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Stromversorgungen www markttechnik de Nr 1–2 2024 24 tronik« angehängt wird Wenn jedoch eine echte digitale Steuerung implementiert wird kann dies zu einer erheblichen Verbesserung der Leistung führen und weitere Vorteile mit sich bringen Auch wenn manche Produkte zur Leistungsumwandlung nur über digitale Schnittstellen zur einfachen Steuerung und Überwachung verfügen kann dies ein echter Vorteil sein Dies gilt beispielsweise für kritische Systeme in denen das Wissen um eine Verschlechterung oder Veränderung als Warnzeichen eines nahenden Ausfalls dienen kann oder in denen eine geringfügige Fernverstellung der Ausgangsspannung dynamische Energieeinsparungen zur Folge haben kann Zusätzliche Vorteile ergeben sich jedoch wenn die Kompensation des Wandler-Regelkreises zusammen mit den Steuerund Überwachungsfunktionen digital erfolgt In diesem Fall spricht man von einem Netzteil mit einem echten digitalen Kern Definition der Regelkreis-Kompensation Bei der Leistungsumwandlung handelt es sich grundsätzlich immer um eine analoge Funktion die eine erhebliche Energiespeicherung in linearen Bausteine wie Kondensatoren und Spulen erfordert Um jedoch eine geregelte Ausgangsspannung beziehungsweise einen geregelten Ausgangsstrom bei sich ändernden Bedingungen für Eingang Last Temperatur und Alter zu gewährleisten bedarf es eines Regelkreises mit Rückkopplung Dieser muss ohne Instabilität über den gesamten Betriebsbereich des Netzteils mit einer schnellen Reaktionszeit auf Systemänderungen wie etwa Lastsprünge mit minimalem Unteroder Überschwingen reagieren Ein Beispiel für ein klassisches analoges Regelverfahren ist in Bild 1 dargestellt Hier wird der Zielausgang mit einer Referenz verglichen Das sich daraus ergebende Fehlersignal wird zur Erzeugung einer Pulsweitenmodulation PWM zur Ansteuerung eines Leistungsschalters verwendet in diesem Fall eines Abwärtsoder Eintaktflusswandlers Um eine präzise Regelung des Ausgangs zu erreichen muss das Fehlersignal verstärkt werden Diese Verstärkung geht jedoch mit einer 180°-Phasenverschiebung der negativen Rückkopplung und unvermeidlichen Verzögerungen und Phasenverschiebungen im Regelkreis einher Hierdurch besteht die Gefahr einer positiven Rückkopplung und einer Oszillation bei einer bestimmten Frequenz – oder zumindest eines schlechten Ansprechverhaltens Um dem entgegenzuwirken wird um den Fehlerverstärker herum eine Regelkreis-Kompensation angewendet die dessen Frequenzgang in Amplitude und Phase so formt dass eine optimale Leistung erzielt wird Gute Ergebnisse werden erzielt wenn die Phasenreserve bei der Transitfrequenz im Englischen »Unity Gain Frequency« etwa 50° von der bei 360° auftretenden positiven Rückkopplung entfernt ist und die Amplitudenreserve bei der Frequenz bei der die Phase 360° erreicht etwa –10 dB beträgt Auch die Änderungsrate von Amplitude und Phase über die Bandbreite des Regelkreises hinweg ist für die Stabilität relevant Auf Nummer sicher zu gehen und unter allen Bedingungen große Amplitudenund Phasenreserven zu erzwingen ist nicht ideal da dies eine langsame Reaktion auf Systemänderungen zur Folge hat Ein Netzteil mit volldigitaler Regelkreis-Steuerung ersetzt den Fehlerverstärker und dessen Kompensation durch einen Prozessor Die Zielausgabe wird in einen A D-Wandler eingespeist und es wird eine digitale Darstellung des Fehlers erzeugt Diese wird anschließend so verarbeitet dass man den gewünschten Amplitudenund Phasengang erhält Ein Ansatz der darin besteht die Eingangsdaten die diskreten Messungen im Zeitbereich abzubilden und mithilfe der Z-Transformation mathematisch in den komplexen Frequenzbereich umzuwandeln ähnlich einer Laplace-Transformation Im Frequenzbereich kann jede Filtereigenschaft mithilfe einfacher arithmetischer Operationen nämlich Multiplikation und Addition eingestellt werden und durch Standardbefehle für den Prozessor realisiert werden Eine weitere D A-Operation erzeugt das Steuersignal für einen analogen Pulsweitenmodulator Bild 3 Die Phasenreserve in einem Abwärtswandler ändert sich von High-Linezu Low-Line-Konfiguration Bild 4 Anwendung bei der UV-Härtung Bild Sergey Ryzhov stock adobe com XP Pow er Bi ld X P Po w er