Tiefsetzsteller für universelle, variable Gleichstromversorgung

Abstract

Der Inhalt dieser Diplomarbeit ist es einen Tiefsetzsteller für eine universelle, variable Gleichstromversorgung zu planen, zu konstruieren und aufzubauen. Der Tiefsetzsteller ist ein Bestandteil eines Labornetzteiles, mit welchem es möglich sein soll aus dem Drehstromnetz eine Gleichspannung von 10 bis 800 V auszugeben. Bei einem maximalen Ausgangsstrom vom 16 A soll ein bidirektionaler Leistungsfluss möglich sein.<br />Anfangs wurden die notwendigen Spezifikationen ermittelt und dabei die wich- tigsten Eigenschaften des Umrichters definiert. Das Labornetzteil wird aus zwei Teilen, einem Hochsetzsteller und einem Tiefsetzsteller, aufgebaut, wobei beide seitens des Hardware-Aufbaus ident sind. Als schaltende Elemente werden IGBTs in Modul-Bauweise verwendet, da diese bei hohen Spannungen deutliche Vorteile gegenüber vergleichbaren Ventilen aufweisen. Bei der Auslegung des Tiefsetzstellers mussten alle notwendigen Bestandteile, wie zum Beispiel der Kühlkörper und das Ausgangsfilter, dimensioniert werden. Es musste eine Mess- und Ansteuerelektronik für den Umrichter entworfen werden, welche alle nötigen Schaltungen zum Betrieb des Stromrichters beinhaltet. Die Regelung des Umrichters wird mit einem Spannungsregler mit unterlagerter Stromregelung realisiert. Der Regelalgorithmus und die Ansteuerung des IGBT-Moduls wird in einem Digitalsignalprozessor-Programm implementiert.<br />Mit den abschließenden Messungen wurden die Eigenschaften des realisierten Tiefsetzstellers verifiziert und dokumentiert. Für die Fertigstellung des Labornetzteiles muss in einer weiteren Diplomarbeit der eingangsseitige Hochsetzsteller programmiert sowie ein entsprechendes Eingangsnetzfilter dimensioniert werden.<br />

The goal of this diploma thesis is to build a buck converter for a universal variable DC power supply. The power supply unit is connected to the three-phase power system und should have an adjustable output voltage between 10 and 800 VDC and a maximum output current of 16 A.<br />Bidirectional power flux should be possible.<br />The power supply unit consists of two parts, a buck converter and a boost converter, which are identical in terms of hardware structure. The mode of operation is only defined with the software code. The main constituents of the hardware are the semiconductor switches (insulated-gate bipolar transistor module), the output filter, the heat sink and the printed circuit boards with all necessary circuits for measuring signals and for operating the rectifier.<br />The converter is controlled by a voltage controller and an underlying current controller, which are implemented in a digital signal processor code.<br />The final measurements show the quality characteristics of the finished buck converter. For the completion and operational capability of the power supply unit a second diploma thesis is needed, which handles the boost converter and the input filter.