Einphasen-PFC-Gleichrichterschaltungen Hocheffizienz-Gleichrichtersyteme mit 99,2% Wirkungsgrad

Durch Wahl einer geeigneten Betriebsart ist ein Konvertersystem höchster Effizienz ohne SiC-Leistungsbauteile möglich. Kernergebnisse eines Forschungsprojekts zeigt dieser Beitrag.

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Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Die Weiterentwicklung leistungselektronischer Konverter ist durch die Forderung nach möglichst simultaner Verringerung des Bauvolumens, der Verluste und der leistungsbezogenen Kosten geprägt. Beispielsweise wird heute im Bereich von Telekom-Stromversorgungen für die Umsetzung der Einphasennetzspannung in eine potenzialgetrennte Gleichspannung (Speisung der 48-V-Schiene) bei 50% Nennleistung typisch eine Effizienz von 97% (für 230 V_rms Netzspannung) bei einer Leistungsdichte von 2,5 bis 3 kW/dm³ erwartet.

Bei Annahme gleicher Leistungsdichte und Effizienz der Gleichrichter- und DC/DC-Konverterstufe ist also je Teilsystem eine Effizienz von 98,5% bei einer Leistungsdichte von 5 kW/dm³ zu realisieren. Weiter ist ein über den Leistungsbereich flacher Wirkungsgradverlauf, d.h. insbesondere eine hohe Teillasteffizienz sicherzustellen.

Für eine nächste Produktgeneration stellt sich daher einerseits die Frage nach der geeigneten und mittels bestehender Technologien zu erfüllenden Zielvorgabe und andererseits nach dem bei Maximierung einer Performancegrösse hinsichtlich der übrigen Kenngrössen zu schließenden Kompromiss. In jedem Fall ist ja eine gleichzeitige Verbesserung eines bestehenden Designs bei Beibehaltung der Technologie nur dann möglich, wenn die bestehende Lösung noch nicht vollständig optimiert ist bzw. noch nicht an der Grenze des Performance-Raumes (Pareto-Front) liegt.

Ausgehend von der vorstehend beschriebenen Überlegung wurden im Rahmen eines an der ETH Zürich (www.pes.ee.ethz.ch) durchgeführten Forschungsprojektes des European Center for Power Electronics (ECPE, www.ecpe.org) Konzepte von Einphasen-Gleichrichterschaltungen mit Sinusstromaufnahme hinsichtlich des maximal erreichbaren Wirkungsgrades analysiert.

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