EP2526614A2 - Digital ic controller for switch mode power supply devices - Google Patents
Digital ic controller for switch mode power supply devicesInfo
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- EP2526614A2 EP2526614A2 EP10796326A EP10796326A EP2526614A2 EP 2526614 A2 EP2526614 A2 EP 2526614A2 EP 10796326 A EP10796326 A EP 10796326A EP 10796326 A EP10796326 A EP 10796326A EP 2526614 A2 EP2526614 A2 EP 2526614A2
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- EP
- European Patent Office
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- control circuit
- configuration
- drive
- digital integrated
- integrated drive
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- 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
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- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33507—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters
- H02M3/33515—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of the output voltage or current, e.g. flyback converters with digital control
Definitions
- the invention relates to a digital integrated drive and control circuit according to the preamble of claim 1.
- Control and regulating circuits of the type mentioned here are known and are generally referred to as “IC controllers.”
- Clocked power supply devices also called “switch mode power supplies", such as flyback converters, forward converters or boost converters (HSS) and step-down converter (TSS) need
- switch mode power supplies such as flyback converters, forward converters or boost converters (HSS) and step-down converter (TSS)
- HSS boost converter
- TSS step-down converter
- Such a drive and control circuit for driving power semiconductors such as FETs or IGBTs. Since the drive and control circuit usually controls the gate voltage of the power semiconductors, it is also referred to as a "gate driver.”
- Power factor corrections (PFC) usually require a drive and control circuit
- Control and regulating circuit of the type of current and voltage curve of the power supply device addressed here are regulated.
- PFC Power Factor Corrector
- the multiplier also has circuit imperfections from the external one Wiring must be considered.
- a change in the filter or controller constants during the product life often means a layout change of the board, which should be avoided.
- Object of the present invention is therefore a driving and
- Power supply device allows.
- Power supplies according to the invention has multiple inputs and multiple outputs, as well as a digital interface.
- the drive and control circuit can be configured via a configuration device such that by means of the
- Configuration device preconfigured controller and filter units and other functions are selected and parameterized and passed through the digital interface to the control and regulating circuit, where the configurations
- the digital integrated drive and control circuit has the following input interfaces:
- V IST actual voltage
- V LI N E mains voltage
- Synchronization interface for the transistor switching edges (SYNC_IN,
- the digital integrated drive and control circuit preferably has at least the following output interfaces:
- the digital integrated drive and control circuit for clocked power supply devices proposed here, in contrast to an analog embodiment of such a drive and control circuit, it is advantageously possible to configure the drive and control circuit via an external configuration device. It does not have to be programmed. Due to the limited number of input interfaces and output interfaces, a particularly simple embodiment of the drive and control circuit is still provided.
- the drive and control circuit operates in current mode operation.
- the configuration device is stored as a computer program on a PC and in this way allows easy access by a developer to a graphical user interface, by means of which the parameters can be changed in a simple manner.
- the drive and control circuit is thus preferably not programmed, but exclusively configurable, so that a developer does not need to make programming of the IC. Simple operation of the configuration device is sufficient to make changes to the drive and control circuit, in particular preconfigured controller and filter units and other functions
- Control circuit for controlling a clocked power supply device.
- Configuration settings made by a developer by means of the configuration device are, as stated, transmitted via a digital interface to the drive and control circuit, where they are preferably permanently stored.
- the configuration device By means of the configuration device, a plurality of
- the figure shows a schematic representation of a purely exemplary power supply device 1.
- the operation of such power supply devices is well known and should therefore not be discussed in detail here. It is crucial that for the control of switching elements 2, in particular of power semiconductors, which are designed here as MOSFETs, a control by means of a suitable drive and control circuit 3 must be made.
- the outputs AI, Bl, A2, B2 of the drive and control circuit 3 are for this purpose with the inputs of the gate terminals of the power semiconductors or (MOS) FETs
- the drive and control circuit 3 is a digital integrated drive and control circuit, which is configurable by means of a configuration device 5.
- the drive and control circuit 3 is therefore not programmed as usual by means of a programming language, but it can be easily make changes by means of the configuration device 5 depending on the application. This can be done, for example, by means of a graphical user interface (GUI).
- GUI User interface
- the configuration device 5 is preferably designed as a computer program and stored on a storage medium of a computer.
- Configuration device 5 preconfigured controller and filter units and other functions can be selected and parameterized.
- the integrated drive and control circuit 3 preferably operates in the current mode.
- a clocked energy supply device (“switch mode power supply”) is created by the four switching elements 2 or AI, B1, A2, B2, which are here designed as FETs by way of example has one or two or even more than four power semiconductors 2.
- the drive and control circuit 3 according to the invention can interact with almost any number of switching elements.
- the timing of the switching elements 2 is controlled by means of the drive and control circuit 3. In this way, the current and voltage curves in the
- the configuration settings made by the configuration device 5 are preferably transmitted to the drive and control circuit via a digital interface such as SDI (Serial Peripheral Interface) or JTAG (Joint Test Action Group) or the like.
- the configuration settings are then preferably permanently stored in the drive and control circuit 3.
- the drive and control circuit according to the invention is therefore not programmed, but only preconfigured regulator and filter units and other functionalities are selected and parameterized and then transferred to the drive and control circuit.
- the configuration may include, for example, the selection of the circuit type.
- This can be, for example, a boost converter, buck converter, flyback converter, PFC, SEPIC or a forward converter.
- a boost converter for example, buck converter, flyback converter, PFC, SEPIC or a forward converter.
- the drive and control circuit 3 according to the invention can thus interact with any power supply device.
- phase-shift drive i. a phase-offset control of parallel inductive branches, in particular in the control of HSS, TSS and PFC be provided. It is also conceivable to configure the switching frequency or the bandwidth of a possibly desired spread spectrum. Furthermore, the PWM control limit DMIN, DMAX can be selected and a dead time between an upper and a lower switching element 2 can be provided.
- controller 7 may be made, which may be, for example, a P, PI or a PID controller.
- the controller may have a low-pass response. If a potential separation 9 is provided, as shown in the figure, also a time constant bridging of the voltage regulator 7 can be provided for commissioning or for external regulation.
- a soft start configuration can be done or a
- I IS T Mains voltage for PFC: V L INE; Temperature: TEMP; the synchronization of the transistor switching edges: SYNC_IN and SYNC_OUT; Operating release: ENABLE as well as an input for the configuration interface: KONF, which can also be multiwire.
- the drive and control circuit has outputs for the following parameters: gate signals with increased drive power for the switching elements 7, which are usually ⁇ 2 amperes: A, ⁇ A, B, ⁇ B; for the 2-phase variant of
- Switching elements can be provided with additional outputs: C, ⁇ C; one
- Relay output for bridging an inrush current limiter REL and an error or status message output: ⁇ ERR.
- Form output as a bus which can be for example of one of the following types: I 2 C, CAN.
- an output for a nominal current input ISETP is provided, which preferably takes place analogously and serves for controller development.
- the present invention advantageously discloses a digital integrated drive and control circuit which is particularly simple and inexpensive to produce and a configuration of the drive and
- Regulating circuit allows without a programming activity of the developer is necessary. Due to the limited number of inputs and outputs a simple structure of the drive and control circuit is further ensured. By means of the inputs and outputs described above can be any clocked
- Power supply device by means of the drive and control circuit according to to drive the invention. Furthermore, numerous configuration settings can be made on the drive and control circuit.
Abstract
The invention relates to a digital IC controller for switch mode power supplies (1), comprising multiple inputs and multiple outputs as well as a digital interface. The IC controller (3) can be configured using a configuration device (5) in such a way that controller units and filter units preconfigured by the configuration device (5) as well as other functions are selected and parameterized and are transferred to the IC controller (3) using the digital interface.
Description
Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis für getaktete Digital integrated drive and control circuit for clocked
Energieversorgungseinrichtungen Power supply equipment
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen digitalen integrierten Ansteuer- und Regelschaltkreis gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a digital integrated drive and control circuit according to the preamble of claim 1.
Ansteuer- und Regelschaltkreise der hier angesprochenen Art sind bekannt und werden im Allgemeinen als„IC-Controller" bezeichnet. Getaktete Energieversorgungseinrichtungen, auch„switch mode power supplies" genannt, wie beispielsweise Sperrwandler, Durchflusswandler oder Hochsetzsteller (HSS) und Tiefsetzsteller (TSS) benötigen einen derartigen Ansteuer- und Regelschaltkreis zur Ansteuerung von Leistungshalbleitern wie FETs oder IGBTs. Da der Ansteuer- und Regelschaltkreis üblicherweise die Gatespannung der Leistungshalbleiter steuert, wird er auch als „Gatetreiber" bezeichnet. Auch Leistungsfaktorkorrekturen (PFC) benötigen für gewöhnlich einen Ansteuer- und Regelschaltkreis. Weiterhin soll durch einen Control and regulating circuits of the type mentioned here are known and are generally referred to as "IC controllers." Clocked power supply devices, also called "switch mode power supplies", such as flyback converters, forward converters or boost converters (HSS) and step-down converter (TSS) need Such a drive and control circuit for driving power semiconductors such as FETs or IGBTs. Since the drive and control circuit usually controls the gate voltage of the power semiconductors, it is also referred to as a "gate driver." Power factor corrections (PFC) usually require a drive and control circuit
Ansteuerungs- und Regelschaltkreis der hier angesprochenen Art der Strom- und Spannungsverlauf der Energieversorgungseinrichtung geregelt werden. Control and regulating circuit of the type of current and voltage curve of the power supply device addressed here are regulated.
Ansteuer- und Regelschaltkreise der oben beschriebenen Art sind aus der Control and regulating circuits of the type described above are known from
Analogtechnik hinlänglich bekannt. Derartige Analogansteuerschaltkreise weisen jedoch einige Nachteile auf. Insbesondere kommt es dort zur Streuung durch Analog technology well known. However, such analog drive circuits have some disadvantages. In particular, it is there to spread through
Bauteiltoleranzen. Dadurch besteht die Gefahr, dass ein durch analoge Bauelemente konfigurierter Regler instabil wird. Weiterhin sind derartige analoge Schaltkreise schaltungstechnisch besonders aufwändig. Insbesondere müssen je nach Anwendung 10 bis 30 zusätzliche Bauelemente vorgesehen sein, die natürlich auch dimensioniert werden müssen. Weiterhin sind Funktionalitäten wie eine Beschränkung der Component tolerances. As a result, there is a risk that a controller configured by analog components will become unstable. Furthermore, such analog circuits are particularly expensive circuitry. In particular, 10 to 30 additional components must be provided depending on the application, which of course must also be dimensioned. Furthermore, functionalities such as a limitation of
Ausgangsspannung aufgrund einer Leistungs- oder Temperaturbeschränkung, das sogenannte„derating", nur sehr schwer zu realisieren. Für die Realisierung einer Leistungsfaktorkorrektur (PFC = Power Factor Corrector) ist beispielsweise ein Multiplizierer notwendig. Der Multiplizierer hat im Übrigen schaltungstechnische Unzulänglichkeiten, die von der externen Beschaltung berücksichtigt werden müssen.
Darüber hinaus bedeutet eine Änderung der Filter- oder Reglerkonstanten während der Produktlebensdauer oftmals eine Layoutänderung der Platine, was es zu vermeiden gilt. For example, a multiplier is necessary to realize power factor correction (PFC = Power Factor Corrector), and the multiplier also has circuit imperfections from the external one Wiring must be considered. In addition, a change in the filter or controller constants during the product life often means a layout change of the board, which should be avoided.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Ansteuer- und Object of the present invention is therefore a driving and
Regelschaltkreis für getaktete Energieversorgungseinrichtungen zu schaffen, der einfach aufgebaut ist und der einen schnellen Zugriff auf eine getaktete To provide a control circuit for clocked power supply facilities, which is simple in design and has a quick access to a clocked
Energieversorgungseinrichtung zulässt. Power supply device allows.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein digitaler integrierter Ansteuer- und To solve this problem, a digital integrated drive and
Regelschaltkreis mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Control circuit proposed with the features of claim 1.
Der digitale integrierte Ansteuer- und Regelschaltkreis für getaktete The digital integrated drive and control circuit for clocked
Energieversorgungen gemäß der Erfindung weist mehrere Eingänge und mehrere Ausgänge sowie eine digitale Schnittstelle auf. Der Ansteuer- und Regelschaltkreis ist über eine Konfigurationseinrichtung derart konfigurierbar, dass mittels der Power supplies according to the invention has multiple inputs and multiple outputs, as well as a digital interface. The drive and control circuit can be configured via a configuration device such that by means of the
Konfigurationseinrichtung vorkonfigurierte Regler- und Filtereinheiten sowie weitere Funktionen ausgewählt und parametriert und mittels der digitalen Schnittstelle an den Ansteuer- und Regelschaltkreis übergeben werden, wo die Konfigurationen Configuration device preconfigured controller and filter units and other functions are selected and parameterized and passed through the digital interface to the control and regulating circuit, where the configurations
vorzugsweise dauerhaft gespeichert werden. preferably stored permanently.
Vorzugsweise weist der digitale integrierte Ansteuer- und Regelschaltkreis die folgenden Eingangsschnittstellen auf: Preferably, the digital integrated drive and control circuit has the following input interfaces:
- Istspannung (VIST); - actual voltage (V IST );
- Iststrom (IIST); - actual current (IIST);
- Netzspannung (VLINE); - mains voltage (V LI N E );
- Temperatur (TEMP); - temperature (TEMP);
- Synchronisierungsschnittstelle für die Transistorschaltflanken (SYNC_IN, Synchronization interface for the transistor switching edges (SYNC_IN,
SYNC_OUT); SYNC_OUT);
- Betriebsfreigabeschnittstelle (ENABLE), und - operation enable interface (ENABLE), and
- Konfigurationsschnittstelle (KONF). - Configuration interface (KONF).
Weiterhin weist der digitale integrierte Ansteuer- und Regelschaltkreis vorzugsweise wenigstens die folgenden Ausgangsschnittstellen auf: Furthermore, the digital integrated drive and control circuit preferably has at least the following output interfaces:
- Gatesignale der Leistungshalbleiter (A, \A, B, \B);
Fehler-/Statusmeldung (\ERR); - Gate signals of the power semiconductors (A, \ A, B, \ B); Error / status message (\ ERR);
Sollstrom (ISETP). Target current (ISETP).
Durch den hier vorgeschlagenen digitalen integrierten Ansteuer- und Regelschaltkreis für getaktete Energieversorgungseinrichtungen ist es im Gegensatz zu einer analogen Ausführung eines derartigen Ansteuer- und Regelschaltkreises in vorteilhafter Weise möglich, den Ansteuer- und Regelschaltkreis über eine externe Konfigurationseinrichtung zu konfigurieren. Er muss daher nicht programmiert werden. Durch die begrenzte Anzahl der Eingangsschnittstellen und Ausgangsschnittstellen ist weiterhin eine besonders einfache Ausgestaltung des Ansteuer- und Regelschaltkreises gegeben. Vorzugsweise arbeitet der Ansteuer- und Regelschaltkreis im Current-Mode- Betrieb. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Konfigurationseinrichtung als Computerprogramm auf einem PC gespeichert wird und auf diese Weise einen einfachen Zugriff eines Entwicklers auf eine grafische Benutzeroberfläche zulässt, mittels der die Parameter auf einfache Art und Weise geändert werden können. Der Ansteuer- und Regelschaltkreis ist also vorzugsweise nicht programmiert, sondern ausschließlich konfigurierbar, so dass ein Entwickler keine Programmierung des ICs vornehmen muss. Eine einfache Bedienung der Konfigurationseinrichtung reicht aus, um Änderungen an dem Ansteuer- und Regelschaltkreis vorzunehmen, insbesondere um vorkonfigurierte Regler- und Filtereinheiten sowie weitere Funktionen By the digital integrated drive and control circuit for clocked power supply devices proposed here, in contrast to an analog embodiment of such a drive and control circuit, it is advantageously possible to configure the drive and control circuit via an external configuration device. It does not have to be programmed. Due to the limited number of input interfaces and output interfaces, a particularly simple embodiment of the drive and control circuit is still provided. Preferably, the drive and control circuit operates in current mode operation. Furthermore, it is preferably provided that the configuration device is stored as a computer program on a PC and in this way allows easy access by a developer to a graphical user interface, by means of which the parameters can be changed in a simple manner. The drive and control circuit is thus preferably not programmed, but exclusively configurable, so that a developer does not need to make programming of the IC. Simple operation of the configuration device is sufficient to make changes to the drive and control circuit, in particular preconfigured controller and filter units and other functions
auszuwählen und zu parametrieren. Vorzugsweise dient der Ansteuer- und to select and parameterize. Preferably, the drive and serves
Regelschaltkreis zur Ansteuerung einer getakteten Stromversorgungseinrichtung. Konfigurationseinstellungen, die von einem Entwickler mittels der Konfigurationseinrichtung vorgenommen wurden, werden wie gesagt über eine digitale Schnittstelle an den Ansteuer- und Regelschaltkreis übertragen und dort vorzugsweise dauerhaft gespeichert. Mittels der Konfigurationseinrichtung kann eine Vielzahl von Control circuit for controlling a clocked power supply device. Configuration settings made by a developer by means of the configuration device are, as stated, transmitted via a digital interface to the drive and control circuit, where they are preferably permanently stored. By means of the configuration device, a plurality of
Konfigurationen des Ansteuer- und Regelschaltkreises vorgenommen werden. Configurations of the drive and control circuit are made.
Mögliche einzustellende Parameter sind insbesondere: Possible parameters to be set are in particular:
- Schaltungstyp; - circuit type;
- Schaltfrequenz bzw. Bandbreite; - switching frequency or bandwidth;
- PWM-Aussteuergrenze; - PWM control limit;
- Filterzeitkonstante; - filter time constant;
- Reglerkonfiguration, insbesondere Zeitkonstante; - controller configuration, in particular time constant;
- Soll- und Maximalwerte für Strom und Spannung; - set and maximum values for current and voltage;
- Abschaltwerte; - shutdown values;
- Softstartkonfiguration;
- Leistungs- und Temperaturbegrenzung (derating); - soft start configuration; - power and temperature limitation (derating);
- Konfiguration zusätzlicher Ausgänge; - configuration of additional outputs;
- Konfiguration einer Versorgungsspannungsüberwachung; - configuration of supply voltage monitoring;
- Konfiguration eines Blanking-Modus. - Configuration of a blanking mode.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der einzigen Zeichnung näher erläutert: The invention is explained in more detail below with reference to the single drawing:
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer rein beispielhaften Energieversorgungseinrichtung 1. Die Funktionsweise derartiger Energieversorgungseinrichtungen ist hinlänglich bekannt und soll daher vorliegend nicht näher ausgeführt werden. Entscheidend ist, dass zur Ansteuerung von Schaltelementen 2, insbesondere von Leistungshalbleitern, die hier als MOSFETs ausgebildet sind, eine Ansteuerung mittels eines geeigneten Ansteuer- und Regelschaltkreises 3 erfolgen muss. Die Ausgänge AI, Bl, A2, B2 des Ansteuer- und Regelschaltkreises 3 sind hierzu mit den Eingängen der Gate-Anschlüsse der Leistungshalbleiter bzw. (MOS)FETs der The figure shows a schematic representation of a purely exemplary power supply device 1. The operation of such power supply devices is well known and should therefore not be discussed in detail here. It is crucial that for the control of switching elements 2, in particular of power semiconductors, which are designed here as MOSFETs, a control by means of a suitable drive and control circuit 3 must be made. The outputs AI, Bl, A2, B2 of the drive and control circuit 3 are for this purpose with the inputs of the gate terminals of the power semiconductors or (MOS) FETs
Energieversorgungseinrichtung 1 verbunden. Power supply device 1 connected.
Bei dem Ansteuer- und Regelschaltkreis 3 handelt es sich um einen digitalen integrierten Ansteuer- und Regelschaltkreis, der mittels einer Konfigurationseinrichtung 5 konfigurierbar ist. Der Ansteuer- und Regelschaltkreis 3 wird also nicht wie üblich mittels einer Programmiersprache programmiert, sondern es lassen sich einfach mittels der Konfigurationseinrichtung 5 je nach Anwendung gewünschte Änderungen vornehmen. Dies kann beispielsweise mittels einer grafischen The drive and control circuit 3 is a digital integrated drive and control circuit, which is configurable by means of a configuration device 5. The drive and control circuit 3 is therefore not programmed as usual by means of a programming language, but it can be easily make changes by means of the configuration device 5 depending on the application. This can be done, for example, by means of a graphical
Benutzeroberfläche (GUI) durch einen Benutzer bewerkstelligt werden. In diesem Fall ist die Konfigurationseinrichtung 5 vorzugsweise als Computerprogramm ausgebildet und auf einem Speichermedium eines Computers gespeichert. Mittels der User interface (GUI) can be accomplished by a user. In this case, the configuration device 5 is preferably designed as a computer program and stored on a storage medium of a computer. By means of
Konfigurationseinrichtung 5 können vorkonfigurierte Regler- und Filtereinheiten sowie weitere Funktionen ausgewählt und parametriert werden. Configuration device 5 preconfigured controller and filter units and other functions can be selected and parameterized.
Der integrierte Ansteuer- und Regelschaltkreis 3 arbeitet vorzugsweise im Current- Mode. Durch die vier Schaltelemente 2 bzw. AI, Bl, A2, B2, die hier beispielhaft als FETs ausgebildet sind, wird eine getaktete Energieversorgungseinrichtung („switch mode power supply") geschaffen. Es kann selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass die Energieversorgungseinrichtung 1 lediglich über einen oder zwei oder auch mehr als vier Leistungshalbleiter 2 verfügt. Grundsätzlich kann der Ansteuer- und Regelschaltkreis 3 gemäß der Erfindung mit nahezu beliebig vielen Schaltelementen zusammenwirken.
Die Taktung der Schaltelemente 2 wird mittels des Ansteuer- und Regelschaltkreises 3 gesteuert. Auf diese Weise können die Strom- und Spannungsverläufe in der The integrated drive and control circuit 3 preferably operates in the current mode. A clocked energy supply device ("switch mode power supply") is created by the four switching elements 2 or AI, B1, A2, B2, which are here designed as FETs by way of example has one or two or even more than four power semiconductors 2. In principle, the drive and control circuit 3 according to the invention can interact with almost any number of switching elements. The timing of the switching elements 2 is controlled by means of the drive and control circuit 3. In this way, the current and voltage curves in the
Energieversorgungseinrichtung geregelt werden. Die Konfigurationseinstellungen, welche mittels der Konfigurationseinrichtung 5 vorgenommen werden, werden vorzugsweise über eine digitale Schnittstelle, wie beispielsweise SDI (Serial Peripheral Interface) oder JTAG (Joint Test Action Group) oder dergleichen an den Ansteuer- und Regelschaltkreis übertragen. Die Konfigurationseinstellungen werden dann vorzugsweise dauerhaft in dem Ansteuer- und Regelschaltkreis 3 gespeichert. Power supply device to be regulated. The configuration settings made by the configuration device 5 are preferably transmitted to the drive and control circuit via a digital interface such as SDI (Serial Peripheral Interface) or JTAG (Joint Test Action Group) or the like. The configuration settings are then preferably permanently stored in the drive and control circuit 3.
Im Gegensatz zu einem MikroController wird der Ansteuer- und Regelschaltkreis gemäß der Erfindung also nicht programmiert, sondern lediglich vorkonfigurierte Regler- und Filtereinheiten und weitere Funktionalitäten werden ausgewählt und parametriert und anschließend an den Ansteuer- und Regelschaltkreis übergeben. In contrast to a microcontroller, the drive and control circuit according to the invention is therefore not programmed, but only preconfigured regulator and filter units and other functionalities are selected and parameterized and then transferred to the drive and control circuit.
Die Konfiguration kann beispielsweise die Auswahl des Schaltungstyps enthalten. Dieser kann beispielsweise ein Hochsetzsteller, Tiefsetzsteller, Sperrwandler, PFC, SEPIC- oder ein Durchlasswandler sein. Je nachdem welcher Wandlertyp ausgewählt wurde, kann dann automatisch die passende Konfiguration der Ein- und Ausgänge des Ansteuer- und Regelschaltkreises 3 mittels der Konfigurationseinrichtung 5 The configuration may include, for example, the selection of the circuit type. This can be, for example, a boost converter, buck converter, flyback converter, PFC, SEPIC or a forward converter. Depending on which type of converter has been selected, then automatically the appropriate configuration of the inputs and outputs of the drive and control circuit 3 by means of the configuration device. 5
vorgenommen werden. Der Ansteuer- und Regelschaltkreis 3 gemäß der Erfindung kann also mit jeder beliebigen Energieversorgungseinrichtung zusammenwirken. be made. The drive and control circuit 3 according to the invention can thus interact with any power supply device.
Weiterhin kann eine Phase-Shift-Ansteuerung, d.h. eine phasenversetzte Ansteuerung paralleler induktiver Zweige, insbesondere bei der Ansteuerung von HSS, TSS und PFC, vorgesehen sein. Denkbar ist auch die Konfiguration der Schaltfrequenz bzw. der Bandbreite eines eventuell gewünschten Spread-Spectrums. Weiterhin kann die PWM- Aussteuergrenze DMIN, DMAX ausgewählt werden und eine Todzeit zwischen einem oberen und einem unteren Schaltelement 2 vorgesehen sein. Furthermore, a phase-shift drive, i. a phase-offset control of parallel inductive branches, in particular in the control of HSS, TSS and PFC be provided. It is also conceivable to configure the switching frequency or the bandwidth of a possibly desired spread spectrum. Furthermore, the PWM control limit DMIN, DMAX can be selected and a dead time between an upper and a lower switching element 2 can be provided.
Weiterhin denkbar sind die Auswahl bzw. die Einstellung von Filterzeitkonstanten oder auch die Möglichkeit des Zuschaltens von Medianfiltern für Analogsignale. Weiterhin können Konfigurationen des Reglers 7 vorgenommen werden, der beispielsweise ein P, PI oder ein PID Regler sein kann. Der Regler kann eventuell ein Tiefpassverhalten aufweisen. Falls eine Potentialtrennung 9 vorgesehen ist, wie in der Figur dargestellt ist, kann außerdem eine Zeitkonstanten-Überbrückung des Spannungsreglers 7 zur Inbetriebnahme bzw. zur externen Regelung vorgesehen sein. Weiterhin können
Konfigurationen der Soll- und Maximalwerte von Strom und Spannungen sowie Abschaltwerte, insbesondere bei Überspannung und Überstrom, vorgenommen werden. Darüber hinaus kann eine Softstart-Konfiguration erfolgen oder eine Also conceivable are the selection or the setting of filter time constants or the possibility of connecting median filters for analog signals. Furthermore, configurations of the controller 7 may be made, which may be, for example, a P, PI or a PID controller. The controller may have a low-pass response. If a potential separation 9 is provided, as shown in the figure, also a time constant bridging of the voltage regulator 7 can be provided for commissioning or for external regulation. Furthermore you can Configurations of the set and maximum values of current and voltages as well as cut-off values, in particular with overvoltage and overcurrent, are made. In addition, a soft start configuration can be done or a
Leitungs- und Temperaturbegrenzung vorgesehen sein. Im Übrigen ist die Einrichtung zusätzlicher Ausgänge beispielsweise für Statusmeldungen oder ein Relaisausgang zur Überbrückung eines Einschaltstrombegrenzers denkbar. Denkbar sind weiterhin Konfigurationen einer Versorgungsspannungsüberwachung, insbesondere auch eine Überwachung der Ein- und Ausschalthysterese. Konfigurationen eines Blanking-Modus können auch in dem Ansteuer- und Regelschaltkreis vorgenommen werden, so dass eine Abtastung analoger Werte im Schaltzeitpunkt der Transistoren unterdrückt wird. Be provided line and temperature limitation. Incidentally, the establishment of additional outputs for example for status messages or a relay output for bridging a Einschaltstrombegrenzers is conceivable. Also conceivable are configurations of supply voltage monitoring, in particular monitoring of the switching on and off hysteresis. Configurations of a blanking mode can also be made in the drive and control circuit, so that sampling of analog values at the switching instant of the transistors is suppressed.
Die Figur macht deutlich, dass der integrierte Ansteuer- und Regelschaltkreis 3 Eingänge für folgende Parameter aufweist: Regelgröße Istspannung : VIST; The figure makes it clear that the integrated drive and control circuit has 3 inputs for the following parameters: controlled variable actual voltage: V IS T;
unterlagerte Regelgröße Iststrom : IIST; Netzspannung für PFC: VLINE; Temperatur: TEMP; die Synchronisierung der Transistorschaltflanken : SYNC_IN und SYNC_OUT; Betriebsfreigabe: ENABLE sowie einen Eingang für die Konfigurationsschnittstelle: KONF, die auch mehrdrahtig ausgebildet sein kann. lower-level controlled variable actual current: I IS T; Mains voltage for PFC: V L INE; Temperature: TEMP; the synchronization of the transistor switching edges: SYNC_IN and SYNC_OUT; Operating release: ENABLE as well as an input for the configuration interface: KONF, which can also be multiwire.
Weiterhin weist der Ansteuer- und Regelschaltkreis Ausgänge für die folgenden Parameter auf: Gatesignale mit erhöhter Treiberleistung für die Schaltelemente 7, die üblicherweise ~2 Ampere betragen : A, \A, B, \B; für die 2-Phasenvariante der Furthermore, the drive and control circuit has outputs for the following parameters: gate signals with increased drive power for the switching elements 7, which are usually ~ 2 amperes: A, \ A, B, \ B; for the 2-phase variant of
Schaltelemente können zusätzliche Ausgänge vorgesehen sein : C, \C; einen Switching elements can be provided with additional outputs: C, \ C; one
Relaisausgang zur Überbrückung eines Einschaltstrombegrenzers : REL sowie einen Fehler- bzw. Statusmeldungsausgang : \ERR. Der Ausgang für Fehler- oder Relay output for bridging an inrush current limiter: REL and an error or status message output: \ ERR. The output for error or
Statusmeldungen kann mehrdrahtig ausgebildet sein. Denkbar ist es auch den Status messages can be multiwire. It is also conceivable the
Ausgang als Bus auszubilden, der beispielsweise von einem der folgenden Typen sein kann : I2C, CAN . Schließlich ist noch ein Ausgang für eine Sollstromvorgabe ISETP vorgesehen, die vorzugsweise analog erfolgt und zur Reglerentwicklung dient. Form output as a bus, which can be for example of one of the following types: I 2 C, CAN. Finally, an output for a nominal current input ISETP is provided, which preferably takes place analogously and serves for controller development.
Insgesamt zeigt sich, dass die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise einen digitalen integrierten Ansteuer- und Regelschaltkreis offenbart, der besonders einfach und kostengünstig herstellbar ist und eine Konfiguration des Ansteuer- und Overall, it is found that the present invention advantageously discloses a digital integrated drive and control circuit which is particularly simple and inexpensive to produce and a configuration of the drive and
Regelschaltkreises zulässt, ohne dass eine Programmiertätigkeit des Entwicklers notwendig ist. Durch die begrenzte Anzahl von Ein- und Ausgängen ist weiterhin ein einfacher Aufbau des Ansteuer- und Regelschaltkreises gewährleistet. Mittels der oben beschriebenen Ein- und Ausgänge lässt sich jede beliebige getaktete Regulating circuit allows without a programming activity of the developer is necessary. Due to the limited number of inputs and outputs a simple structure of the drive and control circuit is further ensured. By means of the inputs and outputs described above can be any clocked
Energieversorgungseinrichtung mittels des Ansteuer- und Regelschaltkreises gemäß
der Erfindung ansteuern. Weiterhin können zahlreiche Konfigurationseinstellungen an dem Ansteuer- und Regelschaltkreis vorgenommen werden. Power supply device by means of the drive and control circuit according to to drive the invention. Furthermore, numerous configuration settings can be made on the drive and control circuit.
Bezuqszeichenliste LIST OF REFERENCES
1 Stromversorgungseinrichtung 1 power supply device
2 Schaltelement 2 switching element
3 Ansteuer- und Regelschaltkreis 3 control circuit
5 Konfigurationseinrichtung 5 configuration device
7 Regler 7 controllers
9 Potentialtrennung
9 potential separation
Claims
1. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis (3) für getaktete 1. Digital integrated drive and control circuit (3) for clocked
Energieversorgungen (1), mit mehreren Eingängen und mit mehreren Power supplies (1), with multiple inputs and with several
Ausgängen sowie mit einer digitalen Schnittstelle, wobei der Ansteuer- und Regelschaltkreis (3) über eine Konfigurationseinrichtung (5) derart Outputs and with a digital interface, wherein the drive and control circuit (3) via a configuration device (5) in such a way
konfigurierbar ist, dass mittels der Konfigurationseinrichtung (5) is configurable, that by means of the configuration device (5)
vorkonfigurierte Regler- und Filtereinheiten sowie weitere Funktionen ausgewählt und parametriert und mittels der digitalen Schnittstelle an den Ansteuer- und Regelschaltkreis (3) übergeben werden. preconfigured controller and filter units as well as other functions are selected and parameterized and transferred via the digital interface to the drive and control circuit (3).
2. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis nach Anspruch 1, 2. Digital integrated drive and control circuit according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Konfigurationen dauerhaft in dem characterized in that the configurations are permanent in the
Ansteuer- und Regelschaltkreis (3) gespeichert werden. Drive and control circuit (3) are stored.
3. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er die folgenden Eingangsschnittstellen aufweist: 3. Digital integrated drive and control circuit according to claim 1 or 2, characterized in that it has the following input interfaces:
Istspannung (VIST); Actual voltage (V IST );
Iststrom (IIST); Actual current (IIST);
Netzspannung (VLINE); Mains voltage (V LI N E );
Temperatur (TEMP); Temperature (TEMP);
Synchronisierungsschnittstelle für die Transistorschaltflanken (SYNC_IN, SYNC_OUT); Synchronization interface for the transistor switching edges (SYNC_IN, SYNC_OUT);
Betriebsfreigabeschnittstelle (ENABLE); Operation enable interface (ENABLE);
Konfigurationsschnittstelle (KONF), Configuration interface (KONF),
4. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis nach einem der 4. Digital integrated drive and control circuit according to one of
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er die folgenden Ausgangsschnittstellen aufweist: preceding claims, characterized in that it has the following output interfaces:
Gatesignale der Leistungshalbleiter (A, \A, B, \B); Gate signals of the power semiconductors (A, \ A, B, \ B);
Fehler-/Statusmeldung (\ERR), und Error / status message (\ ERR), and
Sollstrom (ISETP). Target current (ISETP).
5. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis nach einem der 5. Digital integrated drive and control circuit according to one of
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er im„Current- Mode" betrieben wird. preceding claims, characterized in that it is operated in the "current mode".
6. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis nach einem der 6. Digital integrated drive and control circuit according to one of
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die preceding claims, characterized in that the
Konfigurationseinrichtung (5) als Computerprogramm auf einem PC gespeichert ist. Configuration device (5) is stored as a computer program on a PC.
7. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis nach einem der 7. Digital integrated drive and control circuit according to one of
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er ausschließlich konfigurierbar ist. preceding claims, characterized in that it is exclusively configurable.
8. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis nach einem der 8. Digital integrated drive and control circuit according to one of
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zur preceding claims, characterized in that he
Ansteuerung einer getakteten Stromversorgungseinrichtung dient. Control of a clocked power supply device is used.
9. Digitaler integrierter Ansteuer- und Regelschaltkreis nach einem der 9. Digital integrated drive and control circuit according to one of
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die preceding claims, characterized in that the
Konfigurationseinrichtung (5) eine Konfiguration wenigstens einer der folgenden Parameter erlaubt: Configuration device (5) allows a configuration of at least one of the following parameters:
Schaltungstyp; Circuit type;
Schaltfrequenz bzw. Bandbreite; Switching frequency or bandwidth;
PWM-Aussteuergrenze; PWM control limit;
Filterzeitkonstante; Filter time constant;
Reglerkonfiguration, insbesondere Zeitkonstante; Controller configuration, in particular time constant;
Soll- und Maximalwerte für Strom und Spannung; Set and maximum values for current and voltage;
Abschaltwerte; shutdown values;
Softstartkonfiguration; Soft Start configuration;
Leistungs- und Temperaturderating; Power and temperature derating;
Konfiguration zusätzlicher Ausgänge; Configuration of additional outputs;
Konfiguration einer Versorgungsspannungsüberwachung; Configuration of supply voltage monitoring;
Konfiguration eines Blanking-Modus. Configuration of a blanking mode.
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