DE102017208891A1 - DC-DC-Wandler mit Regler mit mehreren Parametersätzen - Google Patents

DC-DC-Wandler mit Regler mit mehreren Parametersätzen Download PDF

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Abstract

Wandler (2) zur Wandlung einer DC-Eingangs-Spannung (UE) in eine DC-Ausgangs-Spannung (UA), mit mindestens einer Induktivität (4) und vorzugsweise mit mindestens einer Kapazität (6), die in einem leistungsführenden Pfad (8) miteinander verschaltet sind, wobei ein aktueller Induktivitätswert (la) der Induktivität (4) von einem aktuellen Stromwert (la) eines durch die Spule fließenden Stromes (10) abhängig ist, mit einem Regler (12) zur Regelung der DC-Ausgangs-Spannung (UA) auf einen Sollwert (UAS) hin, wobei der Regler (12) einen sein Regelverhalten bestimmenden Parametersatz (14a-c) enthält, mit einem Messmodul (16) zur Ermittlung mindestens eines Kennwertes (K) mindestens einer Kenngröße (18) des Wandlers (2), und mit mehreren austauschbaren Parametersätzen (14a-c) für den Regler (2), wobei ein jeweiliger der Parametersätze (14a-c) im Regler (2) aktivierbar ist, und mit einem Steuermodul (20) zum Austausch und zur Aktivierung eines jeweiligen der Parametersätze (14a-c) im Regler (2) in Abhängigkeit mindestens eines der Kennwerte (K).

Description

  • Stand der Technik
  • Aufgrund der hohen Leistungsdichte und dem vergleichbar hohen Wirkungsgrad gegenüber analogen, längsgeregelten Lösungen sind DC-DC-Wandler heute weit verbreitet. Stark vereinfacht kann ein solches System so beschrieben werden, dass über ein Halbleiterschaltelement eine hochfrequente Wechselspannung erzeugt und diese über ein Filter höherer Ordnung wieder in eine Gleichspannung gewandelt wird. Diese Ausgangsspannung wird erfasst und mittels einer Regelung auf einem Sollwert gehalten.
  • Ein Beispiel für einen DC-DC-Wandler ist ein Boost-Converter. Mit diesem ist es möglich, eine DC-Eingangsspannung in eine höhere Ausgangsspannung zu wandeln. Das Verhältnis von Ein- zu Ausgangsspannung ist im Wesentlichen durch das Tastverhältnis des PWM-Signals (Pulsweitenmodulation) am Schaltelement, zum Beispiel einem Transistor, definiert.
  • Ein DC-DC-Wandler in Form eines Hochsetzstellers ist zum Beispiel aus der DE 103 48 265 A1 bekannt. Der Hochsetzsteller umfasst eine Regelungseinrichtung zum Hochsetzen einer Eingangsspannung auf ein gewünschtes Sollspannungsniveau für eine Ausgangsspannung. Die Regelungseinrichtung führt während des Hochsetzvorgangs einen Soll-/Istwert- Vergleich zwischen dem gewünschten Sollspannungsniveau für die Ausgangsspannung und deren jeweils aktuellem Istwert durch.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Im Rahmen der Erfindung wird ein Wandler gemäß Patentanspruch 1 zur Wandlung einer DC-Eingangs-Spannung in eine DC-Ausgangs-Spannung vorgeschlagen. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren. Bevorzugt ist die Spannung der DC-Eingangs-Spannung über die Zeit nahezu konstant. Vorzugsweise handelt es sich bei der DC-Eingangs-Spannung um eine Gleichspannung, die durch Gleichrichtung und nachfolgender Glättung aus einer sinusförmigen Wechselspannung erzeugt wurde derart, dass die Spannung über die Zeit nahezu konstant ist. Alternativ handelt es sich bei der DC-Eingangs-Spannung um eine pulsierende Gleichspannung, die aus einer sinusförmigen Wechselspannung durch Gleichrichtung, beispielsweise mittels einer Brückenschaltung, ohne oder nur geringe anschließende Glättung erzeugt wurde.
  • Der Wandler enthält mindestens eine Induktivität, insbesondere eine Spule, und vorzugsweise mindestens eine Kapazität, insbesondere einen Kondensator. Induktivität und die optionale Kapazität sind in einem leistungsführenden Pfad miteinander verschaltet. Ein aktueller Induktivitätswert der Induktivität ist von einem aktuellen Stromwert eines durch die Spule fließenden Stromes abhängig.
  • Der Wandler enthält einen Regler zur Regelung der DC-Ausgangsspannung auf einen Sollwert hin. Der Regler enthält einen sein Regelverhalten bestimmenden Parametersatz. Der Wandler enthält ein Messmodul zur Ermittlung mindestens eines Kennwertes mindestens einer Kenngröße des Wandlers.
  • Der Wandler enthält mehrere austauschbare Parametersätze für den Regler. Ein jeweiliger der Parametersätze ist im Regler aktivierbar bzw. im Betrieb aktiviert. Der Wandler enthält ein Steuermodul zum Austausch und zur Aktivierung eines jeweiligen der Parametersätze im Regler. Austausch und Aktivierung erfolgen hierbei in Abhängigkeit mindestens einer der Kenngrößen bzw. den jeweiligen unterschiedlichen Kennwerten der entsprechenden Kenngröße.
  • Eine „Induktivität“ im vorliegenden Sinne kann auch als „Spule“ im weiteren Sinne bezeichnet werden - vereinfachend für alle Wickelgüter bzw. Bauteile mit induktiver Eigenschaft. Dies sind z.B. Spulen im eigentlichen Sinn, Drosseln, Transformatoren etc. Sinngemäß gilt entsprechendes für den Begriff „Kapazität“, der auch als „Kondensator“ bezeichnet werden kann, stellvertretend für kapazitive Bauteile, insbesondere Kondensatoren im eigentlichen Sinn.
  • Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen: Um in einem gebräuchlichen DC-DC-Wandler die Ausgangsspannung konstant zu halten, wird diese gemessen, mit einem Sollwert verglichen und über eine Regeleinrichtung (Regler) geführt, welche wiederum das Tastverhältnis (PWM im Schaltelement) entsprechend korrigiert. Die Auslegung dieser Regelung bestimmt Betriebsverhalten und -sicherheit des Wandlers. Ist die Regelung zu konservativ ausgelegt, äußert sich das unter anderem in einem schlechten Regelverhalten bei Lastsprüngen. Ist sie hingegen zu aggressiv eingestellt, kann es in manchen Betriebspunkten zu einem Schwingen der Regelung kommen. In diesem Fall kann die Ausgangsspannung stark vom Sollwert abweichen oder es kommt gar zur Zerstörung des Wandlers.
  • Die Erfindung bietet die Möglichkeit, für verschiedene Betriebszustände des Reglers verschiedene Parametersätze in den Regler zu bringen und dort jeweils einen von ihnen zu aktivieren, sodass im aktivierten Fall der Regler nach dem aktuellen Parametersatz handelt bzw. regelt. Der Betriebszustand kann durch den entsprechenden Kennwert der Kenngröße erfasst werden. Das Steuermodul wählt abhängig vom aktuellen Kennwert den geeigneten Parametersatz aus.
  • Im Ergebnis entsteht so ein Wandler, der auch für sich verändernde Betriebsbedingungen verbessert geregelt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Kennwert ein aktueller Wert der Kenngröße. „Aktuell“ bedeutet, dass dieser zum gleichen Zeitpunkt wie der aktuelle Stromwert und die aktuelle Induktivität vorhanden bzw. gültig sind. So kann eine zeitaktuelle Anpassung des Reglers im Wandler durch zeitnahe Reaktion auf den aktuellen Kennwert erfolgen, um insbesondere auf den aktuellen Stromwert und die aktuelle Induktivität zu reagieren.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kenngröße die Stromstärke durch die Induktivität und/oder die DC-Eingangsspannung des Wandlers und/oder die DC-Ausgangsspannung des Wandlers und/oder eine Temperatur im oder am Wandler, insbesondere eine Temperatur eines Elements bzw. Bauteils des Wandlers, insbesondere der Induktivität.
  • Die Auswahl des aktuellen Parametersatzes kann so mit Hilfe des Steuermoduls an den maßgeblich die Eigenschaften des Wandlers bestimmenden Kenngrößen orientiert bzw. von diesen abhängig gemacht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Regler einen inneren Teilregler für den Stromwert auf und einen äußeren Teilregler für einen Spannungswert der DC-Ausgangsspannung auf. Insbesondere ausschließlich - ist der Parametersatz des inneren Teilreglers austauschbar.
  • Der Regler weist also eine äußere Regelschleife (mit dem äußeren Teilregler) und eine in dieser enthaltene innere Regelschleife (mit dem inneren Teilregler) innerhalb der äußeren Regelschleife auf.
  • Der austauschbare Parametersatz ist der Parametersatz des inneren Teilreglers bzw. der inneren Regelschleife. Diese Ausführungsform entspricht einer weit verbreiteten Reglerstruktur für DC-DC-Wandler. Die Erfindung ist damit für dieses weit verbreitete Wandlerkonzept geeignet.
  • Die Erfindung greift somit außerdem besonders wirksam am kritischsten Punkt eines DC-DC-Wandlers an, nämlich an der Stromregelung, da der aktuelle Strom durch die Spule von deren Induktivität abhängt, wenn diese stromabhängig stark (spürbar, mit Qualitätsverlusten einhergehend) variiert. In dieser Ausführungsform greift die Erfindung gerade an dieser kritischen Stelle ein, in dem die Stromregelung mit stromabhängigen Parametersätzen realisiert werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält der Wandler einen Speicher für die Parametersätze. Somit können die Parametersätze bei Bedarf schnell abgerufen werden und sind im Regler sofort verfügbar.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält der Speicher eine Look-up-Tabelle für die Parametersätze. Insbesondere sind hierbei jedem Kennwert, zum Beispiel jedem Stromwert, oder jeder Kombination von Kennwerten (bei mehreren Kenngrößen) ein jeweiliger Parametersatz zugeordnet. Nach Ermittlung des entsprechenden Kennwertes (der Kennwerte) muss so lediglich schnell und einfach der zugeordnete Parametersatz aus der Look-up-Tabelle entnommen und dem Regler zugeführt bzw. dort aktiviert werden. So ist ein besonders schneller und einfacher Wechsel der Parametersätze im Wandler gewährleistet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wandler ein Boost-Converter. Insbesondere Boost-Converter sind von der Problematik stromabhängiger Induktivitätswerte ihrer Spulen betroffen, sodass hier die Erfindung besonders wirkungsvoll ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Wandler ein CCM-Wandler (Continuous Current Mode) oder ein DCM-Wandler (Discontinuous Current Mode).). In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Wandler als PFC-Schaltung ausgebildet. Ziel einer PFC-Schaltung (Power Factor Correction, Leistungsfaktorkorrektur) ist es, die Oberwellen, deren Spektrum über den Powerfaktor bewertet wird, derart zu optimieren, sodass neben der Grundwelle (dem Strom bei 50 Hz) nur eine geringe Anzahl an Oberwellen enthalten sind. Der Powerfaktor beschreibt somit das Verhältnis von aufgenommener Wirk- zu Scheinleistung. Diese Wandlertypen sind verbreitete Wandler, weshalb die Erfindung somit in einem weiten technischen Umfeld Vorteile bietet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Regler ein digitaler Regler. Ein digitaler Regler im vorliegenden Sinne gibt lediglich zu bestimmten Zeitpunkten sein Regelergebnis aus, um dieses im Wandler verwendbar zu machen bzw. zu verwenden. Im Zeitinterwall bis zum nächsten betreffenden Zeitpunkt erfolgt kein veränderter Reglereingriff im Wandler. Derartige digitale Regler sind in Wandlern weit verbreitet, sodass die Erfindung für einen Großteil von Wandlern Vorteile bietet.
  • In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform ist der aktivierte Parametersatz im Regler während eines digitalen Regelzyklus des Reglers unverändert. Im entsprechenden Regelzyklus führt der Regler abhängig von Eingangswerten bestimmte interne Berechnungen durch, um anschließend sein Regelergebnis am Ausgang bereitzustellen. Somit ist sichergestellt, dass während der internen Verarbeitung im Regler keine Parameteränderung im Regler erfolgt, was zu unvorhersehbaren Regelergebnissen führen könnte, was somit vermieden ist. Die Regelung und dadurch der Wandler werden somit stabiler.
  • Die Erfindung beruht auf folgenden Erkenntnissen, Beobachtungen bzw. Überlegungen und weist noch die nachfolgenden Ausführungsformen auf. Die Ausführungsformen werden dabei teils vereinfachend auch „die Erfindung“ genannt. Die Ausführungsformen können hierbei auch Teile oder Kombinationen der oben genannten Ausführungsformen enthalten oder diesen entsprechen und/oder gegebenenfalls auch bisher nicht erwähnte Ausführungsformen einschließen.
  • Ein wesentliches Auslegungskriterium für die Parameter der Regelung in einem Wandler ist die verwendete Induktivität (induktives Bauteil). Je nach verwendetem Material ist deren Induktivitätswert teilweise stark stromabhängig. In diesem Fall muss der Induktivitätswert des ungünstigsten Betriebsfalls zur Reglerdimensionierung herangezogen werden, was in der Regel Hand in Hand mit Zugeständnissen beim Regelverhalten geht. In diesem Fall muss abgewogen werden, ob diese Einschränkungen akzeptierbar sind oder ob eine größere und damit teurere Spule (induktives Element) mit einem geringeren stromabhängigen Induktivitätsabfall verwendet werden muss (Abfall des Induktivitätswertes). Zum Beispiel fällt bei einer Drossel mit weichsättigendem Kernmaterial der Induktivitätswert in einem dimensionierten Strombereich für die entsprechend höchsten Ströme auf ein Drittel seines Ursprungswertes bei den niedrigsten Ströme ab. Dieser Vorgang ist reversibel. Sobald der Stromfluss zum Erliegen kommt ist auch der ursprüngliche Induktivitätswert wieder erreicht.
  • Ein Gedanke der Erfindung ist es daher, in einer Regelung für einen Wandler (insbesondere Boost-Converter) für den stark vom Induktivitätswert abhängenden Stromregelkreis mehrere Regelparametersätze zu definieren, welche den Induktivitätsabfall bei unterschiedlichen Strömen durch die Induktivität (insbesondere Drosselströmen) berücksichtigen. Eine Logik (Steuermodul) entscheidet nun abhängig vom momentan fließenden (Drossel-)Strom, welcher Parametersatz für die Regelung verwendet werden soll. Das Resultat ist ein Wandler, z.B. Boost-Converter, der in jedem Lastfall optimales Regelverhalten zeigt. Gleiches wäre nur erreichbar gewesen, wenn die Induktivität (Drossel) über einen größeren Bereich einen geringeren Induktivitätsabfall aufweist, was aber nur durch größere Dimensionierung und somit größere Kosten realisiert werden kann.
  • Die Erfindung beruht auf der Überlegung, dass es verschiedene Arten von Reglerstrukturen gibt. Die für den DC-DC-Wandler gebräuchlichste ist der Typ 2 Regler, der im Wesentlichen einen PI-Regler entspricht, jedoch gibt er die Möglichkeit, bei einer frei bestimmbaren Frequenz den Phasenverlauf der geregelten Strecke gezielt zu beeinflussen um das System optimal regeln zu können. Im Bildbereich hat dieser Regler die Übertragungsfunktion: H ( s ) = B 0 + B 1 s + B 2 s 2 1 A 1 s + A 2 s 2
    Figure DE102017208891A1_0001
  • Diese Funktion kann mittels z-Transformation in einen für einen Mikroprozessor rechenbaren Algorithmus umgewandelt werden. Man erhält: U [ n ] = A 1 U [ n 1 ] + A 2 U [ n 2 ] + B 0 E [ n ] + B 1 E [ n 1 ] + B 2 E [ n 2 ]
    Figure DE102017208891A1_0002
  • Hier beschreibt U einen Ausgabewert des Reglers und E einen Eingabewert (die Regelabweichung aus Sollwert - Istwert). Der Parameter n beschreibt den Messzeitpunkt, wobei [n] für den Wert der aktuellen Messung / Berechnung steht, [n-1] aus dem letzten Funktionsaufruf usw.
  • Die Parameter Ax und Bx beschreiben das dynamische Verhalten und werden rechnerisch ermittelt. Sie werden so gewählt, dass der Regler die topologietypischen Pole und Nullstellen der Streckenübertragungsfunktion optimal kompensiert. Je nach Wandlertopologie und Regelansatz ergeben sich andere Rechenvorschriften für diese Parameter, weshalb an dieser Stelle nicht weiter auf deren Herleitung eingegangen werden soll.
  • Die Regelparameter Bx des Stromreglers eines Average-Current-Mode CCM Boost Wandlers hängen direkt von der Induktivität der Strecke ab. Für eine Realisierung der hier beschriebenen Erfindung werden somit die Parameter B0 bis B2 während der Laufzeit des Reglers angepasst, wobei insbesondere darauf zu achten ist, dass die Parameter nur vor oder nach der Berechnung des Regelalgorithmus geändert werden. Erfolgt die Änderung während der Reglerberechnung, kann es zu unbestimmten Reglerreaktionen oder gar zum Schwingen des Reglers führen.
  • Gemäß der Erfindung können die Parameter auch von anderen Größen abhängig gemacht werden (Eingangsspannung, Ausgangsspannung, Temperatur). Die Anzahl an Parametersätzen ist nicht begrenzt, es ist beispielsweise eine Lookup-Table denkbar, die jedem Stromwert einen Parametersatz zuordnet. Die Erfindung ist nicht an den Boost-Converter gebunden. Sie kann an jeden anderen Wandler adaptiert werden, das heißt an alle DC-DC-Wandler mit Induktivität und Kapazität. Die Erfindung ist nicht auf CCM-Wandler beschränkt und kann auch für Wandler im DCM Betrieb adaptiert werden.
  • Wird diese Art der Regelung im Netzteil eines Audioverstärkers in einer Boost-PFC (Power-Factor-Correction) verwendet, um den Induktivitätsabfall der Drossel zu kompensieren, so ist es auf diese Weise möglich, den Drosselstrom und somit den Netzstrom über den gesamten Arbeitsbereich optimal zu regeln und gleichzeitig in jedem Betriebspunkt den bestmöglichen Power-Faktor zu erzielen.
  • Gleichzeitig kann so verhindert werden, eine neue größere Drossel zu verwenden, welche zu höheren Herstellungskosten führen würde.
  • Gemäß der Erfindung ergibt sich also eine Kompensation des stromabhängigen Induktivitätsabfalls von Wickelgütern in Schaltanwendungen durch dynamische Regelungsanpassung.
  • Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen in einer schematischen Prinzipskizze:
    • 1 einen Wandler gemäß der Erfindung.
  • 1 zeigt einen Wandler 2 in Form eines CCM Average Current Mode Boost Converters mit stromabhängigen Regelparametern für die Stromregelung für eine dynamische Regelparameteranpassung.
  • Der Wandler 2 dient zur Wandlung einer DC-Eingangsspannung UE in eine DC-Ausgangsspannung UA. Der Wandler 2 enthält eine Induktivität 4 und eine Kapazität 6, die in einem leistungsführenden Pfad 8 miteinander verschaltet sind. Ein aktueller Induktivitätswert La der Induktivität 4 ist von einem aktuellen Stromwert Ia eines durch die Induktivität 4 fließenden Stromes 10 (durch einen Pfeil angedeutet) abhängig.
  • Der Wandler 2 enthält einen Regler 12 zur Regelung des aktuellen Spannungswertes der Ausgangsspannung UA auf einen Sollwert UAS hin. Der Regler 12 enthält einen sein Regelverhalten aktuell bestimmenden Parametersatz 14a. Der Parametersatz 14a ist daher aktuell im Regler 12 aktiviert.
  • Der Wandler 2 enthält außerdem ein Messmodul 16 zur Ermittlung mindestens eines Kennwertes K mindestens einer Kenngröße 18 des Wandlers 2. Im Beispiel ist die Kenngröße 18 der Strom 10, der Kennwert K ist der aktuelle Stromwert Ia. Das Messmodul 16 ist daher ein Strommesser. Alternativ oder zusätzlich ist in anderen Ausführungsformen die Kenngröße 18 die Eingangsspannung UE, die Ausgangsspannung UA oder eine Temperatur T der Induktivität 4 oder eines anderen Objekts.
  • Der Wandler 2 enthält insgesamt mehrere Parametersätze 14a-c für den Regler 12. Auch die Parametersätze 14b oder 14c sind im Regler 12 aktivierbar. Dann bestimmt der jeweils aktivierte Satz das aktuelle Regelverhalten. Die jeweils beiden anderen Parametersätze sind dann nicht aktiviert. Die (aktivierten) Parametersätze 14a-c sind also im Regler 12 austauschbar.
  • Im Beispiel ist also zunächst der Parametersatz 14a aktiviert. Der Regler 12 arbeitet daher auf Basis des Parametersatzes 14a. Die Parametersätze 14b und 14c haben derzeit keinen Einfluss auf das Regelverhalten.
  • Der Wandler 2 enthält ein Steuermodul 20. Dieses dient sowohl zum Austausch als auch zur Aktivierung eines jeweiligen der Parametersätze 14a bis c im Regler 12. Der Austausch und die Aktivierung erledigt das Steuermodul 20 in Abhängigkeit mindestens einer der Kenngrößen 18, wobei im Beispiel lediglich eine einzige Kenngröße 18 vorliegt. Im Beispiel ist deren Kennwert K jeweils ein aktueller Wert (Stromwerte Ia) der Kenngröße 18 und somit zum gleichen Zeitpunkt ermittelt bzw. gültig wie die aktuellen Induktivitätswerte La. In einem alternativen Beispiel existiert eine zweite Kenngröße 18 in Form der DC-Eingangsspannung UE. Der entsprechende weitere Kennwert K ist dann der aktuelle Spannungswert der Eingangsspannung UE. Somit existieren im Wandler 2 zwei verschiedene Kennwerte K welche beide dem Steuermodul 20 zugeführt und von diesem zur Auswahl der Parametersätze 14a bis c genutzt werden.
  • Der Regler 12 weist einen inneren Teilregler 22 (Teil einer inneren Regelschleife) und einen äußeren Teilregler 24 (Teil einer äußeren Regelschleife) auf. Die innere Regelschleife bzw. der Teilregler 22 regelt den Stromwert Ia (hier dem inneren Teilregler 22 in Form des Kennwertes K zugeführt) auf einen Sollwert IS ein. Die äußere Regelschleife bzw. der Teilregler 24 regelt schließlich die DC-Ausgangsspannung UA anhand deren aktuellem Spannungswert, dem Ist-Wert UAI, auf deren Sollwert UAS ein. Ausschließlich die Parametersätze 14a-c des inneren Teilreglers 22 sind dabei austauschbar. Der äußere Teilregler 24 arbeitet also mit einem festen Parametersatz.
  • Der Wandler 2 weist einen Speicher 26 für die Parametersätze 14a-c auf, wobei der Speicher 26 eine Look-up-Tabelle für die Parametersätze 14a-c enthält bzw. als solche realisiert ist. Im Beispiel wird daher der Kennwert K in Form des Stromwertes Ia mit einem jeweiligen Wertbereich 28a-c verglichen, und falls der Wert K im entsprechenden Wertebereich 28a-c liegt, der betreffende Parametersatz 14a oder 14b oder 14c aktiviert und für die Regelung des Reglers 12 benutzt.
  • Im Beispiel ist der Regler 12 ein digitaler Regler. Die Kennwerte K und die DC-Ausgangsspannung UA werden daher über Analog/Digitalumsetzer 30 geführt. (A/D-Umsetzer). Aus aktuell abgetasteten Werten UA[n] und K[n] sowie im Regler 12 gespeicherten, nicht weiter dargestellten entsprechenden Werten aus vorherigen Abtastintervallen [n-1] und [n-2] wird ein aktuelles Regelergebnis im Form eines Tastverhältnisses PWM für eine Pulsweitenmodulation, also ein Wert PWM[n] als aktuelles Regelergebnis von einer PWM-Stufe 32 ausgegeben. Hierbei werden im Regler 12 auch die zu den vorhergehenden Abtastzeitpunkten [n-1] und [n-2] ausgegebenen Tastverhältnisse PWM[n-1] und PWM[n-2] berücksichtigt. Das Tastverhältnis PWM betreibt einen Schalter 34 im Wandler 2, wie allgemein in üblichen Wandlern bekannt, was daher hier nicht weiter erläutert wird.
  • Die Zeitspanne zwischen der Ausgabe eines Tastverhältnisses PWM[n] und der Eingabe der entsprechenden Werte UA[n] und K[n] wird Regelzyklus Z genannt und ist in 1 symbolisch durch einen Pfeil dargestellt. Während der Dauer eines Regelzyklus Z bleibt der jeweilige Parametersatz 14a, b oder c unverändert im Regler 12 aktiv, das heißt der gesamte Regelalgorithmus läuft nach einem der Parametersätze 14a bis c ab. Erst nach Abschluss des Regelzyklus Z und vor Beginn eines neuen Regelzyklus Z, das heißt vor Beginn der Auswertung der Ausgangsspannung UA und der Kenngröße K im Regler 12 kann bei Bedarf - je nach Entscheidung der Steuereinheit 20 - ein anderer der Parametersätze 14a-c aktiviert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10348265 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Wandler (2) zur Wandlung einer DC-Eingangs-Spannung (UE) in eine DC-Ausgangs-Spannung (UA), mit mindestens einer Induktivität (4) und vorzugsweise mit mindestens einer Kapazität (6), die in einem leistungsführenden Pfad (8) miteinander verschaltet sind, wobei ein aktueller Induktivitätswert (la) der Induktivität (4) von einem aktuellen Stromwert (la) eines durch die Spule fließenden Stromes (10) abhängig ist, mit einem Regler (12) zur Regelung der DC-Ausgangs-Spannung (UA) auf einen Sollwert (UAS) hin, wobei der Regler (12) einen sein Regelverhalten bestimmenden Parametersatz (14a-c) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (2) ein Messmodul (16) zur Ermittlung mindestens eines Kennwertes (K) mindestens einer Kenngröße (18) des Wandlers (2) enthält, und der Wandler (2) mehrere austauschbare Parametersätze (14a-c) für den Regler (2) enthält, wobei ein jeweiliger der Parametersätze (14a-c) im Regler (2) aktivierbar ist, und der Wandler (2) ein Steuermodul (20) zum Austausch und zur Aktivierung eines jeweiligen der Parametersätze (14a-c) im Regler (2) in Abhängigkeit mindestens eines der Kennwerte (K), enthält.
  2. Wandler (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennwert (K) ein aktueller Wert der Kenngröße (18) ist.
  3. Wandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kenngröße (18) der Strom (10) und/oder die DC-Eingangsspannung (UE) und/oder die DC-Ausgangsspannung (UA) und/oder eine Temperatur (T) ist.
  4. Wandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (2) einen inneren Teilregler (22) für den Stromwert (la) aufweist und einen äußeren Teilregler (24) für einen Spannungswert (UAI) der DC-Ausgangsspannung (UA) aufweist und der Parametersatz (14a-c) des inneren Teilreglers (22) austauschbar ist.
  5. Wandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Speicher (26) für die Parametersätze (14a-c).
  6. Wandler (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (26) eine Look-Up-Tabelle für die Parametersätze (14a-c) enthält.
  7. Wandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (2) ein Boost-Converter ist.
  8. Wandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler (2) ein CCM-Wandler oder ein DCM-Wandler ist.
  9. Wandler (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (12) ein digitaler Regler (12) ist
  10. Wandler (2) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der aktivierte Parametersatz (14a-c) im Regler (2) während eines digitalen Regelzyklus (Z) des Reglers (2) unverändert ist.
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