Hallo, ich versuche derzeit zu verstehen, wie man die Regelung eines Schaltreglers entwickelt. Leider verstehe ich nicht, wie man an ein solches Problem ran geht. Stellt man ein Modell auf, bestimmt die DGLs und entwickelt daraus analytisch die Übertragungsfunktion und führt dann die Analysen und Kompensationen (Stabilitätsanalyse, Polstellenkompensation,...) durch oder lässt man sich die Bodediagramme plotten und versucht dann irgendwie diese so zu "verbiegen", um das gewünschte Ergebnis zu erhalten? Gruß Martin
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https://www.amazon.de/Switch-Mode-Power-Supplies-Simulations-Practical/dp/0071823468 Christopher Basso hat ein Buch geschrieben das sich damit beschaeftigt.
Du kannst die einzelnen Baugruppen durch deren äquivalente
Ersatzschaltungen beschreiben und dann in LTspice simulieren und daraus
die Bode-Diagramme generieren.
Stichpunkte sind das "state average model" und "compensator type 1/2/3"
Am einfachsten ist der strom-kontrollierte Wandler.
Christophe Basso ist sicher empfehlenswert, darüberhinaus die "alten
Meister" aus den 80ern ("Dean Venable", white papers), sofern die noch
irgendwo auf dem Netz aufzutreiben sind. Die hab ich rechtzeitig privat
gesichert.
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Helmut L. schrieb: > Christopher Basso hat ein Buch geschrieben das sich damit beschaeftigt. Vielen Dank. Werde mal schauen ob es die Bib zum Ausleihen hat. Mark S. schrieb: > Du kannst die einzelnen Baugruppen durch deren äquivalente > Ersatzschaltungen beschreiben und dann in LTspice simulieren und daraus > die Bode-Diagramme generieren. Um daraus dann die Pol und Nullstellen abzulesen und daraus dann den Regler zu bestimmen. Stimmt das?
Ja, insbesondere kannst Du Transitfrequenz, Phasen- und Verstärkungsreserve ablesen. Gängige Praxis ist es, die Transitfrequenz auf 1/5 der Taktfrequenz ein zu stellen. Bei der LTSpice Standardinstallation sind meines Wissens unter "educational" auch fertige Simulationen von Schaltnetzteilen zu finden. Versehen mit diversen Texthinweisen von Mike Engelhardt.
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Martin M. schrieb: > Stellt man ein Modell auf, bestimmt die DGLs > und entwickelt daraus analytisch die Übertragungsfunktion und führt dann > die Analysen und Kompensationen (Stabilitätsanalyse, > Polstellenkompensation,...) durch oder lässt man sich die Bodediagramme > plotten und versucht dann irgendwie diese so zu "verbiegen", um das > gewünschte Ergebnis zu erhalten? Kann man machen, oder man probiert aus und passt an, eine geschaltete Last (MOSFET schaltet induktionsarmen Widerstand) und mit dem Scope nachgucken. Die Theorie: Beitrag "Verdammte Regelung eines 200W Buckwandlers!"
Die Lastwechselmethode sagt einem aber leider nicht, an welchen Polen/Nullstellen man drehen muß für optimales Transientenverhalten. Dazu brauchts sehr viel Erfahrung.
ein funktionierender Link auf Dean Venable http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid=D10C58AFFEF5DD56DF76211636F1E8B6?doi=10.1.1.196.6850&rep=rep1&type=pdf
voltwide schrieb: > Wie kann man hier mehrere pdf-Dateien hochladen? "weitere Datei anhängen" anklicken
Angehängte Dateien:
Vielen Dank für die Antworten und Anregungen. Werde mir jetzt mal die ganzen Dokumente und auch den geposteten Beitrag durchschauen, um da ein bisschen besser durchzublicken. Habe gestern Abend mal versucht eine Konstantstromquelle zum schwingen zu bringen (siehe Anhang Bodediagramm des Mosfets), die Stromquelle kann nur schwingen (mit einer Frequenz von 300kHz), falls die Regelung eine Verstärkung von 19dB und eine Phasenverschiebung von -(74,7°+180°) = -254,7° hat? Kann ich das Bodediagramm so zeichnen, mit dem Offset am Gate des Mosfet?
Bevor Du zur AC-Analyse schreitest, ist es sinnvoll mittels Transientenanalyse zu prüfen ob die Schaltung im linearen Arbeitsbereich ist. AC-Analyse setzt lineare Bauteile voraus, warnt aber nicht, wenn nicht-lineare verbaut werden. Besser ist es mit rein linearen Teilen wie idealen operationsverstärkern, AC-Analysen durch zu führen.
@voltwide: Hat wohl funktioniert - zumindest ich konnte es laden. Irgendwo im Netz waren mal um die 20 Dokumente zu dem Thema (ich denke, alle lesenswert) - wenn nicht sogar mehr. Aber schon damals hatten in der Liste ein paar Nummern gefehlt. Das mag mittlerweile noch schlimmer sein... Bei Interesse würde ich mal den vorherig benutzten Rechner suchen und anwerfen, da sollte ein großer Teil davon gespeichert sein.
Homo Habilis schrieb: > Aber schon damals hatten in > der Liste ein paar Nummern gefehlt. Das mag mittlerweile noch schlimmer > sein... http://venable.biz/uploads/files/ Ja einige fehlen, aber sind doch noch einige.
Die standen mal auf Dean Venables homepage. Nach seinem Tode hatte man nichts Besseres zu tun als sie sang- und klanglos von der homepage verschwinden zu lassen, so dass all die alten links heute ins Leere gehen. Ich würde es sehr begrüßen, wenn der Rest hier auch noch hoch geladen würde.
Edit - ich sehe gerade das vorangegangene posting - ist wohl doch noch so Einiges vorhanden.
Angehängte Dateien:
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AC.PNG
28 KB
Ich habe jetzt mal versucht eine AC Analysis auf den Duty Cycle anzuwenden. Kann man die AC Analysis wie im Anhang testen, den mir kommt vor, dass das Bodediagram so nicht stimmt?
Nee, die AC-Analyse kannst Du darauf nicht anwenden. Schau Dich mal hier nach Simulationsschaltungen um, z.B. bei Basso http://ltwiki.org/index.php5?title=LTspiceIV-library_Examples_Listing_Expanded
Auf Youtube gibt es zahlreiche Videos. Auch das das verlinkte Video nun die Simulation mit PLECS darstellt, ist das Prinzip bzw. die Theorie dahinter diesselbe. https://www.youtube.com/watch?v=mAO7Aq2dLB8 Ferner kann ich folgende Literatur empfehlen, die tief in die Materie eingeht und das Thema entsprechend gut und tiefgründig behandelt und auch in Fachkreisen gerne zitiert wird: https://www.amazon.com/Fundamentals-Power-Electronics-Robert-Erickson/dp/0792372700 Kurze Zusammenfassung: PWM Schaltungen sind stark nichtlineare Systeme. Damit die (klassische) Regelungstechnik angewendet werden kann, muss man das System linearisieren. Das linearisierte System kann man nun nach den gewöhnlichen Methoden untersuchen und den Regler gleichermaßen auslegen. Dabei verwendet man z.B. oft das Nyquist Kriterium, bei dem der Regler so ausgelegt wird, das die Phasenreserve bei der Durchtrittsfrequenz ausreichend ist. Fakt ist nämlich, dass geregelte Systeme, wenn sie zu sehr vom Arbeitspunkt abweichen, durchaus instabil werden können.
Mark S. schrieb: > Nee, die AC-Analyse kannst Du darauf nicht anwenden. Laut dem Video von Alexander wird das so gemacht. Wieso denn auch nicht? Alexander schrieb: > Ferner kann ich folgende Literatur empfehlen Ja das Buch ist wirklich gut. Konnte es mir in der Bib ausleihen.
Ich kenne mich mit LTSpice nicht sonderlich aus, aber wo genau injezierst du das AC Signal und von wo nach wo misst du die Übertragungsfunktion?
Das Video zeigt u.a. das "plant model". Das ist der Ersatz für die geschaltete PWM und als lineares Modell geeignet für die AC-Analyse.
Alexander schrieb: > wo genau > injezierst du das AC Signal und von wo nach wo misst du die > Übertragungsfunktion? Dort wo das Label "AC" ist, wird auf einen Kontanten Duty Cycle von 50% eine AC Analyse mit einer Amplitude von 200mV durchgeführt. Dieser Sinus wird mit einem Sägezahn Signal verglichen und dann dementsprechend der Schalter geschaltet. Die Spannung habe ich hier zwischen Ausgang und GND gemessen, müsste aber wahrscheinlich zwischen Ausgang und AC Analyse messen? Hat aber keinen Unterschied gebracht, da kommt bei 1mV Amplitude -60dB mit konstanter Phase raus. Mark S. schrieb: > Das Video zeigt u.a. das "plant model". > Das ist der Ersatz für die geschaltete PWM und als lineares Modell Du meinst, da bei mir die Diode nicht als ideal angenommen wird?
Mark S. schrieb: > Weder eine Diode noch ein Schalter sind ein lineares Element. Aber in dem Video mit Plecs, wurde ja auch ein Schalter diskret angesteuert.
Martin M. schrieb: > Mark S. schrieb: >> Weder eine Diode noch ein Schalter sind ein lineares Element. > > Aber in dem Video mit Plecs, wurde ja auch ein Schalter diskret > angesteuert. Ihr bezieht euch auf zwei verschiedene Sachen im Video. Das Plant Model wird bei 2:26 besprochen. Dort bestimmt man auf die Übertragungsfunktion, die man zur Reglerauslegung verwendet. Wie man darauf kommt, kannst du im Erickson nachlesen. Dort wird das Kleinsignalmodell (small signal model) hergeleitet. Bei 8:54 im Video kommt wieder der eigentliche Buck Converter als nichtlineares System ins Spiel, mit Diode und Schalter.
Alex schrieb: > Ihr bezieht euch auf zwei verschiedene Sachen im Video. Ja genau. Liegt es daran, dass die Sprungantwort in Plecs berechnet wird, und dies dann in die Übertragungsfunktion umgerechnet wurde, oder nimmt Plecs einfach stur das nichtlineare modell?
Das "state space average model" verstehe ich dahingehend, dass die zeitabhängigen Spannungen und Ströme ersetzt werden durch konstante Werte, gemittelt über einen Taktzyklus. PWM-Schalter fallen dabei weg und werden ersetzt durch gesteuerte Strom- oder Spannungsquellen. Ausgangsfilter und Regelverstärker sind ohnehin lineare Komponenten, so dass der AC-Analyse nichts im Wege steht. Das Ganze funktioniert wohl bis zur Nyquist-Frequenz, wenn ich recht erinnere - ist schon ne Weile her.
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Ja genau, aber im Video werden ja diskrete Schalter und Dioden für die Aufnahme des Bodediagramms benutzt, welche nicht linear sind. Die Simulation hat ja in dem Sinne nichts mit dem state space average model zu tun.
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