Praktikum Entwurf und Realisierung eines Spannungswandlers mit Standardbausteinen aus der Mikroelektronik

Vortragende/r (Mitwirkende/r)
Nummer0000006078
ArtPraktikum
Umfang5 SWS
SemesterSommersemester 2022
UnterrichtsspracheDeutsch
Stellung in StudienplänenSiehe TUMonline
TermineSiehe TUMonline

Teilnahmekriterien

Siehe TUMonline
Anmerkung: Das Praktikum kann wieder in 2er Teams erledigt werden. Je nach Anzahl der Anmeldungen werden mehrere Termine stattfinden, jedoch dürfen sich nur maximal 8 Studenten im Labor gleichzeitig aufhalten. Die tatsächliche, maximale Anzahl der Teilnehmer kann je nach Anmeldungszahl leicht variieren. Die Teilnehmerliste ist vorerst auf 15 Teilnehmer beschränkt. Die genaue Zahl wird am Auftakttermin bekannt gegeben. Wartelistenplätze können auch kommen.

Lernziele

Nach der Teilnahme an dem Modul sind die Studierenden in der Lage, eine für einen Anwendungsfall vorgegebene Funktion mit Hilfe von vorgegebenen Schaltungsteilen so zu verschalten, dass sie zu einer Schaltungslösung für diese Problemstellung kommen. Dabei können die Studierenden diese Schaltungen für den Einsatz charakterisieren und testen. Dabei lernen die Studenten die Basics für das Arbeiten im Labor wie z.B. die Benutzung eines Oszilloskop und das Aufbauen einfacher Schaltungen mit ICs, Widerständen, Kondensatoren und Jumpern. Strategien wie die Fehlersuche in Code oder Schaltungen werden hierbei gelernt. Außerdem sollen durch die Verwendung des Microcontrollers für die Steuerung des Spannungsreglers auch der Grundgedanke für die Prototyp-Entwicklung von elektronischen Systemen näher gebracht werden.

Beschreibung

Ziel des Praktikums ist die Regelung eines Spannungswandlers (Buck-Converter). Es gibt ein vorgefertigtes Demoboard, das alle Leistungsbauelemente enthält. Die Steuerung erfolgt mit einem XMC1100 Mikrokontroller von Infineon. Der Microcontroller besitzt eine Arduino-Oberfläche und kann somit leicht programmiert werden. Es werden keine Programmier-Vorkenntnisse erwartet. Das Praktikum beginnt mit einfachen Versuchen, wie dem Blinken einer LED ("Hello World") und dem Einlesen von Spannungspegeln am Eingang des ADC des Mikrocontrollers. Zum Kennenlernen des Boards müssen verschiedene Sensoren ausgelesen werden und die Schematics verstanden werden. Nach diesem Intro lernen die Studenten die Funktionsweise einen Buck-Converters und verstehen den Entwurf sowohl eines digitalen als auch einen anlogen Reglers. Hierfür wird die Matlab-Software genutzt. Nach der erfolgreichen Implementierung werden noch verschiedene Messungen zur Charakterisierung der Performance gemacht. Hierbei lernen die Studenten verschiedenes Laborequipment zu bedienen (Spannungsversorgung, Oszilloskop, etc.). Die analoge Reglerimplementierung erfolgt auf einem Breadboard mit bekannten ICs.

Inhaltliche Voraussetzungen

Festkörper-, Halbleiter- und Bauelementephysik; Elektronische Schaltungen; Regelungstechnik 1

Lehr- und Lernmethoden

Die Arbeit erfolgt eigenständig nach Vorgabe des Skripts. Die Einteilung der Arbeit erfolgt auf selbständiger Einschätzung (es gibt keine Anwesenheitspflicht), jedoch gibt es empfohlene "Milestones" als Orientierung. Wöchentliche Tutorstunden (2-3 Std pro Termin) sollen helfen eventuelle Unklarheiten zu beseitigen. Das Modul wird in Form einer Laborübung durchgeführt. Die Prüfung besteht aus einem selbstständig verfassten schriftlichen Teil, der am Ende des Semesters auf Moodle hochgeladen werden soll (Dokumentation der aufgebauten Schaltung, des Programmcodes, und der erzielten Messergebnisse) und einer kurzen Vorführung der erzielten Schaltungsperformance mit Hilfe des Demoboards zu einem festgelegten Termin am Ende des Praktikumszeitraumes (10 Minuten). Deadline für die Abgabe des Berichts und die Präsentation wird gegen Ende Juli sein. Genauere Termine folgen nach Absprache.

Studien-, Prüfungsleistung

Das Modul wird in Form einer Laborübung durchgeführt. Die Prüfung besteht aus einem selbstständig verfassten schriftlichen Teil, der am Ende des Semesters auf Moodle hochgeladen werden soll (Dokumentation der aufgebauten Schaltung, des Programmcodes, und der erzielten Messergebnisse – 10 Seiten) und einer kurzen Vorführung der erzielten Schaltungsperformance mit Hilfe des Demoboards zu einem festgelegten Termin am Ende des Praktikumszeitraumes (15 Minuten).

Empfohlene Literatur

R. W. Erickson, D. Maksimović, "Fundamentals of Power Electronics"

Links