Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich

Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
Übungen zur Leistungselektronik 2
 Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
2
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.1 Prinzip der resonanten Schaltentlastung
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
Ziel: Reduzierung der Schaltverluste
Einschaltvorgang
Ausschaltvorgang
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
3
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.1 Prinzip der resonanten Schaltentlastung
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
Zero-Voltage-Switching (ZVS)
Beispiel: Schaltentlasteter Einschaltvorgang
Einschaltvorgang
Ausschaltvorgang
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
4
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.1 Prinzip der resonanten Schaltentlastung
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
Zero-Current-Switching (ZCS)
Beispiel: Schaltentlasteter Ausschaltvorgang
Einschaltvorgang
Ausschaltvorgang
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
5
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.2 Übersicht
quasi-resonante Steller:
transient resonante Steller:
• Schwingkreis 2. Ordnung
• Schaltphasen mit und ohne Resonanzvorgängen
• Resonanzkreis liegt im Leistungspfad
• Zuschaltung des Resonanzkreises durch
einen zusätzlichen Schalter
• Überlagerung von Laststrom und
Resonanzstrom
• Resonanzkreis liegt nicht im Leistungspfad
multi-resonante Steller:
• Schwingkreis mindestens 3. Ordnung
• Resonanzvorgänge in allen Schaltphasen
• Resonanzkreise liegen im Leistungspfad
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
6
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.1 Zero-Voltage-Switching Halbschwingungsversion
Beispiel: Tiefsetzsteller
Leistungshalbleiter z. B. MOSFET
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
7
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.1 Zero-Voltage-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.1 Zero-Voltage-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
9
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.1 Zero-Voltage-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.1 Zero-Voltage-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.1 Zero-Voltage-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
12
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.2 Zero-Voltage-Switching Vollschwingungsversion
Beispiel: Tiefsetzsteller
Leistungshalbleiter z. B. IGBT mit einer Diode in Serie
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.2 Zero-Voltage-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.2 Zero-Voltage-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
15
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.2 Zero-Voltage-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.2 Zero-Voltage-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.2 Zero-Voltage-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.3 Zero-Current-Switching Halbschwingungsversion
Beispiel: Tiefsetzsteller
Leistungshalbleiter z. B. IGBT mit einer Diode in Serie
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und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.3 Zero-Current-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.3 Zero-Current-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.3 Zero-Current-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
22
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.3 Zero-Current-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.3 Zero-Current-Switching Halbschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.4 Zero-Current-Switching Vollschwingungsversion
Beispiel: Tiefsetzsteller
Leistungshalbleiter z. B. MOSFET
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.4 Zero-Current-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.4 Zero-Current-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.4 Zero-Current-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.4 Zero-Current-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.3
Quasi-resonante-(Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.3.4 Zero-Current-Switching Vollschwingungsversion
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4
Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.1 Zero-Voltage-Transition Vollschwingungsversion
Beispiel: Tiefsetzsteller
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4 Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.1 Zero-Voltage-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4 Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.1 Zero-Voltage-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
33
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4 Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.1 Zero-Voltage-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
34
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4 Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.1 Zero-Voltage-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
35
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4 Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.1 Zero-Voltage-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4 Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.1 Zero-Voltage-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4 Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.1 Zero-Voltage-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
38
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4
Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.2 Zero-Current-Transition
Beispiel: Tiefsetzsteller
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4
Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.2 Zero-Current-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4
Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.2 Zero-Current-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
41
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4
Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.2 Zero-Current-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
42
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4
Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.2 Zero-Current-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
43
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4
Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.2 Zero-Current-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
44
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.4
Transient resonante Steller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
3.4.2 Zero-Current-Transition
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
45
Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.5 Multi-resonante (Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
Beispiel: Tiefsetzsteller
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.5 Multi-resonante (Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
Beispiel: Tiefsetzsteller
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.5 Multi-resonante (Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
Beispiel: Tiefsetzsteller
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.5 Multi-resonante (Gleich-)Spannungssteller
ILEA_Leistungselektronik 2 Übungen
22.06.2015
Beispiel: Tiefsetzsteller
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.6 Weitere resonant schaltentlastende Gleichspannungsstellertopologien
1. Resonante Brückenschaltungen (Gleichspannungssteller)
 Serien-Resonanz-Steller
 Serien-Parallel-Resonanz-Steller
 Multi-Serien-Parallel-Resonanz-Steller
2. Resonante dreiphasige Wechselrichter
 Auxilary Resonant Commutated Pole Inverter
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22.06.2015
 Non Linear Resonant Pole Inverter
 Modified Active Clamped Resonant DC Link Inverter
 Parallel Resonant DC Link Inverter
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Kapitel 3 Resonante schaltentlastende (Gleich-)Spannungssteller
3.7 Vor- und Nachteile von resonant schaltentlastenden Stellern
Vorteile:
geringere Schaltverluste
höhere Schaltfrequenz
geringerer Filteraufwand
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22.06.2015
Nachteile:
kleinerer Transformator
 Höhere Beanspruchung der Ventile (Strom oder Spannung)
 Einschränkung in der Steuerbarkeit durch die Zeitkonstanten des
Resonanzkreises

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