DE102012106712A1

DE102012106712A1 - Stabilisierung des Ausgangstroms einer Stromversorgung

Info

Publication number: DE102012106712A1
Application number: DE102012106712.0A
Authority: DE
Inventors: Josef Fisch
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: MinebeaMitsumi Inc
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-01-30
Also published as: US20140028383A1; US8912842B2

Abstract

Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Effektivwertes eines Ausgangsstroms eines Wandlers bereit. Die Vorrichtung umfasst Folgendes: – einen Eingang zum Empfangen einer Eingangsspannung x des Wandlers, – einen Speicher, in welchem ein erster Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; kj gespeichert ist, – einen Prozessor, welcher an den Eingang und den Speicher gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, eine Stromkorrektur y als Polynomialfunktion mit dem gespeicherten ersten Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; kj in Abhängigkeit der empfangenen Eingangsspannung x zu bestimmen, und – eine Leistungsstufe, welche zum Empfangen der Stromkorrektur y an den Prozessor gekoppelt ist und dafür eingerichtet ist, um den Effektivwert des Ausgangsstroms in Abhängigkeit der Stromkorrektur y zu modifizieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Stabilisierung eines Effektivwertes eines Ausgangsstroms einer Stromversorgung, insbesondere eines Wandlers, beispielsweise eines Sperrwandlers. Der Wandler kann ein- oder mehrstufig sein. Der Wandler kann beispielsweise zur Versorgung von LED ausgebildet sein und alternativ oder zusätzlich eine Ausgangsleistung von zwischen 10 W und 500 W, bevorzugt zwischen 20 W und 100 W und bevorzugt zwischen 30 W und 50 W aufweisen.
Bei Leistungswandlern, die an ihrem Ausgang einen Ausgangstrom bereitstellen, wird üblicherweise eine Leistungsfaktorkorrektur eingesetzt, eine sogenannte Power-Factor-Correction (PFC). Der am Ausgang des Wandlers erzeugte Strom weist dabei einen Gleichstromanteil und einen Wechselstromanteil auf. Der Effektivwert des Ausgangsstroms soll dabei innerhalb vorgegebener Toleranzen einem in den Wandler programmierten Sollwert entsprechen. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass der Effektivwert des an dem Ausgang ausgegebenen Ausgangsstroms von der Eingangsspannung des Wandlers abhängt. Deshalb muss die Ausgangsstromgenauigkeit in größeren Toleranzen oder die gesamte Wandlerschaltung für nur kleine Eingangsspannungsbereiche spezifiziert werden.
Um an dem Ausgang den eingestellten Soll-Ausgangsstrom ausgeben zu können, wird eine Regelstrategie eingesetzt, die auf den Maximalwert des Ausgangsstroms regelt. Die Amplitude des Wechselstromanteils des Ausgangsstroms ist jedoch gerade bei einer einstufigen Sperrwandlertopologie stark von der Eingangswechselspannung abhängig.
Eine Stabilisierung des Ausgangsstroms des Wandlers ist insbesondere sinnvoll, wenn der Wandler ein oder mehrere Leuchtmittel, beispielsweise eine oder mehrere LED mit Leistung versorgt. Schwankungen in dem Versorgungsstrom der LED bewirken Helligkeitsunterschiede, welche eine störende Wirkung auf den Betrachter haben können.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Stabilisierung des Effektivwerts des Ausgangsstroms eines Wandlers zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 7, eine Programmiereinrichtung gemäß Anspruch 10, ein Verfahren gemäß Anspruch 11, ein Verfahren gemäß Anspruch 14, ein Verfahren gemäß Anspruch 17, ein computerlesbares Medium gemäß Anspruch 18, ein System gemäß Anspruch 19 sowie einen Leistungswandler gemäß Anspruch 20 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstände der Unteransprüche.
Die Erfindung stellt in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Effektivwertes eines Ausgangstroms eines Wandlers bereit, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:

– einen Eingang zum Empfangen einer Eingangsspannung x des Wandlers,
– einen Speicher, in welchem ein erster Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j gespeichert ist,
– einen Prozessor, welcher an den Eingang und den Speicher gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, eine Stromkorrektur y als Polynomialfunktion mit dem gespeicherten ersten Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j in Abhängigkeit der empfangenen Eingangsspannung x zu bestimmen, und
– eine Leistungsstufe, welche zum Empfangen der Stromkorrektur y an den Prozessor gekoppelt ist und dafür eingerichtet ist, um den Effektivwert des Ausgangsstroms des Wandlers in Abhängigkeit der Stromkorrektur y zu modifizieren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung stabilisiert den Effektivwert des Ausgangstroms dadurch, dass sie die aktuelle Eingangsspannung x des Wandlers bestimmt und anhand einer polynomialen Näherung ausgehend von der bestimmten Eingangsspannung x eine Stromkorrektur y bestimmt. Der Effektivwert des Ausgangstroms wird dann in Abhängigkeit der Stromkorrektur y modifiziert. Dabei modifiziert die Leistungsstufe den Effektivwert des Ausgangstroms bevorzugt dadurch, dass sie einen Gleichstromanteil des Ausgangstroms modifiziert, d. h. erhöht oder verringert. Die Leistungsstufe kann einen Stromverstärker umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Leistungsstufe in eine Leistungsstufe des Wandlers integriert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Speicher lösbar mit dem Prozessor gekoppelt. Der Speicher kann alternativ oder zusätzlich separat von dem Prozessor und der Leistungsstufe in einem Speichergehäuse angeordnet sein. Diese Ausgestaltungen ermöglichen eine Trennung des Speichers von den übrigen Bestandteilen der Vorrichtung. Beispielsweise kann der Speicher der Vorrichtung entnommen und an einen PC, einen Tablet-Computer oder ein Smartphone angeschlossen werden, um ihn zu programmieren, wie weiter unten noch im Detail beschrieben ist. Es kann ferner vorgesehen sein, dass der Prozessor und die Leistungsstufe in einem weiteren Gehäuse angeordnet sind. Das Speichergehäuse und das weitere Gehäuse können über eine Schnittstelle, beispielsweise eine Stecker-Buchse-Verbindung miteinander mechanisch und/oder elektrisch koppelbar sein.
Unabhängig davon, ob der Speicher lösbar mit dem Prozessor gekoppelt ist oder nicht, kann der Speicher auch mit einer Funkschnittstelle, wie z. B. ZigBee, Wireless Lan, Blue Tooth oder Blue Tooth Low Energy, verbunden oder zum Verbinden ausgebildet sein, so dass ein komfortables Programmieren des Speichers möglich ist. Insbesondere kann damit z. B. über einen PC ein automatisiertes Programmieren einer Vielzahl von Wandlern ermöglicht werden, ohne dass diese zugänglich sein müssen.
In einer bevorzugten Ausführungsform berücksichtigt der Prozessor beim Bestimmen der Stromkorrektur y Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung in der Eingangsspannung x. Durch die Beschränkung auf Terme zweiter bzw. dritter Ordnung wird die Auswertung der Polynomialfunktion beschleunigt. Ferner ist eine quadratische bzw. kubische Annäherung der Abhängigkeit der Stromkorrektur y von der Eingangsspannung x ausreichend, um den Effektivwert des Ausgangsstroms hinreichend zu stabilisieren. In einigen Ausführungsformen werden beim Bestimmen der Stromkorrektur y zumindest Terme zweiter Ordnung in der Eingangsspannung x berücksichtigt. Dies ergibt eine exaktere Stabilisierung als eine lediglich lineare Berechnung der Stromkorrektur y.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform gibt die Stromkorrektur y eine relative Korrektur des Effektivwerts des Ausgangsstroms an. In dieser Ausführungsform beschreibt die Stromkorrektur y insbesondere einen Prozentsatz, um welchen der Effektivwert des Ausgangsstroms von der Leistungsstufe erhöht bzw. verringert wird. In anderen Ausführungsformen kann die Stromkorrektur y eine absolute Korrektur des Effektivwerts des Ausgangsstroms angeben, d. h., den Differenzbetrag, um welchen der Effektivwert des Ausgangsstroms zu erhöhen bzw. zu verringern ist, in Ampere angeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Speicher eine Schnittstelle zum Verbinden mit einem Computer, beispielsweise einen USB-Anschluss auf. Alternativ oder zusätzlich kann der Speicher eine Schnittstelle wie Thunderbolt, Firewire oder eine kabellose Schnittstelle nach einem Infrarot- oder Funkstandard wie Wireless LAN, Bluetooth, Bluetooth Low Energy oder ZigBee aufweisen. Auf diese Weise können die Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j von dem Computer in den Speicher geschrieben werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms des Wandlers einstellbar ist. Auf diese Weise können mittels des Computers die Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j ermittelt und in den Speicher geschrieben werden, wenn der Soll-Effektivwert des Ausgangsstromes eingestellt oder verändert wird.
Ferner stellt die Erfindung ein Verfahren zum Programmieren des Speichers einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art bereit. Das Verfahren umfasst Folgendes:

(a) Empfangen einer Angabe eines Soll-Effektivwerts I_eff eines Ausgangsstrom eines Wandlers,
(b) Bestimmen eines ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j als Polynomialfunktionen des Soll-Effektivwerts des Ausgangsstrom unter Verwendung vorgegebener zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c, p_lj,
(c) Abspeichern des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j in dem Speicher.

Mittels des angegebenen Verfahrens können die Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j, welche die Stromkorrektur y des Ausgangsstroms in Abhängigkeit von der Eingangsspannung x des Wandlers beschreiben, abhängig von dem eingestellten Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms berechnet werden. Es ist dabei insbesondere bevorzugt, dass dieses Verfahren von einem Computer durchgeführt wird, an welchen der Speicher der Vorrichtung angeschlossen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Polynomialfunktionen zum Bestimmen des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j Terme bis zu einer gleichen Ordnung in dem Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms auf. Die Polynomialfunktionen zum Bestimmen des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j können in einigen Ausführungsformen Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung in dem Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms aufweisen. Eine Näherung bis zur zweiten oder dritten Ordnung ist in der Regel ausreichend, um den ersten Satz von Koeffizienten a, b, c; k_j auf einen anderen Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms einzustellen. In anderen Ausführungsformen können die Polynomialfunktionen zum Bestimmen des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j auch Terme höherer Ordnung aufweisen. Da das Verfahren bevorzugt auf einem Computer abläuft, spielt die hierfür benötigte Rechenleistung keine bedeutende Rolle. Bevorzugt ist, dass die Polynomialfunktionen zumindest Terme zweiter Ordnung in dem Soll-Effektivwert des Ausgangsstromes aufweisen.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung eine Programmiereinrichtung zum Programmieren des Speichers einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art bereit, wobei die Programmiereinrichtung eine Schnittstelle zum Empfangen einer Angabe eines Soll-Effektivwerts des Ausgangsstroms des Wandlers und einen Prozessor zum Bestimmen eines ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j als Polynomialfunktionen des empfangenen Soll-Effektivwerts des Ausgangstroms unter Verwendung vorgegebener zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c; p_lk aufweist. Der Prozessor ist mit einem an den Speicher der Vorrichtung ankoppelbaren Ausgang zum Abspeichern des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j in dem Speicher der Vorrichtung verbunden. Die Programmiereinrichtung erlaubt es somit, das oben beschriebene Verfahren zum Programmieren des Speichers durchzuführen.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c; p_lj, wie sie oben verwendet werden, bereit. Das Verfahren umfasst Folgendes:

(a1) Einstellen eines Wandlers auf einen Soll-Effektivwert I_eff eines Ausgangsstroms des Wandlers bei einer vorgegebenen Soll-Eingangsspannung,
(a2) für jede eine Schar von Eingangsspannungen:
(a21) Anlegen der Eingangsspannung an den Wandler,
(a22) Messen eines Ist-Effektivwerts des Ausgangsstroms,
(a23) Bestimmen einer Abweichung des gemessenen Ist-Effektivwerts des Ausgangsstroms von dem Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms,
(a3) Durchführen einer ersten Regression der Abweichung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung zum Bestimmen eines ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j
(a4) Wiederholen der Schritte (a1) bis (a3) für eine Schar von Soll-Effektivwerten des Ausgangsstroms zum Bestimmen einer Schar von Polynomialkoeffizienten für jeden Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten,
(a5) Durchführen einer zweiten Regression für jeden Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms zum Bestimmen eines zweiten Satzes von Polynomialkoeffizienten g, h, i; p_lj für jeden der Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j des ersten Satzes.

Es werden somit zwei verschiedene Regressionen durchgeführt, um die Polynomialkoeffizienten g, h, i; p_lj zu bestimmen. Zunächst wird für einen vorgegebenen Soll-Ausgangsstrom die Änderung des Ist-Ausgangsstroms in Abhängigkeit von der Eingangsspannung des Wandlers bestimmt. Für die Abhängigkeit des Ist-Ausgangsstroms von der Eingangsspannung wird eine erste Regression durchgeführt, welche die Stromkorrektur y, d. h. die Differenz oder das Verhältnis zwischen dem Soll-Ausgangsstrom und dem Ist-Ausgangsstrom, in Abhängigkeit von der Eingangspannung beschreibt. Wenn an diese Stelle und im Folgenden von einem Soll-Ausgangsstrom und einem Ist-Ausgangsstrom die Rede ist, so bezieht sich dies jeweils auf den Soll- bzw. Ist-Effektivwert des Ausgangsstroms.
Durch die zweite Regression wird die Abhängigkeit der Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j von dem eingestellten Soll-Ausgangsstrom jeweils durch eine Polynomfunktion mit Koeffizienten g, h, i; p_lj angenähert.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zum Bestimmen zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c; p_lj, dass die Polynomialkoeffizienten g, h, i; p_lj und a, b, c; k_j in einer Computer-Applikation gespeichert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden bei der ersten und/oder zweiten Regression Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung berücksichtigt. Eine derartige Beschränkung auf Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung ist in der Regel ausreichend, um die genannten Abhängigkeiten anzunähern. Bevorzugt ist, dass die erste und zweite Regression zumindest quadratisch ist, d. h. Terme zweiter Ordnung berücksichtigt.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren zur Stabilisierung eines Effektivwertes eines Ausgangsstroms eines Wandlers bereit. Das Verfahren umfasst Folgendes:

(d) Bestimmen einer aktuellen Eingangsspannung x des Wandlers,
(e) Bestimmen einer Stromkorrektur y als Polynomialfunktion in Abhängigkeit der empfangenen Eingangspannung x mit einem vorgegebenen ersten Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j und
(f) Modifizieren des Effektivwerts des Ausgangsstroms des Wandlers in Abhängigkeit der Stromkorrektur y.

Es ist dabei bevorzugt, dass die Polynomialfunktion in Schritt (e) Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung in der Eingangsspannung x berücksichtigt. In einer bevorzugten Ausführungsform gibt die Stromkorrektur y eine relative Korrektur des Effektivwerts des Ausgangstroms an.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren bereit, welches die Verfahrensschritte (a), (b), (c), (d), (e) und (f) aufweist.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein computerlesbares Medium bereit, auf welchem Instruktionen gespeichert sind, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen.
In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung ein System bereit, welches eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art und ein computerlesbares Medium umfasst, auf welchem Instruktionen gespeichert sind, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, eines der oben beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Gemäß einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung einen elektrischen Leistungswandler mit einer Vorrichtung der oben beschriebenen Art bereit.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug auf die beigefügten Figuren deutlich. Darin zeigt
1 einen Verfahrenablauf zum Bestimmen zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g, h, i,
2 einen Verfahrenablauf zum Erreichen einer Stabilisierung des Ausgangsstroms und
3 eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
Die Erfindung berücksichtigt zur Stabilisierung des Ausgangsstroms eines Wandlers, dass der Ist-Effektivwert des Ausgangsstroms von der Eingangsspannung x des Wandlers abhängt. Um den gewünschten Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms einzustellen, muss der Ist-Effektivwert gemäß einer Stromkorrektur y modifiziert werden. Die Stromkorrektur y hängt dabei von der Eingangsspannung x des Wandlers ab. Diese Abhängigkeit lässt sich durch eine Polynomialfunktion mit Koeffizienten a, b, c annähern: y = ax² + bx + c. (1)
Mit Hilfe der Gleichung (1) kann für jede Eingangsspannung x die optimale Stromkorrektur y anhand zuvor ermittelter und gespeicherter Koeffizienten a, b, c ermittelt werden. Die Erfindung berücksichtigt weiter, dass der Wandler auf verschiedene Soll-Effektivwerte I_eff des Ausgangsstroms eingestellt werden kann. Die zur Stabilisierung des Effektivwerts des Ausgangsstroms erforderliche Stromkorrektur y ist jedoch von dem eingestellten Soll-Effektivwert I_eff des Ausgangsstroms abhängig. Dies läßt sich in Gleichung (1) so ausdrücken, dass die Koeffizienten a, b, c von dem Soll-Effektivwert I_eff des Ausgangsstroms abhängig sind. Um diese Abhängigkeit zu berücksichtigen, werden die Koeffizienten a, b, c der Gleichung (1) jeweils als Funktionen des Soll-Effektivwerts I_eff des Ausgangsstroms betrachtet und ebenfalls durch eine Polynomialfunktion mit zweiten Sätzen von Polynomialkoeffizienten g, h, i angenähert: a = g_aI_eff ² + h_aI_eff + i_a, b = g_bI_eff ² + h_bI_eff + i_b, c = g_cI_eff ² + h_cI_eff + i_c.(2)
Mit Hilfe der Koeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c können für jeden gewählten Soll-Effektivwert I_eff des Ausgangsstroms Polynomialkoeffizienten a, b, c bestimmt werden. Diese werden anschließen verwendet, um in Abhängigkeit von der aktuellen Eingangspannung x eine Stromkorrektur y gemäß Gleichung (1) zu bestimmen.
In den Gleichungen (1) bis (2) wurde zur Vereinfachung der Darstellung jeweils von einer quadratischen Näherung ausgegangen. Die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt. Allgemein lässt sich die Stromkorrektur y in Abhängigkeit der Eingangsspannung x des Wandlers als Polynomfunktion n-ter Ordnung mit einem ersten Satz von n + 1 Polynomialkoeffizienten k_j annähern:
Die Polynomialkoeffizienten k_j lassen sich jeweils wiederum als Polynomfunktionen des Soll-Effektivwerts I_eff des Ausgangsstroms m-ter Ordnung mittels n + 1 zweiter Sätze von Koeffizienten p_lj annähern:
Zur Vereinfachung der Darstellung wird in Gleichung (2') jeder Koeffizient k_j des ersten Satzes durch ein Polynom gleicher, nämlich m-ter Ordnung angenähert. Zur Bestimmung der Stromkorrektur y in Abhängigkeit von der Eingangsspannung x und dem Soll-Ausgangsstrom I_eff müssen somit (n + 1)·(m + 1) Koeffizienten ermittelt und gespeichert werden. In den beigefügten Zeichnungen und in der folgenden Beschreibung wird an einigen Stellen zur Vereinfachung die Schreibweise gemäß Gleichungen (1) und (2) verwendet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die dort angegebenen quadratischen Näherungen beschränkt.
Die Gleichung (2) bzw. (2') lässt sich zur Vereinfachung in die Gleichung (1) bzw. (1') einsetzen. Es ist aber, wie weiter unten noch beschrieben wird, bevorzugt, dass die Berechnung der Gleichung (1) bzw. (1') von der Vorrichtung durchgeführt wird, welche an den Wandler gekoppelt oder in diesen integriert ist, während die Berechnung der Gleichungen (2) bzw. (2') von einem Computer oder einer Programmiereinrichtung durchgeführt wird, welche den berechneten ersten Satz von Koeffizienten a, b, c; k_j in den Speicher der Vorrichtung schreibt, bevor die Vorrichtung in Betrieb genommen wird.
1 illustriert ein Verfahren, mit dessen Hilfe die zweiten Sätze von Polynomialkoeffizienten g, h, i – oder allgemeiner p_lj – bestimmt werden können.
In einem ersten Schritt 10 werden zunächst unterschiedliche Soll-Effektivwerte des Ausgangsstroms, beispielsweise fünf unterschiedliche Soll-Effektivwerte des Ausgangsstroms definiert. Diese werden zweckmäßigerweise derart definiert, dass sie den für die spätere Anwendung vorgesehenen Soll-Ausgangsstrombereich abdecken. Anschließend wird in Schritt 11 für jeden der definierten Soll-Ausgangsströme die Eingangsspannung x des Wandlers variiert, d. h. es werden bei jedem der definierten Soll-Ausgangsströme eine Reihe unterschiedlicher Eingangsspannungen x nacheinander angelegt. Als Ergebnis der Schritte 10 und 11 ergibt sich in Schritt 12 eine Tabelle, welche die Abweichung des gemessenen Ist-Ausgangsstroms von dem eingestellten Soll-Ausgangsstrom in Abhängigkeit der Eingangsspannung x für verschiedene Soll-Ausgangsströme angibt. Die in Schritt 12 ermittelte Tabelle gibt somit mit umgekehrtem Vorzeichen die Stromkorrektur y an, mit welcher ein Ist-Ausgangstrom des Wandlers korrigiert werden muss, um den gewünschten Soll-Ausgangstrom einzustellen (siehe Schritt 13). Jede der in Schritt 13 gezeigten, im Allgemeinen nichtlinearen Kurven gibt dabei die Stromkorrektur y in Abhängigkeit der Eingangsspannung x für einen festgelegten Soll-Ausgangsstrom an.
Um die in Schritt 13 ermittelten Kurven in der Vorrichtung zu speichern, werden diese mittels einer Regression in Schritt 14 angenähert. Diese Annäherung entspricht den Gleichungen (1) und (1'). Beispielsweise kann für jeden Soll-Ausgangsstrom eine erste quadratische Regression durchgeführt werden, wodurch sich die Stromkorrektur y für diesen Soll-Ausgangsstrom als quadratische Funktion der Eingangsspannung x mit einem ersten Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c ergibt. Die Polynomialkoeffizienten a, b, c des ersten Satzes sind jedoch für unterschiedliche Soll-Ausgangsströme ebenfalls unterschiedlich.
In Schritt 15 wird die Abhängigkeit jedes der Polynomialkoeffizienten a, b, c des ersten Satzes von der Eingangsspannung x separat betrachtet. In Schritt 16 wird für jeden der Polynomialkoeffizienten a, b, c eine zweite Regression durchgeführt, um die Abhängigkeit der Polynomialkoeffizienten a, b, c des ersten Satzes jeweils als Polynomialfunktion des Soll-Effektivwerts des Ausgangsstroms zu bestimmen, siehe Gleichungen (2) und (2'). Dabei ergibt sich bei einer quadratischen Regression der Polynomialkoeffizienten a, b, c in Abhängigkeit des Soll-Ausgangsstroms für jeden Koeffizienten a, b, c des ersten Satzes jeweils ein zweiter Satz mit drei Koeffizienten – g_a, h_a, i_a für den Koeffizienten a; g_b, h_b, i_b für den Koeffizienten b; g_c, h_c, i_c für den Koeffizienten c. Die zweiten Sätze von Polynomialkoeffizienten g, h, i werden in Schritt 17 in einer Computer-Applikation gespeichert. Beispielsweise ergeben sich für den Fall, dass die erste und die zweite Regression Terme bis zur zweiten Ordnung berücksichtigen, neun Polynomialkoeffizienten g, h, i, welche zu bestimmen und abzuspeichern sind.
Das in 1 gezeigte Verfahren wird einmalig bei der Entwicklung eines Wandlers ausgeführt. Die dabei ermittelten zweiten Sätze von Polynomialkoeffizienten g, h, i sind insoweit universell und werden in einer Computer-Applikation, welche beispielsweise gemeinsam mit der in den Wandler integrierten Vorrichtung als System ausgeliefert wird, gespeichert.
2 illustriert ein System gemäß einer Ausführungsform. Dabei ist zunächst ein Verfahren vorgesehen, welches auf einem Computer abläuft und das zur Stabilisierung des Ausgangsstroms einer Stromversorgung 25 genutzt werden kann. Zunächst gibt der Nutzer den gewünschten Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms ein, der in Schritt 18 von dem Computer empfangen wird. Anhand des eingegebenen Soll-Ausgangsstroms bestimmt der Computer in Schritt 20 den ersten Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c mittels der in der Computer-Applikation gespeicherten zweiten Sätze von Polynomialkoeffizienten g, h, i gemäß Gleichung (2) bzw. (2'). Die von dem Computer berechneten Polynomialkoeffizienten a, b, c sowie der Soll-Strom werden von dem Computer in Schritt 22 an den Speicher der Vorrichtung übertragen und dort gespeichert. Durch die bis zu diesem Zeitpunkt durchgeführten Verfahrensschritte sind die Koeffizienten a, b, c für einen festen Soll-Ausgangsstrom festgelegt.
Der Speicher kann sodann von dem Computer getrennt und an den Prozessor der Vorrichtung gekoppelt werden. Der Prozessor empfängt während des laufenden Betriebs des Wandlers dessen Eingangsspannung x und berechnet in Schritt 23 anhand der im Speicher gespeicherten Polynomialkoeffizienten a, b, c eine Stromkorrektur y gemäß Gleichung (1).
3 verdeutlicht den Aufbau einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Dabei weist die Vorrichtung einen Prozessor 2 auf, welcher an einen Eingang 1 der Vorrichtung zum Empfangen einer aktuellen Eingangsspannung x des Wandlers gekoppelt ist. Der Prozessor 2 ist ferner mit einem Speicher 3 gekoppelt, in welchem Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j gespeichert sind. Anhand der empfangenen Eingangsspannung x sowie der in dem Speicher 3 gespeicherten Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j berechnet der Prozessor 2 eine Stromkorrektur y, welche er über eine Verbindung an eine Leistungsstufe 4 der Vorrichtung liefert. Die Leistungsstufe 4 modifiziert den an einem weiteren Eingang 7 der Vorrichtung empfangenen Ausgangsstrom des Wandlers in Abhängigkeit der von dem Prozessor 2 empfangenen Stromkorrektur y und gibt einen stabilisierten Ausgangsstrom an dem Ausgang 6 der Vorrichtung aus.
Der Prozessor 2 und die Leistungsstufe 4 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 21 untergebracht, welches von einem Speichergehäuse 31, welches den Speicher 3 beherbergt, separat ausgebildet ist. Der Speicher 3 ist mit dem Prozessor 2 lösbar gekoppelt. Insbesondere kann zwischen dem Gehäuse 21 und dem Speichergehäuse 31 ein Stecker-Buchse-System vorgesehen sein, welches sowohl eine mechanische als auch eine elektrische Kopplung ermöglicht.
Darüber hinaus weist der Speicher 3 einen Anschluss zum Verbinden mit einem Computer 5 auf. Auf diese Weise kann vor Inbetriebnahme der Vorrichtung der Speicher 3 zunächst mit dem Computer 5 verbunden werden. Der Anwender kann sodann mittels des Computers 5 den gewünschten Soll-Ausgangsstrom des Wandlers einstellen. Der Computer berechnet in Abhängigkeit des eingegebenen Soll-Ausgangsstroms einen ersten Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j gemäß Gleichung (2) bzw. (2') und speichert diesen in den Speicher 3. Anschließend kann die Verbindung zwischen dem Speicher 3 und dem Computer 5 gelöst werden und der Speicher 3 kann an den Prozessor 2 gekoppelt werden, so dass die in dem Speicher 3 gespeicherten Koeffizienten a, b, c; k_j von dem Prozessor 2 abrufbar sind.
Modifikationen der dargestellten Ausführungsformen sind möglich. Insbesondere kann die Vorrichtung Bestandteil des Wandlers sein. Beispielsweise kann die Leistungsstufe eine Verstärkerstufe umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Leistungsstufe in eine PFC-Stufe des Wandlers integriert sein.
Bezugszeichenliste

1, 7: Eingang
2: Prozessor
21: Gehäuse
25: Stromversorgung
3: Speicher
31: Speichergehäuse
4: Leistungsstufe
5: Computer
6: Ausgang
10–18, 20, 22, 23: Verfahrensschritte

Claims

Vorrichtung zur Stabilisierung eines Effektivwertes eines Ausgangsstroms eines Wandlers, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: – einen Eingang (1) zum Empfangen einer Eingangsspannung x des Wandlers, – einen Speicher (3), in welchem ein erster Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j gespeichert ist, – einen Prozessor (2), welcher an den Eingang (1) und den Speicher (3) gekoppelt ist und dazu eingerichtet ist, eine Stromkorrektur y als Polynomialfunktion mit dem gespeicherten ersten Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j in Abhängigkeit der empfangenen Eingangsspannung x zu bestimmen, und – eine Leistungsstufe (4), welche zum Empfangen der Stromkorrektur y an den Prozessor (2) gekoppelt ist und dafür eingerichtet ist, um den Effektivwert des Ausgangsstroms in Abhängigkeit der Stromkorrektur y zu modifizieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Speicher (3) lösbar mit dem Prozessor (2) gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Speicher (3) separat von dem Prozessor (2) und der Leistungsstufe (4) in einem Speichergehäuse (31) angeordnet ist.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozessor (2) beim Bestimmen der Stromkorrektur y Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung in der Eingangsspannung x berücksichtigt.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromkorrektur y eine relative Korrektur des Effektivwerts des Ausgangsstroms angibt.
Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Speicher (3) eine Schnittstelle zum Verbinden mit einem Computer (5) aufweist.
Verfahren zum Programmieren des Speichers (3) der Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, welches Folgendes umfasst: (a) Empfangen (18) einer Angabe eines Soll-Effektivwerts I_eff eines Ausgangsstroms eines Wandlers, (b) Bestimmen (20) eines ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j als Polynomialfunktionen des Soll-Effektivwerts des Ausgangsstroms unter Verwendung vorgegebener zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c; p_lj, (c) Abspeichern (22) des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_k in dem Speicher (3).
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Polynomialfunktionen zum Bestimmen des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j Terme bis zu einer gleichen Ordnung aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei die Polynomialfunktionen zum Bestimmen des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung in dem Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms aufweisen.
Programmiereinrichtung zum Programmieren des Speichers (3) der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Programmiereinrichtung eine Schnittstelle zum Empfangen einer Angabe eines Soll-Effektivwerts eines Ausgangsstroms eines Wandlers und einen Prozessor zum Bestimmen eines ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j als Polynomialfunktionen des empfangenen Soll-Effektivwerts des Ausgangsstroms unter Verwendung vorgegebener zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c; p_lj aufweist, wobei der Prozessor mit einem an den Speicher (3) der Vorrichtung ankoppelbaren Ausgang zum Abspeichern des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j in dem Speicher (3) der Vorrichtung verbunden ist.
Verfahren zum Bestimmen zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c; p_lj, wie sie in einem der Ansprüche 7 bis 10 verwendet werden, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (a1) Einstellen (10) eines Wandlers auf einen Soll-Effektivwert I_eff eines Ausgangsstroms des Wandlers bei einer vorgegebenen Soll-Eingangsspannung, (a2) für jede einer Schar von Eingangsspannungen: (a21) Anlegen (11) der Eingangsspannung x an den Wandler, (a22) Messen (11) eines Ist-Effektivwerts des Ausgangsstroms, (a23) Bestimmen (12) einer Abweichung des gemessenen Ist-Effektivwerts des Ausgangsstroms von dem Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms, (a3) Durchführen (14) einer ersten Regression der bestimmten Abweichung in Abhängigkeit von der Eingangsspannung zum Bestimmen eines ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j, (a4) Wiederholen der Schritte (a1) bis (a3) für jeden einer Schar von Soll-Effektivwerten des Ausgangsstroms zum Bestimmen einer Schar von Polynomialkoeffizienten für jeden Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten, (a5) Durchführen (16) einer zweiten Regression für jeden Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j des ersten Satzes von Polynomialkoeffizienten in Abhängigkeit von dem Soll-Effektivwert des Ausgangsstroms zum Bestimmen eines zweiten Satzes von Polynomialkoeffizienten g, h, i; p_lk für jeden der Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j des ersten Satzes.
Verfahren zum Bestimmen zweiter Sätze von Polynomialkoeffizienten g_a, h_a, i_a, g_b, h_b, i_b, g_c, h_c, i_c; p_lj gemäß Anspruch 11, wobei die Polynomialkoeffizienten g, h, i; p_lj und a, b, c; k_j in einer Computer-Applikation gespeichert werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei bei der ersten und/oder zweiten Regression nur Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung berücksichtigt werden.
Verfahren zur Stabilisierung eines Effektivwertes eines Ausgangsstroms eines Wandlers, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (d) Bestimmen einer aktuellen Eingangsspannung x des Wandlers, (e) Bestimmen (23) einer Stromkorrektur y als Polynomialfunktion mit einem vorgegebenen ersten Satz von Polynomialkoeffizienten a, b, c; k_j, in Abhängigkeit der empfangenen Eingangsspannung x und (f) Modifizieren des Effektivwerts des Ausgangsstroms des Wandlers in Abhängigkeit der Stromkorrektur y.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die Polynomialfunktion in Schritt (e) Terme bis zur zweiten oder dritten Ordnung in der Eingangsspannung x berücksichtigt.
Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, wobei die Stromkorrektur y eine relative Korrektur des Effektivwerts des Ausgangsstroms angibt.
Verfahren, welches die Verfahrensschritte gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 und die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 14, 15 oder 16 umfasst.
Computerlesbares Medium, auf welchem Instruktionen gespeichert sind, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, 11 bis 17 durchzuführen.
System, umfassend eine Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 und ein computerlesbares Medium, auf welchem Instruktionen gespeichert sind, welche, wenn sie von einem Computer ausgeführt werden, den Computer dazu veranlassen, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9 durchzuführen.
Elektrischer Leistungswandler mit einer Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.