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Hintergrund

Die Entwicklung moderner, hocheffizienter Leistungselektronik erlaubt immer höhere Schaltfrequenzen. Um die magnetischen Komponenten (Induktivitäten und Transformatoren) optimal auszulegen, müssen deren Kernverluste präzise charakterisiert werden. Konventionelle Messverfahren stoßen bei Frequenzen über 1MHz oft an ihre Grenzen.

Ziel der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist das Design und die Validierung einer dedizierten Messplatine, die eine Charakterisierung von Ringkernen bis mindestens 10MHz ermöglicht.

Aufgabenstellung

• Hardware-Entwicklung & Schaltungsdesign: Konzeptionierung und Schaltplanentwurf einer Messkarte. Die Versorgung erfolgt über ein Standard-12V-Labornetzteil.
• HF-Layout & Signalintegrität: Design eines optimierten PCB-Layouts unter Berücksichtigung von Hochfrequenz-Designregeln (Signal- und Impedanzanpassung bis 10MHz, Minimierung parasitärer Induktivitäten).
• Sensorik & Signalaufbereitung:
  • Integration einer präzisen Spannungsmessung mit integrierter 20dB Dämpfung (Spannungsteiler für den Oszilloskop-Eingang).
  • Integration einer aktiven Strommessung mit Verstärkung (z. B. via Shunt-Widerstand und HF-Operationsverstärker oder schnellem Stromsensor).
  • Bereitstellung der Messsignale über BNC-Anschlüsse zum direkten Anschluss an ein Oszilloskop.
• Mechanisches Interface: Integration einer Vorrichtung zum schnellen und werkzeuglosen Auswechseln der zu testenden Toroidkerne (z. B. über Federkraftklemmen, spezielle Buchsen oder Spannvorrichtungen), um Messreihen effizient durchzuführen.
• Inbetriebnahme & Validierung: Durchführung einer ersten (kleinen) Messkampagne mit definierten Standard-Toroidkernen zur Validierung der Bandbreite, der Phasenkompensation und der berechneten Kernverluste.

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Hintergrund 

In der modernen Leistungselektronik fordern steigende Schaltfrequenzen und kompakte Bauformen innovative Ansätze beim Design passiver Bauelemente. Konventionelle, gesinterte Ferritkerne sind an starre Geometrien gebunden und mechanisch empfindlich. Der Verguss von magnetischen Kompositmaterialien (Ferritpulver eingebettet in eine Epoxidmatrix) erlaubt es, Kerne mit maßgeschneiderten magnetischen Eigenschaften direkt in fast beliebige Zielgeometrien zu gießen.

Ziel der Arbeit

Ziel dieser Arbeit ist es, die Prozesskette von der Materialkomposition bis zur finalen elektromagnetischen Charakterisierung systematisch zu untersuchen.

Aufgabenstellung

• Materialkomposition & Aufbereitung: Recherche und Einwiegen verschiedener Mischungsverhältnisse aus Epoxidharz, Ferritpulver (unter Beachtung und Selektion definierter Korngrößen) und Kieselsäure (als Thixotropiermittel/Füllstoff).
• Prozessentwicklung & Vakuumieren: Optimierung des Misch- und Entgasungsprozesses. Das Evakuieren der viskosen Mischung in der Vakuumkammer zur vollständigen Eliminierung von Lufteinschlüssen ist hierbei ein kritischer Teilschritt.
• Formguss: Verguss der entgasten Mischung in definierte Ringkerne und Steuerung des Aushärteprozesses.
• Prozessstabilitätsuntersuchung: Analyse der Reproduzierbarkeit der hergestellten Kerne (Untersuchung auf Schwindung, Rissbildung, Inhomogenitäten im Gefüge und Dichtevariationen).
• Messtechnische Charakterisierung: Durchführung einer kleinen Messkampagne zur Bestimmung der Induktivität sowie der frequenz- und aussteuerungsabhängigen Kernverluste.

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