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Aufbau und Test eines 5V-Schaltnetzteils mit 24V Eingangsspannung

Aufbau und Test eines 5V-Schaltnetzteils mit 24V Eingangsspannung
Forschungsthema:Schaltnetzteile
Typ:Studienarbeit
Betreuer:

Dipl.-Ing. Johannes Kolb

Bearbeiter:

Peter Jost

Beschreibung

In vielen Schaltnetzteilen werden für die Bereitstellung einer Ausgangsspannung von 5V bei einer Eingangsgleichspannung von etwa 24V konventionelle Tiefsetzsteller eingesetzt. Diese erreichen durch ihren geschalteten Betrieb einen recht hohen Wirkungsgrad. Nachteile dieser Schaltungen sind der notwendige Einsatz von großen Induktivitäten und Kapazitäten zur Glättung der zerhackten oder welligen Ströme und Spannungen am Ein- und Ausgang. Desweiteren fallen an der Freilaufdiode verhältnismäßig hohe Verluste an.

Diese Nachteile sollen in der Arbeit durch den Einsatz eines zweiphasigen Tiefsetzstellers mit synchroner Gleichrichtung kompensiert werden. Dabei werden die beiden Halbbrücken 180° in der Phase versetzt angesteuert, wodurch sich der Rippelstrom am Eingang reduzieren, bzw. die passiven Bauelemente mit niedrigeren Nennwerten dimensionieren lassen. Die Diode wird durch einen MOSFET ergänzt oder ersetzt, wobei der Spannungsabfall und damit die Verlustleistung im Freilaufpfad durch den niedrigen RDS,on-Widerstandswert reduziert wird.

Diese Art der Schaltung hat sich bereits im PC-Bereich zur Versorgung von Prozessoren bewährt. Sie soll hier auf Basis des Controllers LTC1629 oder mit einem vergleichbaren Baustein realisiert und untersucht werden. Dabei müssen geeignete Halbleiterbauelemente ausgewählt sowie die notwendigen passiven Bauelemente ausgelegt werden. Durch den Betrieb bei einer hohen Schaltfrequenz können Induktivitäten und Kapazitäten mit niedrigeren Werten eingesetzt werden. Dadurch lässt sich die Schaltung mit Hilfe von platzsparenden SMD-Bauteilen aufbauen und es kann weiter auf die Verwendung von Kühlkörpern weitgehend verzichtet werden. Zusammendfassend stehen bei dieser Schaltungsvariante ein hoher Wirkungsgrad bei kompakter Bauweise im Vordergrund.
Die Schaltung soll im Hinblick auf ihr Anlauf- und Fehlerverhalten untersucht werden. Darüberhinaus soll der Wirkungsgrad des neuen Netzteil ermittelt und mit dem bereits vorhandenen 5V-Netzteil verglichen werden.

Schwerpunkte der Arbeit:

  • Schaltungstechnik, Leistungselektronik
  • Bauteildimensionierung und Auswahl
  • Platinenlayout
  • Messtechnik