Bericht
Simulation eines Abwärtswandlers im stationären Betrieb unter Matlab/Simulink
Aufgabe 2
Anwendungen der Leistungselektronik (ANLE)
Abgabedatum: 25.11.2024
Wintersemester 2024/25
,I Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung.............................................................................................................................................3
2 Aufgabenstellung und Theorie............................................................................................................3
2.1 Aufgabenstellung..........................................................................................................................3
2.2 Theorie.........................................................................................................................................3
2.2.1 Allgemein...............................................................................................................................3
2.2.2 Theoretische Ausgangsspannung...........................................................................................4
2.2.3 Betriebsfälle...........................................................................................................................5
3 Lösungsansatz......................................................................................................................................5
3.1 Allgemein......................................................................................................................................5
3.2 Beschreibung des Modells............................................................................................................5
4 Ergebnisse...........................................................................................................................................8
4.1 Allgemein......................................................................................................................................8
4.2 Variation der Einschaltverhältnisse und der Taktfrequenz...........................................................8
4.2.1 Variation der Pulsdauer.........................................................................................................8
4.2.2 Variation der Pulsfrequenz..................................................................................................13
4.3 Veränderung der Last / Betriebsfälle..........................................................................................15
4.3.1 Leerlauf................................................................................................................................15
4.3.2 Betriebsfall Fehler................................................................................................................17
4.3.3 Betriebsfall 1%.....................................................................................................................18
4.3.4 Betriebsfall 50%...................................................................................................................19
4.3.5 Betriebsfall Praxisanwendung..............................................................................................21
5 Zusammenfassung und Ausblick........................................................................................................24
II Literaturverzeichnis...........................................................................................................................25
III Abbildungsverzeichnis......................................................................................................................26
IV Tabellen............................................................................................................................................27
V Erklärung über das eigenständige Erstellen der Arbeit.....................................................................28
2
, V Erklärung über das eigenständige Erstellen der Arbeit
1 Einleitung
In dieser Arbeit soll ein Abwärtswandler im stationären Betrieb simuliert werden. Dazu wird ein
Modell in Matlab Simulink erstellt. Das Modell berücksichtigt die Funktionalitäten eines idealen
Schalters und einer variablen Last. Im Generellen ist die Aufgabe eines Abwärtswandlers die
Spannung nach unten zu wandeln. Ein Abwärtswandler verwendet dazu Gleichspannung.
Anwendungen für einen Abwärtswandler könnte ein Handyaufladestecker sein. In diesen wird die
Eingangsspannung, die zunächst aus Wechselspannung in Gleichspannung gleichgerichtet wird, dann
auf eine kleinere Spannungshöhe passend zum Handy gewandelt. Generell kann man aber einen
Abwärtswandler für alle Gleichstrom Anwendungen benutzen, in denen Spannung auf eine kleinere
Höhe gewandelt werden soll.
Der Vorteil von einem aktiven Abwärtswandler gegenüber einem passiven Gerät ist vor allem die
geringere Verlustleistung wodurch auch die thermische Verlustleistung kleiner ist und sich dadurch
das Gerät weniger stark aufwärmt. Ein anderer Vorteil könnte eine zurückgekoppelte
Spannungsregelung sein, die eine festgelegte Spannungshöhe gewährleistet, was für einen
Handyaufladestecker zum Aufladen einer Handybatterie sinnvoll wäre.
2 Aufgabenstellung und Theorie
2.1 Aufgabenstellung
Es soll ein Abwärtswandler in Matlab simuliert werden. Dieser soll an eine ohmsch-induktive Last
angeschlossen sein. Die Einschaltverhältnisse und die Taktfrequenz wird verändert damit die
Ausgangsspannung geändert werden kann. Außerdem soll dazu die theoretische Ausgangsspannung
berechnet werden. Die ermittelten Kurven in Matlab sollen dann mit der theoretischen Kurve
verglichen werden. Der Leerlauf und aussagekräftige Lastfälle sollen verglichen werden.
2.2 Theorie
2.2.1 Allgemein
Eine Abwärtswandler ist eine Schaltung zur Konvertierung von Gleichspannung von einer
Eingangsspannung auf eine Ausgangsspannung. Somit kann ein Abwärtswandler die Höhe der
Spannung verändern. Ein Abwärtswandler wird dazu verwendet, die Spannung nach unten zu
konvertieren. Somit ist die betragsmäßige Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung. Die
theoretische Ausgangsspannung wird meist als Verhältnis bezogen auf die Eingangsspannung
angegeben und spiegelt sich in der Pulsdauer wieder.
Prinzipiell wird bei einem Abwärtswandler mit einem schaltenden Bauelement die Spannung
unterbrochen. Dadurch kann die Höhe der Ausgangsspannung verändert werden. Es ist eine
Induktivität im Fluss eingebaut, in der die Energie gespeichert wird.
3
Simulation eines Abwärtswandlers im stationären Betrieb unter Matlab/Simulink
Aufgabe 2
Anwendungen der Leistungselektronik (ANLE)
Abgabedatum: 25.11.2024
Wintersemester 2024/25
,I Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung.............................................................................................................................................3
2 Aufgabenstellung und Theorie............................................................................................................3
2.1 Aufgabenstellung..........................................................................................................................3
2.2 Theorie.........................................................................................................................................3
2.2.1 Allgemein...............................................................................................................................3
2.2.2 Theoretische Ausgangsspannung...........................................................................................4
2.2.3 Betriebsfälle...........................................................................................................................5
3 Lösungsansatz......................................................................................................................................5
3.1 Allgemein......................................................................................................................................5
3.2 Beschreibung des Modells............................................................................................................5
4 Ergebnisse...........................................................................................................................................8
4.1 Allgemein......................................................................................................................................8
4.2 Variation der Einschaltverhältnisse und der Taktfrequenz...........................................................8
4.2.1 Variation der Pulsdauer.........................................................................................................8
4.2.2 Variation der Pulsfrequenz..................................................................................................13
4.3 Veränderung der Last / Betriebsfälle..........................................................................................15
4.3.1 Leerlauf................................................................................................................................15
4.3.2 Betriebsfall Fehler................................................................................................................17
4.3.3 Betriebsfall 1%.....................................................................................................................18
4.3.4 Betriebsfall 50%...................................................................................................................19
4.3.5 Betriebsfall Praxisanwendung..............................................................................................21
5 Zusammenfassung und Ausblick........................................................................................................24
II Literaturverzeichnis...........................................................................................................................25
III Abbildungsverzeichnis......................................................................................................................26
IV Tabellen............................................................................................................................................27
V Erklärung über das eigenständige Erstellen der Arbeit.....................................................................28
2
, V Erklärung über das eigenständige Erstellen der Arbeit
1 Einleitung
In dieser Arbeit soll ein Abwärtswandler im stationären Betrieb simuliert werden. Dazu wird ein
Modell in Matlab Simulink erstellt. Das Modell berücksichtigt die Funktionalitäten eines idealen
Schalters und einer variablen Last. Im Generellen ist die Aufgabe eines Abwärtswandlers die
Spannung nach unten zu wandeln. Ein Abwärtswandler verwendet dazu Gleichspannung.
Anwendungen für einen Abwärtswandler könnte ein Handyaufladestecker sein. In diesen wird die
Eingangsspannung, die zunächst aus Wechselspannung in Gleichspannung gleichgerichtet wird, dann
auf eine kleinere Spannungshöhe passend zum Handy gewandelt. Generell kann man aber einen
Abwärtswandler für alle Gleichstrom Anwendungen benutzen, in denen Spannung auf eine kleinere
Höhe gewandelt werden soll.
Der Vorteil von einem aktiven Abwärtswandler gegenüber einem passiven Gerät ist vor allem die
geringere Verlustleistung wodurch auch die thermische Verlustleistung kleiner ist und sich dadurch
das Gerät weniger stark aufwärmt. Ein anderer Vorteil könnte eine zurückgekoppelte
Spannungsregelung sein, die eine festgelegte Spannungshöhe gewährleistet, was für einen
Handyaufladestecker zum Aufladen einer Handybatterie sinnvoll wäre.
2 Aufgabenstellung und Theorie
2.1 Aufgabenstellung
Es soll ein Abwärtswandler in Matlab simuliert werden. Dieser soll an eine ohmsch-induktive Last
angeschlossen sein. Die Einschaltverhältnisse und die Taktfrequenz wird verändert damit die
Ausgangsspannung geändert werden kann. Außerdem soll dazu die theoretische Ausgangsspannung
berechnet werden. Die ermittelten Kurven in Matlab sollen dann mit der theoretischen Kurve
verglichen werden. Der Leerlauf und aussagekräftige Lastfälle sollen verglichen werden.
2.2 Theorie
2.2.1 Allgemein
Eine Abwärtswandler ist eine Schaltung zur Konvertierung von Gleichspannung von einer
Eingangsspannung auf eine Ausgangsspannung. Somit kann ein Abwärtswandler die Höhe der
Spannung verändern. Ein Abwärtswandler wird dazu verwendet, die Spannung nach unten zu
konvertieren. Somit ist die betragsmäßige Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung. Die
theoretische Ausgangsspannung wird meist als Verhältnis bezogen auf die Eingangsspannung
angegeben und spiegelt sich in der Pulsdauer wieder.
Prinzipiell wird bei einem Abwärtswandler mit einem schaltenden Bauelement die Spannung
unterbrochen. Dadurch kann die Höhe der Ausgangsspannung verändert werden. Es ist eine
Induktivität im Fluss eingebaut, in der die Energie gespeichert wird.
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