Aktive Power Factor Correction für ein Lithium-Ionen-Zellen Ladegerät mit 2,5 kW

Abstract

Die vorliegende Diplomarbeit befasst sich mit der Berechnung, dem Aufbau und der Inbetriebnahme einer aktiven Power Factor Correction (kurz PFC) für ein leistungsstarkes Ladegerät für Lithium-Ionen Akkus mit bis zu 2,5kW.<br />Ein Leistungsfaktor von Geräten nahe 1 ist in Hinblick auf Oberschwingungen und Netzrückwirkungen ein großes Anliegen der Elektrizitätsversorgungsunternehmen und die Norm EN 61000-3-2 bildet dazu die gesetzliche Grundlage.<br />Nach einer kurzen Einführung in den Stand der Technik und der genauen Definition der Aufgabenstellung erfolgt die Dimensionierung der einzelnen Komponenten und die Entwicklung der Schaltung. Dabei wird Steuer- und Leistungsteil auf zwei getrennten Platinen aufgebaut um die Modularität zu erhöhen und die elektromagnetische Beeinflussung zu reduzieren. Die Wechselspannung am Eingang, die im Bereich zwischen 100VAC und 240VAC liegen kann, wird gleichgerichtet, durch einen Boost Konverter auf 385VDC hochgesetzt und steht am Ausgang zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung. Darüber hinaus wird der Eingangsstrom unabhängig von der Last sinusförmig ausgeregelt. Somit werden Oberschwingungen minimiert und der Leistungsfaktor bei bei einem hohen Wirkungsgrad korrigiert. Abschließend wird das Verhalten der Schaltung bei unterschiedlichen Belastungen und Eingangsspannungen getestet und einige Verbesserungsmöglichkeiten werden genannt.

This thesis is about the calculation, the construction and the bringing into service of a Power Factor Correction (PFC) unit for a high power charging device for Li-Ion accumulators up to 2.5kW.<br />Having a Power Factor close to 1 is very important for electric supply companies in order to reduce harmonic currents and line voltage distortions to comply the European standard EN 61000-3-2 which forms the legal basis. After an introduction and the definition of the task, the rating of each part is calculated and an electric circuit is designed. In order to reduce electromagnetic influence and to improve the modularity, the control unit and the power unit are separated on different printed circuit boards. Having the input AC voltage between 100V and 240V rectified, a step-up converter stage boosts the voltage to 385VDC, which is provided at the output. Moreover, the current shape drawn from the line at any given instant is proportional to the line voltage. Therefore harmonic distortion is reduced and the Power Factor is corrected with a very high efficiency.<br />Finally, the behaviour of the circuit at different loads and input voltages is analyzed and the results are presented in detail.