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Schaltungen der Leistungselektronik

Welche Beschreibung des nichtlückenden Betriebs (CCM) bei einem DC-DC-Wandler ist richtig?

  1. AEin Betrieb, bei dem aus der Eingangsquelle unabhängig vom Schaltzustand stets ein Gleichstrom konstanter Größe fließt
  2. BEin Betrieb, bei dem der Schalter dauerhaft eingeschaltet bleibt und der Strom ununterbrochen fließt
  3. CEin Betrieb, bei dem der Spulenstrom während einer Periode kein einziges Mal null wird und ununterbrochen fließt
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Antwort: C. Ein Betrieb, bei dem der Spulenstrom während einer Periode kein einziges Mal null wird und ununterbrochen fließt

Im nichtlückenden Betrieb schwankt der Spulenstrom zwar, sinkt aber innerhalb einer Periode nicht bis auf null. Wird der Laststrom kleiner, erreichen die Täler des Stroms null und bleiben eine Weile dort; der Wandler geht in den lückenden Betrieb (DCM) über. Die Formeln Vout = D × Vin des Tiefsetzstellers und Vout = Vin/(1 − D) des Hochsetzstellers gelten im nichtlückenden Betrieb. Im lückenden Betrieb hängt die Ausgangsspannung auch vom Laststrom ab.

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  1. Bei einem idealen Tiefsetzsteller (Freilauf über eine Diode) mit 12 V Eingangsspannung, 3 V Ausgangsspannung, 15 µH Induktivität und 300 kHz Schaltfrequenz wird der Laststrom verringert. Welcher ist der kleinste Ausgangsstrom, bei dem der nichtlückende Betrieb noch erhalten bleibt (die Grenze zum lückenden Betrieb)?
  2. Angenommen, der gesamte Wechselanteil der Welligkeit des Spulenstroms (0,6 A Spitze-Spitze) eines Tiefsetzstellers fließt in den Ausgangskondensator. Wie groß ist bei 300 kHz Schaltfrequenz und einem Ausgangskondensator von 25 µF (ESR vernachlässigt) die Welligkeit der Ausgangsspannung (Spitze-Spitze)?
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  5. Die während eines Schaltübergangs umgesetzte Leistung wird im Mittel mit der Hälfte von Spannung × Strom angesetzt. Ein Leistungsbauelement schaltet 400 V und 10 A, die Übergangszeiten beim Ein- und beim Ausschalten betragen je 50 ns, die Schaltfrequenz 100 kHz. Welchem Wert kommen die Schaltverluste am nächsten?

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