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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Schaltregler: Filterung Ausgangsrippel - Berechnung belasteter Filter


Autor: alias5000 (Gast)
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Hallo zusammen,
ich möchte mir bei einem Step-Up Converter, der recht viel Leistung 
übertragen soll, den Ausgangsspannungsrippel sehr klein machen.
Dabei geht es gerade darum, zu schauen, ob ein nachgeschalteter 
LC-Filter da gut reinpassen könnte (Versuche sagen ja, außer, dass die 
Regelung ggf. aufwendiger wird).

Mein Filter sieht so aus, dass ich nach der Step-Up-typischen Diode 
meinen Speicherkondensator nach Masse habe. Am Ausgang anknüpfend liegt 
dann nochmal ein LC-Tiefpass, bevor es dann endgültig nach draußen geht.

Da ich aber nicht ständig "blind" in LTSpice irgendwelche Zahlenwerte 
eingeben möchte, die mir dann sagen, ob das schön aussieht, oder nicht, 
brauche ich eine etwas analytischere Form, den Ausgangsspannungsrippel 
mit nachgeschaltetem LC-Filter zu bestimmen (/berechnen).

Möchte ich mein Filter mittels klassischer Wechselstromlehre komplex 
berechnen, endet das in ziemlich heftigen Riesenbrüchen, die nicht 
gerade toll sind. Das ganze über systemtheoretische Ansätze ins komplexe 
zu übersetzen (Laplace/Fourier) ist mir bisher noch ein Rätsel, da die 
Schalter/Dioden eine verdammt hartnäckige Nichtlinearität darstellen 
(Mittelwertmodelle dieser Bauteile für die Regelkreise haben hier keine 
Gültigkeit, wenn ich das richtig sehe).

Ich bin also auf der Suche nach einer Möglichkeit, diesen belasteten 
Filter etwas angenehmer zu berechnen / modellieren, oder eine numerische 
Lösungsvariante zu finden, die mir dennoch viel Platz für Verständnis 
und Analyse bietet (ich denke da an MATLAB, hänge aber noch ein wenig).
LTSpice fällt bei mir bedingt raus, da die vorhandene Simulation durch 
ihre Komplexität schon sehr träge geworden ist. Da ist Durchprobieren 
kein Spaß mehr.
Zu MATLAB habe ich gerade beim Schreiben eine Idee bekommen, analytisch 
wäre es trotzdem schöner :)

Vielen Dank und Gruß
alias5000

Autor: alias5000 (Gast)
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ping :)

Autor: alias5000 (Gast)
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ping, peng, pong :)

Autor: alias5000 (Gast)
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oh sorry, ich war verwirrt :s

Autor: BMK (Gast)
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tilt...

Eine wunderschöne Beschreibung, grammatikalisch einwandfrei,
nur komplett ohne Zahlenwerte.....

Stop, stimmt nicht ganz.
Ganz am Schluss steht 5000....

Autor: Fralla (Gast)
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Was du suchst ist ein lineariseirtes Kleinsignalmodel eins Converters, 
such nach "Space State Averaging" SSA. Hat den nachteil das auch das 
Filter lienarisieren muss.
Es gibt auch "PWM-Switch" Modele, wo nur die Schaltzelle lineariseirt 
wird.

Problem beim nachgeschlteten Filter ist das es die Phase des Systems 
noch weiter runterzieht und die Regelung erschwert, oder das Filter 
liegt weit hinter der Crossoverfrequenz der open Loop 
Übertragungsfunktion. Alternativ kan man vor dem Filter Regeln, was 
Oszilationen bei unguten Lasttransieten nicht ausregelt. Weiterer Ansatz 
ist eine Aufteilung der Regelung in eine "fast-lane" und "low lane" (vor 
und nach filter) diese werden dann gewichttet wobei die gewichtung 
wieder Lastabhängig und usw sein kann.


Amnsonsten ist es ja nur ein LC filter mit Lastabhängiger Güte. 
Grenzfreuquenz niedrig -> Auswirkung auf Regler, zu Hoch ungenügende 
däpfung der Rippleoberwellen. L zu groß -> schlechtes Verhalten be 
Lastabwurf.

Autor: alias5000 (Gast)
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Fralla schrieb:
> Problem beim nachgeschlteten Filter ist das es die Phase des Systems
> noch weiter runterzieht und die Regelung erschwert, oder das Filter
> liegt weit hinter der Crossoverfrequenz der open Loop
> Übertragungsfunktion.
Da verstehe ich noch nicht ganz, was du mir sagen möchtest. Ich hänge 
glaube ich ein wenig bei "Crossoverfrequenz"

> Alternativ kan man vor dem Filter Regeln, was
> Oszilationen bei unguten Lasttransienten nicht ausregelt.
Meinst du mit "Lasttransienten" die schnelle Laständerung am Regler?
>Weiterer Ansatz
> ist eine Aufteilung der Regelung in eine "fast-lane" und "low lane" (vor
> und nach filter) diese werden dann gewichttet wobei die gewichtung
> wieder Lastabhängig und usw sein kann.
>
>
> Amnsonsten ist es ja nur ein LC filter mit Lastabhängiger Güte.
> Grenzfreuquenz niedrig -> Auswirkung auf Regler, zu Hoch ungenügende
> däpfung der Rippleoberwellen. L zu groß -> schlechtes Verhalten be
> Lastabwurf.
und C groß -> langsameres Einschwingen
Das letzte klingt so simpel, aber berechnen muss ich das erstmal 
trotzdem

vielen Dank schonmal!
alias5000

Autor: Fralla (Gast)
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>Da verstehe ich noch nicht ganz, was du mir sagen möchtest. Ich hänge
>glaube ich ein wenig bei "Crossoverfrequenz"


Der wunsch beim Regeln ist eine Phasenreserve, dh eine Pahse größer 180° 
beim Nulldurchgang. Ein Schaltregler ist je nach Regelungskonzept ein 
System 1er oder 2er Ordung. dh die Phase wird mit steigender Frequenz 
gegen 180°/90° gezogen. Ein gut dimensionerter Regler hebt die Phase in 
diesem Bereich (Nulldurchgang) an. Die Dimensioneirung und typ des 
regler bestimmt wie hoch die Phase gehoben wird. (oft als Phase Boost 
bezeichnet). Nun kommt jemand und hängt ein LC Filter hinten dran. 
Dieses zieht die Phase um 180° nach unten, im bereich der Granzfrequenz 
um 90°. Wenn dieses Filter jetzt nach dem Nulldurchgang liegt (wo der 
Regler die Phase hebt) wird die Phase nach unten gezogen und man nähert 
sich 180° der Instabilität. Ist die Frequenz aber deutlich höher als der 
Nulldurchgang, so stört diese Filter den Regler nicht, oder nimmt eben 
nur ein wenige Grad Phasenreserve weg. Die kunst ist es das Filter 
niederfrequent (um gut zu filter) zu machen den regler so abzustimmen 
das immer noch genügend Phasenresere da ist. (In Wirklichkeit hat jeder 
Wandler noch Nullstellen die die Phase heben, das hilft je nach Lage). 
In der PN Ebene betrachtet zeiht ein Filter die Polstellen nach rechts 
(und das bedeutet böses). Die Frequenz des Nulldurchganges ist die 
Crossoverfrequenz.
Doch auch der beste regler kann nicht verhindern, dass sich bei einem 
Lastabwurf der Strom der Filterinduktivität in den C entläft und dessen 
Spannung hebt. Ist er groß dann nur wenig. Das größte Probelm ist, das 
man aber den Spannungsabfall am ESR sieht (ein zacke).

MFG

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