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Entwicklung und Aufbau einer Zwei-Quadranten Spannungsquelle

Namyslo, Stefan (2014):
Entwicklung und Aufbau einer Zwei-Quadranten Spannungsquelle.
TU Darmstadt, Institut EMK, FG M+EMS, [Bachelor Thesis]

Abstract

Zur Bestimmung des Gesamtwirkungsgrads einer Applaktion zum Energy-Harvesting in tragbaren Pressluft-Atemsystemen wird eine Zweiquadranten-Spannungsquelle benötigt, welche Informationen über Leistung, Spannung und Strom zur Verfügung stellt. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Konzipierung, Entwicklung und die Ausarbeitung zum Aufbau, Charakterisierung und Inbetriebnahme dieser Zweiquadranten-Quelle. Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Schaltungstopologien zur Bereitstellung des positiven und des negativen Stroms untersucht.Es wird eine Regelung für die Ausgangsspannung entworfen, die unabhängig vom eingeprägten Strom konstant gehalten wird (siehe Abbildung unten). Der analogen Messschaltung für Spannung und Strom folgt eine AD-Wandlung und Konvertierung, sodass die Messsignale digital über eine USB-Schnittstelle abgerufen werden können. Über diese Schnittstelle können ebenso Daten zur Steuerung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms an das Gerät gesendet werden. Zum Entwurf werden Möglichkeiten betrachtet den Arbeitsbereich des impulsartigen Stroms von 5 A auf 10 A zu erweitern. Für den positiven Strom wird eine Parallelschaltung aus Kondensatoren berechnet, simuliert und aufgebaut. Für den negativen Strom wird eine Stromsenke mit MOSFETs entwickelt. Jeder Transistor wird hier von einer separaten Ansteuerplatine geregelt. Der modulare Aufbau sieht in der Grundbeschaltung drei Transistoren mit Ansteuerung vor. Es sind insgesamt sechs Steckplätze zur Erweiterung des Arbeitsbereiches vorgesehen.Das entwickelte Gerät ist in der Lage einen Spannungsbereich von 0..35 V und einen Strom von 4.5 A kontinuierlich, bzw. 10 A impulsartig bereitzustellen. Die dazugehörigen Messdaten werden mit einer Genauigkeit von <1 % im Bereich 5 A digital zur Verfügung gestellt. Die relative Messunsicherheit über alle Arbeitsbereiche ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2014
Creators: Namyslo, Stefan
Title: Entwicklung und Aufbau einer Zwei-Quadranten Spannungsquelle
Language: German
Abstract:

Zur Bestimmung des Gesamtwirkungsgrads einer Applaktion zum Energy-Harvesting in tragbaren Pressluft-Atemsystemen wird eine Zweiquadranten-Spannungsquelle benötigt, welche Informationen über Leistung, Spannung und Strom zur Verfügung stellt. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Konzipierung, Entwicklung und die Ausarbeitung zum Aufbau, Charakterisierung und Inbetriebnahme dieser Zweiquadranten-Quelle. Im Rahmen dieser Arbeit werden verschiedene Schaltungstopologien zur Bereitstellung des positiven und des negativen Stroms untersucht.Es wird eine Regelung für die Ausgangsspannung entworfen, die unabhängig vom eingeprägten Strom konstant gehalten wird (siehe Abbildung unten). Der analogen Messschaltung für Spannung und Strom folgt eine AD-Wandlung und Konvertierung, sodass die Messsignale digital über eine USB-Schnittstelle abgerufen werden können. Über diese Schnittstelle können ebenso Daten zur Steuerung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms an das Gerät gesendet werden. Zum Entwurf werden Möglichkeiten betrachtet den Arbeitsbereich des impulsartigen Stroms von 5 A auf 10 A zu erweitern. Für den positiven Strom wird eine Parallelschaltung aus Kondensatoren berechnet, simuliert und aufgebaut. Für den negativen Strom wird eine Stromsenke mit MOSFETs entwickelt. Jeder Transistor wird hier von einer separaten Ansteuerplatine geregelt. Der modulare Aufbau sieht in der Grundbeschaltung drei Transistoren mit Ansteuerung vor. Es sind insgesamt sechs Steckplätze zur Erweiterung des Arbeitsbereiches vorgesehen.Das entwickelte Gerät ist in der Lage einen Spannungsbereich von 0..35 V und einen Strom von 4.5 A kontinuierlich, bzw. 10 A impulsartig bereitzustellen. Die dazugehörigen Messdaten werden mit einer Genauigkeit von <1 % im Bereich 5 A digital zur Verfügung gestellt. Die relative Messunsicherheit über alle Arbeitsbereiche ist in der folgenden Tabelle aufgeführt.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Spannungsquelle Amplitudenregelung Leistungsmeßgerät Mikrocontroller ATMEGA 168
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 30 Jul 2014 09:26
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1851

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 28-10-2013

Ende Datum: 21-03-2014

Identification Number: 17/24 EMK B1851
Referees: Schlaak, Prof. Helmut F.
Export:
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