Implementierung der Regelung des Tiefsetzstellers, inklusive des verwendeten Regelungsansatzes, der Parameterwahl, der Algorithmen und der verwendeten Software und Hardware für die Codegenerierung.
Welche Messergebnisse werden präsentiert?
Die Messergebnisse umfassen den Wirkungsgrad, das thermische Verhalten, das Schaltverhalten der MOSFETs, das Regelverhalten und den maximalen Spannungs- und Stromrippel. Diese Ergebnisse werden mit den Simulationsergebnissen verglichen und Abweichungen erläutert.
Welche Schlüsselwörter beschreiben das Projekt?
Schlüsselwörter sind: Tiefsetzsteller, Leistungselektronik, Schaltungsentwurf, Bauteildimensionierung, Matlab/Simulink, Regelung, Codegenerierung, Wirkungsgrad, thermisches Verhalten, MOSFETs.
Für wen ist dieses Dokument bestimmt?
Dieses Dokument ist für akademische Zwecke bestimmt, insbesondere zur Analyse der Themen im Rahmen des HSLS-Praktikums. Es dient der Dokumentation und Auswertung des Projekts.
- Citar trabajo
- Nick Lorenz (Autor), 2020, Entwurf, Aufbau und Betrieb eines Tiefsetzstellers. Eine Ausarbeitung, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/540947
