AT500905A1 - Schaltwandler - Google Patents

Description

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Schaltwandler

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung eines Schaltwandlers, der zumindest eine Speicherinduktivität und zumindest eine Speicherkapazität auf weist, bei welchem Leistung von der Primärseite zu der Sekundärseite und umgekehrt durch gesteuertes Schalten zumindest eines Primärschalters und zumindest eines Sekundärschalters übertragen wird, wobei Tastverhältnis und/oder Steuerzeiten und/ oder Frequenz der Ansteuerpulse für die gesteuerten Schalter in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsgrößen eingestellt werden.

Schaltwandler der gegenständlichen Art sind in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt geworden. Beispielsweise zeigt die JP 2000333455 A einen bidirektionalen Schaltwandler für Gleichspannung. Einen Gleichspannungs-/Wechselspannungswandler, der jedoch nur unidirektional arbeitet, zeigt die US 5,473,530, in welcher auch erläutert ist, wie an einem pulsweitenmodulierten Signal eine Wechselspannung erzeugt werden kann. Eine direkte Umwandlung einer netzfrequenten Wechseleingangsspannung in eine gleichfalls netzfrequente Wechselausgangsspannung ist in der GB 2 301239 A beschrieben, wobei ein als Durchflusswandler ausgebildeter Tiefsetzsteller ohne galvanische Trennung verwendet wird, welcher mit hoher Schaltfrequenz arbeitet.

Allen bisher bekannt gewordenen Schaltwandlerkonzepten ist gemeinsam, dass sie eine starre Topologie hinsichtlich ihres Regelverhaltens aufweisen. Dabei wird im Allgemeinen die Ausgangsspannung auf einen konstanten Wert geregelt, d.h. sie wird mit einem Sollwert verglichen, und die Abweichung beeinflusst meist das Tastverhältnis, ggf. auch die Frequenz des Ansteuerpulses für die gesteuerten Schalter. In manchen Fällen zieht man auch die Eingangsspannung als Einflussgröße für den Regler heran.

Bei dem Entwurf eines Schaltwandlers werden bestimmte Parameter, wie Taktfrequenz, maximales Tastverhältnis, Steuerzeiten, etc. festgelegt und dadurch eine stark eingeschränkte Trajektorie (Verbindung möglicher Systemzustände im Zustandsraum). Deshalb ergibt sich in einem definierten Betriebszustand genau ein möglicher und erlaubter Systemzustand. Betriebszustände sind z.B. Eingangsspannung, Ausgangsspannung, Last, wogegen Systemzustände z.B. Frequenz, Tastverhältnis, Steuerzeiten, interne Strom- und Spannungsverläufe sind.

Der Konstrukteur versucht beispielsweise die geforderten Spezifikationen des Schaltwandlers mit möglichst gutem Wirkungsgrad zu erfüllen und dementsprechend werden die zu P8631 • · ♦ ··· · · ··· · · # « t ····· ··· • · · · ····· · -2- betrachtenden Parameter gewichtet. Die daraus resultierenden Dimensionierungsgrößen unterscheiden sich nun mit Sicherheit von jenen, die man erhielte, würde man den Schaltwandler - unter außer Acht lassen des Wirkungsgrades - auf maximal übertragbare Leistung entwerfen.

Tatsächlich könnte ein auf optimalen Wirkungsgrad dimensionierter Wandler zeitlich begrenzt wesentlich mehr, oft ein Vielfaches seiner Nennleistung, übertragen, doch kann diese Möglichkeit nicht ausgenutzt werden, da sie von der wirkungsgrad-optimierten Systemkonfiguration nicht zugelassen wird.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt somit in der Schaffung eines Verfahrens zur Steuerung eines Schaltwandlers bzw. eines solchen Schaltwandlers, bei welchem die genannten Probleme beseitigt sind, wobei insgesamt eine erhöhte Flexibilität im Betrieb gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem erfindungsgemäß die Steuerung mit Hilfe eines adaptiven Regelalgorithmus bei wahlweiser Verwendung eines von zumindest zwei unterschiedlichen Regelmodellen durchgeführt wird und die Auswahl des anzuwendenden Regelmodells in Abhängigkeit von gemessenen und/oder aus Messwerten errechneten Betriebsgrößen erfolgt.

Dank der Erfindung kann der Betrieb entsprechend den Notwendigkeiten, welche durch Messung festgestellt werden, automatisch nach dem gerade geeignetsten Regelmodell ablaufen.

Praxisgerecht und einfach ist es, wenn die Auswahl des anzuwendenden Regelmodells durch Vergleich der gemessenen bzw. errechneten Betriebsgrößen mit vorgebbaren Vergleichsgrößen erfolgt.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Vergleichsgrößen in Abhängigkeit von weiteren gemessenen Betriebsgrößen wie Temperatur, Flussschichten, etc. adaptiert werden, da hierdurch eine weitere flexible Anpassung an die vorliegenden Betriebsumstände erfolgen kann.

Wenngleich eine größere Anzahl unterschiedlicher Regelmodelle denkbar und möglich ist, wird es in den meisten Fällen zweckmäßig sein, wenn ein Wirkungsgradmodell zur Optimierung des Wandler-Wirkungsgrades sowie ein Leistungsmodell zur Optimierung der übertragenen Leistung angewendet werden, wobei zumindest die Messwerte von Spannung P8631 • · ♦ «·· · · ·*· » · ·· · ····· ··# • · · · ····· · -3- und Strom an der Primär- und an der Sekundärseite bzw. daraus abgeleitete Größen zur Ermittlung der Modellauswahl herangezogen werden.

Ein rascher Übergang auf einen zuverlässigen Stationärbetrieb lässt sich erreichen, wenn bei Auswahl des Wirkungsgrad-Regelmodells aus den Messgrößen der primär- und sekundärseitigen Spannungen und Ströme der Quotient aus Ausgangs- und Eingangsleistung als aktueller Wirkungsgrad errechnet wird, der aktuelle Systemzustand durch Änderung je einer der Stellgrößen der Schalteransteuerung zyklisch gestört wird und durch Auswertung der Systemreaktion auf die Änderung der einzelnen Stellgrößen diese an den höchstmöglichen Wirkungsgrad herangeführt werden. Dabei hat es sich als empfehlenswert erwiesen, wenn die Stellgrößen der Schalteranordnung Taktfrequenz und Steuerzeiten sind.

Es ist weiters zweckmäßig, wenn bei Auswahl des Leistungs-Regelmodells aus den Messwerten von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom die aktuelle Ausgangsleistung errechnet wird, der aktuelle Systemzustand durch Änderung der Taktfrequenz zyklisch gestört wird und durch Auswertung der Systemreaktion auf diese Änderung an die maximal übertragbare Leistung herangeführt wird. In diesem Fall ist es im Sinne eines raschen Erreichens eines stabilen Betriebszustandes ratsam, wenn zur Regelung auf konstante Ausgangsspannung das Tastverhältnis geändert wird.

Die gestellte Aufgabe wird auch mit einem Schaltwandler der zu Beginn erwähnten Art gelöst, welcher erfindungsgemäß zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung mit seinen Varianten eingerichtet ist.

Bei einer praxisgerechten Variante ist vorgesehen, dass je zwei Primärschalter und je zwei Sekundärschalter in symmetrischer Anordnung vorgesehen sind. Dabei können zweckmäßigerweise die Primär- und Sekundärschalter als Mosfets mit Inversionsdiode ausgebildet sein.

Verringert kann der Schalteraufwand werden, falls je ein gesteuerter bipolarer Primärschalter und Sekundärschalter vorgesehen ist.

Bei weiteren zweckmäßigen Varianten ist vorgesehen, dass dem digitalen Signalprozessor Signale von Temperatursensoren zugeführt sind. Dies kann für den leistungsoptimierten Betrieb ebenso von Bedeutung sein, wie eine Variante, bei welcher dem digitalen Signalprozessor das Signal eines Flussdichtesensors des Übertragers zugeführt ist.

Besonders bewährt sich die Erfindung auch bei einem Schaltwandler, bei welchem die Primärspannung und die Sekundärspannung Wechselspannungen sind. P8631 • · · ··· · · ··· · · • · t ···«· ··· ···· ····· · -4-

Die Erfindung samt weiterer Vorteile ist im Folgenden anhand beispielsweiser Ausführungsformen näher erläutert, die in der Zeichnung veranschaulicht sind. In dieser zeigen

Fig. 1 das Prinzipschaltbild eines Schaltwandlers nach der Erfindung,

Fig. la vereinfacht eine Variante mit bipolaren Schaltern,

Fig. 2 in einem Diagramm vereinfacht einen möglichen Verlauf der Primärspannung sowie der Ansteuersignale für die gesteuerten Schalter,

Fig. 3 in gedehnter Darstellung anhand der Signale von zwei gesteuerten Schaltern Zeit größen, welche für die Erfindung von Bedeutung sind, und

Fig. 4 anhand einer logischen Darstellung einen möglichen Ablauf des erfindungsgemäßen

Verfahrens.

Der Schaltwandler nach Fig. 1, hier ein Sperrwandler, weist einen Übertrager UET mit einer Primärwicklung Wp und einer Sekundärwicklung Ws auf. Primärseitig liegt in den Verbindungsleitungen, von einer Primärspannung Up zu der Primärwicklung Wp je ein gesteuerter Primärschalter Sl, S2. Parallel zu der Primärspannung Up liegt ein Kondensator Cp. Sekundärseitig liegt ein völlig gleicher Aufbau mit zwei Sekundärschaltem S3, S4 in den Verbindungsleitungen zwischen Sekundärwicklung Ws und Sekundärspannung Us und mit einem Kondensator Cs vor.

Die gesteuerten Schalter Sl,..., S4 können bekannte Halbleiterschalter sein, insbesondere Mosfets mit Inversdioden. Sie werden von einer Steuerung STE angesteuert, welche die eigentliche Ansteuerschaltung AST enthält, die in Verbindung mit einem digitalen Signalprozessor DSP arbeitet.

Der Steuerung STE werden eine Anzahl von gemessenen Betriebsgrößen zugeführt, die je mit A/D-Wandlem für den Signalprozessor DSP aufbereitet werden. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um folgende Grüßen: Primärstrom Ip, Primärspannung Up, Sekundärspannung Us, Sekundärstrom Is. Die Ströme und Spannungen werden von Strom- bzw. Spannungssensoren ISP, USP, USS, ISS erfasst. Weiters eine den Primärschaltern Sl, S2 und den Sekundärschaltem S3, S4 zugeordnete Temperatur 51 bzw. 52, die mit Hilfe von Temperatursensoren TSP, TSS z.B. an Kühlkörpern gemessen werden, die Umgebungstemperatur 53, für welche ein Temperatursensor TSU vorgesehen ist, gegebenenfalls eine dem Übertrager UET zugeordnete Temperatur 54, die von einem Temperatursensor TST, z.B. an einer Wicklung, erfasst wird und die magnetische Flussdichte B, die ein Flussdichtesensor FSS, z.B. in einem Luftspalt des Übertragers UET, erfasst. Wo aus Gründen der P8631 • · ··· · · ··· · · • t · · · · · ··· ··· ····· · -5-

Potentialtrennung erforderlich, werden in bekannter Weise hier nicht gezeigte Mittel, wie Optokoppler oder Übertrager, eingesetzt.

Fig. 2 zeigt schematisch, dass bei Einsatz von bipolaren Schaltern auch mit lediglich zwei Schaltern Sp, Ss das Auslangen gefunden werden kann. Auch anderen Varianten, die dem Fachmann bei Schaltwandlern bekannt sind, wie z.B. Wicklungen mit Mittelanzapfung, sind verwendbar.

Bevor auf die Besonderheiten der Steuerung eingegangen wird, sei unter Zuhilfenahme auch der Fig. 2 und 3 das Arbeitsprinzip des Schaltwandlers erläutert. Der Wandler gestattet einen bidirektionalen Betrieb als Wechselspannungs/Wechselspannungs-Konverter, ebenso wie als Gleichspannungs/Gleichspannungs-Konverter. Die in Fig. 1 eingezeichneten Spannungsquellen Up und Us sind daher je nach Energierichtung als Spannungsquelle oder als Last zu sehen, was durch strichlierte Lastwiderstände angedeutet ist.

Die beiden Primärschalter Sl, S2 werden von der Ansteuerschaltung AST so angesteuert, dass sie gegengleich schalten, d.h. zu jedem Zeitpunkt ist entweder mindestens ein primärer oder mindestens ein sekundärer Schalter geschlossen und die gegenüberliegenden Schalter sind jeweils geöffnet. Für Wechselspannungs/Wechselspannungsbetrieb ist dies in Fig. 2 veranschaulicht. Die Impulse können dabei entsprechend einer Sinuskurve hinsichtlich ihrer Dauer moderiert sein, was nach dem Stand der Technik bekannt ist, doch ist dies nicht zwingend erforderlich.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 werden nun weitere Größen erläutert, welche als Stellgrößen während des Betriebes in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsgrößen geändert werden. Fig. 3 zeigt die Schaltzustände eines Primärschalters Sl und des zugehörigen Sekundärschalters S3. Dabei ist T die Periodendauer und dementsprechend f = 1/T die Frequenz der Ansteuerpulse. Mit tß ist die Einschaltzeit bezeichnet, sodass sich das Tastverhältnis als tp/T ergibt.

Zur Regelung auf konstante Ausgangsspannung wird i.a. das Tastverhältnis Te/T über einen entsprechenden Regelkreis geändert, gegebenenfalls kann auch die Frequenz f geändert werden.

Neben Frequenz und Tastverhältnis sind aber auch die Steuerzeiten der einzelnen Schalter Sl,..., S4 von Bedeutung, das sind die Abweichungen der Einschalt- bzw. Ausschalt-Zeitpunkte vor dem Takt T bzw. der Einschaltzeit tE. Durch geeignete Wahl dieser Steuerzeiten müssen in bekannter Weise kurzschlussähnliche Zustände vermieden werden, anderer- P8631 • · · ··· · · ·#· · « ·· · 9«··· ·*« ···· · · · · · · -6- seits kann durch Änderung der Steuerzeiten eine Optimierung des Betriebes/ z.B. im Sinne einer Kompensation von Abweichungen der Schaltverzögerungen der einzelnen Schalter Sl, S4 erzielt werden.

Die Erfindung sieht nun insbesondere vor, dass in der Steuerung STE ein adaptiver Regelalgorithmus implementiert ist, der wahlweise eines von mehreren Regelmodellen verwendet, wobei die Auswahl des jeweiligen Regelmodells in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsgrößen, wie primär/sekundär seifigen Spannungen und Strömen, Temperaturen oder Flussdichte und in Abhängigkeit von aus diesen Messwerten errechneten Betriebsgrößen, z.B. Eingangs- und Ausgangsleistung, erfolgt.

Wie bereits eingangs erwähnt, kann ein üblicherweise angewendetes Regelmodell ein Wirkungsgradmodell sein, welches zur Optimierung des Wandlerwirkungsgrades, d.h. des Verhältnisses von Ausgangs- zu Eingangsleistung, verwendet wird. Bei einem Leistungsfluss von der Primär- zur Sekundärseite wird dabei versucht, das Verhältnis η = Ps/Pp möglichst nahe an 1 zu bringen.

Ein anderes, in der Praxis sinnvolles Modell ist ein Leistungsmodell. Hier soll eine Regelung auf möglichst hohe Ausgangsleistung, natürlich unter Berücksichtigung bestimmter Grenzen diverser Betriebswerte, wie z.B. Temperatur der Halbleiterschalter, erfolgen.

Andere Regelmodelle sind gleichfalls einsetzbar, z.B. eines auf möglichst sinusförmige Stromaufnahme, möglichst hohe Ausfallssicherheit, etc., doch werden in dem nachstehend beschriebenen Beispiel lediglich zwei Regelmodelle, nämlich ein Wirkungsgradmodell und ein Leistungsmodell betrachtet, wozu nun auf Fig. 4 verwiesen wird.

Gemäß Fig. 4 werden dem digitalen Signalprozessor DSP über die A/D-Wandler die folgenden Messwerte von Betriebsgrößen zugeführt, wobei die Aufzählung nur beispielhaft, aber nicht notwendigerweise vollständig ist: Die Primärspannung Up, der Primärstrom Ip, die Sekundärspannung Us, der Sekundärstrom Is, die Flussdichte B sowie zwei Temperaturwerte &\, 32.

Aus den abgetasteten Werten von Primärspannung Us und Primärstrom Is wird durch Multiplizieren - angedeutet durch einen Multiplikator Mp - die Augenblicksleistung errechnet und durch deren Mittelung die Momentanleistung Pp. Sinngemäß gleiches gilt für die Sekundärspannung Us und dem Sekundärstrom Is mit dem zugeordneten Multiplikator Ms. Mit LP1 und LP2 sind Tiefpassfilter bezeichnet,, welche aus den Augenblickswerten Mittelwerte bilden. Durch Division wird der Wirkungsgrad η = Ps/Pp errechnet. • • • ··· · • ··· · · • • • · · • 4 4 444 P8631 • • · • · · 4 4 9 9 -7-

Weiters wird die Ableitung der Eingangsspannung nach der Zeit, dUp/ dt berechnet und ebenso die zeitliche Änderung der Ausgangsleistung dPs/dt. Die Sekundärspannung Us wird mit einem Sollwert Uss verglichen, woraus sich eine Regelabweichung AUs für die Einstellung des Tastverhältnisses ergibt. Für den weiter unten beschriebenen und in Fig. 4 rechts dargestellten Vergleich der Betriebsgrößen werden Vergleichsgrößen Kl,..., K4 benötigt, die im allgemeinen jedoch nicht konstant sind, sondern in Abhängigkeit von anderen Betriebsgrößen adaptiert werden. In Fig. 4 ist links ein Vergleichsgrößenspeicher VGS gezeigt, der die Vergleichsgrößen Kl,..., K4 enthält, welche hier in Abhängigkeit von der Flussdichte B und zwei Temperaturwerten geändert werden. Beispielsweise wird die Vergleichsgröße K3 für die Ausgangsleistung Ps von der Temperatur der Halbleiterschalter und/ oder des Übertragers abhängig gemacht.

Wie in Fig. 4 rechts dargestellt, wird bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Primärspannung Up mit der Größe Kl verglichen, weiters die zeitliche Änderung der Primärspannung Up mit einer Vergleichsgröße K2, sodann die Momentanleistung Ps mit einer Größe K3 und die zeitliche Änderung dieser Momentanleistung Ps mit einer Größe K4. Sofern die genannten Vergleiche alle positiv ausfallen, wird das Wirkungsgradmodell gewählt, anderenfalls, d.h. wenn einer dieser Vergleiche negativ ausfällt, geht man auf das Leistungsmodell über. Auf jeden Fall wird von beiden Modellen das Tastverhältnis beeinflusst und gegebenenfalls auch die Steuerzeiten Atle, Atla,..., At4e, At4a. Das Tastverhältnis wird natürlich auch, was oben angesprochen wurde, von der Ausgangsspannungsabweichung AUs bestimmt.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass der Einfachheit halber ein Betrieb beschrieben wird, bei welchem Leistung von der Primärseite nach der Sekundärseite geliefert wird, doch kann, da ein bidirektional arbeitender Wandler vorliegt, auch der umgekehrte Fall eintreten, nämlich Leistungslieferung von der Sekundärseite nach der Primärseite. In diesem Fall müssen die entsprechenden Größen berücksichtigt werden, beispielsweise auch der Umstand, dass sich der Wirkungsgrad dann aus dem Verhältnis der Primärleistung durch die Sekundärleistung ergibt.

Bei der Regelung zur Wirkungsgradoptimierung, d.h. der Auswahl des Wirkungsgradmodells, werden, von einem aktuellen Systemzustand ausgehend, die zu beeinflussenden Ausgangsgröße zyklisch ablaufenden, definierten Störungen unterworfen. Die dadurch auftretende Systemreaktion wird erfasst und mit der (bekannten) Störung korreliert, wodurch die Sensibilitätsfunktion des Schaltwandlers hinsichtlich der beeinflussbaren Ausgangsgrößen ermittelt wird. Die Kenntnis dieser Funktion ermöglicht die Festsetzung des P8631 • · · ··· · · ··· · · ·· · ····· ··· ··· ····· · -8- nächsten Störungswertes, welcher das System wieder ein Stückchen näher zum angestrebten Wirkungsgradoptimum bringt.

Betrachtet man beispielsweise als Stellgröße die Frequenz f, so wird bei einer aktuellen Frequenz, z.B. 100 kHz, der Wirkungsgrad ermittelt. Nun wird die Frequenz marginal erhöht, z.B. auf 102 kHz, und alle anderen Stellgrößen werden ungeändert gelassen. Nach hinreichender Erholzeit wird der aktuelle Wirkungsgrad wiederum gemessen. Hat er sich erhöht, so bleibt 102 kHz die aktuelle Taktfrequenz f, ist er gefallen, wird er auf 98 kHz zurückgestellt. Der Frequenzwert mit dem größten Wirkungsgrad bestimmt mm die aktuelle Taktfrequenz. In gleicher Weise wird zyklisch mit den übrigen Stellgrößen verfahren. Es wird somit immer eine der Größen gestört und die Reaktion des Systems auf diese Störung ausgewertet. Sind alle Stellgrößen abgearbeitet, so wird ein neuer Durchlauf gestartet.

Wenn man den Stellgrößen sinnvolle Schranken auferlegt, so lässt sich ein zuverlässiger Stationärbetrieb gewährleisten, in dem der Regelalgorithmus des Wandlers selbstständig die Summe aller anfallenden Verluste minimiert.

Aus verschiedenen Gründen kann es während des Betriebes wünschenswert sein, dass der Schaltwandler eine möglichst hohe Ausgangsleistung abgibt, die, wie bereits eingangs erwähnt, auch ein Vielfaches der Nennleistung sein kann. Wenn ein solcher Betriebszustand erfasst wird (siehe Fig. 4, rechts), erfolgt die Regelung über das Leistungsmodell, bei welchen als Eingangsgrößen die Ausgangsspannung und der Ausgangsstrom, Us und Ip, die Ein-gangs(Primär)spannung Up, die Flussdichte B und verschiedene Temperaturen «91, «92 in Frage kommen. Als Stellgröße wird in diesem Fall vorzugsweise nur die Frequenz f verwendet. Es wird der Momentanwert der Ausgangsleistung ermittelt, wobei optional die Flussdichte und verschiedene Temperaturwerte zur Aktualisierung der augenblicklichen Schranken herangezogen werden. Auch hier wird die Schaltfrequenz f des Schaltwandlers an die zur Maximierung der übertragbaren Leistung notwendige Frequenz herangeführt. Die Überschneidung der Steuerzeiten wird hier vorzugsweise in definiertem Verhältnis zur Gesamtperiodendauer T fest eingestellt.

Es sei erwähnt, dass der Algorithmus zur Regelung auf maximale Leistung, verglichen mit der Wirkungsgradoptimierung, eine deutlich höhere Dynamik aufweist, d.h. die Durchlaufzeiten des Programms zur Leistungsoptimierung liegen hier um zwei bis drei Größenordnungen unterhalb der Durchlaufzeiten des Programms zur Wirkungsgradoptimierung.

Bei Verwendung bipolarer Schalter, d.h. von Schaltern, die unabhängig von der Stromrichtung schalten, kann man die Schaltung auch vereinfachen, was in Fig. la angedeutet ist. Fig. P8631 • · · *·· · · ··· · · • · · ····· ··· ···· ·· · * · · -9- la stellt einen Ausschnitt aus Fig. 1 dar, wobei aber primär- und sekundärseitig lediglich ein einziger bipolarer Schalter Sp, Ss verwendet wird. Die nach oben führenden Leitungen stehen - wie bei Fig. 1 - mit der Steuerung STE in Verbindung.

Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene weitere, teils angedeutete Varianten möglich, welche einerseits die Art des Regelmodells und andererseits die verwendeten Betriebs- und Stellgrößen betreffen. Auch die Auswahlkriterien für die Programme werden je nach den Gegebenheiten von dem Fachmann zu wählen sein.

Claims (16)

1. P8631 • · · ··· · · ··· · · ·· · ····· ··· t I · ··»·· · -10- Patentansprüche 1. Verfahren zur Steuerung eines Schaltwandlers, der zumindest eine Speicherinduktivität (Lp, Ls) und zumindest eine Speicherkapazität (Cp, Cs) auf weist, bei welchem Leistung von der Primärseite zu der Sekundärseite und umgekehrt durch gesteuertes Schalten zumindest eines Primärschalters (Sl, S2) und zumindest eines Sekundärschalters (S3, S4) übertragen wird, wobei Tastverhältnis (tE/T) und/oder Steuerzeiten (Atle... At4a) und/oder Frequenz (f) der Ansteuerpulse für die gesteuerten Schalter in Abhängigkeit von gemessenen Betriebsgrößen (Ip, Up, Is, Us, «91, .92, B) eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung mit Hilfe eines adaptiven Regelalgorithmus bei wahlweiser Verwendung eines von zumindest zwei unterschiedlichen Regelmodellen durchgeführt wird und die Auswahl des anzuwendenden Regelmodells in Abhängigkeit von gemessenen und/oder aus Messwerten errechneten Betriebsgrößen (Pp, Ps, dPp/dt, dPs/dt) erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des anzuwendenden Regelmodells durch Vergleich der gemessenen bzw. errechneten Betriebsgrößen (Ip, Up, Is, Us,Pp, Ps, dPp/dt, dPs/dt) mit vorgebbaren Vergleichsgrößen (Kl,..., K4) erfolgt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsgrößen (Kl, ..., K4) in Abhängigkeit von weiteren gemessenen Betriebsgrößen (B, #1,..., .94), wie Temperatur, Flussschichten, etc. adaptiert werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wirkungsgradmodell zur Optimierung des Wandler-Wirkungsgrades sowie ein Leistungsmodell zur Optimierung der übertragenen Leistung angewendet werden, wobei zumindest die Messwerte von Spannung (Up, Us) und Strom (Ip, Is) an der Primär- und an der Sekundärseite bzw. daraus abgeleitete Größen (Pp, Ps,Ps/Pp) zur Ermittlung der Modellauswahl herangezogen werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auswahl des Wirkungsgrad-Regelmodells aus den Messgrößen der primär- und sekundärseitigen Spannungen und Ströme der Quotient (Ps/Pp) aus Ausgangs- und Eingangsleistung als aktueller Wirkungsgrad errechnet wird, der aktuelle Systemzustand durch Änderung je einer der Stellgrößen (f, Atle,..., At4a) der Schalteransteuerung zyklisch gestört wird und durch P8631 • · · ··· · · ··· · · « · * · « · · · ··· »··· ····· · -11- Auswertung der Systemreaktion auf die Änderung der einzelnen Stellgrößen diese an den höchstmöglichen Wirkungsgrad herangeführt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrößen der Schalteranordnung Taktfrequenz (f) und Steuerzeiten (Atle, Atla,..., At4e, At4a) sind.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auswahl des Leistungs-Regelmodells aus den Messwerten von Ausgangsspannung und Ausgangsstrom (Up, Ip oder Us, Is) die aktuelle Ausgangsleistung errechnet wird, der aktuelle Systemzustand durch Änderung der Taktfrequenz (f) zyklisch gestört wird und durch Auswertung der Systemreaktion auf diese Änderung an die maximal übertragbare Leistung herangeführt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerzeiten (Atle... At4a) in einem definierten Verhältnis zur Periodendauer (T) fest eingestellt werden.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung auf konstante Ausgangsspannung (Up, Uc) das Tastverhältnis (te/T) geändert wird.
10. 10. Schaltwandler mit einem Übertrager (UET), welcher zumindest eine Primärwicklung (Wp) und zumindest eine Sekundärwicklung (Ws) aufweist, bei welchem eine Primärspannung (Up) über zumindest einen von einer Ansteuerschaltung (AST) einer Steuerung (STE) gesteuerten Primärschalter (Sl, S2) mit der Primärwicklung (Wp) verbindbar ist und die Sekundärspannung (Us) über zumindest einen von der Ansteuerschaltung gesteuerten Sekundärschalter (S3, S4) an die Sekundärspannung (Us) legbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (STE) einen digitalen Signalprozessor (DSP) beinhaltet, welcher zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 eingerichtet ist.
11. 11. Schaltwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass je zwei Primärschalter (Sl, S2) und je zwei Sekundärschalter (S3, S4) in symmetrischer Anordnung vorgesehen sind.
12. 12. Schaltwandler nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Primär- und Sekundärschalter (Sl, S2; S3, S4) als Mosfets mit Inversdiode ausgebildet sind.
13. 13. Schaltwandler nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass je ein gesteuerter bipolarer Primärschalter (Sp) und Sekundärschalter (Ss) vorgesehen ist. P8631 • · · ··· · · ··· · · • · · ·«··· ··· ···· ····· · -12-
14. 14. Schaltwandler nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass dem digitalen Signalprozessor (DSP) Signale von Temperatursensoren (TSp, TSs, TSu) zugeführt sind.
15. 15. Schaltwandler nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass dem digitalen Signalprozessor (DSP) das Signal eines Flussdichtesensors (FDS) des Übertragers (UET) zugeführt ist.
16. 16. Schaltwandler nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei welchem die Primärspannung (Up) und die Sekundärspannung (Us) Wechselspannungen sind.