DE102014105863A1 - Converter circuit and method for converting an input voltage into an output voltage - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Wandlerschaltung beschrieben, die Folgendes umfasst: einen Schalterschaltkreis, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgangsspannung bereitzustellen, einen Regelungsschaltkreis, der einen analogen Regelungsanteil und einen digitalen Regelungsanteil umfasst, und einen Rauschgenerator, der dazu ausgelegt ist, weißes Rauschen zu erzeugen, wobei der Rauschgenerator dazu ausgelegt ist, das erzeugte weiße Rauschen dem digitalen Regelungsanteil des Regelungsschaltkreises zuzuführen, und wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln.A converter circuit is described, comprising: a switch circuit that is designed to provide an output voltage, a control circuit that includes an analog control component and a digital control component, and a noise generator that is designed to generate white noise, wherein the noise generator is designed to feed the generated white noise to the digital control portion of the control circuit, and wherein the control circuit is designed to control the switching circuit on the basis of the white noise.
Description
Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen Wandlerschaltungen und Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung.Various embodiments generally relate to converter circuits and methods for converting an input voltage to an output voltage.
Systemnetzgeräte, wie zum Beispiel Schaltnetzteile (SMPS, switched-mode power supplies) werden möglicherweise als Rückkopplungsschleifen implementiert, die Spannung und/oder Strom zu einer externen Last regeln. Regelschleifen werden typischerweise konservativ ausgelegt, d. h. derart, dass ein hoher Stabilitätsgrad erreicht wird. Zum Beispiel werden geschlossene Regelung und Stabilitätsspannen unterstützt, übereinstimmend mit erwarteten Betriebsbedingungsbereichen und Toleranzen bei Parametern von Lastleistungsstufen (z. B. von Induktivitäten und/oder Kondensatoren einer Leistungsstufe eines SPMS).System power supplies, such as switched-mode power supplies (SMPS), may be implemented as feedback loops that regulate voltage and / or current to an external load. Control loops are typically designed conservatively, i. H. such that a high degree of stability is achieved. For example, closed-loop control and stability margins are supported, consistent with expected operating condition ranges and tolerances on parameters of load power stages (eg, inductors and / or capacitors of a power stage of an SPMS).
Allerdings führen Nichtidealitäten von Komponenten außerhalb eines SPMS möglicherweise zu Leistungsminderung oder Stabilitätsverlusten der geschlossenen Regelschleife, wenn es maßgebliche Betriebspunktänderungen gibt, die mit Qualitätsminderung der Komponenten verknüpft sind.However, non-idealities of components outside of an SPMS may result in performance degradation or closed loop stability losses if there are significant operating point changes associated with degradation of the components.
Es wird eine Wandlerschaltung beschrieben, die Folgendes aufweist: einen Schalterschaltkreis, der dazu ausgelegt ist, eine Ausgangsspannung bereitzustellen, eine Regelungsschaltkreis, der einen analogen Regelungsanteil und einen digitalen Regelungsanteil enthält, und einen Rauschgenerator, der dazu ausgelegt ist, weißes Rauschen zu erzeugen, wobei der Rauschgenerator dazu ausgelegt ist, das erzeugte weiße Rauschen dem digitalen Regelungsanteil dem Regelungsschaltkreis zuzuführen und wobei der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt ist, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln.A converter circuit is described, comprising: a switch circuit configured to provide an output voltage; a control circuit including an analog control portion and a digital control portion, and a noise generator configured to generate white noise; the noise generator is adapted to supply the generated white noise to the digital control portion to the control circuit and wherein the control circuit is adapted to control the switch circuit based on the white noise.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln, um wenigstens eine Eigenschaft wenigstens eines der Folgenden zu bestimmen: der Last oder der Wandlerschaltung.According to various embodiments, the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise to determine at least one property of at least one of: the load or the converter circuit.
Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe zu bestimmen, die aus Folgenden besteht:
einer Induktivität eines Induktors;
einer Kapazität eines Kondensators;
einem äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators; und
einer elektrischen Eigenschaft der Last.The control circuit may be further configured to determine one or more elements of a group consisting of:
an inductance of an inductor;
a capacitance of a capacitor;
an equivalent series resistance of a capacitor; and
an electrical property of the load.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis zu regeln, um die Ausgangsspannung auf Basis eines Tastgrads bereitzustellen; und der Regelungsschaltkreis ist dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens durch Addition des erzeugten weißen Rauschens zum Tastgrad zu regeln.According to one embodiment, the control circuit is configured to control the switch circuit to provide the output voltage based on a duty cycle; and the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise by adding the generated white noise to the duty cycle.
Der Regelungsschaltkreis umfasst zum Beispiel einen Analog-Digital-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert der Ausgangsspannung aufzunehmen und einen Digitalwert bereitzustellen, der den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung angibt.The control circuit includes, for example, an analog-to-digital converter configured to receive a reading of the output voltage and provide a digital value indicative of the sensed reading of the output voltage.
Zum Beispiel ist der Analog-Digital-Wandler weiterhin dazu ausgelegt, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen, und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt. Das Abweichungssignal ist zum Beispiel möglicherweise ein Digitalwert, der die Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung spezifiziert.For example, the analog-to-digital converter is further configured to compare the sensed output voltage reading to a reference voltage and to generate a deviation signal representative of a difference between the sensed output voltage reading and the reference voltage. For example, the deviation signal may be a digital value that specifies the difference between the recorded measurement of the output voltage and the reference voltage.
Der Regelungsschaltkreis ist zum Beispiel dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zum Abweichungssignal zu addieren.The control circuit is designed, for example, to add the generated white noise to the deviation signal.
Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise dazu ausgelegt, die Referenzspannung sequentiell zu erhöhen.The control circuit may be configured to sequentially increase the reference voltage.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen PID(proportional-integral-derivative)-Regler, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis des aufgenommenen Abweichungssignals zu erzeugen.According to one embodiment, the control circuit further comprises a proportional-integral-derivative (PID) controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on the picked-up deviation signal.
Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zur PID-Ausgabe zu addieren. The control circuitry may still be configured to add the generated white noise to the PID output.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Pulsweitenmodulationsregler, der dazu ausgelegt ist, die PID-Ausgabe aufzunehmen und ein pulsweitenmoduliertes Regelungssignal zu erzeugen, das dazu ausgelegt ist, eine Leistungsstufe zu regeln, um der Last die Ausgangsspannung bereitzustellen.According to one embodiment, the control circuit further comprises a pulse width modulation controller configured to receive the PID output and to generate a pulse width modulated control signal configured to regulate a power stage to provide the output with the load.
Der Regelungsschaltkreis ist zum Beispiel möglicherweise dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zum pulsweitenmodulierten Regelungssignal zu addieren.For example, the control circuitry may be configured to add the generated white noise to the pulse width modulated control signal.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Rauschgenerator dazu ausgelegt, das weiße Rauschen unter Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers zu erzeugen.In one embodiment, the noise generator is configured to generate the white noise using a sigma-delta converter.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Rauschgenerator weiterhin dazu ausgelegt, eine Auflösung des Sigma-Delta-Wandlers zu verringern, um eine Amplitude des erzeugten weißen Rauschens zu erhöhen.In one embodiment, the noise generator is further configured to reduce a resolution of the sigma-delta converter to increase an amplitude of the generated white noise.
Der Sigma-Delta-Wandler enthält möglicherweise mehr als eine Rückkopplungsschleife. Zum Beispiel ist wenigstens eine Nullstelle des Sigma-Delta-Wandlers in der Nähe der Resonanzfrequenz der Last angeordnet.The sigma-delta converter may contain more than one feedback loop. For example, at least one zero of the sigma-delta converter is located near the resonant frequency of the load.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Analog-Digital(AD)-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert einer Ausgangsspannung an der Last aufzunehmen, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt, und der Regelungsschaltkreis ist dazu ausgelegt, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um einen oder mehrere von Folgenden zu bestimmen: die Grenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators.According to one embodiment, the control circuit further comprises an analog-to-digital (AD) converter configured to receive a measurement of an output voltage at the load, compare the sensed measurement of the output voltage to a reference voltage, and generate a deviation signal representing a difference between the sensed measurement of the output voltage and the reference voltage, and the control circuit is configured to process the deviation signal to determine one or more of: the cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor.
Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um eine spektrale Leistungsdichte zu bestimmen.The control circuitry may be further configured to process the deviation signal to determine a spectral power density.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt, eines oder mehrere von Folgenden auf Basis der bestimmten spektralen Leistungsdichte zu bestimmen: eine Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators.According to one embodiment, the control circuit is further configured to determine one or more of the following based on the determined spectral power density: a loop cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt, wenigstens einen Koeffizienten eines PID-Reglers anzupassen, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis von einem oder mehreren von Folgenden zu erzeugen: der bestimmten Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder des bestimmten äquivalenten Serienwiderstands eines Kondensators.According to one embodiment, the control circuit is further configured to adjust at least one coefficient of a PID controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on one or more of: the determined loop cutoff frequency of the control circuit or certain equivalent series resistance of a capacitor.
Weiterhin wird ein Verfahren zum Wandeln einer Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung gemäß der oben beschriebenen Wandlerschaltung bereitgestellt.Furthermore, a method is provided for converting an input voltage into an output voltage according to the converter circuit described above.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Referenzzeichen durchgängig durch die unterschiedlichen Ansichten im Allgemeinen die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, weil stattdessen der Schwerpunkt im Allgemeinen darauf gelegt wird, die Grundlagen der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben:In the drawings, like reference characters generally indicate the same parts throughout the different views. The drawings are not necessarily to scale, for the focus is generally placed upon illustrating the principles of the invention. In the following description, various embodiments of the invention will be described with reference to the following drawings:
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die zugehörigen Zeichnungen, die veranschaulichend spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung möglicherweise umgesetzt wird.The following detailed description refers to the accompanying drawings which illustrate, by way of illustration, specific details and embodiments in which the invention may be practiced.
Der Begriff „beispielhaft” wird hier in der Bedeutung „als Beispiel, Ausprägung oder der Veranschaulichung dienend” verwendet. Jede Ausführungsform oder Bauart, die hier als „beispielhaft” beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise so auszulegen, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Bauarten bevorzugt oder von Vorteil wäre.The term "exemplary" is used herein to mean "by way of example, expression or illustration." Any embodiment or type described herein as "exemplary" is not necessarily to be construed as preferred or advantageous over other embodiments or constructions.
Das Wort „über”, verwendet bezüglich eines abgeschiedenen Materials, das „über” einer Seite oder Oberfläche gebildet wird, wird hierin möglicherweise mit der Bedeutung verwendet, dass das abgeschiedene Material „direkt auf”, z. B. in direktem Kontakt mit, der besagten Seite oder Oberfläche gebildet wird. Das Wort „über”, verwendet bezüglich eines abgeschiedenen Materials, das „über” einer Seite oder Oberfläche gebildet wird, wird hierin möglicherweise mit der Bedeutung verwendet, dass das abgeschiedene Material „indirekt auf” der besagten Seite oder Oberfläche gebildet wird, mit einer oder mehreren zusätzlichen Schichten, die zwischen der besagten Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind.The word "about," as used with respect to a deposited material formed "over" a page or surface, may be used herein to mean that the deposited material is "directly on," e.g. B. in direct contact with, said side or surface is formed. The word "about," as used with respect to a deposited material formed "over" a page or surface, may be used herein to mean that the deposited material is formed "indirectly on" said side or surface, with one or more a plurality of additional layers disposed between said side or surface and the deposited material.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Wandlerschaltung mit einer Regelschleife, z. B. ein SPMS (Schaltnetzteil) bereitgestellt, die einen Generator für weißes Rauschen enthält, das die Regelschleife in einem weiten Frequenzbereich anregt. Aus der Reaktion der Regelschleife auf die Anregung werden möglicherweise Informationen über externe Komponenten, z. B. ein Ausgangsnetz, abgeleitet, die möglicherweise wiederum für eine Konfiguration der Regelschleife verwendet werden, z. B. für eine Einstellung von Reglerparametern.According to one embodiment, a converter circuit with a control loop, z. For example, an SPMS (switching power supply) is provided which includes a white noise generator that excites the control loop over a wide range of frequencies. From the response of the control loop to the excitation may be Information about external components, such as As an output network derived, which may be used in turn for a configuration of the control loop, z. B. for a setting of controller parameters.
Im Folgenden wird hier unter Bezugnahme auf
Die Wandlerschaltung
Die Wandlerschaltung
Die Wandlerschaltung ist zum Beispiel als eine Gleichspannungs-Wandlerschaltung ausgelegt, zum Beispiel als eine Schaltnetzteilschaltung.The converter circuit is designed, for example, as a DC-DC converter circuit, for example as a switching power supply circuit.
Mit anderen Worten: Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird weißes Rauschen möglicherweise in eine Regelschleife eingebracht, um das System bei verschiedenen Frequenzen anzuregen. Auf Basis der Ergebnisse dieser Anregungen werden möglicherweise Parameter ermittelt, wie zum Beispiel der ESR (equivalent series resistance, äquivalenter Serienwiderstand) und die LC-Resonanzfrequenz eines Ausgangsnetzes.In other words, according to various embodiments, white noise may be introduced into a control loop to excite the system at different frequencies. Based on the results of these suggestions, parameters may be determined, such as ESR (equivalent series resistance) and the LC resonance frequency of an output network.
Weißes Rauschen ist zum Beispiel Rauschen, das durch eine Zufallsvariable gegeben wird, deren Verteilung nur über einem Intervall, das gleich der Quantisierungsstufe ist, nicht null ist. Weißes Rauschen wird möglicherweise auch als ein Zufallssignal mit einer ebenen (konstanten) spektralen Leistungsdichte verstanden.For example, white noise is noise given by a random variable whose distribution is not zero over an interval equal to the quantization level. White noise may also be understood as a random signal with a flat (constant) spectral power density.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen enthält der Schalterschaltkreis wenigstens einen Schalttransistor.According to various embodiments, the switch circuit includes at least one switching transistor.
Zum Beispiel enthält der wenigstens eine Schalttransistor wenigstens einen Schalttransistor.For example, the at least one switching transistor includes at least one switching transistor.
Der wenigstens eine Leistungsschalttransistor enthält möglicherweise zum Beispiel wenigstens eines von Folgenden: einen Feldeffekttransistor oder einen Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode.For example, the at least one power switching transistor may include at least one of the following: a field effect transistor or an insulated gate bipolar transistor.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens zu regeln, um wenigstens eine Eigenschaft wenigstens eines der Folgenden zu bestimmen: der Last oder der Wandlerschaltung. Mit anderen Worten: Eine Eigenschaft der Last (wie zum Beispiel eine Induktivität, eine Kapazität und/oder ein äquivalenter Serienwiderstand) wird möglicherweise zum Beispiel auf Basis einer Reaktion der Wandlerschaltung auf das weiße Rauschen bestimmt, d. h. des Verhaltens der Wandlerschaltung als Reaktion auf das weiße Rauschen.According to various embodiments, the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise to determine at least one property of at least one of: the load or the converter circuit. In other words, a property of the load (such as an inductance, a capacitance, and / or an equivalent series resistance) may be determined based on, for example, a response of the converter circuit to the white noise; H. the behavior of the converter circuit in response to the white noise.
Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, eines oder mehrere Elemente aus einer Gruppe zu bestimmen, die aus Folgenden besteht:
einer Induktivität eines Induktors;
einer Kapazität eines Kondensators;
einem äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators; oder
einer elektrischen Eigenschaft der Last.The control circuit may be further configured to determine one or more elements of a group consisting of:
an inductance of an inductor;
a capacitance of a capacitor;
an equivalent series resistance of a capacitor; or
an electrical property of the load.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis zu regeln, um die Ausgangsspannung auf Basis eines Tastgrads bereitzustellen, und der Regelungsschaltkreis ist dazu ausgelegt, den Schalterschaltkreis auf Basis des weißen Rauschens durch Addition des erzeugten weißen Rauschens zum Tastgrad zu regeln. Mit anderen Worten: Das weiße Rauschen wird zum Beispiel zu einem Pulsweitenmodulationssignal addiert, auf dessen Basis die Wandlerschaltung die Ausgangsspannung gemäß Pulsweitenmodulation erzeugt.According to one embodiment, the control circuit is configured to regulate the switch circuit to provide the output voltage based on a duty cycle, and the control circuit is configured to control the switch circuit based on the white noise by adding the generated white noise to the duty cycle. In other words, the white noise is added, for example, to a pulse width modulation signal, based on which the converter circuit generates the output voltage according to pulse width modulation.
Der Regelungsschaltkreis umfasst zum Beispiel einen Analog-Digital-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert der Ausgangsspannung aufzunehmen und einen Digitalwert bereitzustellen, der den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung angibt. The control circuit includes, for example, an analog-to-digital converter configured to receive a reading of the output voltage and provide a digital value indicative of the sensed reading of the output voltage.
Zum Beispiel ist der Analog-Digital-Wandler weiterhin dazu ausgelegt, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen, und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt. Das Abweichungssignal ist zum Beispiel ein Digitalwert, der die Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung spezifiziert.For example, the analog-to-digital converter is further configured to compare the sensed output voltage reading to a reference voltage and to generate a deviation signal representative of a difference between the sensed output voltage reading and the reference voltage. The deviation signal is, for example, a digital value that specifies the difference between the recorded measured value of the output voltage and the reference voltage.
Der Regelungsschaltkreis ist zum Beispiel dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zum Abweichungssignal zu addieren. Mit anderen Worten: Es wird ein Digitalwert eines digitalen weißen Rauschens zu einem Digitalwert addiert, der eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt.The control circuit is designed, for example, to add the generated white noise to the deviation signal. In other words, a digital value of a digital white noise is added to a digital value representing a difference between the recorded measured value of the output voltage and the reference voltage.
Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise dazu ausgelegt, die Referenzspannung sequentiell zu erhöhen. Zum Beispiel wird die Referenzspannung möglicherweise stufenweise von einem Anfangswert (z. B. null) auf einen Sollwert erhöht. Dies wird möglicherweise zum Beispiel in einer Anfangsphase (z. B. einer Anlaufphase) durchgeführt.The control circuit may be configured to sequentially increase the reference voltage. For example, the reference voltage may be incrementally increased from an initial value (eg, zero) to a setpoint. For example, this may be done in an initial phase (eg, a startup phase).
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen PID-Regler, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis des aufgenommenen Abweichungssignals zu erzeugen.According to one embodiment, the control circuit further comprises a PID controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on the received deviation signal.
Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zur PID-Ausgabe zu addieren.The control circuitry may still be configured to add the generated white noise to the PID output.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Pulsweitenmodulationsregler, der dazu ausgelegt ist, die PID-Ausgabe aufzunehmen und ein pulsweitenmoduliertes Regelungssignal zu erzeugen, das dazu ausgelegt ist, eine Leistungsstufe zu regeln, um der Last die Ausgangsspannung bereitzustellen. Mit anderen Worten: Es wird zum Beispiel ein Signal vom Pulsweitenmodulationsregler (z. B. von einem digitalen Pulsweitenmodulationsbaustein) bestimmt, das eine Pulsbreite für eine Pulsweitenmodulation spezifiziert, und es wird einer Leistungsstufe zugeführt, die die Ausgangsspannung gemäß Pulsweitenmodulation auf Basis des die Pulsbreite spezifizierenden Signals erzeugt.According to one embodiment, the control circuit further comprises a pulse width modulation controller configured to receive the PID output and to generate a pulse width modulated control signal configured to regulate a power stage to provide the output with the load. In other words, for example, a signal from the pulse width modulation controller (eg, from a digital pulse width modulation module) specifying a pulse width modulation pulse width is input, and supplied to a power stage that measures the pulse width modulation output voltage based on the pulse width specifying value Signals generated.
Der Regelungsschaltkreis ist zum Beispiel möglicherweise dazu ausgelegt, das erzeugte weiße Rauschen zum pulsweitenmodulierten Regelungssignal zu addieren.For example, the control circuitry may be configured to add the generated white noise to the pulse width modulated control signal.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Rauschgenerator dazu ausgelegt, das weiße Rauschen unter Verwendung eines Sigma-Delta-Wandlers zu erzeugen.In one embodiment, the noise generator is configured to generate the white noise using a sigma-delta converter.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Rauschgenerator weiterhin dazu ausgelegt, eine Auflösung des Sigma-Delta-Wandlers zu verringern, um eine Amplitude des erzeugten weißen Rauschens zu erhöhen. Die Auflösung des Sigma-Delta-Wandlers ist zum Beispiel die Auflösung eines Ausgangsquantisierers des Sigma-Delta-Wandlers.In one embodiment, the noise generator is further configured to reduce a resolution of the sigma-delta converter to increase an amplitude of the generated white noise. The resolution of the sigma-delta converter is, for example, the resolution of an output quantizer of the sigma-delta converter.
Der Sigma-Delta-Wandler enthält möglicherweise mehr als eine Rückkopplungsschleife. Zum Beispiel ist wenigstens eine Nullstelle des Sigma-Delta-Wandlers in der Nähe der Resonanzfrequenz der Last angeordnet.The sigma-delta converter may contain more than one feedback loop. For example, at least one zero of the sigma-delta converter is located near the resonant frequency of the load.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Regelungsschaltkreis weiterhin einen Analog-Digital(AD)-Wandler, der dazu ausgelegt ist, einen Messwert einer Ausgangsspannung an der Last aufzunehmen, den aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen und ein Abweichungssignal zu erzeugen, das eine Differenz zwischen dem aufgenommenen Messwert der Ausgangsspannung und der Referenzspannung darstellt, und der Regelungsschaltkreis ist dazu ausgelegt, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um einen oder mehrere von Folgenden zu bestimmen: die Grenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators.According to one embodiment, the control circuit further comprises an analog-to-digital (AD) converter configured to receive a measurement of an output voltage at the load, compare the sensed measurement of the output voltage to a reference voltage, and generate a deviation signal representing a difference between the sensed measurement of the output voltage and the reference voltage, and the control circuit is configured to process the deviation signal to determine one or more of: the cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor.
Der Regelungsschaltkreis ist möglicherweise weiterhin dazu ausgelegt, das Abweichungssignal zu verarbeiten, um eine spektrale Leistungsdichte zu bestimmen.The control circuitry may be further configured to process the deviation signal to determine a spectral power density.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt, eines oder mehrere von Folgenden auf Basis der bestimmten spektralen Leistungsdichte zu bestimmen: eine Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder einen äquivalenten Serienwiderstand eines Kondensators. According to one embodiment, the control circuit is further configured to determine one or more of the following based on the determined spectral power density: a loop cutoff frequency of the control circuit or an equivalent series resistance of a capacitor.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Regelungsschaltkreis weiterhin dazu ausgelegt, wenigstens einen Koeffizienten eines PID-Reglers anzupassen, der dazu ausgelegt ist, das Abweichungssignal aufzunehmen und eine PID-Ausgabe auf Basis von einem oder mehreren von Folgenden zu erzeugen: der bestimmten Schleifengrenzfrequenz des Regelungsschaltkreises oder des bestimmten äquivalenten Serienwiderstands eines Kondensators. Mit anderen Worten: Auf Basis des Ergebnisses der Bestimmung passt der Regelungsschaltkreis möglicherweise einen oder mehrere Parameter des PID-Reglers an.According to one embodiment, the control circuit is further configured to adjust at least one coefficient of a PID controller configured to receive the deviation signal and generate a PID output based on one or more of: the determined loop cutoff frequency of the control circuit or certain equivalent series resistance of a capacitor. In other words, based on the result of the determination, the control circuit may adjust one or more parameters of the PID controller.
Die Wandlerschaltung
Das Flussdiagramm
In
In
In
Es sei angemerkt, dass die im Kontext der Wandlerschaltung
Im Folgenden werden Ausführungsformen ausführlicher beschrieben werden. Es sei angemerkt, dass die verschiedenen, im Folgenden beschriebenen Konzepte möglicherweise zusammen oder getrennt verwendet werden.Hereinafter, embodiments will be described in more detail. It should be noted that the various concepts described below may be used together or separately.
Das SMPS
Ein Ausgangsnetz enthält einen Induktor
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird möglicherweise weißes Rauschen v(n) addiert, das alle Frequenzen der Ausgangsstufe anregt (d. h. der Stufe, die die Leistungsstufe
Analog zum SPMS
Die Addition des weißen Rauschens erfolgt zum Beispiel möglicherweise auf verschiedene Arten. Die Verwendung eines Delta-Sigma(ΔΣ)-Modulators zweiter oder höherer Ordnung in einer Abweichungsrückkopplungs-Konfiguration wird in
Die Additionsschaltung
Das Eingangssignal der Additionsschaltung
Sein Eingang ist die Differenz (erzeugt von einem Subtrahierer
Die erste Anordnung
Gleichermaßen wird die zweite Anordnung
In der ersten Anordnung führt ein ΔΣ-Baustein
In der zweiten Anordnung
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine geringe Rauschleistung addiert, z. B. von der Additionsschaltung
In einer ΔΣ-Umsetzungsform außerhalb der Schleife (z. B. wie in der ersten Anordnung
Unter Berücksichtigung der Delta-Sigma-Umsetzungsform in der Schleife (wie in der zweiten Anordnung
Hier kann der Parameter „Rauschen” 1-NTF[n] betragen. Es sei angemerkt, dass die Varianz des Signals e[n] und/oder dpid[n] möglicherweise viel größer als die Varianz des Quantisierers des ΔΣ-Bausteins ist. Das PID-Signal (d. h. das Ausgangssignal des PID-Bausteins
Sowohl der DPWM
Unter Berücksichtigung, dass der DPWM möglicherweise hauptsächlich als ein einstufiger Zähler von 1 bis 2^N arbeitet, wird der Ausdruck für das Rauschen möglicherweise unter Berücksichtigung von VFS = 2^N vereinfacht, denn:
In dem durch die erste Anordnung
Der durch die zweite Anordnung
Das Erweitern der Ausgabe des ΔΣ-Bausteins
Während der Schleifenkompensationsphase ist der Rausch-Term (∥2a – 1∥) null, weil der DPWM- und der ΔΣ-Baustein in dieser Ausführungsform die gleiche Auflösung aufweisen. Unter dieser Bedingung wird die gemittelte Auflösung der Ausgangsspannung möglicherweise durch den ΔΣ-Baustein mit einem Prozess verbessert, der sich aus Dithering, Oversampling und Filtern zusammensetzt. Das Filtern erfolgt möglicherweise durch den Ausgangsfilter, der eine Abwärtswandler-Leistungsausgabe bildet. Das Dithering wird möglicherweise als die Rauschaufschaltung betrachtet; während eines Identifizierungsprozesses wird diese Komponente möglicherweise unter Herabsetzen der ΔΣ-Auflösung in Bezug auf die Auflösung des DPWM inkrementiert.During the loop compensation phase , the noise term (∥2 a - 1∥) is zero because the DPWM and ΔΣ devices have the same resolution in this embodiment. Under this condition, the averaged resolution of the output voltage may be improved by the ΔΣ device with a process composed of dithering, oversampling, and filtering. The filtering may be through the output filter, which forms a buck converter power output. Dithering may be considered as the noise intrusion; During an identification process, this component may be incremented by decreasing the ΔΣ resolution with respect to the resolution of the DPWM.
Falls zum Beispiel Rauschen eingebracht werden soll, die Amplitude der Ausgangsspannung im eingeschwungenen Zustand aber begrenzt werden soll, setzt eine Regelungs-/Verarbeitungsschaltung (z. B. der Zustandsautomat
Der Ansatz mit einem ΔΣ-Baustein in der Schleife gestattet ebenso, die Rauschleistung unter Berücksichtigung unterschiedlicher NTF(z)-Konfigurationen zu beeinflussen. Ein Rauschformerfilter des ΔΣ-Bausteins (z. B. entsprechend dem 1-NTF-Baustein
Unter Berücksichtigung von fSW als der Schaltfrequenz, f0 als der Ausgangsresonanzfrequenz, ergibt sich K1 mit: Considering f SW as the switching frequency, f 0 as the output resonant frequency, K 1 results with:
Veranschaulichend wird möglicherweise ein zweistufiger Ansatz verwendet: Zuerst wird f0 bestimmt (z. B. durch eine Regelungs-/Verarbeitungsschaltung) und dann der ESR, und der bestimmte ESR wird in der Regelschleife (z. B. durch die Regelungs-/Verarbeitungsschaltung) kompensiert.Illustratively, a two-step approach may be used: first, f 0 is determined (eg, by a control / processing circuit) and then the ESR, and the particular ESR is looped in the control loop (eg, by the control / processing circuitry) compensated.
Mit K1 = 1 wird die NTF eine normale NTF dritter Ordnung ohne In-Band Nullstellen. In der oben genannten Formel für K1 stellt der Ausdruck A einen Skalierungsfaktor dar, der es gestattet, die In-Band Nullstellenposition in Bezug auf die Resonanzfrequenz einzustellen. Unter Festlegung der N-ten Ordnung des ΔΣ könnte die Anzahl der In-Band Nullstellen von 0 bis N/2, wenn die Ordnung gerade ist, oder bis (N – 1)/2, wenn die Ordnung ungerade ist, laufen. Zum Beispiel könnte eine NTF 5. Ordnung 0 oder 1 oder 2 In-Band Nullstellen aufweisen, und eine NTF 6. Ordnung könnte 0 oder 1 oder 2 oder 3 In-Band-Nullstellen aufweisen. Wenn Nullstelle(n) für die ESR-Identifizierung verwendet werden, sind sie möglicherweise über die Frequenz verteilt.With K 1 = 1, the NTF becomes a normal third order NTF without in-band zeros. In the above formula for K 1 , the expression A represents a scaling factor that allows to set the in-band zero position with respect to the resonance frequency. Assuming the Nth order of ΔΣ, the number of in-band zeros could range from 0 to N / 2 when the order is even or to (N-1) / 2 when the order is odd. For example, a 5th order NTF could have 0 or 1 or 2 in-band zeroes, and a 6th order NTF could have 0 or 1 or 2 or 3 in-band zeros. If zero (s) are used for ESR identification, they may be spread over the frequency.
Im Fall von zum Beispiel drei In-Band Nullstellen wird möglicherweise eine oberhalb der Resonanzfrequenz gelegt, um die Rauschaufschaltung bei dieser Frequenz zu begrenzen, um dann zu versuchen, einen spezifizierten Bereich von Frequenzen anzuregen, in dem höhere Auflösung erwünscht ist. Dies geschieht möglicherweise insbesondere, wenn nach dem ESR-Beitrag gesucht wird.For example, in the case of three in-band zeroes, one may be placed above the resonant frequency to limit the noise overhead at that frequency and then try to excite a specified range of frequencies where higher resolution is desired. This may happen in particular when searching for the ESR contribution.
Parameterermittlung erfolgt möglicherweise durch den Digitalsignalverarbeitungsbaustein
Vor irgendwelchen Algorithmen zur Verarbeitung führt der Digitalsignalverarbeitungsbaustein
Zum Beispiel beinhalten vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein
- – Downsampling. Unter Aufnahme einer Abtastung aller N wird die maximal betrachtete Frequenz um
einen Faktor von 1/N reduziert. - – Fensterung. Zum Beispiel wird ein Blackman-Fenster w(n) in Betracht gezogen:
w(n)= a0 – a1cos( 2πn / N-1) + a2cos( 4πn / N-1) 1-α / 2 1 / 2 α / 2
- - Downsampling. Taking a sample of all N, the maximum frequency considered is reduced by a factor of 1 / N.
- - Windowing. For example, a Blackman window w (n) is considered:
w (n) = a 0 -a 1 cos (2πn / N-1) + a 2 cos (4πn / N-1) 1-α / 2 1/2 α / 2
Der gefensterte Ergebnisvektor ergibt sich als:
Die Fensterung im Zeitbereich erfolgt möglicherweise durch den Digitalsignalverarbeitungsbaustein
- – Korrelation. Möglicherweise wird ein
Korrelationsalgorithmus vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 sowohl zur Signalbereinigung (Vektoren im Zeitbereich und Frequenzraum) als auch zur PSD-Analyse verwendet.
- - correlation. It may become a correlation algorithm from the digital
signal processing chip 408 used both for signal pruning (vectors in the time domain and frequency domain) and for PSD analysis.
Die zeitliche Aufzeichnung e(n) könnte vor dem Downsampling und/oder der Fensterung liegen. Unter Berücksichtigung der FFT des autokorrelierten Vektors wird die PSD möglicherweise wie folgt gewonnen: The time record e (n) could be before downsampling and / or windowing. Considering the FFT of the autocorrelated vector, the PSD may be obtained as follows:
Die PSD könnte auch als Produkt der Abweichung und ihrer eigenen komplex Konjugierten ausgewertet werden:
Bevor die FFT angewendet wird, führt der Digitalsignalverarbeitungsbaustein
Die vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein
- – Filtern. Um einen Vektor zu bereinigen (z. B. den Vektor e[n] oder das Ergebnis der Verarbeitung dieses Vektors) filtert der
Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 ihn möglicherweise im Frequenzraum mit einem TP(Tiefpass)-, einem HP(Hochpass)- oder einem BP(Bandpass)-Filter. Der Vektor, der gefiltert wird, ist zum Beispiel möglicherweise das Ergebnis einer FFT- oder einer PSD-Analyse. In beiden Fällen wird das Mittelnmöglicherweise vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 vor oder nach dem Filtern vorgenommen. Vor dem Verarbeiten des Vektors wird er möglicherweise downgesampelt. Während der ESR-Identifizierung wird die Filterungsverarbeitung möglicherweise verwertet, indem die Grenzfrequenz gemäß der bereits geschätzten Resonanzfrequenz eingestellt wird. Vektoren, die dem Mitteln unterzogen werden, sind allesamt Datenaufzeichnungen unter Berücksichtigung des Frequenzraums, diemöglicherweise vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein 408 vor der Verarbeitung gemittelt werden.
- - Filter. To clean up a vector (eg, the vector e [n] or the result of processing this vector) the digital signal processing chip filters
408 it may be in frequency space with a TP (low pass), HP (high pass) or BP (bandpass) filter. For example, the vector being filtered may be the result of FFT or PSD analysis. In either case, the means may be handled by the digitalsignal processing module 408 made before or after filtering. It may be down sampled before processing the vector. During ESR identification, filtering processing may be exploited by adjusting the cutoff frequency according to the already estimated resonant frequency. Vectors subjected to averaging are all data records in consideration of the frequency space possibly occupied by the digitalsignal processing chip 408 be averaged before processing.
HP-Filter: Zum Beispiel wird möglicherweise ein Hochpass-Filter erster Ordnung vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein
TP-Filter: Zum Beispiel wird möglicherweise ein Tiefpass-Filter erster Ordnung vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein
BP-Filter: Bandpassfiltern erfolgt möglicherweise durch Vermischen von HP- und TP-Filterstrukturen.BP Filter: Bandpass filtering may be done by mixing HP and TP filter structures.
Der TS-Faktor steht in Beziehung zum Downsampling-Faktor. Die Daten werden bei der Schaltfrequenz fSW des Systems (z. B. des SPMS
- – Mitteln. Unter Berücksichtigung von Datenaufzeichnungen im Frequenzraum wird möglicherweise ein Prozess des Mittelns eines einzelnen Vektors (z. B. e[n] oder einer verarbeiteten Version von e[n]) oder von zwei oder mehr Vektoren verwendet. Zum Beispiel wird möglicherweise ein Vektor im Frequenzraum gemittelt. Dies erfolgt möglicherweise zum Beispiel vor dem Filtern.
- - funds. Considering data records in frequency space, a process of averaging a single vector (e.g., e [n] or a processed version of e [n]) or two or more vectors may be used. For example, a vector may be averaged in frequency space. For example, this may be done before filtering.
Der oben unter Bezugnahme auf
Weiterhin muss das System gemäß den oben genannten Ansätzen nicht in die Nähe von instabilen Zuständen gebracht werden. Weiterhin wird der PID-Regler
Es sei angemerkt, dass Auflösungsprobleme in einem nicht parametrischen Identifizierungsansatz, wie auf Basis der PRBS (als nicht parametrisch werden alle Ansätze betrachtet, die versuchen, jede Impulsantwort des Systems zu ermitteln), es typischerweise nicht gestatten, das mögliche Vorhandensein der vom ESR eingebrachten Nullstelle zu identifizieren.It should be noted that resolution problems in a non-parametric identification approach, such as based on the PRBS (considered non-parametric, all approaches attempting to detect each impulse response of the system) typically do not allow for the possible presence of the zero introduced by the ESR to identify.
Gemäß den oben beschriebenen Ansätzen wird der ESR möglicherweise insbesondere durch Arbeiten mit PSD-Analyse unter Verarbeitung des Abweichungsvektors e[n] (der downgesampelt und/oder gefenstert werden könnte) durch Autokorrelation identifiziert. Der gewonnene Vektor zeigt typischerweise eine zweiten Spitze (wobei die erste Spitze der Resonanzfrequenz entspricht). In particular, according to the approaches described above, the ESR may be identified by autocorrelation by working with PSD analysis processing the deviation vector e [n] (which could be downsampled and / or windowed). The recovered vector typically exhibits a second peak (where the first peak corresponds to the resonant frequency).
Das Mitteln und/oder Filtern von zeitlichen Datenaufzeichnungen im Frequenzraum hilft bei der Bereinigung des Signals für die Parameterermittlung. Die Ergebnisse dieser weiteren Verarbeitung sind möglicherweise während der Identifizierung des ESR nützlich. Nach der Resonanzfrequenz verringert sich die Verstärkung des Systems möglicherweise schnell in der Frequenz, so dass der ESR-Beitrag sehr schwierig zu ermitteln sein könnte. In diesem Fall wird möglicherweise eine NTF mit In-Band Nullstellen (die das Einbringen von Rauschen im interessierenden Frequenzbereich bündeln) verwendet, die mit einer numerischen Filterung und/oder Mittelung verknüpft wird, um das Signal im Frequenzraum zu bereinigen. Die Auflösung der Datenverarbeitung wird möglicherweise aus dem Zeitbereich heraus unter Berücksichtigung von Verarbeitungsalgorithmen zum Downsampling, zur Fensterung und/oder zur Autokorrelation verbessert.The averaging and / or filtering of temporal data records in frequency space helps to clean up the signal for parameter determination. The results of this further processing may be useful during the identification of the ESR. After the resonance frequency, the gain of the system may rapidly decrease in frequency, so that the ESR contribution could be very difficult to detect. In this case, an NTF may be used with in-band zeros (which focus the introduction of noise in the frequency range of interest) associated with numerical filtering and / or averaging to clean up the signal in frequency space. The resolution of the data processing may be improved out of the time domain, taking into account processing algorithms for downsampling, windowing and / or autocorrelation.
Auch unter direktem Verarbeiten der Datenaufzeichnung e[n] mit einem FFT-Ergebnis könnte ein hoher Wert des ESR vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein
Eine andere Betrachtung in Hinsicht auf die ESR-Ermittlung ist, dass, nachdem die Resonanzfrequenz bekannt ist, die ΔΣ-Konfiguration durch eine Regelungs-/Verarbeitungsschaltung (z. B. durch den Digitalsignalverarbeitungsbaustein
Eine andere Stufe, die hinzugefügt werden kann oder die anstelle des zweiten Teils verwendet werden kann, um ESR-Einfluss herauszufinden, ist die Analyse der Spektralleistung, die sich mit der Bandbreite erhöht.Another level that can be added or used instead of the second part to find ESR influence is the analysis of spectral power, which increases with bandwidth.
Bei einem Signal x[n] wird die Spektralleistung definiert als:
Das bedeutet, dass es durch Berechnen mittels Signalverarbeitung der Spektralleistung von e[n] für ein gegebenes System möglich ist, die Bandbreite auszuwerten und zu berechnen. Im Fall, dass die ESR-Nullstellenfrequenz nahe an wo liegt, erhöht sich die Bandbreite. Dies kann über die Spektralleistung herausgefunden werden, und diese Information kann verwendet werden, um den System-Kompensationskoeffizienten anzupassen.That is, by computing by means of signal processing the spectral power of e [n] for a given system, it is possible to evaluate and calculate the bandwidth. In case the ESR zero frequency is close to where, the bandwidth increases. This can be found out about the spectral power, and this information can be used to adjust the system compensation coefficient.
Eine andere Stufe, die hinzugefügt werden kann oder die vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein
Das Spannungskurvenbild
Die Ausgangsspannung Vout, die sich in diesem Fall ergibt, kann verarbeitet werden, z. B. vom Digitalsignalverarbeitungsbaustein
Zum Beispiel wird dieser Ansatz nur während des Anlaufens verwendet. Er kann zum Beispiel von einer Regelungs-/Verarbeitungsschaltung als eine erste Schätzung verwendet werden, und schließlich können die anderen Ansätze, wie sie oben beschrieben werden, verwendet werden, um auch den ESR herauszufinden und Systemänderungen während der Systemlaufzeit zu verfolgen (d. h. im Fall von niedrigen Temperaturen erhöht sich bei manchen Kondensatortypen der ESR um 1–2 Größenordnungen). For example, this approach is used only during startup. For example, it may be used by a control / processing circuit as a first estimate and, finally, the other approaches described above may be used to also discover the ESR and track system changes during system run time (ie in the case of low temperatures increase by 1-2 orders of magnitude for some ESR capacitor types).
Gemäß einer Ausführungsform wird zusammenfassend eines oder mehrere der Folgenden ausgeführt:
- 1. Weißes Rauschen wird aufgeschaltet, indem es zum d[n]-Wert addiert wird.
- 2. Das Rauschen wird im normalen Betrieb und bei geschlossener Regelschleife aufgeschaltet, ohne das Frequenzverhalten des geschlossenen Regelschleifensystems zu ändern.
- 3. ΔΣ wird verwendet, um Rauschen gemäß der ersten Anordnung
601 oder der zweiten Anordnung602 zu erzeugen. - 4. Gemäß der zweiten Anordnung wird die ΔΣ-Auflösung verringert, um die Rauschamplitude zu erhöhen.
- 5. ΔΣ einer Ordnung > 2 wird verwendet, um die Nullstellen etwa bei wo zu platzieren und die Frequenz um die ESR-Nullstellenfrequenz hervorzuheben.
- 6. Das oben Genannte (
Punkte 1 bis 5) wird kombiniert, und durch Anwenden von Signalverarbeitung auf den gespeicherten e[n]-Vektor werden wo und/oder die ESR-Nullstellenfrequenz ermittelt, und diese Informationen werden verwendet, um den PID-Koeffizienten anzupassen. - 7. Das oben Genannte (
Punkte 1 bis 5) wird kombiniert, und durch Anwenden von Signalverarbeitung auf den gespeicherten e[n]-Vektor wird die spektrale Leistungsdichte berechnet, und die Schleifengrenzfrequenz und die ESR-Nullstelleneffekt werden geschätzt. - 8. Beim Anlauf wird die Referenzspannung stufenweise erhöht, und die e[n]-Sprungantwort wird analysiert.
- 9. Punkt 8 wird mit allen oder einem Teil der Punkte 1
bis 4 kombiniert.
- 1. White noise is switched on by adding it to the d [n] value.
- 2. The noise is switched on in normal operation and with the control loop closed, without changing the frequency response of the closed loop control system.
- 3. ΔΣ is used to generate noise according to the
first arrangement 601 or thesecond arrangement 602 to create. - 4. According to the second arrangement, the ΔΣ resolution is reduced to increase the noise amplitude.
- 5. ΔΣ of order> 2 is used to place the zeroes at about where and highlight the frequency around the ESR zero frequency.
- 6. The above (
points 1 to 5) is combined, and by applying signal processing to the stored e [n] vector, where and / or the ESR zero frequency are determined, and this information is used to obtain the PID coefficient adapt. - 7. The above (
items 1 to 5) is combined, and by applying signal processing to the stored e [n] vector, the spectral power density is calculated, and the loop cutoff frequency and the ESR nulling effect are estimated. - 8. At startup, the reference voltage is incrementally increased and the e [n] jump response is analyzed.
- 9. Point 8 is combined with all or part of
points 1 to 4.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen werden Ansätze verwendet, die möglicherweise hauptsächlich so angesehen werden, dass sie eine Art von parametrischem Identifizierungsprozess enthalten, weil sie sich auf die Ermittlung von Lastcharakteristika, wie zum Beispiel Resonanzfrequenz, ESR und Bandbreite, konzentrieren. Beim Aufschalten einer geringen Rauschleistung liegen die Systemergebnisse weit von Instabilität entfernt, und Lastfrequenzen werden mehr stimuliert. Die Ausgangsfilterantwort könnte aus der Abweichung ermittelt werden, die durch die digitale Regelschleife beeinflusst wird: Das addierte Rauschen könnte als nahe an einem idealen weißen Rauschen betrachtet werden.According to various embodiments, approaches may be considered that may be primarily considered to contain some sort of parametric identification process because they focus on determining load characteristics such as resonant frequency, ESR, and bandwidth. When a low noise power is applied, the system results are far from instable and load frequencies are more stimulated. The output filter response could be determined from the deviation affected by the digital control loop: the added noise could be considered close to ideal white noise.
Die DPWM könnte als eine Trunkierungsfunktion betrachtet werden. Beim Fehlen eines ΔΣ-Bausteins wird dieses Rauschen möglicherweise innerhalb der Regelschleife addiert. Diese Art von Rauschen steht möglicherweise in Beziehung zur LSB-Trunkierung. Es liegt möglicherweise sehr nahe an der Resonanzfrequenz und bewirkt eine Ringoszillation, deren Amplitude normalerweise umso größer ist, je näher ihre Frequenzergebnisse an der Resonanzfrequenz liegen. In einer digitalen Regelschleife oversampelt der ΔΣ-Baustein (mit der gleichen Auflösung wie der DPWM) typischerweise diese Abweichung, weil die Ringoszillationsfrequenz notwendigerweise geringer als die Frequenz ist, mit der die Abweichung verarbeitet wird (welches die Schaltfrequenz ist). Dieser Prozess bewirkt typischerweise, dass die LSB(least significant bit, niederwertigstes Bit)-Trunkierung im Mittel nicht immer die gleiche ist. Somit weist die Ringoszillation eine andere Frequenzkomponente auf.The DPWM could be considered as a truncation function. In the absence of a ΔΣ block, this noise may be added within the control loop. This type of noise may be related to LSB truncation. It may be very close to the resonant frequency and cause ring oscillation, the amplitude of which is normally greater the closer its frequency results are to the resonant frequency. In a digital control loop, the ΔΣ (with the same resolution as the DPWM) typically oversubssteps this deviation because the ring oscillation frequency is necessarily less than the frequency at which the deviation is processed (which is the switching frequency). This process typically causes the LSB (least significant bit) truncation to not always be the same on average. Thus, ring oscillation has a different frequency component.
Wenn eine Rauschquelle eingebracht wird, wird die LSB-Trunkierung zufällig, was einen großen Bereich von Lastfrequenzen stimuliert, die in der AD-Wandler-Ausgabe des AD-Wandlers
Die aufgeschaltete Rauschleistung wird möglicherweise so gewählt, dass sie nicht zu groß ist, damit sie das System nicht in besondere Zustände bringt, die weit entfernt vom normalen Verhalten und nahe am instabilen Zustand der Schleife liegen. Die Schleifenkonfiguration und das hauptsächliche Verhalten bleiben ähnlich wie bei einer normalen Regelungslaufzeit. Das addierte Rauschen erhöht das Ausgangsrauschen.The applied noise power may be chosen so that it is not too large so that it does not bring the system into special states that are far from normal behavior and close to the unstable state of the loop. The loop configuration and the main behavior remain similar to a normal control runtime. The added noise increases the output noise.
Die oben beschriebenen Ansätze unterbrechen die Schleife nicht, indem sie dem Signalpfad irgendeine Verzögerung hinzufügen. Es wird möglicherweise die gleiche Hardware verwendet, die verwertet werden könnte, um die mittlere Auflösung während des Arbeitens im eingeschwungenen Zustand zu verbessern.The approaches described above do not break the loop by adding any delay to the signal path. It may use the same hardware that could be used to improve the average resolution while working in the steady state.
In der Digitalschleife, die gemäß einer Ausführungsform verwendet wird, wie sie unter Bezugnahme auf
Beim Arbeiten mit einem ΔΣ-Modell in der Schleife (wie es durch die zweite Anordnung
Ausführungsformen werden möglicherweise so angesehen, dass sie sich auch auf die Identifizierung von Nichtidealitäten konzentrieren, die die Stabilität des Systems beeinflussen könnten. Das wichtigste nicht ideale Phänomen stellt der äquivalente Serienwiderstand (ESR) dar, der eine Nullstelle in der Übertragungsfunktion der geschlossenen Regelschleife hinzufügt. Dieses Problem einer weiteren Nullstelle steht in Beziehung zu ihrer Position: Das Frequenzverhalten des Systems könnte sich stark ändern, falls sich ergibt, dass sie nahe oder sogar innerhalb der Bandbreite des Systems liegt. Der ESR wird möglicherweise einfach über die PSD ermittelt (häufig gibt es in der PSD zwei Spitzen, die höhere etwa bei der Resonanzfrequenz und die zweite in Beziehung zur eingebrachten Nullstelle).Embodiments may be considered to also focus on the identification of non-ideals that could affect the stability of the system. The most important non-ideal phenomenon is the equivalent series resistance (ESR), which adds a zero in the closed-loop transfer function. This problem of another zero is related to its position: the frequency response of the system could change dramatically if it turns out to be close to or even within the bandwidth of the system. The ESR may be easily determined from the PSD (often there are two peaks in the PSD, the higher at about the resonant frequency and the second in relation to the zero introduced).
In einem zweistufigen Ansatz wird die Rauschaufschaltung möglicherweise zuerst auf die Frequenzen vor und zweitens auf die Frequenzen hinter der Resonanzfrequenz gebündelt. Das aufgeschaltete Rauschen kann durch Beeinflussen der NTF gelenkt werden: Die Rausch-Übertragungsfunktion (NTF, noise transfer function) kann einfach ein Hochpassfiltern des Rauschens (Rauschformung) sein, so dass dies möglicherweise auf Basis sowohl der Ordnung als auch der Struktur der NTF erfolgt. Auf Basis der Ordnung der NTF bedeutet auf Basis des Kompromisses zwischen der Rauschleistung, die bei niedrigen, und der Rauschleistung, die bei mittelhohen Frequenzen aufgeschaltet wird. Auf Basis der NTF-Struktur bedeutet, dass es möglich ist, einige In-Band Nullstellen hinzuzufügen, um die Aufschaltung des Rauschens bei besonderen Frequenzen zu vermeiden (Erhöhen der Anzahl der Nullstellen erhöht auch die Ordnung der NTF).In a two-step approach, noise injection may be focused first on the frequencies before and secondly on the frequencies behind the resonance frequency. The switched noise can be controlled by affecting the NTF: The noise transfer function (NTF) can simply be a high pass filtering of noise (noise shaping), possibly based on both the order and structure of the NTF. Based on the order of the NTF means on the basis of the trade-off between the noise power, at low, and the noise power, which is switched on at medium high frequencies. On the basis of the NTF structure, it means that it is possible to add some in-band zeros in order to avoid introducing noises at particular frequencies (increasing the number of zeros also increases the order of the NTF).
In der PSD-Analyse gibt es eine Spitze, die in Beziehung zur Resonanzfrequenz steht. Falls zum Beispiel ein NTF dritter Ordnung unter Hinzufügen einer Nullstelle sehr nahe an den Resonanzfrequenzen modifiziert wird, kann sie die relative Spitze aufgrund des ESR-Nullstelleneffekts anregen. Es wird möglicherweise ein zweistufiger Ansatz verwendet, weil die Position der zweiten Nullstelle in Beziehung zur Resonanzfrequenz steht, die normalerweise den Hauptbeitrag aufweist, und weil sie den ESR-Beitrag verdecken kann.In PSD analysis, there is a peak related to the resonance frequency. For example, if a third-order NTF is modified with the addition of a zero very close to the resonance frequencies, it can excite the relative peak due to the ESR nulling effect. A two-step approach may be used because the position of the second zero is related to the resonant frequency, which is usually the major contributor, and because it can obscure the ESR contribution.
Die Parameterermittlung erfolgt möglicherweise durch Signalverarbeitungsalgorithmen für die aufgezeichnete ADC-Abweichungsausgabe, die einfach ein digitalisierter Ausdruck der skalierten Ausgangsspannung Vout ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen steht der Signalverarbeitungsprozess hauptsächlich in Beziehung zur PSD-Analyse. Vor der FFT wird möglicherweise eine Autokorrelation der zeitlichen Aufzeichnung durchgeführt. Die autokorrelierte zeitliche Aufzeichnung könnte stattfinden, bevor sie downgesampelt und/oder gefenstert wird, um den Hochfrequenzgehalt zu reduzieren und die Signalverarbeitungs-Hardware zu reduzieren. Um rauschärmere Ergebnisse nach der FFT zu erlangen, ist es möglich, das aus der FFT resultierende Signal durch Mittelung und/oder Filtern zu bereinigen. Die Parameterermittlung ist möglicherweise einfach und besteht möglicherweise einfach aus dem Suchen nach den absoluten und/oder relativen Maxima in den verarbeiteten Daten: Normalerweise wird, unter Berücksichtigung von PSD und/oder FFT (die im Frequenzraum gemittelt und/oder gefiltert, im Zeitbereich gefenstert und/oder downgesampelt werden könnten), die Resonanzfrequenz möglicherweise als das absolute Maximum ermittelt und – falls vorhanden – die Position der ESR-Frequenz als zweite Spitze.The parameter determination may be performed by the recorded ADC deviation output signal processing algorithms, which is simply a digitized expression of the scaled output voltage Vout. According to various embodiments, the signal processing process is primarily related to PSD analysis. Before the FFT, an autocorrelation of the time recording may be performed. The autocorrelated timing could take place before being downsampled and / or windowed to reduce the high frequency content and reduce the signal processing hardware. In order to obtain lower-noise results after the FFT, it is possible to correct the signal resulting from the FFT by averaging and / or filtering. The parameter determination may be simple and may simply be based on searching for the absolute and / or relative maxima in the processed data: Normally, considering the PSD and / or FFT (averaged and / or filtered in frequency space, the time domain is windowed and / or downsampled), the resonant frequency may be determined as the absolute maximum and, if present, the position of the ESR frequency as the second peak.
Nach der Parameterermittlung werden die PID-Parameter möglicherweise angepasst, um ein gut geregeltes System zu gewinnen, das mit Vorgaben für die geschlossene Regelschleife (Bandbreite und Phasenrand) zusammenpasst.After parameter discovery, the PID parameters may be adjusted to produce a well-controlled system that complies with closed loop (bandwidth and phase margin) constraints.
Ansätze auf Basis von Rauschaufschaltung könnten mit einem Verfahren der Identifizierung beim Anlaufen kombiniert werden. Die Referenzspannung (Vref) soll der am Ausgang des SMPS benötigte Spannungspegel sein. Falls eine Referenzspannung mit einer stufenweisen Entwicklung betrachtet wird, wird die digitalisierte Systemsprungantwort möglicherweise aufgezeichnet, indem die AD-Wandler-Ausgabe aufgezeichnet wird. Die Sprungantwort ist mathematisch mit der Impulsantwort des Systems verknüpft. Unter Verarbeiten der AD-Wandler-Ausgabe, wie oben beschrieben wurde, wird möglicherweise die Resonanzfrequenz (Maximum der FFT und/oder der PSD) und schließlich der ESR (als eine zweite Spitze) bestimmt. Auch modifiziert dieser Ansatz nicht die digitale Regelschleife, und es könnte in Betracht gezogen werden, dass er während einer normalen Laufzeit arbeitet: Eine sich stufenweise entwickelnde Vref ist ein realistisches Verhalten während des Sanft-Anlaufs des Systems.Ripple-based approaches may be combined with a start-up identification method. The reference voltage (Vref) should be the voltage level required at the output of the SMPS. If a reference voltage having a stepwise development is considered, the digitized system hop response may be recorded by recording the AD converter output becomes. The step response is mathematically linked to the impulse response of the system. By processing the AD converter output as described above, the resonance frequency (maximum of the FFT and / or the PSD) and finally the ESR (as a second peak) may be determined. Also, this approach does not modify the digital control loop, and it could be considered to work during a normal runtime: A stepwise evolving Vref is a realistic behavior during soft start of the system.
Der Ansatz gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird in
Im Zustandsdiagramm
In dem Fall, dass der Identifizierungsprozess auf dem Vorhandensein eines ΔΣ in der Schleife als Rauschquelle basiert (wie in der zweiten Anordnung
Wenn das System eingeschaltet wird, geht es vom Zustand IDLE
Unter Berücksichtigung eines Identifizierungsprozesses, der Analyse im eingeschwungenen Zustand und beim Anlaufen kombiniert, ist der Istzustand des Systems der Zustand WAIT-STEP
Nach der Parameterermittlung läuft das System in einen Zustand PID-COMP
Falls entschieden wird, dass der durchzuführende Identifizierungsprozess nur während des eingeschwungenen Zustands des Systems umgesetzt werden soll, läuft das System möglicherweise nach dem Zustand START-UP
Das oben Genannte beschreibt die erste Identifizierungsschleife, die entweder Identifizierung beim Anlaufen oder Identifizierung im eingeschwungenen Zustand in Betracht zieht. The above describes the first identification loop, which considers either identification at start-up or identification in the steady state.
Zusammenfassend setzt sich diese erste Identifizierungsschleife im Fall von Identifizierung beim Anlaufen aus den folgenden Zuständen zusammen:
IDLE → START-UP → WAIT-STEP → ADC-REC-SU → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMPIn summary, in the case of identification at start-up, this first identification loop is composed of the following states:
IDLE → START-UP → WAIT-STEP → ADC-REC-SU → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
Die erste Identifizierungsschleife im Fall der Identifizierung im eingeschwungenen Zustand (dann im Fall des Fehlens des Identifizierungsprozesses beim Anlaufen) setzt sich aus diesen Zuständen zusammen:
IDLE → START-UP → WAIT-SS → ADC-REC-SS → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP.The first identification loop in the case of identification in the steady state (then in the case of lack of the identification process at startup) consists of these states:
IDLE → START-UP → WAIT-SS → ADC-REC-SS → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP.
Jedes Mal, wenn neue Daten aufgezeichnet werden, werden sie in der normalen Sequenz von Zuständen verarbeitet (DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP). Im eingeschwungenen Zustand wird möglicherweise eine Zustandsschleife eingebracht, die Überwachungsschleife genannt werden könnte, um jegliche Lastqualitätsminderung auszuwerten und die kompensierten PID-Koeffizienten zu berechnen. Diese Sequenz könnte wiederholt werden, weil Lastparameteridentifizierung benötigt wird. Wenn keine Überwachungsschleife benötigt wird, läuft der Zustand von PID-COMP in einen Zustand NORM-RUN
Der letzte mögliche Übergang vom Zustand PID-COMP
Somit ist es jedes Mal, wenn sich das System im Zustand PID-COMP
Analog zum SPMS
In diesem Beispiel ist die Digitalschleife für die folgenden Parameter dimensioniert:
- – C Lastfilter-Kapazität und ihr ESR, zum Beispiel die Haupt-Filterkapazität, und parallel ein kleiner Lastkondensator CL = C/1000.
- – L = Filterinduktor, ω0 = 1/(LC) ist wenigstens 2 Ordnungen niedriger als 2π·*fSW.
- – Vg Eingangsspannung der Leistungsstufe, wobei sich die Leistungsstufe aus Treiber und Umschaltern zusammensetzt.
- – Vref = Soll-Vout, d. h. 3,3 V, sie ist der Eingang des AD-Wandlers.
- – Fck = schnelles digitales Taktsignal und DPWM-Basiszähler
- – DPWM ist der digitale PWM, er weist eine Auflösung von DPWM_res = 6 Bit auf (
Zähler von 1 bis 2^6 = 64, er bestimmt die fSW) - – ΔΣ, wie
unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wurde. Die Auflösung kann gleich der DPWM sein oder sie kann während des Identifizierungsprozesses um 1 verringert werden (DPWM_res-1). Die ΔΣ-Auflösung wird durch das Signal res_ΔΣ abgestimmt. Hier ist sie während der Identifizierung gleich DPWM_res-1 und, während die volle Auflösung läuft, gleich mit DPWM_res. Das zero_loc des ΔΣ-Eingangs, das eventuell während der ESR-Identifizierung benötigt wird, umfasst die Soll-Nullstellenposition für die NTF. Das Signal zero_loc ist wie einVektor mit einem 4 Nullstellenwert für die ΔΣ-Nullstellen. - – PID ist der Digitalfilter mit den Parametern Kp, Kd, Ki, Kgain.
- C load filter capacitance and its ESR, for example the main filter capacitance, and in parallel a small load capacitor CL = C / 1000.
- - L = filter inductor, ω 0 = 1 / (LC) is at least 2 orders lower than 2π * * f SW .
- - Vg input voltage of the power stage, where the power stage consists of drivers and switches.
- - Vref = target Vout, ie 3.3V, it is the input of the AD converter.
- Fck = fast digital clock signal and DPWM base counter
- - DPWM is the digital PWM, it has a resolution of DPWM_res = 6 bits (counter from 1 to 2 ^ 6 = 64, it determines the f SW )
- - ΔΣ, as with reference to
5 has been described. The resolution may be equal to the DPWM or it may be decreased by 1 during the identification process (DPWM_res-1). The ΔΣ resolution is tuned by the signal res_ΔΣ. Here it is equal to DPWM_res-1 during identification and, while the full resolution is running, equal to DPWM_res. The zero_loc of the ΔΣ input that may be needed during ESR identification includes the target zero position for the NTF. The signal zero_loc is like a vector with a 4 zero value for the ΔΣ zeros. - - PID is the digital filter with the parameters Kp, Kd, Ki, Kgain.
Unter Berücksichtigung dieser Parameter ist die Resonanzfrequenz in diesem Beispiel ω0 = 2π·5 kHz und die ESR-Nullstellenfrequenz ωESR = 2π·14 kHz. Im Folgenden werden Ergebnisse beschrieben, die einige Signalverarbeitungsprozeduren berücksichtigen, die verwendet werden, um einen zuverlässigen Identifizierungsprozess zu gewinnen. Die Beschreibung konzentriert sich hauptsächlich auf den Identifizierungsprozess, ohne die Ergebnisse nach der Regelung in Betracht zu ziehen. Alle Ergebnisse basieren auf den gleichen Konfigurationswerten (einschließlich der PID-Koeffizienten).Taking these parameters into account, the resonance frequency in this example is ω 0 = 2π × 5 kHz and the ESR zero frequency ω ESR = 2π × 14 kHz. The following describes results that account for some signal processing procedures used to obtain a reliable identification process. The description focuses mainly on the identification process, without considering the results under the scheme. All results are based on the same configuration values (including the PID coefficients).
Unter Berücksichtigung des Identifizierungsprozesses beim Anlaufen, mit Bezug auf die unter Bezugnahme auf
IDLE → START-UP → WAIT-STEP → ADC-REC-SU → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
(Ergebnisse der Parameteridentifizierung werden zum Beispiel in der Stufe PARAM-ID vorgelegt, z. B. einem Nutzer).Taking into account the identification process at startup, with reference to the with reference to
IDLE → START-UP → WAIT-STEP → ADC-REC-SU → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
(Results of the parameter identification are presented, for example, in the stage PARAM-ID, eg a user).
Weil der Identifizierungsprozess im eingeschwungenen Zustand durch Addition von Rauschen erfolgt, werden auch Ergebnisse im Zeitbereich gezeigt, um zu zeigen, dass unser System nicht allzu sehr gestört wird.Because the steady-state identification process is done by adding noise, time-domain results are also shown to show that our system is not disturbed too much.
Während des Zustands START-UP
Im WAIT-STEP
Wie im Beispiel in
In diesem Ansatz ist das Vorhandensein der zweiten Spitze möglicherweise zur ESR-Ermittlung nicht einfach zu gewinnen.In this approach, the presence of the second peak may not be easy to obtain for ESR detection.
Nachdem Verarbeitungsergebnisse berechnet worden sind, bewegt der Zustandsautomat
Der Identifizierungsprozess im eingeschwungenen Zustand beinhaltet, dass der Zustandsautomat
IDLE → START-UP → WAIT-SS → ADC-REC-SS → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
(Ergebnisse werden möglicherweise in der Stufe PARAM-ID vorgelegt) The steady state identification process involves the
IDLE → START-UP → WAIT-SS → ADC-REC-SS → DATA-PRO → PARAM-ID → PID-COMP
(Results may be presented in the PARAM-ID stage)
Nach dem Anlaufen wird der eingeschwungene Zustand (Zustand WAIT-SS
Wie oben erwähnt wurde, wird der Fall ausgewertet, in dem das Rauschen unter Verringerung der Auflösung des ΔΣ in der Schleife unter Verwendung des Signals res_ΔΣ aufgeschaltet wird.As mentioned above, the case is evaluated in which the noise is switched by reducing the resolution of the ΔΣ in the loop using the signal res_ΔΣ.
In
Nach dem Aufzeichnen der ADC-Ausgabe im eingeschwungenen Zustand (in diesem Fall wird nur eine zeitliche Aufzeichnung vorgenommen, aber möglicherweise werden mehrere Aufzeichnungen vorgenommen, um mehrfach mittelwertbildende Verarbeitung umzusetzen) berechnet der Zustandsautomat
Aus den in
Weiterhin ist es möglich, die ESR-Effekte hinsichtlich der Resonanzfrequenzeffekte (absolutes Maximum) durch Bearbeiten der Rauschaufschaltung anzuregen. In diesem Fall weisen die beiden externen Eingänge der ΔΣ-Einrichtung diese mögliche Konfiguration auf: –zero_loc = [0,9 0 0 0]. Das heißt, dass eine Nullstelle bei 90% der Resonanzfrequenz hinzugefügt wird. Dies bestätigt, dass der Ansatz sich möglicherweise aus zwei Stufen zusammensetzt: Es ist möglicherweise erforderlich, die Resonanzfrequenz zu kennen, um die NTF-Nullstelle(n) in ihre Nähe zu legen. Vorher wird möglicherweise wenigstens eines von Folgenden verwendet: ein Identifizierungsprozess beim Anlaufen und/oder im eingeschwungenen Zustand. Es könnte sinnvoll sein, wenn vorher eine Identifizierungsstufe vorhanden ist, um den In-Band ESR zu erfassen und/oder zu vereinzeln, und es ist dann möglich, hinsichtlich der ESR-Lage mit einer zweiten Stufe (in der der NTF-Ausdruck modifiziert wird) sicher zu werden.Furthermore, it is possible to stimulate the ESR effects in terms of the resonant frequency effects (absolute maximum) by processing the noise input. In this case, the two external inputs of the ΔΣ device have this possible configuration: -zero_loc = [0.9 0 0 0]. That is, a zero is added at 90% of the resonant frequency. This confirms that the approach may be composed of two stages: It may be necessary to know the resonant frequency in order to place the NTF null (s) near it. Previously, at least one of the following may be used: an identification process at start-up and / or in the steady state. It may be useful to have an identification stage in advance to detect and / or singulate the in-band ESR, and then it is possible to have a second stage ESR situation (in which the NTF term is modified ) to be sure.
Wenn die Resonanzfrequenz und die ESR-Position bekannt sind, wird möglicherweise die erwartete Leerlaufbandbreite des Systems bestimmt.If the resonant frequency and the ESR position are known, the expected idle bandwidth of the system may be determined.
Dann wird möglicherweise die zeitliche Aufzeichnung verarbeitet, um die Resonanzfrequenz zu ermitteln, und in einer zweiten Stufe wird möglicherweise die NTF unter Hinzufügen einer oder mehrerer In-Band Nullstellen modifiziert, um die ESR-Nullstelle zu ermitteln. Es werden möglicherweise zwei Stufen verwendet, um die In-Band Nullstellen in eine Position, die in Beziehung zur Resonanzfrequenz steht, zu legen. Jedenfalls ist in der PSD-Analyse zu erkennen, dass der ESR auch ohne irgendeine Modifikation der NTF-Struktur extrapoliert werden könnte: Das Modifizieren der NTF führt zu einem Prozess, der zum Bestätigen und/oder zum Vereinzeln von Minimum-ESR-Beiträgen verwendet werden könnte. Mittelungs- und/oder Filterungsverarbeitungsfunktionen, beide in Kombination mit Downsampling und Fensterung, könnten diese Effekte anregen, um wirklich zuverlässige, ermittelte Daten zu haben. Then, the timing may be processed to determine the resonant frequency, and in a second stage, the NTF may be modified by adding one or more in-band zeros to determine the ESR null. There may be two stages used to place the in-band zeros into a position related to the resonant frequency. In any case, it can be seen in the PSD analysis that the ESR could also be extrapolated without any modification of the NTF structure: modifying the NTF results in a process used to validate and / or singulate minimum ESR contributions could. Averaging and / or filtering processing functions, both in combination with downsampling and windowing, could arouse these effects to have truly reliable, determined data.
Im Folgenden werden konventionelle Ansätze zum Bestimmen von Parametern externer Komponenten, wie zum Beispiel eines Ausgangsnetzes, beschrieben.In the following, conventional approaches for determining parameters of external components, such as an output network, will be described.
Der SMPS-Wandler
Der Induktor
Der Regler
Eine Schwankung des Induktors
Eine Parameterdrift in der Leistungsstufe, wie zum Beispiel eine Schwankung beim Induktor
Im Folgenden werden zwei typische übliche Ansätze für ein SMPS (Schaltnetzteil) beschrieben, das mit einem externen Filter (der z. B. sowohl durch einen Induktor als auch einen Kondensator umgesetzt wird, wie zum Beispiel den Induktor
Der erste Ansatz basiert auf hervorgerufenen Regelschleifenschwingungen, die durch Einbringen sowohl eines Relais als auch eines Integrators in die Regelschleife verursacht werden. Dies wird in
Die Regelschleife
Die Signalkurve
Die zweite Signalkurve
Ein Nutzer verwendet möglicherweise beides, Frequenz und/oder Amplitude der Schwingungen, um Systemcharakteristika und insbesondere die Last zu identifizieren. Ein Nutzer versetzt das System möglicherweise zum Beispiel durch eine geeignete Anregung in Schwingungen. Das Relais
Das Nyquist-Diagramm
In diesem Beispiel setzt sich G(jω) aus einer niederfrequenten Polstelle (Integrator) und den komplexen Polstellen eines Ausgangsleistungsnetzes (einschließlich dem Induktor L und dem Kondensator C, z. B. ähnlich dem Induktor
Das Relais
Im oben genannten (ersten) Ansatz werden Effekte der Nichtidealitäten, wie zum Beispiel ESR-Beiträge, nicht berücksichtigt. Große ESRs beeinträchtigen typischerweise den Identifizierungsprozess, was möglicherweise zu fehlerhaften Ergebnissen führt. Bei der Nutzung wird weiterhin möglicherweise die Bandbreite der Regelschleife
Gemäß einem zweiten Ansatz wird eine mehrperiodische pseudozufällige Binärsequenz (PRBS, pseudo random binary sequence) eingebracht, die als eine digitale Emulation von weißem Rauschen angesehen werden kann. Die Reaktion eines Systems, wie zum Beispiel eines SMPS mit Regelschleife, auf eine ideales weißes Rauschen steht in Beziehung zur Impulsantwort des Systems. Frequenzraumanalyse der Impulsantwort umfasst möglicherweise alle Frequenzinformationen, die benötigt werden, um das System zu charakterisieren. Systemparameter können durch Signalverarbeitung ermittelt werden.According to a second approach, a multi-period pseudorandom binary sequence (PRBS) is introduced which can be considered as a digital emulation of white noise. The response of a system, such as a closed-loop SMPS, to ideal white noise is related to the system's impulse response. Frequency space analysis of the impulse response may include all the frequency information needed to characterize the system. System parameters can be determined by signal processing.
Allerdings ist PRBS typischerweise nicht genau ideales weißes Rauschen. Ein durch eine PRBS gewonnenes Spektrum ist sehr verrauscht, hauptsächlich bei mittleren Frequenzen. Somit werden möglicherweise Ergebnisse einer Ermittlung der Parameter des Systems beeinträchtigt, was zu einer fehlerhaften Identifizierung führt. Zum Beispiel ist es daher möglicherweise nicht möglich, den ESR-Beitrag auszuwerten.However, PRBS is typically not exactly ideal white noise. A spectrum obtained by a PRBS is very noisy, mainly at medium frequencies. Thus, results of determining the parameters of the system may be compromised, resulting in erroneous identification. For example, it may not be possible to evaluate the ESR contribution.
Während die Erfindung insbesondere in Bezug auf spezifische Ausführungsformen gezeigt und beschrieben worden ist, sollten Fachleute verstehen, dass daran möglicherweise verschiedene Änderungen in Form und Detail vorgenommen werden, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der Erfindung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert werden, abzuweichen. Der Schutzbereich der Erfindung wird somit durch die beigefügten Ansprüche angezeigt, und alle Änderungen, die gleiche Bedeutung wie die Ansprüche erlangen bzw. in einen Bereich gleicher Bedeutung wie die Ansprüche kommen, sollen daher einbezogen sein.While the invention has been particularly shown and described with respect to specific embodiments, it should be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims , The scope of the invention is, therefore, indicated by the appended claims, and it is therefore intended that all changes which have the same meaning as the claims come within a scope of the same meaning as the claims.
Claims (24)
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US61/815,787 | 2013-04-25 | ||
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US14/261,446 | 2014-04-25 |
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Cited By (1)
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DE102016220199A1 (en) * | 2016-10-17 | 2018-04-19 | Continental Automotive Gmbh | DC-DC converter and method for operating a DC-DC converter |
-
2014
- 2014-04-25 DE DE102014105863.1A patent/DE102014105863A1/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102016220199A1 (en) * | 2016-10-17 | 2018-04-19 | Continental Automotive Gmbh | DC-DC converter and method for operating a DC-DC converter |
US10680529B2 (en) | 2016-10-17 | 2020-06-09 | Continental Automotive Gmbh | DC-to-DC converter and method for operating a DC-to-DC converter |
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