Details

Autor(en) / Beteiligte

• Henkenius, Carsten
• Böcker, Joachim[Akademischer Betreuer]
• Hoffmann, Klaus[Akademischer Betreuer]

Titel

Entwurf netzfreundlicher Synchrongleichrichter mit integriertem Synchronwandler : = Design of Synchronous Rectifiers with Integrated Synchronous Boost Converter

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2021

Verknüpfte Titel

Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 09.12.2020
• ger: Fortwährend steigende Energiepreise erfordern einen zunehmend effizienteren Umgang mit elektrischer Energie sowohl im ökologischen als auch im ökonomischen Sinn. Die meisten Vorteile hinsichtlich dieser Gesichtspunkte bietet der Synchrongleichrichter mit integriertem Synchronwandler. Aktueller Gegenstand der Forschung und Entwicklung ist daher die möglichst genaue Abbildung der zugehörigen Entwurfsgrößen und Parameter anhand geeigneter Rechenmodelle. Bei der Modellierung des dynamische Verhaltens unterscheidet diese Arbeit zwischen Schaltmodell und Mittelwertmodell. Das Schaltmodell bildet schnell ablaufende Strom- und Spannungsänderungen ab, während das Mittelwertmodellerzeugt die dazugehörigen Mittelwertverläufe generiert. Alle Zweigströme und Zweigspannungen der gesamten Gleichrichterschaltung inklusive des Netzfilters sind unter der Annahme des stationären Betriebes mit netzfreundlicher Stromaufnahme durch Fourierreihen approximiert, sodass zur Berechnung aller Größen die Methoden der komplexen Wechselstromrechnung und der Knotenspannungsanalyse angewendet werden darf. Um sowohl die gespeicherte Energie als auch die entstehenden Verluste innerhalb des Ersatzschaltbildes der gesamten Schaltung zu berücksichtigen, werden Rechenmodelle für Induktivität und Widerstand erstellt. Durch Anwendung der Randelementmethode und die Lösung der Bessel'schen Differentialgleichung im Komplexen werden diese Parameter für rechteckige als auch zylindrische Bauformen berechnet. Die Modelle dieser Arbeit sind durch Messungen an einem Gerät zur industriellen Stromversorgung verifiziert. Die damit verbundenen Untersuchungen zeigen, dass diese Modelle in der Praxis aufgrund der präzisen Modellierung und den geringen Bedarf an Rechenleistung deutlich effizienter sind als gegenwärtige Entwurfsverfahren.
• eng: Continuously rising energy prices require an increasingly efficient use of electrical energy in both an ecological and economic way. With regard to these aspects, the synchronous rectifier with integrated synchronous boost converter offers the most advantages. Current object of research and development is therefore the most accuratere presentation of representative design parameters and quantities using suitable calculation models. When modeling the dynamic behavior, this work differentiates between the switching model and the mean value model. The switching model depicts rapidly occurring changes in current and voltage, while the mean value model generates the associated mean value curves. All branch currents and branch voltages of the entire rectifier circuit including the line filter are approximated by Fourier series under the assumption of stationary operation. Therefore complex nodal analysis can be used to calculate all quantities. In order to take into account both the stored energy and the losses occurring within the equivalent circuit diagram of the entire circuit, calculation models for inductance and resistance are created. Using the boundary element method and solving Bessel's differential equation, these parameters are calculated for both rectangular and cylindrical designs. The presented models and methods in this thesis are verified by measurements on a device for industrial power supply. The associated investigations show that these models are significantly more efficient than current design methods for the practical product development of rectifiers with integrated synchronous boost converters.