Welligkeit

In der Leistungselektronik erzeugen wir Spannungen und Ströme, indem wir Spannungen an Spulen schalten. Damit steigt und sinkt der Strom in der Spule um einen Mittelwert herum. Diese Schwankung wird fachlich als „Strom-Welligkeit“ und umgangssprachlich als „Stromrippel“ bezeichnet. Viele Applikationen brauchen einen glatten Strom ohne große Welligkeit. Eine elektrische Maschine z. B. ruckelt, wenn die Welligkeit zu hoch ist.

Um die Welligkeit zu minimieren betrachten wir die Gleichung für den Strom an der Spule. In den bisher betrachteten Schaltungen liegt immer eine Gleichspannung an der Spule an. Je nach Schalterstellung weist sie unterschiedliche Werte auf, aber sie ist abschnittsweise über der Zeit konstant. Wir vereinfachen das Integral unter dieser Annahme.

Die Welligkeit wird vom zweiten Term in der Stromgleichung bestimmt. Sie wird kleiner, wenn wir im Zähler die Gleichspannung reduzieren. Diese ist in der Applikation oft vorgegeben. Deshalb fällt diese Option in der Praxis raus.

Die Welligkeit wird auch kleiner, wenn die Zeit Δt reduziert wird, während der eine Spannung an der Spule anliegt. Dieser Hebel wird in der Praxis genutzt. Die Schaltfrequenz wird möglichst hoch gewählt, damit diese Zeit möglichst gering ist.

Die Induktivität L der Spule steht im Nenner der Gleichung. Eine große Spule senkt die Welligkeit, kostet aber auch viel Geld und Bauraum. Deshalb ist es oft günstiger, die Schaltfrequenz zu erhöhen.

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