Hallo zusammen!
ich habe hier einen Step-Up Spannungsregler entworfen und zwar nach der
Standardbeschaltung (siehe hier:
http://de.wikipedia.org/wiki/Aufw%C3%A4rtswandler)
Das ganze wird derzeit zu Simulations- und Testzwecken mit einem
analogen PI-Regler geregelt (OP in Integrator/inv.-Verstärker-Schaltung
und vorgekoppelter Differenz-OP-Schaltung; mir ist bewusst, dass sich
dies kombinieren lässt).
Das System an sich funktioniert auch, ich habe Bauteilwerte gefunden,
mit denen das System [i]ganz gut[/i] geregelt wird und etwa das
rauskommt, was soll.
Allerdings hätte ich gerne eine formelmäßige Beschreibung des kompletten
Regelkreises, damit ich einmal ein Tool in die Hand bekomme, mit dem es
sich besser optimieren und verstehen lässt. Mir fehlt zwischen der
Schaltung und der Theorie der Regelungstechnik de Brücke, da durch die
Diode und den Schalter die Schaltung so unglaublich nicht-linear ist.
In einem Versuchsskript (siehe hier (S.5ff):
http://www.home.hs-karlsruhe.de/~koru0001/LAB_HLS5_SR_SS06.pdf ) wird
beispielhaft für einen Step-Down-Converter beschrieben, wie man eine
Übertragungsfunktion durch Mittelung der Schaltspannung Us erhalten
kann. Da vom Eingang gesehen zuerst Schalter und Diode und erst danach
die linearen Bauteile kommen, kann man Us für Diode und Schalter
gemeinsam betrachten und ab der nachfolgenden Spule gewohnt
weiterrechnen.
Was man erhält, ist ein Filter 2.Ordnung, der sich gut auf Standardterme
zurückführen lässt (siehe Versuchsskript).
Wenn ich nun den Step-Up Converter nehme, habe ich das Problem, dass die
nicht-linearen Bauteile zwischen Spule und Kondensator sitzen, sprich
ich mir vollkommen unsicher bin, ob und wie ich dort linearisieren darf,
um eine Annäherung zu erhalten. Dadurch, dass die Diode zwischen Spule
und Kondensator sitzt, trennt sie mir ja [i]irgendwie[/i] auch das
System 2. Ordnung gewaltig auf, oder?
Hat jemand einen Ansatz? Ich glaube, das würde mir schon sehr helfen!
Viele Grüße
alias5000
Hallo Klaus,
vielen Dank für den ersten Link, den kannte ich noch nicht. Der zweite
ist mir bekannt und er ist durchaus sehr wertvoll.
Das Problem, das ich aber habe, ist die Modellierung meiner Schaltung
(=Regelstrecke), um diese hoffentlich durch Rechnung besser regeln und
verstehen zu können (ich erhoffe mir dadurch noch nette Nebeneffekte,
was Schwingneigung,... meiner Strecke angeht). Der RN-Wissen Artikel
macht hier leider einen Bogen drum.
Wenn ich ein klassisches Modell (das durch Linearisierung angenähert
ist), hätte, würde mir der Reglerentwurf/-Optimierung sicher leichter
fallen
>da durch die Diode und den Schalter die Schaltung so unglaublich nicht->linear
ist.
Stichwort SSA, "Space State Averaging" damit bekommst du eine lineare
Übertragungsfunktion des Converters,
Nachteilig ist das immer alles Bauelement in die Mittelung eingehen,
auch vorhande Eingangs und Ausgangsfilter, parasitäre Elemente. Man
erhält ein Zustandsmodel mit sehr vielen Zustandsgrößen was zu ziemlich
schwierigen unübersichtlichen Rechnungen führt. Eine kleiner Änderung
und alles muss neu gemacht werden.
http://www-power.eecs.berkeley.edu/publications/sanders_noworolski_liu_verghese.pdf
Es gibt aber auch die Methode des PWM-Switch Models. Dabei wird nur der
Schalter mit Diode linearisiert. Zu unterscheiden ist Voltage Mode und
(Peak)Current Mode Reglung und auch ob der Lückbtrieb vorliegt.
Das ist ähnlich wie das Ebers-Moll Model des Bipolartransistors. Die
Schaltzelle (Fet+Diode) ist linearisiert unabhängig von der Schaltung.
Das funktioniert auch mit der Boost und Buck-Boost(Flyback) Topologie.
Man sieht dann die berühmte Polstelle in der rechten Halbebene, wie sie
alle Boost und Flyback Topologien haben.
http://www.intusoft.com/articles/cmctut.pdfhttp://www.dianyuan.com/bbs/u/54/856751181919766.pdfhttp://www.onsemi.com/site/pdf/pcim_basso.pdf
Hier mal eine Simulation eines Sperrwandlers mit Current Mode Regelung
im CCM ohne Slope Compensation. Man sieht sehr gut das Peaken der SHO.
Es gibt viele SNT Seiten (zb Schmidt Walter) aber auf die Regelung wird
kaum Eingegangen. Auch werden die Regler der Convterer auf pi mal Daumen
und durch ausprobieren ermittel. Richtig gute Hersteller von Power
Supplys machen das definitiv nicht. Einen Boost Converter in VM Regelung
mit Typ 3 Kompensator (oder mehr) ist einfach nur zu Berechnungen und
dann durch Messungen (zb mit Vanable) zu optimieren.
MFG
Hallo alias5000,
wenn Du etwas simulieren möchtest, das wäre bei einer Entwicklung zu
empfehlen, dann schau Dir mal LTSpice von LT an. Hier im Forum findest
Du einiges. LT hatte das Programm ursprünglich für die eigenen
Controller zur Verfügung gestellt, aber es lässt sich alles darauf
simulieren, ohne Einschränkungen. Sie Software ist kostenlos.
Hier zwei sehr hilfreiche Links zum Einstieg.
http://tech.groups.yahoo.com/group/LTspice/http://www.elektronikschule.de/~krausg/willkommen.htm
In dem yahoo - Forum findest Du auch einiges unter Files > Examples >
SMPS. Dort dürfte Basso, Christophe Basso's - Files, für Dich genau das
Richtige haben. Er geht mit seinen Modellen auf regelungstechnische
Aspekte ein.
Schau mal unter Google nach "christophe basso".
Gruss Klaus.
Hey ihr beiden,
ich glaube, dann habe ich erstmal einiges an Material, das ich mir
ansehen kann, danke :). Das Buch von Basso scheint da in eine gute Kerbe
zu schlagen. Leider kann ich das in der Bib erst in einigen Tagen
ausleihen, aber mal sehen. Ich arbeite hier derzeit mit dem Buch von
Ulrich Schlienz ("Schaltnetzteile und ihre Peripherie") und finde es an
manchen Stellen nicht vollständig. Der Grundansatz ist toll, aber die
Modellierung und Regelung ist fast nicht bis gar nicht beschrieben.
Dafür werden Magnetische Bauteile und Schalter, EMV und andere Dinge
augegriffen.
LTSpice ist klasse, das verwende ich seit Beginn. War das nicht auch ein
Tool, um Spannungsregler-Bausteine von LT zu vermarkten?
Einen schönen Tag!
alias4999++;
Schaltnetzteile und ihre Peripherie ist für Einsteiger vielleicht
interessant, aber da die Regelung nicht vorkommt für ernsthafte
Entwickler uninteressant.
Das zweite Buch beschäftig sich intensiv mit der herleitung der
Übertragungsfunktion der verschiedene Konvertertopologien, unter anderm
auch Stromgespeiste Brücken (was ja eher wenige behandeln).
viel Spass bei lesen (und nachrechnen)...
MFG Fralla
