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300W Battery Charger A Comparison of Topologies
Batterieladegeräte sind auf dem Markt schon weit verbreitet. Bei speziellen Anforderungen sind diese aber nur begrenzt verfügbar. Kosten, Effizienz, Größe und Flexibilität spielt dabei eine große Rolle. Bei dieser Arbeit wurden verschiedene Topologien verglichen und die Vor- und Nachteile analysiert.
Ziel dieses Projekts, waren die Vor- und Nachteile von zwei verschiedenen DC/DC-Topologien, namentlich ein PWM Konverter (Active Clamp Forward) und ein Resonanzkonverter (LLC), für ein Batterieladegerät zu betrachten und zu vergleichen. Üblicherweise ist diese Stufe einem PFC nachgeschaltet und somit mit 380 V DC gespiesen. Durch die gegebenen Spezifikationen ist ein grosser Ausgangsspannungsbereich von 15 bis 35 V nötig. Beide Konverter sind im Detail analysiert und ausgelegt worden. Weiter wurde ein Prototyp von jeder Hardware gebaut und ausgetestet. Bei beiden Designs kommt eine Synchrongleichrichtung zum Einsatz. Das Timing dieser Gleichrichter zeigt grosses Optimierungspotential. Trotzdem konnte ein Wirkungsgrad von 92% für die PWM Variante bzw. 94% für die Resonanzvariante erreicht werden. Der grosse Bereich am Ausgang des Konverters forciert ein Design mit sehr viel zirkulierender Blindleistung. Eine weitere Iteration der magnetischen Komponenten kann hier nochmal mehr Effizienz erreichen. Für die gegebene Anwendung ist der PWM Konverter besser geeignet. Er erreicht einen besseren Wirkungsgrad für tiefe Lasten und hat für höhere Lasten nur 2% weniger Effizienz als der Resonanzkonverter. Der Resonanzkonverter ist vor allem für Anwendungen sinnvoll in denen die Effizienz im Vordergrund steht.