Design und Inbetriebnahme eines DC/DC-Wandlers zur Signalelektronikversorgung von modularen Umrichtern

  • Motivation

    Das Stromnetz ist derzeit fast ausschließlich als 50Hz-Wechselstromnetz ausgeführt. Transformatoren verbinden die unterschiedlichen Netzebenen miteinander. Durch die Energie- und Verkehrswende nimmt der Anteil an Gleichspannungserzeugern und -Verbrauchern durch den Zubau von Photovoltaik, Windenergie und Elektrofahrzeug-Ladestationen zu. Am ETI wird daher an Umrichtern für zukünftig Gleichstromnetze und hybride AC/DC-Netze geforscht. Zur Kopplung unterschiedlicher Netzebenen sind Solid-State-Transformatoren (SST) notwendig, die neben der Wandlung der Spannung auch die galvanische Trennung der Netzebenen realisieren.

    In einer vorangegangenen Abschlussarbeit wurde eine Leistungszelle für einen SST zur Netzkopplung geplant, aufgebaut und in Betrieb genommen. Die Leistungszelle verfügt über die notwendige Leistungselektronik, einen Mittelfrequenztransformator sowie eine FPGA-Steuereinheit. Um die reale Umsetzung der SST-Zelle bestmöglich nachzubilden, soll die Signalverarbeitung der Leistungszellen jeweils aus dem Zwischenkreis des Leistungsteils versorgt werden. Dazu soll in dieser Arbeit ein galvanisch trennender Schaltregler zur Versorgung des Signalteils der Zelle aus dem 750V-Zwischenkreis aufgebaut und optimiert werden.

     

    Aufgabenstellung

    Zunächst erfolgt die Einarbeitung in die Funktionsweise und den Aufbau von Schaltreglern kleiner Leistung sowie in den Aufbau und die Auslegung von induktiven Übertragern.

    Anschließend soll auf Basis einer vorhandenen Transformator-Auslegung die notwendige Elektronik entworfen und aufgebaut werden. Die Elektronik des Schaltreglers soll aufgebaut, in Betrieb genommen und vermessen werden.

    Auf Basis der Messergebnisse soll eine Bauraumoptimierung des Schaltreglers durchgeführt werden, um eine Integration in die bestehende Leistungszelle des SST zu ermöglichen.