Hochsetzsteller, Current Mode Control, Feedback compensation

> Wie ich es dimensionieren muss, weiß ich leider nicht :(

Der Hersteller auch nicht, deswegen hat er dir diese Bauteile zum extern 
dranschrauben gelassen.

Es liegt halt an gewissen Nebenwerten der Bauteile und der Last, was die 
beste Kompensation ergibt, daher sind die Werte nicht bekannt und nicht 
in der Theorie exakt berechenbar. Man verbaut also erst mal Schätzwerte 
und arbeitet sich dann durch Tests an eine möglichst gute 
Regeleigenschaft heran.

Der COMP Filter soll Frequenzen oberhalb Schaltfrequenz/4 wegfiltern, 
und seinen Pol bei deinem Pol 300 rad/sec haben, 300 Hz, kann ich kaum 
glauben.

Damit wird übrigens dein leidiger Steller ingesamt zum Regler, 
Hochsetzsteller, ich glaub mein Schwein pfeift, Stuhlhochsteller.

  +Vin                      _                       +Vout
  --o-----------o-----------UUU---------o-->|---o----o-----
    |           |                       |       |    |
    | +   .----------.               ||-+       |    |
   ###    |   Vcc(7) |       _     ||<-       |    |
   ---    |    Out(6)|------|___|----||-+       |    |
    |  .--|Ref(8)    |             _  |       |    |
    |  |  |     CS(3)|----------o-|___|-o       |    |
    |  |  |   Comp(1)|--o---.   |       |      .-.   | +
    |  |  |          |  |   |   |       |      | |  ###
    | .-. |          | .-. ---  |       |      | |  ---
    | | | |  UC3843  | | | ---  |      .-.     '-'   |
    | | | |          | | |  |  ---     | | R5   |    |
    | '-' |          | '-'  |  ---     | |   .--o    |
    |  |  |          |  |   |   |      '-'   |  |    |
    |  o--|RC(4)FB(2)|--o---o---(-------(----' .-.   |
    |  |  |   GND(5) |          |       |      | |   |
    | --- '----------'          |       |      | |   |
    | ---       |               |       |      '-'   |
    |  |        |               |       |       |    |
  --o--o--------o---------------o-------o-------o----o-----
   GND            (Dieter Wiedmann)              GND

Hallo!

Ohne ESR und das L der Spule zu berücksichtigen hat die 
Übrtragungsfunktion wenig mit der Realität gemeinsam, was an der extrem 
hohen Güte des doppelpols zusehen ist. AUch die Nullstelle in der rechen 
Halbeben sieht man. Also deine Übertragungsfunktion ist Prinzipiell 
richtig. Was aber fehlt ist die Nullstelle in der linken Halbebene, 
welche durch den ESR gebildet wird, und die Phase anhebt und somit 
hilft.
Interessant wäre noch zu wissen, welche Schaltfrequenz du willst, also 
ob der Wandler im CICM (kontinuierlich) oder DICM (lückender Strom) 
betrieben werden soll. Aufgrund der sehr geringen Leistung würde ich 
lückender Strom vorschlagen, also eine Frequenz <=70kHz. Vorteil ist, 
das der Fet nicht auf 300V einschalten muss sondern nur auf 50V, was 
viel Schaltverluste spart. (noch effizienter wäre ein Boundary Mode). 
Recovery der Diode gibts auch nicht.
Das Dutycycle liegt über 50%, dies kann bei kontinuierlich Strom SHOs( 
Oszilationen) bewirken, wenn keine Rampenkompensation stattfindent. EIn 
Feauture, dass bei UC3842 nur mittels extra Transitor zu realisieren 
ist. Spricht auch für Lückbetreib.

Hier hab ich die Übertragungsfunktion des Regler gepostet:
Beitrag "Verdammte Regelung eines 200W Buckwandlers!"
(du kanst R3 und C3 weglassenm da du die Zweite Nullstelle nicht 
brauchst).

Wenn du mir Schaltfrequenz, und ESR des Elkos nennest, kann ich dir alle 
Reglerparameter sagen.
Grobe schätzung wenn 70kHz: Gain=15dB, Nullstelle bei 200Hz und Pol bei 
ca 20kHz. Macht bei 82k am Spannungsteiler ~400k am Feedbackwiderstand 
mit 2n für C1 (in Serien zum Feedbackwiderstand). Theoretische 39p für 
den Pol gegen Noise. 82k macht natürlich zu viel verlustem, besser wären 
paar 100k was zun unrealistischem hohem Feedbackwiderstand führt.... 
Wenn der Regler nicht so schnell wie es die Bauteile erlauben (470µ ist 
sehr groß) sein muss kann man die Verstärkung auch zurücknehmen.

MFG

Hallo MaWin,

sieh es mir bitte nach, aber ich bin sehr neu in der Materie und kenne 
DCDC Wandler sonst immer nur aus Büchern, in denen das Gatesignal bzw. 
die PWM ausm Hut herbeigezaubert wird. Deshalb kann ich überhaupt nicht 
abschätzen, wie ich das BODE Diagramm zu deuten habe. Es soll keinerlei 
Ausrede sein, viel mehr eine Bitte an dich, folgende Aussagen näher zu 
erläutern.

MaWin schrieb:
> Der COMP Filter soll Frequenzen oberhalb Schaltfrequenz/4 wegfiltern,
> und seinen Pol bei deinem Pol 300 rad/sec haben, 300 Hz, kann ich kaum
> glauben.
>
> Damit wird übrigens dein leidiger Steller ingesamt zum Regler,
> Hochsetzsteller, ich glaub mein Schwein pfeift, Stuhlhochsteller.

Die Schaltfrequenz habe ich erstmal auf 15 kHz gesetzt. Wie kommst du 
auf das Wegfiltern von Frequenzen oberhalb der Schaltfrequenz/4?

Das BODE Diagram ist aus folgender Übertragungsfunktion entstanden, die 
ich aus dem o.g. Buch entnommen habe:

mit

Das ist die "Control to output Transfer function" wenn kleine 
Variationen am Eingang zu 0 gesetzt werden und die Übertragungsfunktion 
im Kleinsignalersatzschaltbild von der Pulsbreite zum Ausgang ermittelt 
wird. Dann gibt es auch noch die "Line to output Transfer function", 
selbes Prinzip, allerdings wird hier die Variation von der Pulsbreite zu 
0 gesetzt und die Übertragungsfunktion vom Eingang zum Ausgang 
ermittelt.

Wenn ich ganz ehrlich sein soll, weiß ich nicht, ob ich diese 
Übertragungsfunktion überhaupt benötige bzw. ob die alleine ausreicht. 
Soll heißen:
Vielleicht ist das BODE Diagramm hier völlig fehl am Platz?

Hallo Fralla,
vielen Dank für deine Antwort. Die hilft mir schon mal weiter.
Fralla schrieb:
> Ohne ESR und das L der Spule zu berücksichtigen hat die
> Übrtragungsfunktion wenig mit der Realität gemeinsam, was an der extrem
> hohen Güte des doppelpols zusehen ist. AUch die Nullstelle in der rechen
> Halbeben sieht man. Also deine Übertragungsfunktion ist Prinzipiell
> richtig. Was aber fehlt ist die Nullstelle in der linken Halbebene,
> welche durch den ESR gebildet wird, und die Phase anhebt und somit
> hilft.
Ja, die parasitären Einflüsse mindern die Güte natürlich und "dämpfen" 
das ganze System. Allerdings kenne ich den ESR der Spule nicht. Ich 
müsste mal denjenigen Fragen, der mir die Spule gegeben hat, ob er 
Angaben dazu hat. Das Problem ist: Der HSS ist bereits als Testplatine 
(von einem vorigen Diplomanden entwickelt) vorhanden und wurde mir quasi 
so in die Hand gedrückt :) Mehr als die o.g. Spezifikation habe ich 
nicht.

> Interessant wäre noch zu wissen, welche Schaltfrequenz du willst, also
> ob der Wandler im CICM (kontinuierlich) oder DICM (lückender Strom)
> betrieben werden soll. Aufgrund der sehr geringen Leistung würde ich
> lückender Strom vorschlagen, also eine Frequenz <=70kHz.
Die Schaltfrequenz ist auch noch offen, aber die hatte ich erstma mit 15 
kHz angedacht. Der Hochsetzsteller gilt als Eingangsstufe für einen 
transformatorlosen Wechselrichter, falls das irgendeine Relevanz haben 
sollte. Die niedrige Leistung soll erstmal zu Testzwecken dienen, um den 
PWM controller zum Laufen zu bekommen. Wenn die Regelung funktioniert, 
dann sollen ausgangsseitig 1000 V herrschen.

> Das Dutycycle liegt über 50%, dies kann bei kontinuierlich Strom SHOs(
> Oszilationen) bewirken, wenn keine Rampenkompensation stattfindent. EIn
> Feauture, dass bei UC3842 nur mittels extra Transitor zu realisieren
> ist. Spricht auch für Lückbetreib.
Der HSS soll später mit einer Ausgangsspannung von 1000 V im 
kontinuierlichen Betrieb arbeiten, Strom ist also nicht lückend.

Woher hast du die Information, dass man für die Rampenkomensation einen 
extra Transistor benötigt? Ich habe zwar schon einiges über 
Rampenkomensation in der Literatur gefunden und auch prinzipielle 
Formeln, bei welcher Kompensation das Problem behoben wird, aber nie 
einen extra Transistor im Blockdiagramm gesehen. Hast du dafür 
vielleicht einen geeigneten Link bzw. magst mir näher erklären, wie 
genau der Transistor einzusetzen ist?

> Hier hab ich die Übertragungsfunktion des Regler gepostet:
> Beitrag "Verdammte Regelung eines 200W Buckwandlers!"
> (du kanst R3 und C3 weglassenm da du die Zweite Nullstelle nicht
> brauchst).
Vielen Dank. Ich habe es erstmal überflogen und möchte gerne meinen 
Respekt äußern. Ich werde sicherlich noch eine Weile an den Formeln zu 
kauen und einige Frage diesbezüglich haben.

> Wenn du mir Schaltfrequenz, und ESR des Elkos nennest, kann ich dir alle
> Reglerparameter sagen.
Ich habe den Schaltplan bzw. die Stückliste nicht. Ich weiß, dass die 
ELKOs noch mit Folienkondensatoren parallel geschaltet werden, um die 
hohen ESR/ESL in der AC Analyse "kurzzuschließen". Kann man nicht einen 
Schätzwert für den Anfang annehmen und dann, wenn die Schaltung 
aufgebaut wird, die Parameter entsprechend justieren?

> Grobe schätzung wenn 70kHz: Gain=15dB, Nullstelle bei 200Hz und Pol bei
> ca 20kHz. Macht bei 82k am Spannungsteiler ~400k am Feedbackwiderstand
> mit 2n für C1 (in Serien zum Feedbackwiderstand). Theoretische 39p für
> den Pol gegen Noise. 82k macht natürlich zu viel verlustem, besser wären
> paar 100k was zun unrealistischem hohem Feedbackwiderstand führt....
> Wenn der Regler nicht so schnell wie es die Bauteile erlauben (470µ ist
> sehr groß) sein muss kann man die Verstärkung auch zurücknehmen.
Hast du die Parameter nach dem Verfahren in
Beitrag "Verdammte Regelung eines 200W Buckwandlers!"
ermittelt? Dort sprichst du die ganze Zeit von einem Filter. Der Buck 
converter hat seine Drossel ja am Ausgang und parallel zur Last noch 
einen Kondensator. Insofern nehme ich an, dass du das mit Filter meinst. 
Der Hochsetzsteller hat die Drossel ja im Eingangszweig. Dennoch sieht 
man im Bode Diagramm deutlich einen Doppelpol bei 300 rad/sek.

Hmm, irgendwie erschließt sich mir die Sache noch nicht :/


Vor allem geht es mir um die Herleitung der Übertragungsfunktion des 
Reglers,

.

Johannes E. hat zwar in seinem Post vom 25.10.2011 um 13:38 eine 
Herleitung gegeben, allerdings fehlt mir das "Schaltbild" dazu, um die 
Rechnungen nachvollziehen zu können :(


Vielen Dank an dieser Stelle.

Gruß

>Das ist die "Control to output Transfer function" wenn kleine
>Variationen am Eingang zu 0 gesetzt werden und die Übertragungsfunktion
>im Kleinsignalersatzschaltbild von der Pulsbreite zum Ausgang ermittelt
>wird.
Du sprichst von Current mode control. Da wird nicht das Dutycycle sonder 
der Strom mit dem Regler gesteuert (und damit indirekt das d). Dh es 
muss ein "Sense Widerstand", oder ein Verhältniss von Steuerspannung zu 
Strom in der Übertragungsfunktion Vorkommen. Da sieht die Sache etwas 
anders aus (einfacher aus).

>Woher hast du die Information, dass man für die Rampenkomensation einen
>extra Transistor benötigt?
Transistor wird beim UC3845 benötigt. Damit dir die Rampe des 
Frequenzgenerators auf den Isense Eingang abgebildet. Steht aber im 
Datenblatt.

>Dort sprichst du die ganze Zeit von einem Filter.
>Der Hochsetzsteller hat die Drossel ja im Eingangszweig. Dennoch sieht
>man im Bode Diagramm deutlich einen Doppelpol bei 300 rad/sek.
Das mit dem LC "Filter" gilt nur für Buck in Voltage Mode.

>Ich weiß, dass die ELKOs noch mit Folienkondensatoren parallel geschaltet 
>werden, um die hohen ESR/ESL in der AC Analyse "kurzzuschließen". Kann >man nicht 
einen Schätzwert für den Anfang annehmen und dann, wenn die >Schaltung aufgebaut 
wird, die Parameter entsprechend justieren?
Kann man schon, aber der ungefähre ESR sollte bekantnt sein. Ob Folie 
oder Elko kann einen groben Unterschied machen. Nimm einfach Typische 
Werte.

>Die niedrige Leistung soll erstmal zu Testzwecken dienen, um den
>PWM controller zum Laufen zu bekommen.
Denn Controller bekommt man sowieso schnell zu laufen, was simpleres 
gibts nicht. Allerdings wirst du einen extra OP-Amp zum Spannungsmessen 
brauchen. Leg den Regler gleich für die Bauteile aus, die dann auch 
verwendet werden. Alles andere ist unnötiger Aufwand. Der Pol 
liegtgleich woanders wenn die Last um viele Faktoren höher ist. Daher 
wären alle Daten(U,I,P,etc)Wandlers interesant um mehr zu sagen. 15kHz 
ist ja sehr wenig, selbst für IGBTs. Mit wenig Leistung kann man ja 
trotzdem beginnen. (Und wenns knallt, dann knallts eben -> Schutzbrille 
wegen der IGBT/Fet splitter, dann kan nichts passieren ;)

MFG Fralla

Moin Fralla,

Fralla schrieb:
> Du sprichst von Current mode control. Da wird nicht das Dutycycle sonder
> der Strom mit dem Regler gesteuert (und damit indirekt das d). Dh es
> muss ein "Sense Widerstand", oder ein Verhältniss von Steuerspannung zu
> Strom in der Übertragungsfunktion Vorkommen. Da sieht die Sache etwas
> anders aus (einfacher aus).
Du hast recht. Ich habe die Übertragungsfunktion ohne den Shunt 
Widerstand aufgestellt. Ich werde den Strom mittels Shunt Widerstand im 
Schalterzweig messen. Dazu habe ich mal eine Skizze hochgeladen.
Verstehe ich dich aber richtig:
Anhand der neuen Schaltung (normaler HSS und Shunt Widerstand) werde ich 
das Kleinsignalmodell aufstellen. Ich frage mich nun, inwiefern sich die 
Übertragungsfunktion ändert. Du hast recht, ein direktes Dutycycle 
control gibt es nicht. Einen Komparator mit ner Sägezahnreferenz haben 
wir hier nicht und vergleichen stattdessen die Spannung übern Shunt 
Widerstand mit der rückgeführten Ausgangsspannung (natürlich über einen 
Spannungsteiler auf den Error Amplifier angepasst).

Eine Übertragungsfunktion beschreibt erstmal das Verhalten vom Ausgang 
zum einem definierten Eingang. Ich frage mich nun, welchen Eingang wir 
beim Current Mode Control haben?

Normal sieht die Control to output transfer function wie folgt aus:

Da wir hier den Strom regeln, muss ich also die Übertragungsfunktion auf 
den Strom beziehen?

Wenn du dem zustimmst, dann werde ich mal das Kleinsignalmodell mit dem 
Shunt Widerstand anpassen und versuchen

 zu konstruieren.

> Transistor wird beim UC3845 benötigt. Damit dir die Rampe des
> Frequenzgenerators auf den Isense Eingang abgebildet. Steht aber im
> Datenblatt.
Stimmt, jetzt sehe ich den Transistor auch. In dem o.g. Link für das 
Datenblatts des UC3843 ist auf Seite 15 in der Slope Compensation 
Abbildung ein Transistor eingezeichnet.

> Kann man schon, aber der ungefähre ESR sollte bekantnt sein. Ob Folie
> oder Elko kann einen groben Unterschied machen. Nimm einfach Typische
> Werte.
Okay, ich werde mich mal schlau machen, was typische Werte sein könnten 
und sie dann hier posten.

> Denn Controller bekommt man sowieso schnell zu laufen, was simpleres
> gibts nicht.
haha, du siehst doch wie schwer ich mich tue :D Bzw. wenn die Parameter 
erstmal einigermaßen dimensioniert sind, ist der Rest wohl wirklich kein 
Problem mehr.

> Allerdings wirst du einen extra OP-Amp zum Spannungsmessen
> brauchen. Leg den Regler gleich für die Bauteile aus, die dann auch
> verwendet werden.
Die Bauteile sind fix, sowohl was die Induktivität als auch den die 
Ausgangskapazität angeht.

> Alles andere ist unnötiger Aufwand. Der Pol
> liegtgleich woanders wenn die Last um viele Faktoren höher ist. Daher
> wären alle Daten(U,I,P,etc)Wandlers interesant um mehr zu sagen.
Nennbetrieb sind 17 kW und 1000 V Ausgangsspannung.

> 15kHz
> ist ja sehr wenig, selbst für IGBTs. Mit wenig Leistung kann man ja
> trotzdem beginnen. (Und wenns knallt, dann knallts eben -> Schutzbrille
> wegen der IGBT/Fet splitter, dann kan nichts passieren ;)

Welche Frequenz wäre für einen Hochsetzsteller im Leistungsbereich von 
17 kW angemessen? Ich habe die Frequenz erstmal nur aus dem Bauch heraus 
auf 15 kHz dimensioniert, weil ich es nicht besser wusste :D

Aber wenn du mir die Frage zu

 beantworten könntest, wäre ich schon ein ganzes Stück weiter.

Gruß

> Mehr als die o.g. Spezifikation habe ich nicht.

Du kannst aber das Verhalten messen.
Oder ist es an eurer theorielastigen Hochschule verpönt
mal schmutzige Messgerätestrippen anzufassen ?


> dann sollen ausgangsseitig 1000 V herrschen.

Vergiss es,
da kannst du gleich wieder von vorne anfangen.

Neues Übersetzungsverhältnis bedeutet neue Bauteile
und damit neue Nebenwerte und damit neue Auslegung
der ganzen Regelschleife.

Bei einem Übersetzungsverhältnis von 20:1 ist sowieso
die Auslegung als Drossel zweifelhaft, ein Trafo wäre
sicherlich angemessener.

Du kannst die "Vorarbeit" gleich in die Tonne kloppen.

Lies noch etwas:

 "Switchmode Power Supply Handbook", Billings, McGraw Hill, 0070067198
 "Switching Power Supply Design", Pressman, McGraw Hill, 0070522367
 "Power Electronics Converters, Applications & Designs", 
Mohan/Underland/Robbins, Wiley

Ich glaube, ich habe mich unglücklich ausgedrückt.

Die finale Version des Hochsetzstellers soll bei einer variablen 
Eingangsspannung eine Ausgangsspannung von 1000 V im Nennbetrieb 
liefern. Die Nennleistung beträgt 17 kW.

Die Drossel beträgt dafür 700 uH. Die Ausgangskapazität 470 uF.

Meine erste Aufgabe für diesen HSS ist es, die Stromregelung zu 
realisieren. Diesbezüglich wurde mir geraten, erstmal bei kleinerer 
Leistung herumzuprobieren und passende Werte für den geschlossenen 
Regelkreis zu finden. In Verbindung damit wurden dann 50 V am Eingang 
und 300 V am Ausgang vorgeschlagen.

MaWin, scheinbar kennst du dich ebenfalls gut in der Materie aus und 
bringst viel Erfahrung mit. Das ist toll. Aber deine Beiträge bringen 
mich kein Stück weiter. Wenn ich das Problem zu ungenau beschreibe, 
weise mich bitte darauf hin - so wie es Fralla tut. Wenn ich Sachen 
unterschlagen sollte, lass es mich wissen und ich werde mich bemühen, 
die fehlenden Informationen nachzureichen. Wenn ich irgendwo einen 
Denkfehler habe, nenn ihn mir und gib mir Tipps um wieder auf die 
richtige Bahn zu kommen.

Offensichtlich hast du noch nicht realisiert, dass ich neu in der 
Materie bin und einige Sachen noch nicht so schnell "raff", wie es 
andere tun. Wenn du mir also wirklich helfen möchtest, dann bedenke bei 
deinen Posts bitte, dass ich euch nicht ärgern möchte, sondern lediglich 
aufgrund der Unwissenheit Unterstützung suche. Geduld und Ausdauer 
deinerseits würde ich demnach sehr zu schätzen wissen und hoffe, dass 
deine nächsten Beiträge besser werden.



Freundliche Grüße und vielen Dank

> Wenn ich das Problem zu ungenau beschreibe

Tust du. Du schreibst:

"Ausgangsspannung von 1000 V im Nennbetrieb liefern. Die Nennleistung 
beträgt 17 kW. Die Drossel beträgt dafür 700 uH. Die Ausgangskapazität 
470 uF."

und im ersten Beitrag:

"Vin = 50 V
Vout = 300 V
L = 700 uH
Cout = 470 uF
Rout = 5 kOhm"

Glaubst du wirklich, daß der 1kV/17kW Wandler dieselbe Induktivität und 
Kapazität verwendet wie dein 300V/18W Wandler ?

Sicher nicht. Also gehen wir vom 300V/18W Wandler aus. Da komme ich auch 
nicht auf deine 700uH bei 15kHz.

Schmidt-Walter schlägt 20mH vor, aber Fralla empfiehlt begründet den 
lückenden Betrieb, bei dem ich auf 3mH komme. Mit 700uH käme man auf 
unnötige 1.69A Strom. 15kHz kann man durchaus erhöhen, Frallas 70kHz 
Vorschlag ergibt interessanterweise 700uH.

Irgendwas stimmt also entweder bei deinen Berechnungen nicht oder bei 
deinen hier gemachten angeblichen Angaben, daher die Literaturangaben 
zum Nachrechnen und nachschlagen.


Wenn du aber jetzt mit dem Sprung von 18W auf 17kW kommst, und dann noch 
glaubst daß deine Berechnungen zum Kompensationsnetzwerk da irgendeine 
Relevanz haben, dann liegt das Problem viel tiefer.

Mach dir mal klar, was 17kW sind: Wenn dein 17kW Konverter 90% 
Wirkungsgrad hat, hast du immerhin 1700 Watt Verluste. Reden wird nicht 
drüber. 99% Wirkungsgrad wären immer noch 170 Watt, aber 99% wirst du 
nicht schaffen. Du kannst dir, durchaus mit deinen aktuellen 
theoretischen Kenntnissen, mal zurechtlegen, welche Verluste du 
akzeptieren kannst. Sagen wir 1% in der Drosselspule davon idealerweise 
0.5 im Drahtwiderstand bei 100A von 8 Milliohm und 0.5 in den 
Ummagnetsierungsverlusten, 1% im Schalttransistor bei 100A davon 0.5 im 
Einschaltwiderstand von ebenso ungefähr 8 Milliohm und 0.5 im 
Umschaltmoment, 0.1% in der Diode am Ausgang. Wenn du nur 1% 
reflektierte Energie bekommst auf Grund Streuinduktivität und 
Fehlanpassung, dann hast du im Snubber 170 Watt zu verheizen.

Wie willst du alleine eine 100uH/100A Spule wickeln, hast du mal gesucht 
welche Elkos 100A Umladestrom aushalten ? Es gibt viele Argumente die 
zeigen daß es so nicht sinnvoll geht und eher für ein Multiphase-Konzept 
sprechen würden von 5 Phasen mit 5 Transistoren a 20A und 5 Spulen, und 
damit deine komplette bisherige Schaltung über den Haufwen werfen, mit 
allen Details.


Natürlich ist es trotzdem ein schönes Übungsstück, einen 50V->300V/18W 
Step Up Wandler mit einem UC3843 aufzubauen und dabei die Regelschleife 
optimal auszulegen. Die Formeln für den ersten Versuch der Bauteile Rf 
und Cf stehen im Datenblatt, aber man passt sie danach noch an in dem 
man das Regelverhalten auf wiederholte Lastsprünge mit dem Oszilloskop 
beobachtet und auf schnelles Ausregeln ohne Überschwinger optimiert.

Hi MaWin,

MaWin schrieb:
>> Wenn ich das Problem zu ungenau beschreibe
>
> Tust du.
Das tut mir Leid. Dann weiß ich schon mal, was ich an meinen Beiträgen 
verbessern kann/muss.


> "Ausgangsspannung von 1000 V im Nennbetrieb liefern. Die Nennleistung
> beträgt 17 kW. Die Drossel beträgt dafür 700 uH. Die Ausgangskapazität
> 470 uF."
>
> und im ersten Beitrag:
>
> "Vin = 50 V
> Vout = 300 V
> L = 700 uH
> Cout = 470 uF
> Rout = 5 kOhm"
>
> Glaubst du wirklich, daß der 1kV/17kW Wandler dieselbe Induktivität und
> Kapazität verwendet wie dein 300V/18W Wandler ?
Nein, das glaube ich nicht. Ich habe jedoch angenommen, dass ich den 
1kV/17kW Wandler samt seinen Parametern für die Induktivität und 
Kapazität verwenden und mich mit der Stromregelung bei niedriger 
Leistung, sprich 300V/18W vertraut machen kann. Wenn ich dann weiß, wie 
man das Kompensationsnetzwerk etc. dimensioniert und den Regelkreis 
schließt, werde ich das ganze auf die Nennleistung anpassen.
Bis jetzt fühle ich mich wie ein Affe, der ahnungslos irgendwelche Werte 
für's Kompensationsnetzwerk sucht und dabei mit geschlossenen Augen in 
die Bastelkiste greift - ohne Anhaltspunkt, wie man an die 
Problemstellung rangeht und wie man gute Anfangsparameter schätzen kann, 
die dann im Test angepasst werden.

Ich habe Bauchweh, den Regelkreis des Hochsetzstellers mit einem SiC 
JFET bei Nennleistung zu durch "Try and Error" zum Laufen zu bringen.


> Natürlich ist es trotzdem ein schönes Übungsstück, einen 50V->300V/18W
> Step Up Wandler mit einem UC3843 aufzubauen und dabei die Regelschleife
> optimal auszulegen. Die Formeln für den ersten Versuch der Bauteile Rf
> und Cf stehen im Datenblatt, aber man passt sie danach noch an in dem
> man das Regelverhalten auf wiederholte Lastsprünge mit dem Oszilloskop
> beobachtet und auf schnelles Ausregeln ohne Überschwinger optimiert.

Es ist nicht meine Intention, die Regelschleife optimal auszulegen. 
Mir reichen natürlich erste "Schätzwerte", an denen ich mich orientieren 
und dann anschließend im Test an das Regelverhalten anpassen kann. Das 
Problem ist aber:
Mir fehlt die Erfahrung, diese Werte zu schätzen. Nehme ich 1kOhm, 
5kOhm, 20MOhm, 5nF, 70nF, 300nF?

Hier sind wir wieder bei dem Punkt mit dem Affen, der blind in die 
Bastelkiste greift.

> Die Formeln für den ersten Versuch der Bauteile Rf
> und Cf stehen im Datenblatt
Im o.g. Datenblatt gibt es eine Formel für Rf(min), das stimmt. Eine 
Formel für Cf sehe ich nicht. Vielleicht bin ich blind oder verwenden 
wir unterschiedliche Datenblätter? Schaut man sich darüber hinaus das 
Bild 33 auf Seite 15 an, ist das Kompensationsnetzwerk wesentlich 
umfangreicher. Die "simple" Rf/Cf Variante scheint nämlich nicht für 
Hochsetzsteller zu gelten. Für einen Hochsetzsteller gibt es Rp,Cp, 
Ri,Rd, Cf, Rf.

Gruß

Hi dani swss,

dani swss schrieb:
> MaWin hat recht. Der kleine Regler hat mit Sicherheit eine andere
> Topologie als man für den "endgültigen" 17kW Wandler wählen würde, ganz
> abgesehen vom Verhalten des Regelkreises.
> Zum Üben wie das ganze abläuft finde ich es trotzdem einen guten Anfang
> (17 kW als erste LE-Schaltung. wtf?).
> Was MaWin vorgeschlagen hat mit dem setzen der Werte und dann
> ausprobieren mit Oszi ist das geläufigst4 in der Praxis wenn es um
> schnelle Ergebnisse geht (Alternativ falls vorhanden: in Spice ein
> Modell durchprobieren).
> Wenn du allerdings Zeit hast würde ich den Ansatz mit dem Aufstellen der
> Übertragungsfunktion und dem Lernen der Regelungstechnikansätze
> weiterverfolgen. Dann verstht man später auch, für was die
> Kompensationsnetzwerke gut sind.

auch dir danke. Dass ich die Übertragungsfunktion aufgestellt habe etc, 
hat mir Kopfschmerzen bereitet und der "pragmatische" Ansatz mit 
geeigneten Schätzwerten und durch Messungen anpassen sagt mir sehr zu. 
Nur werde ich aus dem Datenblatt nicht schlau, geeignete Parameter zu 
finden. Das Datenblatt ist oben verlinkt. Wahrscheinlich übersehe ich 
etwas, aber mir würde es schon helfen, wenn ihr mir zeigt, wo es steht, 
denn ich sehe es einfach nicht.

Gruß

Kleiner Nachtrag:
Ich bin mit den Übertragungsfunktionen lediglich angekommen, weil ich 
dachte, dass man so die Parameter für die nötigen Pol- bzw. Nullstellen 
erhält.

Ist dieses bekannt, kann man dann das im Datenblatt abgebildete 
Kompensationsnetzwerk anwenden und die Parameter entsprechend des zuvor 
erstellten BODE Diagramms bekommen.

Wenn das lediglich die "theoretische" Annäherung ist und ich sie als 
absolut dargestellt habe, so entschuldige ich mich. Ich bin für 
einfachere Varianten offen und würde gerne die "praktische" Variante 
lernen. Ich hoffe, dass ich euch nicht verscheucht habe und würde mich 
sehr über eure Hilfsbereitschaft freuen.

Danke und Gruß

Hi dani swss,

dani swss schrieb:
> Schau mal hier. Vlt hilft dir das für das "Grobe" Verständnis:
>
> http://www.intersil.com/data/tb/tb417.pdf

danke. Das ist ein sehr schöner Bericht und gibt gute Einblicke in das 
grobe Verständnis. Aber jetzt muss ich mal einen ganz blöden Einwand 
bringen:


In dem Link wird die ganze Zeit auf das BODE Diagramm eingegangen und 
wie das Kompensationsnetzwerk Instabilitäten entgegenwirkt. Um also zu 
wissen, wie man das Kompensationsnetzwerk auslegt, muss man erstmal das 
BODE Diagramm des eigenen Konverters kennen.

Und genau das habe ich im Eingangspost versucht.


Jetzt verstehe ich nur mich nicht mehr, sondern euch auch nicht :D

Gruß

Push :D

Ich würde nach wie vor gerne wissen, wie man die Parameter für das 
Kompensationsnetzwerk abschätzen kann bzw. wie ich das Datenblatt zu 
deuten habe - auch nach erneutem Durchlesen der App Note bin ich nicht 
wirklich weiter :(


Danke

Hallo beginner und alle anderen!
Wie schon viele gesagt haben ist es Sinnlos mit so geringer Liestung die 
Regelung zu dimmensioneren. Denn ist der Regler für CCM richtig 
dimmensioniert, dann ist er bei wenig Last, also DICM mit absoluter 
sicherheit Stabil, nur langsamer.
>Mir fehlt die Erfahrung, diese Werte zu schätzen. Nehme ich 1kOhm,
>5kOhm, 20MOhm, 5nF, 70nF, 300nF?

In erster Näherung ist ein Boostwandler in CM geregelt wie ein Buck auch 
nur ein Filter, sogar ohne Doppelpol, daher mit einem einfachen 
Lead-Glied mit Integrator (PI-Regler mit Pol gegen Noise) zu regeln. 
Allerdings mit dem Pol bei
wp = 2/(Rload*Cout)
Eine helfende ESR Nullstelle bei
wz = 1/(Cout*ESR)
Die Verstärkung liegt bei
Rload*Vin/(2*Rsense*Vout)

Üebertragungsfunktion berechnet. Wie das geht haben Cuk und Middlebrook 
1977 schön erklärt (siehe Anhang).

Es gibt einen hochfrequenten Doppelpol welcher das SHO peaking 
beschreibt, ist aber hier nicht relevant. 30% Rampenkompensation dann 
passt das.

Dieses einfache Filter mit Pol bei 11,Hz und einer Verstärkung von +57dB 
muss man dann mittels PI Regelen, Das brauch ich wohl nicht näher 
ausführen.
Die Nullstelle des PI Regler lege ich auf 110Hz (warum? Weil das dann 
immer passt, ist meine Erfahrung und ich regle niemals mit Try and 
Error, wär mir zu blöd)

Unter Annahme eins Spnnungsteilers von 820k/2k ist der 
Feedbackwiderstand (in der Intersil Appnote R2) 25k. Der Kondensator 
C2=39n. Ein Pol gegen Noise bei fsw/2 macht für C1=1n2. Das gilt für 
einen Shuntwiderstand von 8m3 (unter 1V bei Vollast für Regeldynamik). 
Es ist zu beachten, das der UC3845 denn Wert am COMP Pin (Ausgang des 
Reglers) durch 3 Teilt.
Wichtig, eine Rampe von grob 300mV mittels Transistor auf den Sense 
Eingang abbilden, sonst wird der Konverter zu 100% Instabil!

Jetzt hab ich mit ein paar Zeilem algebra den Regler dimmensioniert. 
Finds immer wieder lustig wie "Erfahrene" Entwickler mittels 
"herumprobieren" Regler in SMPS dimmensionieren. Aber bei hohen 
Leistungen und digitaler Regelung ist dann er vorbei damit;)


Wenn die restliche Hardware stimmt, ist der Wandler mit diesem Regler 
mit Sicherheit stabil. Denn Gain kann mann noch hoschrauben, während man 
die Lastsprünge beochbachtet. Dann vl die Nullstelle einen Tick 
höher....

Wird er dabei instabil, sollte nicht viel passieren wenn das kritische 
Stromsensen passt. Ok, die Elko können Platzen, schon gehabt als ich 
mich in der Firmware des DSP vertippt habe.....

Darauf kommt man wenn man mittels Zustandsraummittelung die
>um keine Stabilitätsprobleme zu bekommen, wenn ich den Regelkreis schließe?
Die Regelung wird das gerungste Problem sein.

Dass die Bauteile so vorgegeben sind ist merkwürdung. EIn komische 
herangegehnsweise. Jfet? Lustig zu steuern. Und dann nur 15kHz?
Der Kondensator wird so 35A RMS aushalten müssen. Ich würde Folie mit ca 
80µ nemen, macht 10V Rippler, was eine Inverter nicht stört. Mehrphasig 
ist natürlich einfacher, aber es ist mehr Herausforderung mit dem hohen 
Strom umzugehen. Die Eingangsspannung ist hoffentlich nicht 50V.
Ich hab schon ein paar Leistungsstarke Wandler  (bis 3stellige kW) 
entwicklet, welche auf eine Zwischenkreisspannung hochboosten. Da hatte 
eine Phase 23kW und diese wurde schon mit 40kHz getaktet (IGBTs).
EInen eifachen UC3845 zu nehmen geht theoretisch, ist aber unsicher. Es 
gehören einfach ein paar Sicherheitsysteme dazu, wie ein 
Over/Undervoltage Lockout, Stromlimit/Powerlimit. Ja über die 1V 
Sensespannung (was zu Stromwandler zwingt man will ja keine 50W 
verbraten) kann man Cycle-per-Cycle begrenzen (das wesen der Current 
Mode Regelung) allerdings nicht Lastabhängig. Reiner Current Mode ist 
bei hohen Leistungen auch schwierig, da der Strom recht genau und 
noiseunempfindlich gemessen werden muss.
Ich habe meine Wandler in Voltage-Mode geregelt (mit Peak limit und 
Entsättigungerkennung), den großen Mehrphasigen mittels Kaskadenregelung
. Da hatte jede Phase seinen eigenen schnellen Stromregler und darüber 
wurde ein Spannungsregler(diesem war wiederum ein Powerregler 
überlagert) überlagert. So man khat Kontrolle über die Phasenströme, ist 
Noiseunempfindlich und kann Limits besser kontrollieren.
Aber für ein reines Studienprojekt, auch mit einem UC3854 möglich.

Puh, ein langr Post...

MFG Fralla

Achso, ich hab mit Vin=200 gerechnt. 50V ist ja Unsinnig für 1000V, dann 
müsste eine andere Topologie her (diese muss keinesfalls einen 
Trafo/Übertrager beinhalten)

MFG

Hallo dani!
Ja schon, die paar mA Laststrom. Doch von der Eingangsspannung bei 1000V 
AUsgangsspannung steht nichts. Oder vielleicht hab ich es überlesen?

>Hast du zufällig Erfahrung im Dimensionieren mit Matlab?
Ja ich verwende sehr viel Matlab und Simulik(SimPowerSystems).
>Gibts es vlt ein Programm, wo man beides kombinieren kann?
Ja, Matlab und Simulink. In der Matlab umgebung den Regler berechnen und 
in Simulink auf die Paramter zugreifen. Es gibt in der Hilfe ein 
einfaches Beispiel wo ein DC_Motor geregelt wird. Bei den Wandler ists 
nicht anders. Man kann das Model simulieren und dann weitergehn und denn 
getakteten Wandler in Simulink bauen.
>dimensioniere meine SNT bisher indem ich sie in Simulink "theoretisch"
>mit Modellen  simuliere und das ganze dann in LTSpice überprüfe.
Passt schon so. Aber im den OP-Amp beachten, bzw richtig mitsimulieren. 
Hatte mal den Fall, das bei einem hchfrequenten Wandler die Simulation 
eine wunderbare ausregelung zeigte, in der Realität furchbares 
Überschwingen, grund war das der OP-AMp völlig ungeeignet war und dessen 
Pol schon zuviel Phasenresere stahl.
Hab durch Fehler schon einige IGBT-Module aufgeplatzt und Lehrgeld 
zahlen müssen, wo ich dachte meine Berechungen waren genauer als die 
Realität.... War dann doch nicht so ;)

MFG Fralla

>Hab durch Fehler schon einige IGBT-Module aufgeplatzt und Lehrgeld
>zahlen müssen, wo ich dachte meine Berechungen waren genauer als die
>Realität.... War dann doch nicht so ;)

Das ist ja eine geile Aussage, Berechnungen die genauer als die Realität 
sind, herrlich! Ob es soetwas gibt?

Fralla,
ich ziehe meinen Hut. Ich werde deinen Beitrag noch mal in Ruhe 
verdauen.

Ich habe die Ausgangskondensatoren noch mal unter die Lupe genommen.

Es sind zwei mal vier ELKOS (400 VDC, 560uF, 190mOhm ESR) in Reihe 
geschaltet und diese beiden Reihenschaltungen dann wiederrum parallel.

Ergibt bei mir 280 uF im Ersatzschaltbild. Ich weiß auch nicht, wie ich 
auf die 470 uF kam - wohl eine sehr schlechte Annahme.

Die Schaltfrequenz beträgt tatsächlich nur 16 kHz. Fragt mich bitte 
nicht wieso.

Ich werde das ganze noch mal verdauen müssen.

Trotzdem aber vielen Dank und freundlichen Gruß

Hi!
>Es sind zwei mal vier ELKOS (400 VDC, 560uF, 190mOhm ESR) in Reihe
>geschaltet und diese beiden Reihenschaltungen dann wiederrum parallel
Einer dieser Elkos wird 3A, maximal 5A (wenn Al-Elko) RMS Rippelstrom 
aushalten, beide Stränge zusammen keinesfalls 35A. Da muss also noch 
Folie her. Aber auch nicht zu klein, sonst fließt der Strom trotzdem 
durch die Elkos. Die Elkoanordnung alleine hätte 380mOhm (wenn Kaltspart 
mehrfach höher -> kann Problem für Regler sein). Macht bei denn 100A 
Pulsen (wenn Uin<200V noch viel höher) welche die Diode in die Elkos 
schießt, satte 38V Ripplespannung nur durch den ESR Spannungsabfall....


Wenn wirklich viel Kapazität gefordert ist (für Holdup, usw) kann man 
Elkos auch den Folienkondensatoren parallelschalten. Alldings muss man 
mit einer Drossel den Rippel vom Elko fernhalten...

Ich würde dir unbedingt zu Folie (Polypropylen) raten. Gibt sehr viel 
Auswahl im Inverterbereich. Braucht man nicht in Serie schalten, gibt 
für jeden DC-Link das passende. Da steckt einer die 35A RMS Ripple ohne 
Probleme weg bei 1m bis 3mOhm ESR und 40nH ESL.

MFG Fralla

@ Fralla
Wieviel Jahre BE hast du und wie alt bist du?



Viele Grüße,
Ingo

>Endlich weiß ich warum die Elkos alle eingebaute Induktivitäten haben.
Also ob die etwas gegen Ripple bewirken würden...

Nicht bei 15kHz, deshalb die externe Drossel...

Ob der Ripple durch den Elko oder der ESL Block hängt nur von der 
Verhältnissen ab. Wenn ein 60A fressender Folienkondensator mit nur zb 
80µ am Ausgang hängt wird trotzdem gefährlich viel Strom durch einen 
hart parallelgeschalteten Elko fließen wenn der 470µF hat und selbst bei 
einem unrealistischen ESL von 1µH. Oberwellen hin oder her (in diesem 
Beispiel).

Soll heisen, dass man überhaupt nicht pauschalisieren kann ob der ESL 
ausreichend Blockt oder nicht.
Bei solch Kombinationen muss man wirklich aufpassen, wer den Ripple 
abkriegt. Besonders wenn dan je nach Schienenanordung der eine 
Kondensator mehr frisst, oder durch naheliegende Busbars der Strom 
verdrängt wird und alles an einem hängen bleibt....

MFG