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Spannungswandler (DC-DC, AC-DC) in der Automobilelektronik

Gleichspannungswandler (DC-DC), Leistungsfaktorkorrektur (AC-DC), Resonante Wandler mit Netztrennung, Leistungshalbleiter, Induktive Komponenten

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Spannungswandler (DC-DC, AC-DC) in der Automobilelektronik

Das Seminar deckt die wesentlichen Aspekte und Schaltungen der Spannungswandlung für aus dem Netz oder aus einer Batterie gespeiste Applikationen für das Bordnetz ab. Nach einer kurzen Wiederholung der für das Verständnis dieses Seminars notwendigen elektrotechnischen Grundlagen erarbeitet die erste größere Einheit detailliert die Vorgehensweise bei der Analyse klassischer Gleichspannungswandler an einer konkreten Schaltung. Dieses Themengebiet wird durch Diskussion von weiteren häufig verwendeten Topologien in einer zweiten Einheit vertieft. 

Dem wichtigen Bereich der Leistungsfaktorkorrektur, die durch Normen zwingend erforderlich ist, widmet sich ein eigener Seminarblock. 

Resonante Wandler, die eine Netztrennung bei gleichzeitig hoher Effizienz und Leistungsdichte bereitstellen, werden am zweiten Seminartag betrachtet. Die für die Optimierung des Betriebsverhaltens wesentlichen Komponenten – Leistungsschalter samt ihrem Schaltverhalten sowie induktive Komponenten – werden ebenfalls in eigenen Beiträgen erörtert und runden das Seminar thematisch ab.

 

Zum Thema

Mit zunehmender Elektrifizierung im Automobilbereich gewinnt die Leistungselektronik weiter an Bedeutung. Hierbei spielt neben dem eigentlichen Antrieb vor allem die Vielzahl der Gleichspannungswandler eine große Rolle. Diese werden nicht nur für die Versorgung der Steuergeräte benötigt, sondern stellen auch den Energiefluss über die verschiedenen Spannungsebenen (HV, 48V, 12V) sicher. Im Bereich der Ladetechnik findet sich einerseits die Variante mit Kabel. Andererseits wird auch immer wieder das sogenannte induktive Laden (wireless charging) diskutiert. Unabhängig von der verwendeten Ladetechnologie benötigt die eingesetzte Leistungselektronik aufgrund bestehender Netznormen eine Leistungsfaktorkorrekturstufe (PFC), die für eine oberschwingungsarme Entnahme der Energie sorgt. Nachgeschaltet wird ein netztrennender DC-DC-Konverter benötigt. Dieser wird in jüngster Zeit zunehmend als resonanter Wandler ausgeführt.

 

Programm

1. Tag

09:30 Registrierung

09:45 Begrüßung und Einführung 

10:00 Grundlagen

10:45 Kaffeepause

11:00 DC-DC-Wandler – Analyse

12:30 Gemeinsames Mittagessen

13:30 Überblick Schaltertechnologien, Schaltverhalten

15:00 Kaffeepause

15:30 DC-DC-Wandler – Topologien

16:30 AC-DC-Wandler (PFC)

18:00 Ende des ersten Veranstaltungstages

 

2. Tag

08:30 Resonante Konverter, Netztrennung

10:30 Kaffeepause

10:45 Induktive Komponenten 

12:45 Abschlussdiskussion

13:00 Ende der Veranstaltung

 

Zielsetzung

Mit dem Besuch dieses Seminars werden folgende Ziele angestrebt:

  • Die Analyse von Gleichspannungswandlern ist verstanden.
  • Verschiedene Topologien für unterschiedliche Anwendungen sind bekannt.
  • Die Betriebsweise von AC-DC-Wandlern zur Leistungsfaktorkorrektur ist verstanden.
  • Resonante Konverter werden als vielversprechende Alternative erkannt.
  • Das Schaltverhalten von aktiv schaltenden Elementen kann skizziert werden
  • Wissen über die Verlustmechanismen induktiver Komponenten wird erlangt.

 

Teilnehmerkreis

Ingenieure und Techniker mit fundierter elektrotechnischer Grundlagenausbildung aus den Bereichen Entwicklung, Produktion, Technischer Ein- und Verkauf aus der Branche der Automobilhersteller und -zulieferer sowie Teilnehmer aus Industriezweigen mit vergleichbaren Problemstellungen, z. B. Konsumgüter, industrielle Stromversorgungen usw.

 

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Referenten

Prof. Dr.-Ing. Thomas Dürbaum

Dem Studium und der Promotion an der RWTH Aachen schloss sich ein Aufenthalt am Philips Forschungslabor Aachen im Bereich der Leistungselektronik mit den Schwerpunkten Topologien sowie aktive und passive Komponenten an. Im Dezember 2003 erfolgte der Ruf an den Lehrstuhl für elektromagnetische Felder der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg mit dem Arbeitsschwerpunkt getaktete Stromversorgungen hoher Effizienz und Leistungsdichte.

M.Sc. Jeremias Kaiser

Nach dem Abitur studierte er Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg im Bachelor und Master. Seit 2018 ist Jeremias Kaiser wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für elektromagnetische Felder. Seine Tätigkeit umfasst die Berechnung magnetischer Felder und die Modellierung induktiver Komponenten.

M.Sc. Benedikt Kohlhepp

Nach der Ausbildung zum Elektroniker für Geräte und Systeme und dem Fachabitur folgte das Studium der Elektrotechnik an der Hochschule Aschaffenburg (Bachelor) und der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (Master). Seit 2017 ist er wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für elektromagnetische Felder und beschäftigt sich mit GaN-Leistungshalbleitern und deren Einsatz in DC-DC-Wandlern und Umrichtern.

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