DE102015111082A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerungsoptimierung eines Schaltspannungsreglers - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerungsoptimierung eines Schaltspannungsreglers Download PDF

Info

Publication number
DE102015111082A1
DE102015111082A1 DE102015111082.2A DE102015111082A DE102015111082A1 DE 102015111082 A1 DE102015111082 A1 DE 102015111082A1 DE 102015111082 A DE102015111082 A DE 102015111082A DE 102015111082 A1 DE102015111082 A1 DE 102015111082A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
voltage regulator
digital voltage
control
coefficients
digital
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015111082.2A
Other languages
English (en)
Inventor
Amir Babazadeh
Benjamin Tang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies Austria AG
Original Assignee
Infineon Technologies Austria AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Austria AG filed Critical Infineon Technologies Austria AG
Publication of DE102015111082A1 publication Critical patent/DE102015111082A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/157—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators with digital control

Abstract

Regelkreiskoeffizienten für eine digitale Spannungsreglersteuerung sind durch Bestimmen von PID-(Proportional-Integral-Differential-)Koeffizienten, die Verstärkungs- und Phasenreserveziele für eine digitale Spannungsreglersteuerung erfüllen, als eine Funktion einer Vielzahl an Systemparametern für die digitale Spannungsreglersteuerung, und Neubestimmen von einem oder mehr PID-Koeffizienten, um ein Verhalten einer Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter einer Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen, bestimmt.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf Schaltspannungsregler, insbesondere auf das Verbessern des Einschwingverhaltens durch Optimieren des Verhaltens des Spannungsregelkreises und des Stromregelkreises, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz von Schaltspannungsreglern abzuflachen.
  • Schaltspannungsregler wie DC-DC-Regler werden aufgrund ihrer hohen Effizienz und der/des kleinen Fläche/Volumens, die solche Wandler benötigen, in modernen elektronischen Systemen für eine Vielzahl an Anwendungen wie der Datenverarbeitung (Server und Mobilgeräte) und POLs (Point-of-Load-Systeme) für die Telekommunikation häufig verwendet. Weit verbreitete Topologien von Schaltspannungsreglern umfassen Abwärts-, Aufwärts-, Abwärts-Aufwärts-, Eintaktfluss-, Sperr-, Halbbrücken-, Vollbrücken- und SEPIC-Topologien. Mehrphasen-Abwärtswandler sind besonders gut geeignet, um bei niedrigen Spannungen hohe Ströme bereitzustellen, die von integrierten Hochleistungsschaltungen wie Mikroprozessoren, Grafikprozessoren und Netzwerkprozessoren benötigt werden. Abwärtswandler sind mit aktiven Komponenten wie einer Pulsweitenmodulations-(PWM-)Steuerungs-IC (Integrierte Schaltung), Treiberschaltungsanordnungen, einer oder mehr Phasen, die Leistungs-MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) umfassen, und passiven Komponenten wie Induktivitäten, Transformatoren oder gekoppelten Induktivitäten, Kondensatoren und Widerständen implementiert. Mehrere Phasen (Leistungsstufen) können durch entsprechende Induktivitäten parallel zu der Last geschaltet sein, um die hohen Ausgangsstromanforderungen zu erfüllen.
  • Manche Schaltspannungsregler implementieren AVP (adaptive Spannungspositionierung, auch als Abweichungskompensation und Lastleitung bezeichnet). Bei einem AVP-basierten Schaltspannungsreglersystem ist es ein zentrales Kriterium für den Aufbau des Spannungsreglers, die Anforderung an die Ausgangsimpedanz über die Frequenz zu erfüllen, um ein gutes Einschwingverhalten zu erreichen. Die Reglersteuerung kann einen Kompensator einschließen, der darauf ausgelegt ist, das Verhalten der Ausgangsimpedanz abzuflachen, um eine konstante ohmsche Ausgangsimpedanz zu erreichen. Solange die Ausgangsimpedanz innerhalb der Steuerungsbandbreite konstant ist und die Impedanz außerhalb der Bandbreite kleiner als diese ist, kann eine AVP noch erreicht werden. Unter diesen Umständen ist der Phasenreserve typischerweise größer als 60 Grad. Andernfalls tritt in der Ausgangsimpedanzkurve eine Spitze oder ein Höcker auf. Konventionelle Methodologien des AVP-Aufbaus stellen die Steuerungsbandbreite so ein, dass sie dem Nullwert des ESR (äquivalenter Serienwiderstand) entspricht und stellen sicher, dass die Impedanz außerhalb des ESR-Nullwerts weniger als der Abweichungswiderstand ist. Jedoch kann ein Phasenreserve von zumindest 60 Grad nicht immer erreicht werden, z.B. wenn die Reglersteuerung eine sehr niedrige Schaltfrequenz implementiert, um eine größere Effizienz zu erreichen. Ein(e) signifikante(r) Spitze oder Höcker tritt unter diesen Bedingungen bei Verwendung konventioneller Methodologien des AVP-Aufbaus in dem Verhalten der Ausgangsimpedanz des Reglers auf. Die Ausgangsimpedanz ist ein wirksames Maß zur Bewertung des Last-Einschwingverhaltens eines Schaltspannungsreglers. Eine relativ flache Kurve der Ausgangsimpedanz erzielt ein optimaleres Verhalten des Reglers. Daher sind Spitzen oder Höcker in der Impedanzkurve des geschlossenen Regelkreises unerwünscht und können zu einem weniger als idealen Verhalten des Reglers führen.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen der Regelkreiskoeffizienten für eine digitale Spannungsreglersteuerung umfasst das Verfahren: Bestimmen der PID-(Proportional-Integral-Differential-)Koeffizienten, die die Verstärkungs- und Phasenreserveziele für die digitale Spannungsreglersteuerung erfüllen, als eine Funktion einer Vielzahl an Systemparametern für die digitale Spannungsreglersteuerung; und Neubestimmen von einem oder mehr PID-Koeffizienten, um ein Verhalten einer Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter einer Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  • Gemäß einer Ausführungsform eines computerlesbaren nicht-flüchtigen Mediums, das ein Computerprogramm speichert, das einsetzbar ist, um die Regelkreiskoeffizienten für eine digitale Spannungsreglersteuerung zu bestimmen, umfasst das Computerprogramm: Programmanweisungen, um die PID-(Proportional-Integral-Differential-)Koeffizienten zu bestimmen, die die Verstärkungs- und Phasenreserveziele für die digitale Spannungsreglersteuerung erfüllen, als eine Funktion einer Vielzahl an Systemparametern für die digitale Spannungsreglersteuerung. Das Computerprogramm umfasst weiterhin Programmanweisungen, um einen oder mehr der PID-Koeffizienten neu zu bestimmen, um ein Verhalten einer Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter einer Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  • Der Fachmann wird nach Lesen der folgenden ausführlichen Beschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen zusätzliche Strukturelemente und Vorteile erkennen.
  • Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander. Gleiche Referenzzahlen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Strukturelemente der verschiedenen veranschaulichten Ausführungsformen können kombiniert werden, solange sie einander nicht ausschließen. In den Zeichnungen abgebildete Ausführungsformen sind in der folgenden Beschreibung ausgeführt.
  • 1 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Mehrphasen-Schaltspannungsreglers, der einen Regelkreiskompensator und ein Programmiersystem zum Bestimmen der Regelkreiskoeffizienten für den Regelkreiskompensator aufweist.
  • 2 veranschaulicht ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bestimmen der Regelkreiskoeffizienten für eine digitale Spannungsreglersteuerung.
  • 3 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform eines Regelkreiskompensators für einen Schaltspannungsregler.
  • 4 veranschaulicht eine Verstärkungskurve für einen PID-basierten Regelkreiskompensator.
  • 5–8, die die 5, 6, 7A, 7B, 8A und 8B umfassen, veranschaulichen Bildschirmabbildungen des Reglerparameter-Programmiersystems nach 1 während unterschiedlicher Stufen des Parameteroptimierungsverfahrens.
  • 9 veranschaulicht ein beispielhaftes Kurven-Diagramm, das Ausgangsimpedanzkurven des offenen Regelkreises und des PID zeigt, die basierend auf einem beispielhaften Satz anfänglicher Regelkreiskoeffizienten generiert wurden.
  • 10 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Regelkreiskompensators für einen Schaltspannungsregler.
  • 11 stellt unterschiedliche Verstärkungsverhalten für den Regelkreiskompensator nach 10 dar.
  • Hierin beschriebene Ausführungsformen optimieren die Regelkreiskoeffizienten für eine digitale Spannungsreglersteuerung, um die Anforderungen des Spannungsreglersystems über einen weiten Bereich an Betriebsbedingungen zu erfüllen, und gleichzeitig auch das Verhalten der Ausgangsimpedanz abzuflachen. Die Regelkreiskoeffizienten können durch Bestimmen eines anfänglichen Satzes von Koeffizienten, die Verstärkungs- und Phasenreserveziele für die Spannungsreglersteuerung erfüllen, als eine Funktion einer Vielzahl an Systemparametern für die digitale Spannungsreglersteuerung, optimiert werden. Eine Spitze (Höcker) in dem Verhalten der Ausgangsimpedanz wird über einen betreffenden Frequenzbereich identifiziert und einer oder mehr der Regelkreiskoeffizienten werden neu bestimmt, sodass die Spitze in dem Verhalten der Ausgangsimpedanz verringert wird. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen stellen einen schrittweisen Zugang für eine aggressive Implementierung des Regelkreises bereit, wobei der Phasenreserve die Spitzenbildung beeinflusst und die Regelkreiskoeffizienten gemäß einer minimalen Spitzenbildungsbedingung optimiert sind. Zu diesem Zweck ist ein digitaler Steuerungskonfigurationszugang bereitgestellt, der ein Systemmodell (einschließlich parasitärer Erscheinungen an Leiterplatten und Komponenten, Treiberverzögerung, etc.), eine Analyse des Regelkreises und der Ausgangsimpedanz und konfigurierbare Verstärkungs-/Bandbreitenparameter für mehrere Betriebsarten verwendet. Die hierin beschriebenen Verfahren können auf die Optimierung des PID (Proportional-Integral-Differential), der AVP (adaptive Spannungsposition) und der Stromausgleichssteuerung angewendet werden. Das Optimierungsverfahren kann auf alle Regelkreiskoeffizienten angewendet werden oder auf einige der Koeffizienten und der Rest kann manuell angepasst werden.
  • 1 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Schaltspannungsreglers 100 wie einen DC-DC-Regler, und ein Programmiersystem 200 wie einen Computer, Server oder ein anderes elektronisches Gerät zum Programmieren von Regelkreiskoeffizienten des Schaltspannungsreglers 100. Der Schaltspannungsregler 100 umfasst eine Vielzahl an Leistungsstufen 102 und eine digitale Steuerung 104 wie einen Mikrocontroller, Mikroprozessor, ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), etc. zum Steuern des Betriebs der Leistungsstufen 102. Drei Leistungsstufen (Phasen) 102 sind in 1 nur zu beispielhaften Zwecken gezeigt, der Spannungsregler 100 kann jedoch eine beliebige Anzahl an Leistungsstufen 102 umfassen, einschließlich einer einzelnen Leistungsstufe 102 (d.h. Einzelphasen-Regler) oder mehr als einer Leistungsstufe 102 (d.h. Mehrphasen-Regler).
  • Die Leistungsstufen 102 stellen einer Last 106 eine geregelte Spannung bereit. Jede Leistungsstufe 102 kann betrieben werden, um einen Phasenstrom durch eine oder mehr Induktivitäten (L) an die Last 106 zu liefern, die über die Induktivitäten und über einen oder mehr Ausgangskondensatoren (Cout) parallel zu dem Reglerausgang mit dem Spannungsregler 100 verbunden ist. Die Last 106 kann eine integrierte Hochleistungsschaltung wie ein Mikroprozessor, Grafikprozessor, Netzwerkprozessor, etc. oder eine andere Art einer elektronischen Schaltung, die eine Spannungsregelung benötigt, sein. Jede Leistungsstufe 102 verbindet die Last 106 in einem ersten Schaltzustand mit einer Eingangsspannung des Spannungsreglers 100 und in einem zweiten Schaltzustand mit der Masse.
  • Die digitale Steuerung 104 steuert die Schaltzustände jeder Leistungsstufe 102, um die Spannung (Vout), die an die Last 106 geliefert wird, zu regeln, durch Anpassen der Phasenströme, die an die Last 106 geliefert werden. Im Fall eines PWM-(Pulsweitenmodulations-)basierten Schaltens der Leistungsstufen 102, umfasst die Steuerung 104 eine PWM-Einheit 108, die PWM-Steuersignale (pwm) zum Schalten der Leistungsstufen 102 generiert. Wenn der Laststrom niedrig ist (z.B. niedriger als die Hälfte des Phasenstroms), ermöglichen es synchrone Wandler, den negativen Strom (Umkehrstrom), durch Low-Side-Schalter von einer oder mehr der Leistungsstufen 102 zu fließen, wo er abgeleitet wird. Wenn jedoch ein Low-Side-Schalter abgeschaltet ist, kann die entsprechende Bodydiode den Umkehrstrom nicht leiten und bleibt im HiZ-(hohe Impedanz) oder Nullstrom, was DCM (diskontinuierlicher Leitungsmodus) genannt wird. Der Spannungsregler 100 kann auch in einem kontinuierlichen Leitungsmodus (CCM) mit Stromsenker-Fähigkeiten betrieben werden. Allgemein basieren der Schaltzustand und das Tastverhältnis der einzelnen Leistungsstufen 102 zumindest zum Teil auf der Ausgangsspannung (Vout), die der Last 106 bereitgestellt wird, sodass der Spannungsregler 100 schnell und so verlässlich wie möglich auf sich verändernde Lastbedingungen reagieren kann.
  • Die digitale Steuerung 104 kann Veränderungen von einer Referenzspannung zu einer anderen verwalten. Die Steuerung 104 kann auch Fehler zwischen der Ausgangsspannung (Vout) und einer Referenzspannung bestimmen und die Fehlerspannung in eine digitale Darstellung, die der PWM-Einheit 108 zum Modifizieren des Schaltzustands und/oder Tastverhältnisses der Leistungsstufen 102 bereitgestellt wird, umwandeln, z.B. durch Anpassen des Tastverhältnisses der PWM-Steuersignale. Solche Spannungsregulierungsfunktionen sind in typischen digital gesteuerten Schaltleistungswandlern Standard und daher wird in dieser Hinsicht keine weitere Erklärung gegeben. Eine Signalisierungsschnittstelle 110 ist zwischen der Steuerung 104 und den Leistungsstufen 102 bereitgestellt. Neben anderen Funktionen kann die Steuerung 104 über die Schnittstelle 110 unterschiedliche Leistungsmodi der Leistungsstufen 102 steuern.
  • Die digitale Steuerung 104 umfasst auch einen Regelkreiskompensator 112, der programmiert ist, um Verstärkungs- und Phasenreserveziele für die Spannungsreglersteuerung 104 zu erfüllen, als eine Funktion einer Vielzahl an Systemparametern für die Spannungsreglersteuerung 104. Der Regelkreiskompensator 112 ist programmiert, um das allgemeine Verhalten der Ausgangsimpedanz so glatt (flach) wie möglich zu halten. Die Steuerungsbandbreite kann anfangs eingestellt werden, um auf den Nullwert des ESR (äquivalenter Serienwiderstand) abgeglichen zu sein und sicherzustellen, dass die Impedanz außerhalb des ESR-Nullwerts weniger als der Abweichungswiderstand ist. Unter einigen Betriebsbedingungen, z.B. wenn die Reglersteuerung 104 eine sehr niedrige Schaltfrequenz implementiert, um eine höhere Effizienz zu erreichen, kann das Phasenreserveziel (z.B. zumindest 60 Grad) nicht immer erreicht werden. Einer oder mehr der Regelkreiskoeffizienten kann neu bestimmt werden, sodass die daraus resultierende Spitze (Höcker) in der Stärke der Ausgangsimpedanz verringert wird und das Verhalten abgeflacht wird.
  • Die durch den Regelkreiskompensator 112 implementierten Regelkreiskoeffizienten sind durch das Reglerparameter-Programmiersystem 200 optimiert und können in der digitalen Steuerung 112 in einem flüchtigen oder nichtflüchtigen Speicher 114 wie einem EEPROM, Flash, RAM, Registersatz, etc. gespeichert werden. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 kann über eine verdrahtete oder drahtlose Verbindung 202 mit der digitalen Steuerung 104 verbunden sein. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 umfasst eine Verarbeitungsschaltung 204, die digitale und/oder analoge Schaltanordnungen wie eine oder mehr Steuerungen, Prozessoren, ASICs (anwendungsspezifische integrierte Schaltungen), etc. für das Ausführen des Programmcodes, der verschiedene Einstellungen der digitalen Steuerung 104, einschließlich der Regelkreiskoeffizienten, die durch den Regelkreiskompensator 112 implementiert werden, bestimmt, umfassen kann. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 umfasst weiterhin einen Speicher 206 wie einen DRAM (dynamischer Speicher mit wahlfreiem Zugriff) und ein HDD (Festplattenlaufwerk) oder (ein) andere(s) Massenspeicherlaufwerk(e) 208 zum Speichern des Programmcodes und der verwandten Daten, die von der Verarbeitungsschaltung 204 während der Ausführung des Programmcodes verarbeitet und auf die zugegriffen wird. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 umfasst auch eine E/A-(Eingang/Ausgang-)Schaltanordnung 210 zum Senden und Empfangen von Informationen und eine Anzeige 212, um eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) zu ermöglichen. Ein Regelkreisparameter-Analysator 214, der in dem Reglerparameter-Programmiersystem 200 eingeschlossen ist oder mit diesem verbunden ist, optimiert die Regelkreiskoeffizienten, die von dem Regelkreiskompensator 112 implementiert werden.
  • 2 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Verfahrens, das durch das Reglerparameter-Programmiersystem 200 zum Optimieren der Regelkreiskoeffizienten, die durch den Regelkreiskompensator 112 der digitalen Spannungsreglersteuerung 104 implementiert werden, implementiert ist. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Regelkreiskompensator 112 zumindest einen PID-(Proportional-Integral-Differential-)basierten Kompensationsfilter für den Spannungsregelkreis. Das Verfahren umfasst das Bestimmen der PID-Koeffizienten, die Verstärkungs- und Phasenreserveziele für die digitale Spannungsreglersteuerung 104 erfüllen, als eine Funktion einer Vielzahl an Systemparametern für die digitale Steuerung 104 (Block 300). Die Systemparameter können eine Ausgangskapazität (Cout), Ausgangsinduktivität (L), parasitäre Erscheinungen, DCR der Ausgangsinduktivität, ESR des Ausgangskondensators, etc. umfassen. Wie zuvor hierin erklärt, kann das Phasenreserveziel (z.B. zumindest 60 Grad) unter einigen Betriebsbedingungen nicht immer erreicht werden und eine unerwünschte Spitze (Höcker) tritt in dem Verhalten der Ausgangsimpedanz auf. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 definiert einen oder mehr der PID-Koeffizienten neu, sodass die Spitze (Höcker) in der Stärke der Ausgangsimpedanz verringert wird und das Verhalten abgeflacht wird (Block 310). Dieser schrittweise Zugang zum Bestimmen der Regelkreiskoeffizienten, die von dem Regelkreiskompensator 112 implementiert werden, erzielt eine verbesserte Leistung des Reglers. Die finalisierten PID-Koeffizienten werden von dem Reglerparameter-Programmiersystem 200 an die digitale Steuerung 104 über die verdrahtete oder drahtlose Verbindung 202 übertragen (Block 320).
  • 3 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer Ausführungsform des Regelkreiskompensators 112. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Regelkreiskompensator 112 einen einpoligen PID-Kompensationsfilter mit zwei Nullstellen für den Spannungsregelkreis (Tv), einen einpoligen AVP- oder dominant-poligen Tiefpassfilter in dem Stromregelkreis (Ti), der das Verhalten der AVP-Frequenz beeinflusst und einen einpoligen Nachfilter oder dominant-poligen Tiefpassfilter, der mit dem PID-Kompensationsfilter in Kaskade geschaltet ist, um eine hohe Frequenzverstärkung zu begrenzen. Allgemein ist AVP ein Verfahren zum Steuern des Ausgangsspannungsniveaus, sodass es bei voller Last etwas höher als der Mindestwert, und bei leichter Last etwas niedriger als der Maximalwert ist. Daher kann während der Einschwingzeit das gesamte Spannungstoleranzfenster für den Spannungssprung oder -abfall verwendet werden.
  • In 3: HPID ist die Kompensatorübertragungsfunktion; Gvd ist die Übertragungsfunktion von dem Tastverhältnis zu der Ausgangsspannung (Vout); Gid ist die Übertragungsfunktion von dem Tastverhältnis zu dem Induktivitätsstrom (iL); Gii ist die Übertragungsfunktion von dem Ausgangsstrom (iout) zu dem Induktivitätsstrom; Zo ist die Ausgangsimpedanz des offenen Regelkreises; und HAVP ist die Übertragungsfunktion für einen AVP-Filter, der in den Stromregelkreis Ti eingeschlossen ist. Die Kompensatorübertragungsfunktion HPID kann auch eine PID-Steuerung sein.
  • Die allgemeine Übertragungsfunktion des geschlossenen Regelkreises Tvi des Regelkreiskompensators 112 hängt sowohl von dem Verhalten des Spannungregelkreises als auch von jenem des Stromregelkreises Tv, Ti ab und ist gegeben durch:
    Figure DE102015111082A1_0002
    wobei Tv = HPID·Gvd und Ti = HPID·Gid·HAVP.
  • Die allgemeine Ausgangsimpedanz des geschlossenen Regelkreises des Regelkreiskompensators 112 ist gegeben durch:
    Figure DE102015111082A1_0003
    wobei HAVP gegeben ist durch: HAVP = RLL(KpAVP/1 – (1 – KpAVP)Z–1) (3) und wobei RLL der Abweichungswiderstand und KPAVP ein Koeffizient eines einpoligen Filters, der die AVP-Bandbreite einstellt, ist.
  • Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 kann den in 3 gezeigten Regelkreiskompensator 112 optimieren und abstimmen, d.h. ein PID-Kompensationsfilter, der mit einem einpoligen digitalen Filter und einer AVP der ersten Ordnung in Kaskade geschaltet ist. Die allgemeine Übertragungsfunktion des PID-basierten Kompensators ist gegeben durch:
    Figure DE102015111082A1_0004
  • 4 zeigt das Verstärkungsverhalten des PID-basierten Kompensators 112. Die Koeffizienten des Kompensatorfilters KI, KP und KD beeinflussen verschiedene Bereiche der Verstärkungskurve, die durch die Frequenzen ωZ1, ωZ2 und ωfp definiert sind. In diesem Fall sind die programmierbaren Regelkreiskoeffizienten die Koeffizienten des PID-Kompensatorfilters KP, KI und KD und der Koeffizient des Nachfilters Kfp.
  • Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 optimiert die Filter-Koeffizienten KI, KP, KD und Kfp, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung 104 für Frequenzen unter eine Bandbreite der digitalen Steuerung 104 abzuflachen. In einer Ausführungsform implementiert das Reglerparameter-Programmiersystem 200 einen Algorithmus, der die Ausgangsimpedanz, die Bandbreiten und Stabilität des Spannungsregelkreises und des Stromregelkreises mit sequentiellen Auslegungsschritten, die auf eine Lösung konvergieren, optimiert. Der Optimierungsalgorithmus wird als nächstes mit Verweis auf die 5–8 beschrieben, die Bildschirmabbildungen der Anzeige des Programmiersystems 212 während unterschiedlicher Stufen des Parameteroptimierungsverfahrens zeigen.
  • 5 zeigt eine Bildschirmabbildung einer Initialisierungsstufe der Ausgangsnetzwerkparameter des Optimierungsalgorithmus. Ein schematisches Modell des Ausgangsnetzwerks, das die Leistungsstufe(n) 102 des Schaltspannungsreglers 104 mit der Last 106 verbindet, ist in dieser Bildschirmabbildung gezeigt. In dieser rein beispielhaften Ausführungsform des Ausgangsnetzwerks umfasst das Ausgangsnetzwerk vier Kondensatorbänke (‚CAP Bank 1‘, ‚CAP Bank 2‘, ‚CAP Bank 3‘ und ‚CAP Bank 4‘), einen Ausgangsinduktivität (in 5 nicht gezeigt, siehe stattdessen 1), der einen äquivalenten Serienwiderstand (DCR), einen parasitären Induktivität (L2) und Widerstand (RL2) und einen externen Spannungserfassungsfilter (Vsen), der einen Rückkopplungskondensator (Cfb_ext) und einen Rückkopplungswiderstand (Rfb_ext) zum Erfassen der Reglerausgangsspannung Vout umfasst. Die Komponentenwerte werden während der Initialisierungsphase eingegeben. Die Ausgangsinduktivität entspricht den in 1 gezeigten generischen Induktivitäten L und die Kondensatorbänke entsprechen dem in 1 gezeigten generischen Ausgangskondensator Cout. Jede Kondensatorbank umfasst eine Anzahl an Kondensatoren (‚# der CAP‘) und weist eine definierte Kapazität (C1, C2, C3, C4) und einen äquivalenten Serienwiderstand (RC1, RC2, RC3, RC4) auf. 5 zeigt nicht-einschränkende und rein beispielhafte Werte, die für die Parameter des Ausgangsnetzwerks eingegeben wurden.
  • 6 veranschaulicht eine Initialisierungsphase der Kompensatorparameter des Optimierungsalgorithmus. Während dieser Phase werden anfängliche Verstärkungswerte für die PID-Koeffizienten KP, KI und KD ausgewählt, um die Steuerungsbandbreite (BW) an einem bestimmten Phasenreserve-(PM-)ziel, z.B. 63 kHz BW bei 93 Grad PM, zu maximieren. Wenn der Regelkreiskompensator 112 der digitalen Steuerung 102 auch einen einpoligen digitalen Filter, der mit dem PID-Filter und einem AVP-Filter der ersten Ordnung in Kaskade geschaltet ist, wie hierin zuvor in Verbindung mit 3 beschrieben, umfasst, kann der Verstärkungskoeffizient Kfp des einpoligen digitalen Filters und der Verstärkungskoeffizient Kp (AVP) des AVP-Filters der ersten Ordnung auch während dieser Phase anfänglich bestimmt werden.
  • Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 verwendet die anfänglichen Regelkreiskoeffizienten, die von dem Benutzer eingegeben werden, um die Pole (P1) und Nullstellen (Z1, Z2) des Regelkreiskompensators 112 für eine spezifische AVP-Bandbreite (35.82 kHz in diesem nicht-einschränkenden Beispiel) und Verstärkung (92.8 dB in diesem nicht-einschränkenden Beispiel) zu berechnen. Einige oder alle der Kompensator-Verstärkungskoeffizienten KP, KI, KD, Kfp, und Kp können wenn gewünscht verringert werden, um die Stabilität des Reglers zu erhöhen. In jedem Fall stellt das Reglerparameter-Programmiersystem 200 dann entsprechende Systemantworten bereit, basierend auf den zuvor bestimmten Regelkreiskoeffizienten, einschließlich der Regelkreisverstärkungen mit und ohne AVP und der Ausgangsimpedanz mit und ohne AVP.
  • 7A veranschaulicht die Regelkreisverstärkung und Phasen ohne AVP für die anfänglichen Regelkreiskoeffizienten KP, KI, KD, Kfp, und Kp.
  • 7B veranschaulicht die Regelkreisverstärkung und Phasen mit AVP für die anfänglichen Regelkreiskoeffizienten KP, KI, KD, Kfp, und Kp.
  • 8A veranschaulicht die Ausgangsimpedanz des offenen Regelkreises und die Ausgangsimpedanz ohne AVP für die anfänglichen Regelkreiskoeffizienten KP, KI, KD, Kfp, und Kp.
  • 8B veranschaulicht die Ausgangsimpedanz des offenen Regelkreises und die Ausgangsimpedanz mit AVP für die anfänglichen Regelkreiskoeffizienten KP, KI, KD, Kfp, und Kp.
  • Die von dem Reglerparameter-Programmiersystem 200 bereitgestellten Systemantworten können untersucht werden, um zu bestimmen, ob weitere Anpassungen an einen oder mehr der Regelkreiskoeffizienten erwünscht sind. Dies kann manuelle Anpassungen durch den Benutzer und/oder automatische Anpassungen durch das Programmiersystem 200 umfassen. Die GUI-Schnittstelle, die durch das Reglerparameter-Programmiersystem 200 bereitgestellt ist, erlaubt es dem Benutzer, einen oder mehr der Regelkreiskoeffizienten schrittweise zu verändern, und unmittelbar die Wirkung auf die Systemantwort zu sehen.
  • Zum Beispiel können einer oder mehr der PID-Koeffizienten KP, KI und KD neu bestimmt werden, um die Übertragungsfunktion der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung 104 zu optimieren. Die Übertragungsfunktion der Ausgangsimpedanz entspricht dem Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Steuerung 104 und ist in 8A ohne AVP und in 8B mit AVP veranschaulicht. Zum Beispiel kann einer oder mehr der PID-Koeffizienten KP, KI und KD angepasst werden, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Steuerung 104 abzuflachen. Die optimierte Lösung kann schrittweise bewertet und neu abgestimmt werden, z.B. durch Analysieren von einem oder mehr der folgenden Bode-Plots, die durch das Reglerparameter-Programmiersystem 200 bereitgestellt sind: Verstärkung des offenen Regelkreises (Tv); Verstärkung des geschlossenen Regelkreises (Tvi) mit und ohne AVP; Ausgangsimpedanz des offenen Regelkreises (Zo); Ausgangsimpedanz des geschlossenen Regelkreises mit und ohne AVP (Zovi); und Kompensatorverstärkung (HPID).
  • Als nächstes ist eine andere veranschaulichende Ausführungsform des durch das Reglerparameter-Programmiersystem 200 implementierten Regelkreiskoeffizienten-Optimierungsalgorithmus beschrieben. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Initialisierungsphase das Bestimmen der Regelkreiskoeffizienten KP, KI, KD, und Kfp, sodass der Spannungsregelkreis Tv optimiert ist. Der Nachfilter-Koeffizient Kfp kann basierend auf einer nichtlinearen Funktion von (Nph, Nph_max, Zesr, Fsw) bestimmt werden, wobei Nph die betreffende Regler-Leistungsstufe 102 ist, Nph_max die Gesamtzahl der der Regler-Leistungsstufen 102 ist, Zesr der durch den ESR eingeführte Nullwert ist und Fsw die Frequenz, mit der die digitale Steuerung 104 die Leistungsstufen 102 des Schaltspannungsreglers 100 schaltet, ist. In einem Beispiel gilt Kfp = Max(α × Zesr, β × (Nph/Nph_max)Fsw), wobei 0,5 < α < 2 und 0,5 < β < 2 Maßstabsfaktoren sind.
  • Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 bestimmt dann Fo_Tv(Nph,Nph_max,Zesr,Fsw) – das Spannungregelkreisziel BW, wobei Fo_Tv typischerweise zwischen Fsw × f(Nph/Nph_max)/gMax und Fsw × f(Nph/Nph_max)/gminliegt und gMax und gmin gebietsweise lineare Funktionen von Fsw sind. In einem Beispiel gilt
    Figure DE102015111082A1_0005
    wobei γ eine reelle Zahl ist.
  • Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 beginnt dann eine Suche nach Fo_Tv wie gegeben durch: Fsw × f(Nph/Nph_max)/gmin → Fsw × f(Nph/Nph_max)/gMax (5)
  • Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 optimiert Kd um das Ziel Fo_Tv zu erreichen. Als nächstes berechnet das Reglerparameter-Programmiersystem 200 Ki für eine Doppelpol-Aufhebung wie gegeben durch: Ki = Kd(2π/Fs(L_double_pole))2 (6) wobei Fs die Abtastgeschwindigkeit ist, 1/Fs die Abtastperiode Ts ist, und L_double_pole die Position des Doppelladungspols ~ 1/Sqrt(LC) ist.
  • Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 berechnet dann Kp = α·Ki/2/3,14/Ts/Fo_Tv, wobei α eine gebietsweise Funktion oder ein durch den Benutzer bestimmter Maßstabsfaktor sein kann. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 passt Kp, Ki, Kd für den maximalen Phasenreserve lokal an. Wenn die Lösung nicht den Systemkriterien entspricht, wird Fo_Tv gemäß der Gleichung (5) reduziert und das Verfahren beginnt von Neuem. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 beginnt mit dem Mindest-Kp (AVP) Index, berechnet Tvi und überprüft Tvi in der betreffenden Region auf die folgenden Bedingungen: Tvi > 1,65 dB für f < 0,8·Fo_Tv; Fo_Tvi > Fo_Tv; PM_Tvi > 0,9·PM_Tv; und dTvi/Tvi/df/f > 0,25 (5 dB/Dekade) zwischen 0,925·Fo_Tv und 1,075·Fo_Tv, wobei Tv die Verstärkung des offenen Regelkreises ist, Tvi die Verstärkung des geschlossenen Regelkreises ist und PM das Phasenreserveziel ist. Wenn diese Bedingungen erfüllt werden, ist Kp (AVP) erhöht und das Verfahren wird erneut durchgeführt. Andernfalls endet die anfängliche Optimierung der Regelkreiskoeffizienten.
  • Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 verringert dann Spitzen oder Höcker in dem Verhalten der Ausgangsimpedanz, die aus dem anfänglichen Satz von Regelkreiskoeffizienten resultieren. Zum Beispiel definiert das Reglerparameter-Programmiersystem 200 eine Suchregion um Kp, Kd und Kfp und überprüft die Ausgangsimpedanzkurve mit dem Ziel, eine Ausgangsimpedanz zu erreichen, die für Frequenzen, die niedriger als die Steuerungsbandbreite sind, so flach wie möglich ist.
  • 9 veranschaulicht ein beispielhaftes Kurvendiagramm, das die Ausgangsimpedanzkurven des offenen Regelkreises (Kurve A) und des PID (Kurve B), die basierend auf einem beispielhaften Satz von anfänglichen Regelkreiskoeffizienten generiert wurden, zeigt. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 kann Kp innerhalb des Suchbandes neu optimieren, um den mittleren Teil des betreffenden Abschnitts abzuflachen. Das Reglerparameter-Programmiersystem 200 kann ähnlich dazu KI neu optimieren, um den Anfangsbereich des betreffenden Abschnitts abzuflachen und KD neu optimieren, um den Endbereich des betreffenden Abschnitts abzuflachen (siehe 4 für die Wirkung von Ki, Kp and KD auf unterschiedliche Abschnitte des Verstärkungsverhaltens). Während jedes Neu-Optimierungsverfahrens der Regelkreiskoeffizienten sollten die anderen zuvor hierin erwähnten Kriterien überprüft werden.
  • Allgemein können die Regelkreiskoeffizienten basierend auf den in bestimmten Fällen optimierten Werten automatisch berechnet werden. Zum Beispiel können die PID-Koeffizienten in einem Mehrphasen-Schaltspannungsregler, z.B. wie in 1 gezeigt, optimiert und für eine Phase, zwei Phasen und die maximale Anzahl (Nph_max) an Phasen, wobei Nph_max ≥ 3 und der Begriff ‚Phase‘ einer Leistungsstufe 102 des Mehrphasen-Reglers 100 entspricht, eingestellt werden. Die Regelkreiskoeffizienten für die Zwischenphasen können dann basierend auf diesen Fällen unter Verwendung einer nichtlinearen Interpolationsformel, berechnet werden, z.B. wie gegeben durch:
    Figure DE102015111082A1_0006
    wobei Kph_i ein bestimmter Steuerungsparameter für die ite Phase ist, Kph_2 derselbe Steuerungsparameter für die zweite Phase ist, Kph_Max derselbe Steuerungsparameter für die Phase Nph_max ist und
    Figure DE102015111082A1_0007
  • 10 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform des Regelkreiskompensators 112 der digitalen Reglersteuerung 104. Gemäß dieser Ausführungsform umfasst der Regelkreiskompensator 112 einen PID-basierten Kompensationsfilter, z.B. wie in 3 gezeigt, und einen Stromausgleichsfilter 400, der als PI-(Proportional-Integral-)Filter implementiert ist. Der Stromausgleichsfilter 400 stellt in jeder Phase des Schaltspannungsreglers 100 eine Pulsweitenanpassung bereit, um in einem Mehrphasensystem ein Stromgleichgewicht zu halten, z.B. durch Umwandeln der Phasenstrominformation in entsprechende Anpassungen an das Tastverhältnis jeder einzelnen Leistungsstufe 102, um die Phasenströme anzupassen, sodass sie ausgeglichen bleiben.
  • Die Bandbreite des Stromausgleichskreises kann ausgewählt werden, um die Interaktion mit dem Spannungregelkreis Tv zu minimieren. Zum Beispiel können Kp_IBAL and Ki_IBAL ausgewählt werden, sodass: BWIB ≈ BW / 5 (8) wobei BWIB die Bandbreite des Stromausgleichskreises ist, die typischerweise auf etwa 1/5 oder dergleichen der Systembandbreite gesetzt ist.
  • 10 stellt HIBAL und die Verstärkung des Stromausgleichskreises (in dB) über die Frequenz für den Regelkreiskompensator 112 nach 10 dar, wobei TIBAL = Vin/(LS + DCR)·HIBAL, fz_L = DCR/L (Nullstelle ergibt sich aus dem Induktivitäts- und Serienwiderstand) und fz_IBAL = BW_IBAL/10. Die Übertragungsfunktion HIBAL des Stromausgleichsfilters 400 kann z.B. über einen PI-Filter, dargestellt durch (Kp_ibal + Ki_IBAL/(1 – Z–1)) oder einen P-(Proportional-)Filter dargestellt durch (Kp_ibal) implementiert werden.
  • Nachdem das Parameteroptimierungsverfahren abgeschlossen ist, einschließlich des Abflachens des Verhaltens der Ausgangsimpedanz, kann das Reglerparameter-Programmiersystem 200 die optimierten Regelkreiskoeffizienten über eine verdrahtete oder drahtlose Schnittstelle 202 wie in 1 gezeigt an die digitale Steuerung 104 übertragen. Der Regelkreiskompensator 112 der digitalen Steuerung 104 verwendet die übertragenen Regelkreiskoeffizienten, um eine Kompensation des Verhaltens der Impedanz des geschlossenen Regelkreises durchzuführen, wie zuvor hierin beschrieben. In einer anderen Ausführungsform speichert das Reglerparameter-Programmiersystem 200 die optimierten Regelkreiskoeffizienten in einem Speicher 216 wie einem Speicher des Schaltspannungsreglers 100, auf den die digitale Spannungsreglersteuerung 104 zugreifen kann. Die digitale Steuerung 104 erlangt die gespeicherten Regelkreiskoeffizienten aus dem Speicher 216 zur Verwendung beim Durchführen der Kompensation des Verhaltens der Impedanz des geschlossenen Regelkreises, wie zuvor hierin beschrieben.

Claims (21)

  1. Verfahren zum Bestimmen von Regelkreiskoeffizienten für eine digitale Spannungsreglersteuerung, wobei das Verfahren aufweist: Bestimmen von PID-(Proportional-Integral-Differential-)Koeffizienten, die Verstärkungs- und Phasenreserveziele für eine digitale Spannungsreglersteuerung erfüllen, als eine Funktion einer Vielzahl von Systemparametern für die digitale Spannungsreglersteuerung; und Neubestimmen von einem oder mehr der PID-Koeffizienten, um ein Verhalten einer Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter einer Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, das weiterhin aufweist: Erlauben der manuellen Einstellung der PID-Koeffizienten nach dem Neubestimmen von einem oder mehr der PID-Koeffizienten, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz für Frequenzen unter der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, das weiterhin aufweist: Bereitstellen einer visuellen Anzeige von zumindest einem der folgenden: einem Verhalten einer Verstärkung eines offenen Regelkreises der digitalen Spannungsreglersteuerung über eine Frequenz, einem Verhalten einer Verstärkung eines geschlossenen Regelkreises der digitalen Spannungsreglersteuerung über eine Frequenz, und dem Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung über eine Frequenz, um die manuelle Einstellung von dem einem oder mehr PID-Koeffizienten zu unterstützen.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, bei dem das Neubestimmen von einem oder mehr der PID-Koeffizienten das Neubestimmen einer Proportionalverstärkung und einer Differentialverstärkung aufweist, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, bei dem das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung eine Funktion einer Ausgangsimpedanz eines offenen Regelkreises der digitalen Spannungsreglersteuerung, eine Übertragungsfunktion eines Spannungregelkreises der digitalen Spannungsreglersteuerung und eine Übertragungsfunktion eines Stromregelkreises der digitalen Spannungsreglersteuerung ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, bei dem die PID-Koeffizienten bestimmt sind als eine Funktion einer Schaltfrequenz, die durch die digitale Spannungsreglersteuerung durch das Schalten von einer oder mehr Leistungsstufen für das Treiben einer Last, einer Anzahl von aktiven Leistungsstufen, die durch die digitale Spannungsreglersteuerung gesteuert sind, und einer maximale Anzahl an Leistungsstufen, für deren Steuerung die digitale Spannungsreglersteuerung programmiert ist, implementiert ist.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, das weiterhin aufweist: Bestimmen eines Nachfilter-Koeffizienten und der PID-Koeffizienten, sodass die Verstärkungs- und Phasenreserveziele erfüllt sind, als eine Funktion der Systemparameter; und Neubestimmen des Nachfilter-Koeffizienten und eines oder mehr der PID-Koeffizienten, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, das weiterhin aufweist: Bestimmen eines Filterkoeffizienten einer adaptiven Spannungsposition (AVP), der ein maximales Ausgangsimpedanzziel für die digitale Spannungsreglersteuerung erreicht; und Neubestimmen des AVP-Filterkoeffizienten und eines oder mehr der PID-Koeffizienten, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–8, das weiterhin aufweist: Bestimmen einer Proportionalverstärkung und einer Integralverstärkung für einen Stromausgleichsfilter der digitalen Spannungsreglersteuerung, sodass eine Bandbreite des Stromausgleichsfilters ein Bruchteil der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung ist.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9, bei dem die digitale Spannungsreglersteuerung eine digitale Mehrphasen-Spannungsreglersteuerung ist und bei dem die PID-Koeffizienten für eine oder mehr der Phasen unter Verwendung einer nichtlinearen Interpolationsformel bestimmt werden.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–10, das weiterhin aufweist: Übertragen der PID-Koeffizienten an die digitale Steuerung über eine Hardware-Schnittstelle, sodass die digitale Spannungsreglersteuerung die übertragenen PID-Koeffizienten verwendet, um eine Kompensation des Verhaltens der Impedanz des geschlossenen Regelkreises durchzuführen.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11, das weiterhin aufweist: Speichern der PID-Koeffizienten in einem Speicher, sodass die digitale Spannungsreglersteuerung die gespeicherten PID-Koeffizienten verwendet, um eine Kompensation des Verhaltens der Impedanz des geschlossenen Regelkreises durchzuführen.
  13. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium, das ein Computerprogramm speichert, das betrieben werden kann, um die Regelkreiskoeffizienten für eine digitale Spannungsreglersteuerung zu bestimmen, wobei das Computerprogramm aufweist: Programmanweisungen, um PID(Proportional-Integral-Differential-)Koeffizienten zu bestimmen, die Verstärkungs- und Phasenreserveziele für eine digitale Spannungsreglersteuerung erfüllen, als eine Funktion einer Vielzahl an Systemparametern für die digitale Spannungsreglersteuerung; und Programmanweisungen, um eine oder mehr der PID-Koeffizienten neu zu bestimmen, um ein Verhalten einer Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter einer Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  14. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium nach Anspruch 13, bei dem die Programmanweisungen, um einen oder mehr der PID-Koeffizienten zu bestimmen, Programmanweisungen, um eine Proportionalverstärkung und eine Differenzialverstärkung neu zu bestimmen, umfassen, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  15. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium nach Anspruch 13 oder 14, bei dem das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung eine Funktion einer Ausgangsimpedanz eines offenen Regelkreises der digitalen Spannungsreglersteuerung, eine Übertragungsfunktion des Spannungregelkreises der digitalen Spannungsreglersteuerung und eine Übertragungsfunktion des Stromregelkreises der digitalen Spannungsreglersteuerung ist.
  16. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium nach einem der Ansprüche 13–15, bei dem die PID-Koeffizienten bestimmt sind als eine Funktion einer Schaltfrequenz, die durch die digitale Spannungsreglersteuerung durch Schalten von einer oder mehr Leistungsstufen zum Treiben einer Ladung, einer Anzahl an aktiven Leistungsstufen, die durch die digitale Spannungsreglersteuerung gesteuert sind, und einer maximale Anzahl an Leistungsstufen, für deren Steuerung die digitale Spannungsreglersteuerung programmiert ist, implementiert ist.
  17. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium nach einem der Ansprüche 13–16, das weiterhin aufweist: Programmanweisungen, um einen Nachfilter-Koeffizienten und die PID-Koeffizienten zu bestimmen, sodass die Verstärkungs- und Phasenreserveziele erfüllt werden, als eine Funktion der Systemparameter; und Programmanweisungen, um den Nachfilter-Koeffizienten und einen oder mehr der PID-Koeffizienten neu zu bestimmen, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  18. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium nach einem der Ansprüche 13–17, das weiterhin aufweist: Programmanweisungen, um einen Filterkoeffizienten einer adaptiven Spannungsposition (AVP) zu bestimmen, der ein maximales Ausgangsimpedanzziel für die digitale Spannungsreglersteuerung erreicht; und Programmanweisungen, um den AVP-Filterkoeffizienten und einen oder mehr der PID-Koeffizienten neu zu bestimmen, um das Verhalten der Ausgangsimpedanz der digitalen Spannungsreglersteuerung für Frequenzen unter der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung abzuflachen.
  19. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium nach einem der Ansprüche 13–18, das weiterhin aufweist: Programmanweisungen, um eine Proportionalverstärkung und eine Integralverstärkung für einen Stromausgleichsfilter der digitalen Spannungsreglersteuerung zu bestimmen, sodass eine Bandbreite des Stromausgleichsfilters ein Bruchteil der Bandbreite der digitalen Spannungsreglersteuerung ist.
  20. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium nach einem der Ansprüche 13–19, worin die digitale Spannungsreglersteuerung eine digitale Mehrphasen-Spannungsreglersteuerung ist, und worin die PID-Koeffizienten für eine oder mehr der Phasen unter Verwendung einer nichtlinearen Interpolationsformel bestimmt sind.
  21. Computerlesbares nicht-flüchtiges Medium nach einem der Ansprüche 13–20, das weiterhin Programmanweisungen aufweist, um die Parameter der PID-Koeffizienten über eine verdrahtete oder drahtlose Schnittstelle von dem Computerprogramm zu übertragen.
DE102015111082.2A 2014-07-11 2015-07-09 Verfahren und Vorrichtung zur Steuerungsoptimierung eines Schaltspannungsreglers Pending DE102015111082A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/328,931 2014-07-11
US14/328,931 US9698683B2 (en) 2014-07-11 2014-07-11 Method and apparatus for controller optimization of a switching voltage regulator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015111082A1 true DE102015111082A1 (de) 2016-01-14

Family

ID=54867097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015111082.2A Pending DE102015111082A1 (de) 2014-07-11 2015-07-09 Verfahren und Vorrichtung zur Steuerungsoptimierung eines Schaltspannungsreglers

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9698683B2 (de)
CN (1) CN105322784B (de)
DE (1) DE102015111082A1 (de)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102151934B1 (ko) * 2014-07-24 2020-09-04 삼성전자주식회사 디스플레이장치, 전원제어모듈 및 그 전원 제어방법
US11036269B2 (en) 2014-09-02 2021-06-15 Delta Electronics (Shanghai) Co., Ltd. Power module and manufacturing method thereof
US10447166B2 (en) 2015-08-31 2019-10-15 Delta Electronics, Inc. Power module
CN106329930B (zh) * 2015-07-06 2019-02-12 台达电子工业股份有限公司 功率变换器
CN105449987B (zh) 2014-09-02 2019-06-25 台达电子工业股份有限公司 电源装置
US10423746B2 (en) * 2015-07-23 2019-09-24 Texas Instruments Incorporated Compensation design of power converters
US10277123B2 (en) * 2017-02-10 2019-04-30 Infineon Technologies Austria Ag Method and apparatus for setting control loop parameters of a voltage regulator controller
US10333413B2 (en) * 2017-04-26 2019-06-25 Dell Products, Lp System and method for automatically and adaptively enhancing transient response for a plurality of output voltages
US10680507B2 (en) * 2017-04-28 2020-06-09 Infineon Technologies Austria Ag Method and apparatus for multiphase regulator with thermal adaptive phase add/drop control
DE102017208891A1 (de) * 2017-05-26 2018-11-29 Robert Bosch Gmbh DC-DC-Wandler mit Regler mit mehreren Parametersätzen
US10177654B1 (en) * 2017-10-23 2019-01-08 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Dual-edge pulse width modulation for multiphase switching power converters with current balancing
MX2020006439A (es) * 2017-12-20 2020-09-17 Dean Tech Inc Fuente digital de energia de alto voltaje.
US10951117B2 (en) * 2019-04-08 2021-03-16 Intel Corporation Discontinuous conduction mode (DCM) voltage regulator circuit with reduced output voltage ripple
CN110224592B (zh) 2019-06-13 2021-08-13 南京矽力微电子技术有限公司 多相临界导通功率变换器及其控制方法
US11522451B2 (en) * 2019-12-13 2022-12-06 Alpha And Omega Semiconductor (Cayman) Ltd. Inductor binning enhanced current sense
CN111585421B (zh) * 2020-05-28 2023-08-04 陕西工业职业技术学院 一种变压输出和低开关损耗的轻型开关电源
CN112415897B (zh) * 2020-11-30 2023-02-21 北京罗克维尔斯科技有限公司 控制系统的优化方法、装置、系统、车辆、介质及设备
EP4272292A1 (de) * 2020-12-30 2023-11-08 Iontra Inc Systeme und verfahren zum batterieladen unter verwendung von schaltungsmodellierung
CN113162368B (zh) * 2021-03-11 2023-02-10 成都芯源系统有限公司 Dcr电流采样电路和方法以及相关控制电路
CN113517627B (zh) * 2021-03-30 2022-07-22 廊坊市路环科技有限公司 一种能够抑制弛豫振荡的超窄线宽光纤激光器
CN114900616B (zh) * 2022-07-14 2022-10-28 四川三思德科技有限公司 一种用于光伏摄像头的直流电机驱动装置及方法

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7007176B2 (en) * 2000-10-10 2006-02-28 Primarion, Inc. System and method for highly phased power regulation using adaptive compensation control
SG120083A1 (en) * 2001-11-28 2006-03-28 Matsushita Electric Ind Co Ltd Disk storage apparatus and disk storage apparatus control method
DE602005011248D1 (de) * 2004-01-23 2009-01-08 Gsi Group Corp System und verfahren zum optimieren der zeichenmarkierungsleistung
JP5386801B2 (ja) * 2007-07-27 2014-01-15 株式会社リコー スイッチングレギュレータ及びその動作制御方法
CN101551642A (zh) * 2009-04-08 2009-10-07 南京航空航天大学 用于无人飞机控制律参数自动优化的改进粒子群算法
US8786265B2 (en) * 2009-06-22 2014-07-22 Linear Technology Corporation Adjustable current limit switching regulator with constant loop gain
CN102073270B (zh) * 2011-01-27 2015-08-05 浙江工业大学 单输入单输出时滞系统的分数阶pid控制方法
JP5426588B2 (ja) * 2011-02-07 2014-02-26 株式会社ジャパンディスプレイ 液晶表示装置
US9331520B2 (en) * 2011-12-22 2016-05-03 Texas Instruments Incorporated Inductively coupled charger
US9325242B2 (en) * 2012-06-29 2016-04-26 Infineon Technologies Austria Ag Switching regulator output capacitor current estimation
CN102761138A (zh) * 2012-07-31 2012-10-31 慈溪市宇时通信电力设备有限公司 无需谐振阻尼的lcl型并网逆变器及其一体化设计方法
CN103501016B (zh) * 2013-10-19 2015-05-06 中南林业科技大学 基于过程神经网络的tcsc控制方法及系统
CN103558755B (zh) * 2013-11-05 2017-02-08 四川理工学院 分数阶积分pid控制器整定和自整定方法
CN103809444B (zh) * 2014-02-28 2016-09-14 西安费斯达自动化工程有限公司 飞行器多回路模型簇人机闭环pid鲁棒控制器设计方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105322784B (zh) 2018-06-22
CN105322784A (zh) 2016-02-10
US20160013719A1 (en) 2016-01-14
US9698683B2 (en) 2017-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015111082A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Steuerungsoptimierung eines Schaltspannungsreglers
DE102010037246B4 (de) System und Verfahren zum Ausgleichen der Kleinsignalantwort von Spannungsreglern mit variablen Phasen
DE102016111411B4 (de) System und Verfahren zum Regeln eines Tastgrads eines Schaltnetzteils
DE102013213625A1 (de) Mehrphasiger digitaler Current-Mode Controller mit dynamischer Stromzuordnung
DE102016101931A1 (de) Mehrphasen-Schaltspannungsregler mit asymmetrischer Phaseninduktivität
DE102012216133B4 (de) Dc/dc-wandler, verfahren für das bereitstellen einer ausgangsspannung auf der basis einer eingangsspannung und computerprogramm
DE102017118296A1 (de) Transformatorflussabschätzung und -begrenzung bei isolierten dc-dc-spannungswandlern
EP2721727B1 (de) Schaltnetzteil, betriebsverfahren und verwendung eines schaltnetzteils in einem computer
DE112015001260T5 (de) Ladungspumpenstabilitätssteuerung
DE102018113402B4 (de) Verfahren zum betreiben einer leistungsversorgung mit einem niedrigleistung-standbybetrieb, leistungsversorgung und controller
DE102015226526B4 (de) Hocheffizienz-DC-zu-DC-Wandler mit adaptiver Ausgangsstufe
DE102016214446B4 (de) Hybrider Abwärtsregler
DE202009013410U1 (de) Transiente Verarbeitungsvorrichtung für Leistungswandler
DE102014101351A1 (de) System und verfahren für einen leistungsversorgungsregler
DE102014119100A1 (de) System und verfahren für einen leistungswandler
DE102011004785A1 (de) Pulsmodulationssteuerung in einer DC-DC-Wandlerschaltung
DE102018216156A1 (de) Abwärts-aufwärts-schaltwandler
DE102020002462A1 (de) DC-DC Kappa Schaltwandler mit kontinuierlichem Eingangs- und Ausgangsstrom
DE102014201615A1 (de) Multiphasen-Gleichspannungswandler und Verfahren zum Betreiben eines Multiphasen-Gleichspannungswandlers
DE112018007516T5 (de) Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE102018102978A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Setzen von Regelkreisparametern einer Spannungsreglersteuerung
DE102015219307B4 (de) Schaltleistungswandler mit einer Strombegrenzungsschaltung
DE102021130495A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines wandlers
EP1685648A1 (de) Verstärker mit endstufen-gesteuerter regelung
DE112019000411T5 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Verwendung in einem Resonanzwandler

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication