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BSc in Elektro- und KommunikationstechnikBIBEBUVALeistungsendstufe für kapazitive LastenMechatronik / Betreuer: Prof. Markus MoserExperte: Felix KunzIm Rahmen eines Projektes mit der EPFL (École polytechnique fédérale de Lausanne) haben wir einenPrototyp einer Breitband-Leistungsendstufe für die Ansteuerung stark kapazitiver Lasten, speziell piezokeramischeAktuatoren, entwickelt. Beim Betrieb in einem engen Frequenzbereich kann der kapazitive Blindstromdurch eine angepasste Induktivität kompensiert werden. Dies ist bei einer Breitbandendstufe nichtumsetzbar, deshalb wurde eine für den Breitbandbetrieb optimierte Endstufen-Topologie eingesetzt.AusgangslageFür ein Projekt, bei welchem dieEPFL für die piezokeramischenAktuatoren zuständig ist, entwickeltenwir eine Leistungsendstufe,welche es ermöglicht, erstensstark kapazitive Lasten anzusteuernund zweitens die volle Leistungüber eine möglichst grosseBandbreite mit kleinen Verlustenabzugeben.SchaltungsentwicklungBereits in den vorhergehendenSemesterarbeiten haben wir unstiefgreifend mit verschiedenenEndstufen-Topologien beschäftigtund ein Funktionsmuster einer eigenenSchaltung verwirklicht. Ausden Erkenntnissen des Funktionsmustershaben wir unsere Schaltungweiterentwickelt und einenPrototypen erstellt.RegelungDer Prototyp besitzt einen 32 BitARM Mikrocontroller der Frequenzund Spannung entsprechend derangeschlossenen Last selbständigregeln kann. Ein CPLD (ComplexProgrammable Logic Device)erzeugt das Pulsmuster für dieAnsteuerung der Leistungshalbleiter.Messgrössen, die der Mikrocontrollerverarbeitet, sind dieSpannung an der Last und deraufgenommene Strom der Endstufe.Der Datenaustausch zwischenMikrocontroller und CPLDerfolgt via SPI-Schnittstelle. Einspezielles Pulsmuster für die Ansteuerungder Endstufe führt zueiner optimale Kurvenform überder Last und erlaubt minimale Verlustein der EndstufeSteuerungDie gesamte Schaltung kann vorerstmit einem handelsüblichenComputer, später dann mit einemBediengerät gesteuert werden.Die Kommunikation zur Schaltungerfolgt via CAN-Bus. Dem Anwenderstehen die Möglichkeiten offen,die Schaltung ein- oder auszuschaltenund Frequenz, Leistungund Lasttyp zu wählen. Die Speisespannungwird vorerst externgeliefert.AusblickDie Speisung mit galvanischerTrennung, die Netzfilterung unddas Bediengerät muss noch eingebundenwerden. Das Programmauf dem Mikrocontroller kann mitweiteren Funktionalitäten erweitertwerden. Wenn die Aktuatoren vonder EPFL zur Verfügung stehen,müssen Messungen durchgeführtund der Regelalgorithmus optimiertwerden. Um noch höhereLeistungen zu erzielen, kann einParallelschalten von mehrerenEndstufen in Betracht gezogenund implementiert werden.Cedric WeberWMCedric@yahoo.deStefan Weyeneths.weyeneth85@gmx.chti.bfh.ch139