DE112009004058T5

DE112009004058T5 - Verfahren und Systeme für die Komponentenwertschätzung inStromversorgungen/Leistungsumsetzern

Info

Publication number: DE112009004058T5
Application number: DE112009004058T
Authority: DE
Inventors: Stewart Kenly; Paul W. Latham II
Original assignee: L&L Engineering LLC
Current assignee: L&L Engineering LLC
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2012-05-31
Also published as: US8253402B2; TW201025037A; CN102334078B; CN102334078A; US20100127682A1; WO2010059912A1

Abstract

In einer Ausführungsform enthält das Verfahren dieser Lehren das Zerlegen der Ausgangswelligkeitsspannung in ihre Bestandteile und das Nutzen des für diese Zerlegung notwendigen Skalenfaktors, um die Messkapazität und den ESR für eine Stromversorgung/einen Leistungsumsetzer zu erhalten.

Description

HINTERGRUND
Diese Lehren beziehen sich allgemein auf die Komponentenwertschätzung in Stromversorgungen/Leistungsumsetzern.
Um auf dem Gebiet der DC-DC-Umsetzer und Stromversorgungen allgemein eine optimale Übergangsleistung zu erzielen, ist es notwendig, die Leistungskomponentenwerte der Stromversorgung zu kennen. In einer typischen Stromversorgungsanwendung kann es sein, dass eine Lastkapazität nicht gut bekannt ist, da erwartet wird, dass die Stromversorgung mit einer Vielzahl von Lasten arbeitet. Eine physikalische Lastkapazität weist außer einer Kapazität einen Reihenersatzwiderstand (ESR) und eine Reihenersatzinduktivität (ESL) auf. Für viele Fälle kann die Reihenersatzinduktivität unbedeutend sein. Dagegen kann der Reihenersatzwiderstand nicht unbedeutend sein. Die Wirkung des Reihenwiderstands ist es, eine hochfrequente Nullstelle und eine Übertragungsfunktion zwischen Tastgrad und Ausgangsspannung zu erzeugen. Der ESR der Kapazität hat eine gut bekannte Wirkung auf die Regelkreisstabilität und muss berücksichtigt werden.
Zur Messung der Eigenschaften irgendeines Netzes kann ein Signal eingespeist werden. Adaptive Verfahren können eine bekannte Tastgradsignalform einspeisen und Ihr Ansprechen auf die Ausgangsspannung messen. Diese Verfahren weisen die Beschränkung auf, dass das eingespeiste Signal eine Abweichung der Ausgabe veranlassen kann, die den Zweck einer Stromversorgung, d. h. diese Änderungen zu beseitigen, vereiteln kann. Somit wird ein Messverfahren benötigt, das kein eingespeistes Signal erfordert.
ZUSAMMENFASSUNG
Die oben dargelegten Probleme sowie weitere und andere Probleme werden durch die vorliegenden Lehren gelöst. Diese Lösungen und andere Vorteile werden durch die verschiedenen Ausführungsformen der im Folgenden beschriebenen Lehren erzielt.
In einer Ausführungsform enthält das Verfahren dieser Lehren das Zerlegen der Ausgangwelligkeitsspannung in ihre Bestandteile und das Nutzen des Skalenfaktors, der für diese Zerlegung notwendig ist, um die Kapazität und den ESR für eine Stromversorgung zu messen. In einem Fall wird eine Korrelation genutzt, um die Skalenfaktoren zu erhalten. In einem anderen Fall wird der LMS-Algorithmus genutzt, um die Skalenfaktoren zu erhalten. In einem abermals anderen Fall wird die Ausgangssignalform der abgetasteten Spannung genutzt, um die Skalenfaktoren zu erhalten.
Das Verfahren zum Schätzen wenigstens eines Systemparameters für eine Stromversorgung/einen Leistungsumsetzer, die/der eine Treiberkomponente aufweist, die einen Tastgradbefehl empfängt, durch Korrelation, kann die Schritte des Zerlegens einer der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer zugeordneten Welligkeitsspannung in Bestandteile, des Bestimmens wenigstens zweier Basisfunktionen für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer auf der Grundlage eines Nominalnetzes, wobei die wenigstens zwei Basisfunktionen Werte enthalten, des Berechnens wenigstens eines Skalenfaktors durch Korrelieren der Bestandteile mit den Werten und des Schätzens des Systemparameters auf der Grundlage des Skalenfaktors enthalten, ist darauf aber nicht beschränkt. Das Verfahren zum Schätzen eines Systemparameters für eine Stromversorgung/einen Leistungsumsetzer durch den LMS-Algorithmus kann die Schritte des Zerlegens einer Welligkeitsspannung in Bestandteile, des Summierens der Basisfunktion der Spannung eines idealen Kondensators und der Basisfunktion einer ESR-Spannung für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer auf der Grundlage eines Nominalnetzes, des Skalierens der Summe, des Berechnens eines Skalenfaktors durch Anwendung eines Algorithmus der kleinsten mittleren Quadrate (LMS-Algorithmus) auf eine Ausgangsspannung der Stromversorgung/des Leistungsumsetzers und auf die skalierte Summe und des Schätzens des Systemparameters auf der Grundlage des Skalenfaktors enthalten, ist darauf aber nicht beschränkt. Das Verfahren zum Schätzen eines Systemparameters für eine Stromversorgung/einen Leistungsumsetzer durch Abtasten kann die Schritte des Bestimmens der Basisfunktion eines idealen Kondensators und einer ESR-Basisfunktion für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer auf der Grundlage eines Nominalnetzes, des Abtastens einer Ausgangssignalform von der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer zum Bestimmen von Minima und Maxima einer Kondensatorspannung und einer ESR-Spannung, des Vergleichens der Minima und der Maxima mit der Basisfunktion eines idealen Kondensators und mit der ESR-Basisfunktion, des Bestimmens eines Skalenfaktors auf der Grundlage des Schritts des Vergleichens und des Schätzens des Systemparameters auf der Grundlage des Skalenfaktors enthalten, ist darauf aber nicht beschränkt.
Eine Stromversorgung/ein Leistungsumsetzer in Übereinstimmung mit den vorliegenden Lehren kann eine Schaltung, die eine Ausgangsspannung liefert, enthalten, ist darauf aber nicht beschränkt. Die Schaltung kann eine Welligkeitsspannung enthalten und die Welligkeitsspannung kann Bestandteile aufweisen. Zudem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer eine Schaltkomponente enthalten, die funktional zum Schalten der Schaltung zwischen Schaltzuständen verbunden sein kann. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer eine Treiberkomponente enthalten, die zum Ansteuern der Schaltkomponente, um ein Schalten zwischen Schaltzuständen zu veranlassen, funktional verbunden sein kann. Die Treiberkomponente kann eine Periode aufweisen. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer eine Kompensatorkomponente enthalten, die zum Empfangen eines Eingangsregelsignals und von Schätzwerten eines Systemparameters für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer funktional verbunden sein kann, wobei sie zum Liefern eines Tastgradbefehls auf der Grundlage des Eingangsregelsignals und der Schätzwerte an die Treiberkomponente funktional verbunden sein kann. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer einen Basisfunktionsgenerator enthalten, der auf der Grundlage eines Nominalnetzes für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer Basisfunktionen für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer liefern kann. Die Basisfunktionen können Werte enthalten. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer einen Korrelator enthalten, der die Werte mit den Bestandteilen korrelieren kann, um einen Skalenfaktor zu berechnen. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer eine Schätzeinrichtung enthalten, die auf der Grundlage des Skalenfaktors Schätzwerte an den Kompensator liefern kann.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die AC-Komponente der Ausgangsspannung in zwei orthogonale Basisfunktionen – die Spannung über den Kondensator und die Spannung über den Widerstand des Kondensators – zerlegt, die ihrem Wesen nach orthogonal sind. Die Übertragungsfunktion zwischen der Ausgangsspannung und der Schaltspannung kann mit den Parameterwerten und der Transformierten jeder dieser Basisfunktionen zusammenhängen. Aus der Zerlegung der AC-Komponente der Ausgangsspannung können dann die Kapazität und der Widerstand des Kondensators geschätzt werden. Es gibt mehrere Arten, diese Zerlegung zu erhalten, die als verschiedene Ausführungsformen von Systemen und Verfahren offenbart sind. Ausführungsformen von Leistungsumsetzern (Stromversorgungen), die die Systeme dieser Lehren nutzen, sind ebenfalls offenbart. In einer Ausführungsform nutzt das Verfahren dieser Lehren das Pulsbreitenmodulator-Signal (PWM-Signal) selbst als den Stimulus für das Stromversorgungsnetz und verwendet es die Hochfrequenzsignatur als ein Messverfahren.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Lehren zusammen mit anderen und weiteren Notwendigkeiten davon wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen und auf die ausführliche Beschreibung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist ein Prinzipschaltbild einer typischen PWM-Buck-Stromversorgung;
1b ist ein Prinzipschaltbild eines Leistungsumsetzers der vorliegenden Lehren;
2 ist ein Graph stationärer Signalformen, die in der in 1a gezeigten PWM-Buck-Stromversorgung vorhanden sind;
3 ist ein Graph der in zwei Komponenten zerlegten Ausgangswelligkeit;
4 ist ein Graph einer abgetasteten Darstellung der Signalformen, bei der die Abtastrate das Achtfache der PWM-Frequenz beträgt;
5 ist ein Prinzipschaltbild einer LMS-Algorithmus-Implementierung der vorliegenden Lehren;
6 ist ein Prinzipschaltbild einer beispielhaften Ausführungsform einer Doppelintegratorimplementierung der vorliegenden Lehren;
7 ist ein Graph der Ergebnisse von einer beispielhaften Ausführungsform der LMS-Algorithmus-Implementierung von 5 der vorliegenden Lehren;
8 ist ein Graph der konvergierten Ergebnisse von einer beispielhaften Ausführungsform der LMS-Algorithmus-Implementierung aus 5;
9 ist ein Graph der Abtastzeitpunkte und ihrer entsprechenden Punkte auf den Basissignalformen einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Lehren; und
10 ist ein Prinzipschaltbild des Bandpassfilters einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Lehren.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden ist eine beispielhafte Ausführungsform unter Verwendung einer Buck-Umsetzer-Topologie beschrieben, um das System dieser Lehren besser zu veranschaulichen.
1a zeigt ein Diagramm einer PWM-Buck-Stromversorgung 17. Die in 1a gezeigte Ausgangsspannung 11 weist zwei Komponenten auf: die Spannung über den Reihenersatzwiderstand (ESR) Vres 13 und die Spannung über den idealen, ESR-freien Ausgangskondensator 19 Vcap 15. Für die Stromversorgung 17 sind die Komponenten so gewählt, dass die Ausgangsspannungswelligkeit klein ist. Im Ergebnis hat der Induktionsspulenstrom 21 eine Dreieckcharakteristik, die durch den Ausgangskondensator 19 gefiltert wird.
Die Übertragungsfunktion für die Leistungsstufe ist näherungsweise: vout(s) / sw(s) = RcapCs + 1 / LCs² + (Rind + Rcap)Cs + 1, wobei: Rcap der Ausgangskondensator-ESR ist, C die Ausgangskapazität ist, L die Induktivität ist, Rind der ESR der Induktionsspule ist, Vout die Ausgangsspannung 11 ist und SW die Schaltspannung 23 ist.
Nun anhand von 1b werden die Ausgaben der Stromversorgung und der AC-gekoppelten Schaltsignalform (nicht gezeigt) an ein C- und ESR-Schätzeinrichtungsteilsystem 27 geliefert, das Ausführungsformen der Verfahren der vorliegenden Lehren implementiert. Die Ergebnisse des C- und ESR-Schätzeinrichtungsteilsystems 27 werden an einen adaptiven Kompensator 29 (wie etwa, aber nicht beschränkt auf, die adaptiven Kompensatoren, die in der US-Patentanmeldung Nr. 2007/0112443 beschrieben sind, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen ist) geliefert. Das C- und ESR-Schätzeinrichtungsteilsystem 27 kann durch ein Korrelatorverfahren, durch ein LMS-Verfahren oder durch ein wie im Folgenden offenbartes Abtastverfahren implementiert sein. Die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer 100 kann eine Schaltung, die eine Ausgangsspannung 11 liefert, enthalten, ist darauf aber nicht beschränkt. Die Schaltung kann eine Welligkeitsspannung enthalten und die Welligkeitsspannung kann Bestandteile aufweisen. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer 100 eine Schaltkomponente 23 enthalten. Die Schaltkomponente 23 kann zum Schalten der Schaltung zwischen Schaltzuständen funktional verbunden sein. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer 100 eine Treiberkomponente 25 enthalten, die zum Ansteuern der Schaltkomponente 23, um ein Schalten zwischen Schaltzuständen zu veranlassen, funktional verbunden sein kann. Die Treiberkomponente 25 kann eine Periode aufweisen. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer 100 eine Kompensatorkomponente 27 enthalten, die zum Empfangen eines Eingangsregelsignals 39 und von Schätzwerten 41 des Systemparameters, welcher der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer 100 zugeordnet ist, und zum Liefern eines Tastgradbefehls 43 auf der Grundlage des Eingangsregelsignals 39 und der Schätzwerte 41 an die Treiberkomponente 25 funktional verbunden sein kann. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer 100 einen Basisfunktionsgenerator 33, der auf der Grundlage eines Nominalnetzes für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer 100 Basisfunktionen für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer 100 liefert, enthalten. Die Basisfunktionen können Werte enthalten. Außerdem kann die Stromversorgung/der Leistungsumsetzer 100 einen Korrelator 31, der die Werte mit den Bestandteilen korrelieren kann, um einen Skalenfaktor zu berechnen, und eine Schätzeinrichtung 27, die auf der Grundlage des Skalenfaktors Schätzwerte 41 an den Kompensator 27 liefern kann, enthalten.
Nun anhand von 2 sind im PWM-Controller 25 (1a) vorhandene stationäre Signalformen gezeigt. Die PWM-Frequenz kann viel höher als die Filterresonanzfrequenz sein. Im Ergebnis kann die Übertragungsfunktion genau genähert werden durch: vout(s) / sw(s) ≈ Rcap / Ls + 1 / LCs² = vres(s) + vcap(s)
Wie in der obigen Gleichung zu sehen ist, hat Vres die Funktionsform der Ableitung von Vcap. Dieses Ergebnis ist eine Folge der Gleichheit des ESR-Stroms und des Kondensatorstroms, der proportional zur Ableitung der Kondensatorspannung ist. Eine weitere Folge ist, dass Vcap und Vres wechselweise orthogonale Funktionen sind.
Die Zeitbereichssignalformen für die Funktionen Vres und Vcap können unter Verwendung einer Fourier-Reihen-Entwicklung der Eingangsschaltknoten-Signalform berechnet werden. Unter Verwendung der analytischen Fortsetzung kann ein Laplace-Transformations-Näherungsausdruck in eine Funktion mit der Frequenz (s = jw) umgesetzt werden. Die Fourier-Reihe der AC-gekoppelten Schaltsignalform ist:
wobei: w = 2πk ist, t die normierte Zeit von 0 bis 1 ist, wobei 1 auf die Tpwm normiert ist, wobei Tpwm die PWM-Periode ist, und wobei duty der Tastgrad der PWM ist.
Die Fourier-Reihe der AC-Signalform des idealen Kondensators ist:
Die Fourier-Reihe der AC-Signalform des Kondensator-ESR ist:
Nun in 3 ist ein Graph der in Vcap und Vres zerlegten Ausgangswelligkeit gezeigt. Die Ausgangsspannungssignalform 45 ist die Summe der ESR-Spannung 47 und der idealen Kondensatorspannung 49. In diesen Beispielen sind die Fälle gezeigt, in denen zwei Basisfunktionen verwendet sind. Falls die Reihenersatzinduktivität nicht unwesentlich ist, kann eine dritte Basisfunktion hinzugefügt werden. Diese Basisfunktion ist proportional zu der ursprünglichen Schaltsignalform. Die resultierende Zerlegung der Ausgangswelligkeit erfolgt dann in drei Teile: die Spannung über die ESL, die Spannung über den ESR und die Spannung über den idealen Kondensator.
Diese Lehren enthalten eine Zerlegung der Ausgangswelligkeitsform in ihre Bestandteile. Der für diese Zerlegung notwendige Skalenfaktor ermöglicht dann die Messung sowohl der Kapazität als auch des ESR. In dieser Ausführungsform sind die Induktivität, die Eingangsspannung und der Tastgrad vorgegeben. Durch Kurvenanpassung der Ausgangswelligkeitsform an ihre Basisfunktionen wird eine rauscharme Messtechnik erzeugt. Die Ausgangsspannungswelligkeits-Signalform kann auf die Basisfunktionen der ESR-Spannung und der Spannung eines idealen Kondensators projiziert (mit ihnen korreliert) werden. Da die Basisfunktion orthogonal ist, sind die Skalenfaktoren für beide Projektionen unabhängig.
Eine Ausführungsform des Verfahrens dieser Lehren enthält das Erzeugen der Basissignalformen auf der Grundlage eines Nominalnetzes. Die Ausführungsform führt zu einer Projektion in Einheitsgröße der Nominalausgangswelligkeit auf jede der Basisfunktionen. Wenn sich der Kondensator-ESR und/oder der Kondensatorwert ändern, ändert sich die Größe der Projektionen proportional. Der resultierende ESR und die resultierende Kapazität können durch die Größe der Projektionen bestimmt werden.
Zum Beispiel: vout(t) = wvcap vcap(t) + wvres vres(t), C_measured = wvcapC_nm, ESR_measured = wvres ESR_nm. wobei C_nm und ESR_nm die Nominalwerte von C und ESR sind, die für die Erzeugung des Nominal-vcap(t) und des Nominal-vres(t), der für die LMS-Projektionen verwendeten Basisfunktionen, verwendet werden, wvcap der Skalenfaktor für vcap(t) ist und wvres der Skalenfaktor für vres(t) ist. Das Leistungsumsetzersystem (Stromversorgungssystem) 100 (2), das eine Ausführungsform eines Teilsystems nutzt, das die Kondensator- und ESR-Schätzverfahren dieser Lehren implementiert, ist in 1b gezeigt. Diese Lehren können entweder durch analoge oder durch digitale Mittel oder durch eine Mischung beider und unter Verwendung einer abgetasteten Darstellung der Signalformen implementiert werden.
Nun anhand von 4 ist eine beispielhafte Abtastrate das Achtfache der PWM-Frequenz. Es ist experimentell bestimmt worden, dass dies ausreicht, wobei niedrigere Grade einer Überabtastung ebenfalls denkbar sind.
Ein Verfahren zur Implementierung dieser Lehren ist die Verwendung digitaler oder analoger Korrelatoren, die synchron zu der PWM-Periode sind. Die Korrelatoren berechnen dann direkt die Skalenfaktoren. Ein Beispiel für einen digitalen Korrelator ist:
Nun anhand von 5 ist ein zweites Verfahren zur Implementierung dieser Lehren die Verwendung eines LMS-Algorithmus. Die LMS-Aktualisierungen stellen die Skalenfaktoren in der Weise ein, dass der Fehler zwischen der Ausgabe und der skalierten Summe der orthogonalen Basisfunktionen minimiert wird. Ein zusätzliches Ergebnis dieses Verfahrens ist die Fähigkeit vorherzusagen, was die ideale Ausgangsspannung ohne die PWM-Welligkeit wäre. Die Vorhersage der idealen Ausgangsspannung ohne die PWM-Welligkeit ist nützlich für den Ausgangsspannungs-Rückkopplungsregelkreis. (Die ideale Ausgangsspannung ohne die PWM-Welligkeit kann auch durch Subtrahieren der skalierten Basisfunktionen von der Ausgangsspannung erzeugt werden.) Der Korrelator 31 kann ein digitaler Korrelator oder ein analoger Korrelator sein, der synchron zu der Periode ist. Die Basisfunktionen können eine Basisfunktion eines idealen Kondensators, eine Reihenersatzwiderstands-Basisfunktion (ESR-Basisfunktion) und eine Reihenersatzinduktivitäts-Basisfunktion (ESL-Basisfunktion) enthalten. Die Bestandteile können die Spannung über den ESR, die Spannung über einen idealen Kondensator und die Spannung über die ESL enthalten. Der Systemparameter kann die Kapazität und den ESR enthalten. Der Basisfunktionsgenerator 34 kann eine Tabelle 33, die Werte speichert, und eine Auswahlkomponente, die auf der Grundlage eines Zeitindex 37 eines Signals von der Treiberkomponente 25 und des Tastgrads 35 einen der Werte auswählt, umfassen. Der Basisfunktionsgenerator 34 kann außerdem eine Schaltsignalform, die der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer 100 (1b) zugeordnet ist, und einen Integrator, der die Schaltsignalform mit einer AC-Kopplung zweimal integriert, enthalten.
Weiter anhand von 5 besteht ein Verfahren zum Erzeugen von Basisfunktionen in der Verwendung z. B., aber nicht beschränkt auf, eines Nur-Lese-Speichers (ROM) oder einer anderen Nachschlagetabelle 33 zum Speichern der Basisfunktionswerte. Eine Eingabe in die Nachschlagetabelle 33 kann der Zeitindex 37 des PWM-Signals sein. Der Zeitindex 37 ist zyklisch und wiederholt sich mit jedem PWM-Zyklus. Eine zweite Eingabe in die Nachschlagetabelle 33 kann der Tastgrad 35 sein.
Nun anhand von 6 ist ein zweites Verfahren zum Erzeugen der Basisfunktionen das zweimalige Integrieren der Schaltsignalform mit der geeigneten AC-Kopplung. Beide Integratoren können einmal pro PWM-Zyklus zurückgesetzt werden. In den hier beschriebenen Basisfunktionserzeugungsverfahren können die Basisfunktionen z. B., aber darauf nicht beschränkt, mit der Eingangsspannung multipliziert werden. Außerdem können die resultierenden projizierten Endgewichte mit der Eingangsspannung skaliert werden.
Nun anhand von 7 sind beispielhafte Ergebnisse des LMS-Algorithmus aus 5 gezeigt. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird ein Überabtastungsverhältnis von acht verwendet. Es ist zu sehen, dass die Konvergenz beider Verstärkungen ähnliche Zeitkonstanten aufweist. In 8 ist das konvergierte Ergebnis gezeigt.
Nun anhand von 9 enthält eine dritte Ausführungsform des Verfahrens dieser Lehren das Abtasten der Ausgangssignalform an vier Punkten. In einem Fall sind diese Punkte: der Mittelpunkt des PWM-Zyklus v1, der Mittelpunkt der PWM-aus-Zeit v2, die steigende Flanke v4 des geschalteten Signals und die folgende Flanke v3 des Schaltsignals. Die ersten zwei Werte repräsentieren die maximale und die minimale Kondensatorspannung und die zweiten zwei Werte repräsentieren die minimale und die maximale ESR-Spannung. Diese können mit den einzelnen Basisfunktionen verglichen werden und es kann die relative Skalierung bestimmt werden. Es sind die Abtastzeitpunkte und ihre entsprechenden Punkte auf den Basissignalformen gezeigt. wvcap = v1 – v2 / max(vcap) wvres = v3 – v4 / max(vres)
Die Differenzen zwischen v1 und v2 oder v3 und v4 können unter Verwendung eines Bandpassfilters bestimmt werden. Die Ausgabe des Bandpassfilters kann gleichgerichtet und als ein Maß für den Signalpegel verwendet werden. Im Fall von v3 und v4 ist die Abtastrate nicht gleichförmig und vom Tastgrad abhängig. Das Bandpassfilter kann im Abtastmoment ereignisgeregelt sein. Das Bandpassfilter ist in 10 zu sehen.
Wieder hauptsächlich anhand von 1b kann das Verfahren der vorliegenden Lehren zum Schätzen eines Systemparameters für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer 100, die bzw. der die Treiberkomponente 25 aufweist, die den Tastgradbefehl 43 empfängt, die Schritte des Zerlegens einer der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer 100 zugeordneten Welligkeitsspannung in Bestandteile und des Bestimmens von Basisfunktionen für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer 100 auf der Grundlage eines Nominalnetzes enthalten, ist darauf aber nicht beschränkt. Die Basisfunktionen können Werte enthalten. Ferner kann das Verfahren die Schritte des Berechnens eines Skalenfaktors durch Korrelieren der Bestandteile mit den Werten und des Schätzens des Systemparameters auf der Grundlage der Skala enthalten. Die Basisfunktionen können z. B. eine Basisfunktion eines idealen Kondensators, eine Reihenersatzwiderstands-Basisfunktion (ESR-Basisfunktion) und eine Reihenersatzinduktivitäts-Basisfunktion (ESL-Basisfunktion) enthalten. Die Bestandteile können z. B. die Spannung über die ESL, die Spannung über den ESR und die Spannung über den idealen Kondensator enthalten. Die Systemparameter können die Kapazität und den ESR enthalten.
Der Schritt des Bestimmens der Basisfunktion eines idealen Kondensators und der Basisfunktion des Reihenersatzwiderstands (ESR) kann den Schritt des zweimaligen Integrierens einer Schaltsignalform mit einer AC-Kopplung enthalten, wobei die Schaltsignalform der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer 100 zugeordnet ist, ist darauf aber nicht beschränkt.
Wieder anhand von 5 kann das Verfahren optional den Schritt des Zugreifens auf die Werte durch die Schritte des Speicherns der Werte in der Tabelle 33 und des Auswählens eines der Werte auf der Grundlage eines Zeitindex 37 eines Signals von der Treiberkomponente 25 und des Tastgrads 35 enthalten.
In einer anderen Ausführungsform und wieder hauptsächlich anhand von 1b kann das Verfahren zum Schätzen eines Systemparameters für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer 100 die Schritte des Zerlegens einer Welligkeitsspannung in Bestandteile, des Summierens einer Basisfunktion der Spannung eines idealen Kondensators und einer Basisfunktion der ESR-Spannung für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer 100 auf der Grundlage eines Nominalnetzes, des Skalierens der Summe, des Berechnens eines Skalenfaktors durch Anwendung eines Algorithmus der kleinsten mittleren Quadrate (LMS-Algorithmus) auf eine Ausgangsspannung der Stromversorgung/des Leistungsumsetzers 100 und auf die skalierte Summe und des Schätzens des Systemparameters auf der Grundlage des Skalenfaktors enthalten, ist darauf aber nicht beschränkt. Optional kann das Verfahren die Schritte des Auskoppelns der Welligkeitsspannung von dem wenigstens einen Systemparameter und des Vorhersagens eines idealen Systemparameters auf der Grundlage des Schritts des Auskoppelns enthalten.
In einer abermals anderen Ausführungsform und anhand von 1b, 5 und 9 kann das Verfahren zum Schätzen eines Systemparameters für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer 100 (1b) die Schritte des Bestimmens einer Basisfunktion eines idealen Kondensators und einer ESR-Basisfunktion für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer 100 (1b) auf der Grundlage eines Nominalnetzes, des Abtastens einer Ausgangssignalform von der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer 100 (1b) zum Bestimmen von Minima und Maxima einer Kondensatorspannung und einer ESR-Spannung, des Vergleichens der Minima und Maxima mit der Basisfunktion eines idealen Kondensators und mit der ESR-Basisfunktion, des Bestimmens eines Skalenfaktors auf der Grundlage des Schritts des Vergleichens, und des Schätzens des Systemparameters auf der Grundlage des Skalenfaktors enthalten, ist darauf aber nicht beschränkt. Der abzutastende Punkt von der Ausgangssignalform kann die Zyklusmitte v1 der Pulsbreitenmodulation (PWM) (9), die Mitte der PWM-aus-Zeit v2 (9), die steigende Flanke v4 (9) eines geschalteten Signals und die folgende Flanke v3 (9) des geschalteten Signals sein.
Obgleich diese Lehren in Bezug auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sind, sollte erkannt werden, dass diese Lehren im Erfindungsgedanken und Umfang dieser Lehren ebenfalls eine breite Vielfalt weiterer und anderer Ausführungsformen zulassen.

Claims

Verfahren zur Schätzung wenigstens eines Systemparameters für eine Stromversorgung/einen Leistungsumsetzer, die bzw. der eine Treiberkomponente aufweist, die einen Tastgradbefehl empfängt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Zerlegen einer Welligkeitsspannung, die der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer zugeordnet ist, in Bestandteile; Bestimmen wenigstens zweier Basisfunktionen für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer auf der Grundlage eines Nominalnetzes, wobei die wenigstens zwei Basisfunktionen Werte enthalten; Berechnen wenigstens eines Skalenfaktors durch Korrelieren der Bestandteile mit den Werten; und Schätzen des wenigstens einen Systemparameters auf der Grundlage des wenigstens einen Skalenfaktors.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens zwei Basisfunktionen eine Basisfunktion eines idealen Kondensators und eine Basisfunktion eines Reihenersatzwiderstands (ESR) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Bestandteile die Spannung über den ESR und die Spannung über einen idealen Kondensator umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die wenigstens zwei Basisfunktionen eine Basisfunktion eines idealen Kondensators, eine Basisfunktion eines Reihenersatzwiderstands (ESR) und eine Basisfunktion einer Reihenersatzinduktivität (ESL) umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Bestandteile die Spannung über die ESL, die Spannung über den ESR und die Spannung über den idealen Kondensator umfassen.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Auswählen des wenigstens einen Systemparameters aus der Gruppe, die aus der Kapazität und aus dem ESR besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den folgenden Schritt umfasst: Zugreifen auf die Werte durch die folgenden Schritte: Speichern der Werte in einer Tabelle; und Auswählen eines der Werte auf der Grundlage eines Zeitindex eines Signals von der Treiberkomponente und des Tastgrads.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Bestimmens der Basisfunktion eines idealen Kondensators und der Basisfunktion des Reihenersatzwiderstands (ESR) den folgenden Schritt umfasst: Zweimaliges Integrieren einer Schaltsignalform mit AC-Kopplung, wobei die Schaltsignalform der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer zugeordnet ist.
Verfahren zum Schätzen wenigstens eines Systemparameters für eine Stromversorgung/einen Leistungsumsetzer, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Zerlegen einer Welligkeitsspannung in Bestandteile; Summieren einer Basisfunktion der Spannung eines idealen Kondensators und einer Basisfunktion der ESR-Spannung für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer auf der Grundlage eines Nominalnetzes; Skalieren der Summe; Berechnen eines Skalenfaktors durch Anwendung eines Algorithmus der kleinsten mittleren Quadrate (LMS) auf eine Ausgangsspannung der Stromversorgung/des Leistungsumsetzers und auf die skalierte Summe; und Schätzen des wenigstens eines Systemparameters auf der Grundlage des Skalenfaktors.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner die folgenden Schritte umfasst: Auskoppeln der Welligkeitsspannung von dem wenigstens einen Systemparameter; und Vorhersagen eines idealen Systemparameters auf der Grundlage des Schritts des Auskoppelns.
Verfahren zum Schätzen wenigstens eines Systemparameters für eine Stromversorgung/einen Leistungsumsetzer, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bestimmen einer Basisfunktion eines idealen Kondensators und einer ESR-Basisfunktion für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer auf der Grundlage eines Nominalnetzes; Abtasten einer Ausgangssignalform von der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer zum Bestimmen von Minima und Maxima einer Kondensatorspannung und einer ESR-Spannung; Vergleichen der Minima und der Maxima mit der Basisfunktion eines idealen Kondensators und mit der ESR-Basisfunktion; Bestimmen wenigstens eines Skalenfaktors auf der Grundlage des Schritts des Vergleichens; und Schätzen des wenigstens einen Systemparameters auf der Grundlage des wenigstens einen Skalenfaktors.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt des Abtastens der Ausgangssignalform den folgenden Schritt umfasst: Auswählen wenigstens eines abzutastenden Punkts von der Ausgangssignalform aus der Gruppe, die aus einer Zyklusmitte der Pulsbreitenmodulation (PWM), aus der Mitte der PWM-aus-Zeit, aus der steigenden Flanke eines geschalteten Signals und aus der folgenden Flanke des geschalteten Signals besteht.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer, die bzw. der umfasst: eine Schaltung, die eine Ausgangsspannung liefert, wobei die Schaltung eine Welligkeitsspannung enthält, wobei die Welligkeitsspannung Bestandteile aufweist; wenigstens eine Schaltkomponente, wobei die wenigstens eine Schaltkomponente zum Schalten der Schaltung zwischen wenigstens zwei Schaltzuständen funktional verbunden ist; eine Treiberkomponente, die zum Ansteuern der wenigstens einen Schaltkomponente, um das Schalten zwischen zwei der wenigstens zwei Schaltzustände zu veranlassen, funktional verbunden ist, wobei die Treiberkomponente eine Periode aufweist; eine Kompensatorkomponente, die zum Empfangen eines Eingangsregelsignals und von Schätzwerten wenigstens eines Systemparameters für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer und zum Liefern eines Tastgradbefehls auf der Grundlage des Eingangsregelsignals und der Schätzwerte an die Treiberkomponente funktional verbunden ist; einen Basisfunktionsgenerator, der auf der Grundlage eines Nominalnetzes für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer wenigstens zwei Basisfunktionen für die Stromversorgung/den Leistungsumsetzer liefert, wobei die wenigstens zwei Basisfunktionen Werte enthalten; wenigstens einen Korrelator, der die Werte mit den Bestandteilen korreliert, um wenigstens einen Skalenfaktor zu berechnen; und eine Schätzeinrichtung, die die Schätzwerte auf der Grundlage des wenigstens einen Skalenfaktors an den Kompensator liefert.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei der wenigstens eine Korrelator ein digitaler Korrelator ist, wobei der digitale Korrelator synchron zu der Periode ist.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei der wenigstens eine Korrelator ein analoger Korrelator ist, wobei der analoge Korrelator synchron zu der Periode ist.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei die wenigstens zwei Basisfunktionen eine Basisfunktion eines idealen Kondensators und eine Basisfunktion eines Reihenersatzwiderstands (ESR) umfassen.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei die Bestandteile die Spannung über den ESR und die Spannung über einen idealen Kondensator umfassen.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei die wenigstens zwei Basisfunktionen eine Basisfunktion eines idealen Kondensators, eine Basisfunktion eines Reihenersatzwiderstands (ESR) und eine Basisfunktion einer Reihenersatzinduktivität (ESL) umfassen.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 18, wobei die Bestandteile die Spannung über die ESL, die Spannung über den ESR und die Spannung über den idealen Kondensator umfassen.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei der wenigstens eine Systemparameter aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kapazität und ESR besteht.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei der Basisfunktionsgenerator umfasst: eine Tabelle, die die Werte speichert; und eine Auswahlkomponente, die auf der Grundlage eines Zeitindex eines Signals von der Treiberkomponente und des Tastgrads einen der Werte auswählt.
Stromversorgung/Leistungsumsetzer nach Anspruch 13, wobei der Basisfunktionsgenerator umfasst: eine Schaltsignalform, die der Stromversorgung/dem Leistungsumsetzer zugeordnet ist; und einen Integrator, der die Schaltsignalform mit einer AC-Kopplung zweimal integriert.