WO2018149643A1 - Method for controlling a current-controlled direct voltage converter and current-controlled direct voltage converter - Google Patents
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Abstract
The invention relates to a method (200) for controlling an output voltage of a current-controlled direct voltage converter comprising a controller, having the following steps: determining (210) a rate of change of the output voltage of the current-controlled direct voltage converter, determining (220) a load current change dependent on the rate of change of the output voltage of the current-controlled direct voltage converter and an output capacity of the current-controlled direct voltage converter, determining (230) a second manipulated variable dependent on the load current change, and adding (240) the second manipulated variable during a certain time duration to a first manipulated variable of the controller.
Description
Beschreibung description
Verfahren zur Regelung eines stromgesteuerten Gleichspannungswandlers und stromgesteuerter Gleichspannungswandler Method for controlling a current-controlled DC-DC converter and current-controlled DC-DC converter
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung eines stromgesteuerten The invention relates to a method for controlling a current-controlled
Gleichspannungswandlers und einen stromgesteuerten DC-DC converter and a current-controlled
Gleichspannungswandler. DC converter.
Aus dem Stand der Technik sind stromgesteuerte Aufwärtswandler und From the prior art are current controlled boost converter and
Abwärtswandler bekannt, die das dynamische Verhalten der Ausgangsspannung nach einem Lastsprung regeln. Diese Stromregelungen können eine digitale Buck converters are known which regulate the dynamic behavior of the output voltage after a load jump. These power controls can be a digital
Regelung der Ausgangsspannung aufweisen und als Peak-, Valley- oder Control the output voltage and as a peak, valley or
Average-Stromregelung realisiert werden. Average current control can be realized.
Das Paper„Nonlinear digital PID Controller for DC-DC Converters", V. Yousefzadeh and S. Choudhury, Applied Power Electronics Conference and Exposition, APEC (2008). Twenty-Third Annual I EEE, Austin, TX, 2008, pp. 1704 - 1709, offenbart eine nichtlineare Regelstruktur, die das dynamische Verhalten der Ausgangsspannung nach einem Lastsprung kontrolliert. Bei diesem Konzept wird abhängig von der The paper "Nonlinear Digital PID Controllers for DC-DC Converters", V. Yousefzadeh and S. Choudhury, Applied Power Electronics Conference and Exposure, APEC (2008), Twenty-Third Annual I EEE, Austin, TX, 2008, pp. 1704 - 1709, discloses a nonlinear control structure that controls the dynamic behavior of the output voltage after a load step
Reglereingangsgröße, das ist die Regelabweichung, der Regler so verändert, dass ein schnelleres Ausregelverhalten entsteht. Dazu wird zwischen verschiedenen Regulator input, that is the control deviation, the controller changed so that a faster Ausregelverhalten arises. This is between different
Regelalgorithmen gewechselt, die sich in ihren dynamischen Eigenschaften unterscheiden und so das dynamische Gesamtverhalten verbessern Changed control algorithms, which differ in their dynamic properties and thus improve the overall dynamic behavior
Der Nachteil ist hierbei, dass der Regleraufbau sehr komplex ist und dass der The disadvantage here is that the controller design is very complex and that the
Rechenaufwand sehr hoch ist.
Das Paper„Modified Hysteretic Current Control for improving Transient response of boost Converter", Jen-Chieh Tsai et al., Circuits and Systems I: Regulär Papers, I EEE Transactions on , vol. 58, no. 8, pp. 1967-1979, Aug. 2011, beschreibt eine modifizierte hysteretische analoge Stromregelung. Hierbei wird eine analoge Reglerkonfiguration durch Anpassung der Kompensationsbauelemente, Widerstände und Kondensatoren, umgeschaltet, sodass das dynamische Verhalten verbessert wird. Der Zeitpunkt der Umschaltung wird abhängig von der Ausgangsspannung gewählt. Bricht die Calculation effort is very high. The paper "Modified Hysteretic Current Control for Improving Transient Response of Boost Converter", Jen-Chieh Tsai et al., Circuits and Systems I: Regular Papers, I EEE Transactions on, vol. 58, no. 8, pp. 1967-1979 , Aug. 2011, describes a modified hysteretic analog current control, where an analogue controller configuration is switched by adjusting the compensation components, resistors and capacitors, so that the dynamic behavior is improved.The timing of the changeover is selected depending on the output voltage
Ausgangsspannung ein, so wird die Anpassung der Kompensationsbauelemente durchgeführt. Output voltage, so the adjustment of the compensation components is performed.
Nachteilig ist hierbei, dass sowohl der Hardwareaufwand für die Anpassung der Kompensationsbauelemente, die zur Umschaltung von Kapazitäten und Widerständen sind extra Schaltungen notwendig sind, als auch der Messaufwand für die Erkennung eines Lastsprungs zur Bestimmung des Zeitpunkts des Umschaltens der The disadvantage here is that both the hardware costs for the adjustment of the compensation components, which are necessary for the switching of capacitors and resistors extra circuits, as well as the measurement cost of detecting a load jump to determine the time of switching
Kompensationsbauelemente und für die Erkennung eines Wendepunkts der Compensation components and for the detection of a turning point of the
Ausgangsspannung zum Zurückschalten der Kompensationsbauelemente sehr hoch sind. Output voltage for switching back the compensation components are very high.
Die Aufgabe der Erfindung ist es diese Nachteile zu überwinden. Offenbarung der Erfindung The object of the invention is to overcome these disadvantages. Disclosure of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung einer Ausgangsspannung eines stromgesteuerten Gleichspannungswandlers umfasst das Bestimmen einer The inventive method for controlling an output voltage of a current-controlled DC-DC converter comprises determining a
Änderungsrate der Ausgangsspannung des stromgesteuerten Rate of change of the output voltage of the current-controlled
Gleichspannungswandlers. Des Weiteren wird eine Laststromänderung in DC-DC converter. Furthermore, a load current change in
Abhängigkeit der Änderungsrate der Ausgangsspannung des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers und einer Ausgangskapazität des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers bestimmt. Außerdem wird eine zweite Stellgröße in Dependence of the rate of change of the output voltage of the current-controlled DC-DC converter and an output capacitance of the current-controlled DC-DC converter determined. In addition, a second manipulated variable in
Abhängigkeit der Laststromänderung bestimmt und die zweite Stellgröße Dependence of the load current change determined and the second manipulated variable
während einer bestimmten Zeitdauer auf eine erste Stellgröße des Reglers during a certain period of time to a first manipulated variable of the controller
addiert. Mit anderen Worten tritt ein Lastsprung in einem stromgeregelten added. In other words, a load step occurs in a current-controlled one
Gleichspannungswandler auf, geht die aktuelle Stellgröße des Regelkreises von einem ersten stationären Wert in einen zweiten stationären Wert über. Bei der
ersten Stellgröße handelt es sich somit um die aktuelle Stellgröße des Reglers vor einem Lastsprung. Wird im Folgenden der Begriff Gleichspannungswandler verwendet, so ist hierbei immer ein stromgesteuerter Gleichspannungswandler zu verstehen. DC converter, the current manipulated variable of the control loop goes from a first steady state value to a second steady state value. In the The first manipulated variable is thus the current manipulated variable of the controller before a load step. If the term DC-DC converter is used below, this always means a current-controlled DC-DC converter.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass ein Überschwingen bzw. ein Unterschwingen der Ausgangsspannung bei Laständerungen bzw. The advantage of the method according to the invention is that overshoot or undershoot of the output voltage in load changes or
Lastsprüngen gering ist. Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die Load jumps is low. Furthermore, it is advantageous that the
Ausgangskapazität des Gleichspannungswandlers, sowie die Kosten des Output capacitance of the DC-DC converter, as well as the cost of
Gleichspannungswandlers gering sind. DC voltage converter are low.
In einer Weiterbildung umfasst die bestimmte Zeitdauer eine geringe Anzahl von Rechentakten bzw. Rechenraten des Reglers, insbesondere 1 - 10 Rechentakte des Reglers. Unter dem Begriff Rechentakt wird dabei die Zeitdauer verstanden, die der Regler benötigt um einen neuen Ausgangswert zu berechnen bzw. um einen Rechenschritt zu verarbeiten. In a further development, the specific time duration comprises a small number of computing clocks or computer rates of the controller, in particular 1 to 10 computing cycles of the controller. The term right clock is understood to mean the time required for the controller to calculate a new output value or to process a calculation step.
Vorteilhaft ist hierbei, dass die Zeitdauer des Übergangs der aktuellen Stellgröße zwischen dem ersten stationären Wert und dem zweiten stationären Wert kurz ist. Da diese Zeitdauer die Dauer des Ausregelvorgangs des Lastsprungs kennzeichnet, ist die Dauer des Ausregelvorgangs ebenfalls kurz. It is advantageous here that the time duration of the transition of the current manipulated variable between the first stationary value and the second stationary value is short. Since this period of time characterizes the duration of the balancing operation of the load step, the duration of the balancing process is also short.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht die bestimmte Zeitdauer aus einem Rechentakt des Reglers. Mit anderen Worten es handelt sich um einen kurzzeitigen Eingriff in den Regler bzw. in den Regelvorgang während dem die zweite Stellgröße aufaddiert wird. In a further embodiment, the specific period of time consists of a calculation clock of the controller. In other words, it is a brief intervention in the controller or in the control process during which the second manipulated variable is added.
Der Vorteil ist hierbei, dass der Ausregelvorgang schnell vonstatten geht. The advantage here is that the Ausregelvorgang takes place quickly.
In einer Weiterbildung wird die Laststromänderung in Abhängigkeit einer In a development, the load current change in dependence of a
Messung des Laststroms bestimmt. Measurement of the load current determined.
Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Messung des Laststroms sehr genau möglich ist und demnach auch die Berechnung der zweiten Stellgröße sehr genau erfolgt.
Ein stromgesteuerter Gleichspannungswandler umfasst einen Regler und eine Steuereinheit. Erfindungsgemäß bestimmt die Steuereinheit eine Änderungsrate einer Ausgangsspannung des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers. Des Weiteren bestimmt die Steuereinheit eine Laststromänderung in Abhängigkeit der Änderungsrate der Ausgangsspannung des stromgesteuerten It is advantageous in this case that a measurement of the load current is very accurately possible and therefore also the calculation of the second manipulated variable is very accurate. A current-controlled DC-DC converter comprises a regulator and a control unit. According to the invention, the control unit determines a rate of change of an output voltage of the current-controlled DC-DC converter. Furthermore, the control unit determines a load current change as a function of the rate of change of the output voltage of the current-controlled
Gleichspannungswandlers und einer Ausgangskäpazität des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers. Außerdem bestimmt die Steuereinheit eine zweite Stellgröße in Abhängigkeit der Laststromänderung und addiert die zweite DC converter and an output capacity of the current-controlled DC-DC converter. In addition, the control unit determines a second manipulated variable as a function of the load current change and adds the second
Stellgröße während einer bestimmten Zeitdauer auf eine erste Stellgröße des Reglers. Manipulated variable during a certain period of time to a first manipulated variable of the controller.
Der Vorteil ist hierbei, dass das Ausregelverhalten des The advantage here is that the Ausregelverhalten the
Gleichspannungswandlers geringe Überschwinger bzw. Unterschwinger der Ausgangsspannung aufweist. DC converter has low overshoot or undershoot the output voltage.
In einer Weiterbildung umfasst die bestimmte Zeitdauer eine geringe Anzahl von Rechentakten des Reglers, insbesondere 1-10 Rechentakte des Reglers. In a further development, the specific period of time comprises a small number of correct clocks of the regulator, in particular 1-10 rake cycles of the regulator.
In einer weiteren Ausgestaltung besteht die bestimmte Zeitdauer aus einem Rechentakt des Reglers. In a further embodiment, the specific period of time consists of a calculation clock of the controller.
Der Vorteil ist hierbei, dass der Ausregelvorgang des Gleichspannungswandlers schnell erfolgt. In einer Weiterbildung bestimmt die Steuereinheit die Laststromänderung. The advantage here is that the Ausregelvorgang the DC-DC converter is done quickly. In a further development, the control unit determines the load current change.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der stromgesteuerte In a further embodiment, the current-controlled
Gleichspannungswandler einen analogen Regler. In einer Weiterbildung umfasst der stromgesteuerte Gleichspannungswandler einen digitalen Regler. DC-DC converter an analog controller. In a development, the current-controlled DC-DC converter comprises a digital controller.
Der Vorteil ist hierbei, dass eine Addition der zweiten Stellgröße The advantage here is that an addition of the second manipulated variable
digitalen Regler einfach ausgeführt werden kann.
In einer weiteren Ausgestaltung umfasst der stromgesteuerte Gleichspannungswandler einen Aufwärtswandler. digital controller can be easily executed. In a further embodiment, the current-controlled DC-DC converter comprises an up-converter.
Der Vorteil ist hierbei, dass ein Aufwärtswandler mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr schnell auf Laststromänderungen reagiert, während The advantage here is that an up-converter with the inventive method reacts very quickly to load current changes, while
herkömmliche Aufwärtswandler stark bandbreitenbegrenzt sind und dadurch nur sehr langsam auf Laststromänderungen reagieren können. conventional boost converters are severely bandwidth limited and thereby can only react very slowly to load current changes.
In einer Weiterbildung umfasst der stromgesteuerte Gleichspannungswandler einen Abwärtswandler. In a further development, the current-controlled DC-DC converter comprises a step-down converter.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Further advantages will become apparent from the following description of
Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen. Embodiments or from the dependent claims.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter The present invention will be described below with reference to preferred
Ausführungsformen und beigefügter Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Embodiments and attached drawings explained. Show it:
Figur 1 einen stromgesteuerten Gleichspannungswandler, 1 shows a current-controlled DC-DC converter,
Figur 2 ein Verfahren zur Regelung eines stromgesteuerten Figure 2 shows a method for controlling a current-controlled
Gleichspannungswandlers, DC-DC converter,
Figur 3 ein weiteres Verfahren zur Regelung eines stromgesteuerten Figure 3 shows another method for controlling a current-controlled
Gleichspannungswandlers, DC-DC converter,
Figur 4a einen beispielhaften Verlauf der Stellgrößen eines Reglers aus dem Stand der Technik, FIG. 4 a shows an exemplary profile of the manipulated variables of a regulator from the prior art,
Figur 4b einen beispielhaften Verlauf der Stellgrößen eines Reglers des erfindungsgemäßen stromgesteuerten Gleichspannungswandlers und
Figur 5 einen Vergleich des Lastsprungverhaltens in Bezug auf dieFIG. 4b shows an exemplary profile of the manipulated variables of a regulator of the current-controlled DC-DC converter according to the invention and FIG FIG. 5 shows a comparison of the load jumping behavior with respect to FIG
Ausgangsspannung verschiedener Regler. Output voltage of different controllers.
Figur 1 zeigt einen stromgesteuerten Gleichspannungswandler 100 mit einer Steuereinheit 110, einer Messeinrichtung 120, einem Regler 150 und einem Speicher 160. Die Steuereinheit 110 erfasst erste Signale 130. In einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinrichtung 120 eine 1 shows a current-controlled DC-DC converter 100 with a control unit 110, a measuring device 120, a controller 150 and a memory 160. The control unit 110 detects first signals 130. In a first embodiment, the measuring device 120 comprises a
Spannungsmesseinheit, sodass die ersten Signale 130 der Ausgangsspannung des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers 100 entsprechen. In einem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinrichtung 120 eine Voltage measuring unit, so that the first signals 130 correspond to the output voltage of the current-controlled DC-DC converter 100. In a second embodiment, the measuring device 120 comprises a
Strommesseinheit, sodass die ersten Signale 130 einen Laststrom des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers 100 repräsentieren. Die ersten Signale 130 können dabei in dem Speicher 160 abgelegt werden. Des Weiteren erzeugt die Steuereinheit 110 ein zweites Signal 140, das der zweiten Stellgröße entspricht. Die Steuereinheit 110 umfasst beispielsweise einen Mikrocontroller oder einen field programmable gate array FPGA. Der stromgesteuerte Current measuring unit, so that the first signals 130 represent a load current of the current-controlled DC-DC converter 100. The first signals 130 can be stored in the memory 160. Furthermore, the control unit 110 generates a second signal 140, which corresponds to the second manipulated variable. The control unit 110 includes, for example, a microcontroller or a field programmable gate array FPGA. The current-controlled
Gleichspannungswandler 100 kann einen analogen oder einen digitalen Regler umfassen. Handelt es sich um einen digitalen Regler, so kann die Steuereinheit 110 Teil eines Digitalteils einer integrierten Schaltung, beispielsweise eines A/D- Wandlers sein. Außerdem kann der stromgesteuerte Gleichspannungswandler 100 einen Aufwärtswandler oder einen Abwärtswandler aufweisen. DC-DC converter 100 may include an analog or a digital controller. If it is a digital controller, the control unit 110 can be part of a digital part of an integrated circuit, for example an A / D converter. Additionally, the current controlled DC-DC converter 100 may include a boost converter or a buck converter.
Figur 2 zeigt ein Verfahren 200 zur Regelung eines stromgesteuerten FIG. 2 shows a method 200 for controlling a current-controlled one
Gleichspannungswandlers. Das Verfahren 200 startet mit dem Schritt 210, in dem erste Signale des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers mittels der Spannungsmesseinheit erfasst werden und im Speicher der Steuereinheit gespeichert werden, wodurch die ersten Signale die Ausgangsspannung des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers repräsentieren. In einem folgenden Schritt 220 wird eine Änderungsrate der Ausgangsspannung mit Hilfe der Steuereinheit bestimmt. Dazu wird ein vorangegangener Wert Vausi der DC-DC converter. The method 200 starts with the step 210, in which first signals of the current-controlled DC-DC converter are detected by the voltage measuring unit and stored in the memory of the control unit, whereby the first signals represent the output voltage of the current-controlled DC-DC converter. In a following step 220, a rate of change of the output voltage is determined by means of the control unit. For this purpose, a previous value V of i is the
Ausgangsspannung, der im Speicher der Steuereinheit hinterlegt ist, mit der aktuellen Ausgangsspannung VauS2 verglichen. Dabei ergibt sich die Output voltage stored in the memory of the control unit, compared with the current output voltage V auS 2. This results in the
Änderungsrate mittels der Formel:
wobei T die Zeitdauer zwischen der Erfassung der aktuellen Ausgangsspannung und dem
vorangegangenen Wert der Ausgangsspannung repräsentiert. In einem folgenden Schritt 230 wird eine Laststromänderung in Abhängigkeit der Rate of change using the formula: where T is the time period between the detection of the current output voltage and the represents the previous value of the output voltage. In a following step 230, a load current change in dependence of
Änderungsrate der Ausgangsspannung und einer Ausgangskapazität des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers mit Hilfe der Steuereinheit bestimmt. Die Laststromänderung Äkast wird mittels folgender Formel bestimmt: Äli_ast = C■ d Uaus/dt, wobei C die Ausgangskapazität des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers darstellt, UaUs der Ausgangsspannung und d UaUs/dt der Änderungsrate entspricht. In einem folgenden Schritt 240 wird eine zweite Stellgröße in Abhängigkeit der Laststromänderung bestimmt. Umfasst der stromgesteuerte Gleichspannungswandler einen peak-stromgeregelten Rate of change of the output voltage and an output capacitance of the current-controlled DC-DC converter determined by means of the control unit. The load current change Äkast is determined by the following formula: Äli_ast = C ■ d Uout / dt, where C represents the output capacitance of the current-controlled DC-DC converter, U aU s of the output voltage and d U uU s / dt corresponds to the rate of change. In a following step 240, a second manipulated variable is determined as a function of the load current change. The current-controlled DC-DC converter comprises a peak-current-controlled
Aufwärtswandler, so wird die zweite Stellgröße mittels folgender Formel bestimmt: S2= R- Äli_asi/(1-D), wobei S2 die zweite Stellgröße, R einen Up-converter, the second manipulated variable is determined by the following formula: S2 = R- Äli_asi / (1-D), where S2 is the second manipulated variable, R is a
Strommesswiderstand und D ein Tastverhältnis des stromgesteuerten Current measuring resistor and D a duty cycle of the current-controlled
Gleichspannungswandlers darstellt. Umfasst der stromgesteuerte DC converter represents. Includes the current-controlled
Gleichspannungswandler einen peak-stromgeregelten Abwärtswandler, so wird die zweite Stellgröße mittels folgender Formel bestimmt: S2= R- Äkast. Die Formeln können auch für average-stromgeregelte Aufwärtswandler und DC-DC converter a peak-current-controlled buck converter, the second manipulated variable is determined by the following formula: S2 = R-Äkast. The formulas can also be used for average-current regulated boost converters and
Abwärtswandler, sowie für valley-stromgeregelte Aufwärtswandler und Down-converters, as well as for valley-current regulated boost converters and
Abwärtswandler hergeleitet werden. In einem folgenden Schritt 250 wird die zweite Stellgröße während einer bestimmten Zeitdauer auf eine erste Stellgröße des Reglers addiert. Mit anderen Worten, die zweite Stellgröße wird auf die aktuelle Reglerausgangsgröße addiert, sodass der Ausregelvorgang mit der Gesamtstellgröße, die sich aus der Summe der ersten Stellgröße und der zweiten Stellgröße ergibt, durchgeführt wird. Umfasst der Regler einen Integrator, so wird die Addition während bzw. innerhalb eines einzigen Rechentakts des Reglers durchgeführt, wodurch der Ausgangsregelvorgang sehr kurz ist und geringe Überschwinger bzw. Unterschwinger aufweist. Mit anderen Worten der Verlauf der Stellgröße S weist eine stark sprunghafte Änderung innerhalb eines Rechentakts auf. Umfasst der Regler keinen integrierenden Teil bzw. keinen Integrator, so wird die Addition über mehrere Rechentakte durchgeführt. Down converters are derived. In a following step 250, the second manipulated variable is added during a certain period of time to a first manipulated variable of the controller. In other words, the second manipulated variable is added to the current controller output variable, so that the Ausregelvorgang with the total control variable, which results from the sum of the first manipulated variable and the second manipulated variable is performed. If the controller comprises an integrator, the addition is performed during or within a single clock pulse of the controller, whereby the output control process is very short and has small overshoot or undershoot. In other words, the course of the manipulated variable S has a strongly erratic change within a calculation clock. If the controller does not include an integrating part or an integrator, then the addition is carried out over several computing cycles.
Figur 3 zeigt ein weiteres Verfahren 300 zur Regelung eines stromgesteuerten Gleichspannungswandlers. Das Verfahren 300 startet mit dem Schritt 310, in dem erste Signale des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers mittels der
Messeinrichtung erfasst wird. Bei der Messeinrichtung handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um eine Strommesseinheit, z. B. um einen FIG. 3 shows a further method 300 for controlling a current-controlled DC-DC converter. The method 300 starts with the step 310, in which first signals of the current-controlled DC-DC converter by means of Measuring device is detected. In the measuring device is in this embodiment, a current measuring unit, z. B. one
Strommesswiderstand, der als Shunt-Widerstand ausgestaltet sein kann oder ein Hall-Element. Die ersten Signale repräsentieren in diesem Ausführungsbeispiel einen Laststrom des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers. In einem folgenden Schritt 330 wird die Laststromänderung mit Hilfe der Steuereinheit erkannt bzw. bestimmt. In einem folgenden Schritt 340 wird die zweite Stellgröße in Abhängigkeit der Laststromänderung bestimmt. In einem folgenden Schritt 350 wird die zweite Stellgröße während einer bestimmten Zeitdauer auf eine erste Stellgröße des Reglers addiert. Current measuring resistor, which can be designed as a shunt resistor or a Hall element. The first signals represent a load current of the current-controlled DC-DC converter in this embodiment. In a following step 330, the load current change is detected or determined with the aid of the control unit. In a following step 340, the second manipulated variable is determined as a function of the load current change. In a following step 350, the second manipulated variable is added during a certain period of time to a first manipulated variable of the controller.
Figur 4a zeigt einen beispielhaften Verlauf der Stellgrößen eines Reglers aus dem Stand der Technik. Auf der Abszisse ist die Zeit t in is aufgetragen und auf der Ordinate der Verlauf der Stellgröße bzw. der Gesamtstellgröße des Reglers. Vor dem Lastsprung, der zum Zeitpunkt t=0 s stattfindet, weist die Stellgröße S einen ersten Wert 410 auf, der der ersten Stellgröße bzw. der aktuellen FIG. 4a shows an exemplary profile of the manipulated variables of a regulator from the prior art. The abscissa shows the time t in is plotted on the ordinate, the course of the manipulated variable or the total control variable of the controller. Before the load step, which takes place at time t = 0 s, the manipulated variable S has a first value 410, which corresponds to the first manipulated variable or the current one
Stellgröße des Reglers entspricht. Die Stellgröße des Reglers wird schrittweise um einen Gesamtbetrag 420 erhöht. Die Zeitdauer für die schrittweise Erhöhung um den Gesamtbetrag 420 kennzeichnet die Dauer des Ausregelvorgangs. Die gestrichelte Linie stellt den idealen Verlauf der Stellgröße bei einem Lastsprung dar. Control value of the controller corresponds. The manipulated variable of the controller is gradually increased by a total amount 420. The period for incrementing by the total amount 420 indicates the duration of the adjustment process. The dashed line represents the ideal course of the manipulated variable during a load step.
Figur 4b zeigt einen beispielhaften Verlauf der Stellgrößen eines Reglers des erfindungsgemäßen stromgesteuerten Gleichspannungswandlers. Auch hier stellt die gestrichelte Linie den idealen Verlauf der Stellgröße bei einem FIG. 4b shows an exemplary profile of the manipulated variables of a regulator of the current-controlled DC-DC converter according to the invention. Again, the dashed line represents the ideal course of the manipulated variable at a
Lastsprung dar. Auf der Abszisse ist die Zeit t in is aufgetragen und auf der Ordinate der Verlauf der Stellgröße bzw. der Gesamtstellgröße des Reglers. Vor dem Lastsprung, der zum Zeitpunkt t=0 s stattfindet, weist die Stellgröße S einen ersten Wert 460 auf, der der ersten Stellgröße bzw. der aktuellen Stellgröße des Reglers entspricht. Die zweite Stellgröße 140 wird kurz nach dem Lastsprung für eine bestimmte Zeitdauer zur ersten Stellgröße 460 addiert. Dabei beträgt die bestimmte Zeitdauer einen Rechentakt des Reglers. Mit anderen Worten die Stellgröße S wird direkt auf den zweiten stationären Wert angehoben, indem der ersten Stellgröße ein passendes Delta addiert wird. Der optimale Wert für das
Delta entspricht dabei der Differenz des ersten stationären Werts und des zweiten stationären Werts der Stellgröße, wobei der optimale Wert zum Zeitpunkt des Lastsprungs eine unbekannte Größe ist, die mittels der Laststromänderung bestimmt wird. Load step. The time t in is plotted on the abscissa and the progression of the manipulated variable or the total manipulated variable of the controller on the ordinate. Before the load step, which takes place at time t = 0 s, the manipulated variable S has a first value 460, which corresponds to the first manipulated variable or the current manipulated variable of the controller. The second manipulated variable 140 is added to the first manipulated variable 460 for a specific period of time shortly after the load step. In this case, the determined period of time is a right cycle of the controller. In other words, the manipulated variable S is raised directly to the second stationary value by adding a suitable delta to the first manipulated variable. The optimal value for the In this case, delta corresponds to the difference between the first stationary value and the second stationary value of the manipulated variable, the optimum value at the time of the load step being an unknown quantity, which is determined by means of the load current change.
Figur 5 zeigt einen Vergleich des Lastsprungverhaltens in Bezug auf die FIG. 5 shows a comparison of the load jumping behavior with respect to FIG
Ausgangsspannung verschiedener Aufwärtsregler. Auf der Abszisse ist die Zeit t in is aufgetragen und auf der Ordinate die Ausgangsspannung UaUs in Volt. Die gestrichelte Kurve 510 zeigt dabei das Lastsprungverhalten der Output voltage of various boosters. The time t in is plotted on the abscissa and the output voltage U aU s in volts on the ordinate. The dashed curve 510 shows the load jumping behavior of the
Ausgangsspannung eines Reglers aus dem Stand der Technik. Dabei hängt der Spannungseinbruch ÄUaUs von der Laststromänderung Äkast, der Output voltage of a regulator from the prior art. In this case, the voltage dip ÄU au s s depends on the load current change Äkast, the
Ausgangskapazität C des Gleichspannungswandlers und der Transitfrequenz fr des Regelkreises ab und lässt sich näherungsweise mit der Formel: ÄUaUs~ Äli_asi/(C-2TT- fr) bestimmen. Die durchgezogene Kurve 520 zeigt das Output capacitance C of the DC-DC converter and the transit frequency fr of the control loop and can be approximately determined by the formula: ÄU aU s ~ Äli_asi / (C-2TT-fr). The solid curve 520 shows that
Lastsprungverhalten der Ausgangsspannung eines Reglers des Load jump behavior of the output voltage of a regulator of the
erfindungsgemäßen stromgesteuerten Gleichspannungswandlers. Im Vergleich zum Stand der Technik fällt der Spannungseinbruch bzw. der Betrag des Current-controlled DC-DC converter according to the invention. Compared to the prior art, the voltage drop or the amount of
Spannungseinbruchs der Ausgangsspannung des stromgesteuerten Voltage drop of the output voltage of the current-controlled
Gleichspannungswandlers wesentlich geringer aus.
DC converter significantly lower.
Claims
1. Verfahren (200) zur Regelung einer Ausgangsspannung eines A method (200) for controlling an output voltage of a
stromgesteuerten Gleichspannungswandlers umfassend einen Regler mit den Schritten: Current-controlled DC-DC converter comprising a regulator with the steps:
• Bestimmen (210) einer Änderungsrate der Ausgangsspannung des Determining (210) a rate of change of the output voltage of the
stromgesteuerten Gleichspannungswandlers, current-controlled DC-DC converter,
• Bestimmen (220) einer Laststromänderung in Abhängigkeit der Determining (220) a load current change as a function of
Änderungsrate der Ausgangsspannung des stromgesteuerten Rate of change of the output voltage of the current-controlled
Gleichspannungswandlers und einer Ausgangskapazität des DC converter and an output capacitance of the
stromgesteuerten Gleichspannungswandlers, current-controlled DC-DC converter,
• Bestimmen (230) einer zweiten Stellgröße in Abhängigkeit der Determining (230) a second manipulated variable as a function of
Laststromänderung, und Load current change, and
• Addieren (240) der zweiten Stellgröße während einer bestimmten • adding (240) the second manipulated variable during a specific one
Zeitdauer auf eine erste Stellgröße des Reglers. Duration to a first manipulated variable of the controller.
2. Verfahren (200) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Zeitdauer eine geringe Anzahl von Rechentakten des Reglers umfasst, insbesondere 1 - 10 Rechentakte des Reglers. 2. Method (200) according to claim 1, characterized in that the determined period of time comprises a small number of correct clocks of the controller, in particular 1 - 10 clock cycles of the controller.
3. Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch 3. The method (200) according to any one of claims 1 or 2, characterized
gekennzeichnet, dass die bestimmte Zeitdauer aus einem Rechentakt des Reglers besteht. characterized in that the determined period of time consists of a clock of the controller.
4. Verfahren (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laststromänderung in Abhängigkeit von Messungen des Laststroms bestimmt wird. 4. Method (200) according to one of the preceding claims, characterized in that the load current change is determined as a function of measurements of the load current.
5. Stromgesteuerter Gleichspannungswandler (100) mit einem Regler (150) und einer Steuereinheit (110), dadurch gekennzeichnet, dass die 5. Current-controlled DC-DC converter (100) with a controller (150) and a control unit (110), characterized in that the
Steuereinheit (110) Control unit (110)
• eine Änderungsrate einer Ausgangsspannung des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers bestimmt, Determines a rate of change of an output voltage of the current-controlled DC-DC converter,
• eine Laststromänderung in Abhängigkeit der Änderungsrate der • a load current change depending on the rate of change of the
Ausgangsspannung des stromgesteuerten
Gleichspannungswandlers und einer Ausgangskapazität des stromgesteuerten Gleichspannungswandlers bestimmt, Output voltage of the current-controlled DC converter and an output capacitance of the current-controlled DC-DC converter determines
• eine zweite Stellgröße in Abhängigkeit der Laststromänderung • a second manipulated variable as a function of the load current change
bestimmt und determined and
• die zweite Stellgröße während einer bestimmten Zeitdauer auf eine erste Stellgröße des Reglers (150) addiert. • adds the second manipulated variable during a certain period of time to a first manipulated variable of the controller (150).
6. Stromgesteuerter Gleichspannungswandler (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Zeitdauer eine geringe Anzahl von Rechentakten des Reglers (150) umfasst, insbesondere 1 - 10 6. Current-controlled DC-DC converter (100) according to claim 5, characterized in that the determined period of time comprises a small number of correct clocks of the regulator (150), in particular 1-10
Rechentakte des Reglers (150). Rule clocks of the regulator (150).
7. Stromgesteuerter Gleichspannungswandler (100) nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Zeitdauer aus einem Rechentakt des Reglers (150) besteht. 7. Current-controlled DC-DC converter (100) according to any one of claims 5 or 6, characterized in that the determined period of time consists of a clock pulse of the controller (150).
8. Stromgesteuerter Gleichspannungswandler (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (110) die Lastromänderung bestimmt. 8. Current-controlled DC-DC converter (100) according to one of claims 5 to 7, characterized in that the control unit (110) determines the Lastromänderung.
9. Stromgesteuerter Gleichspannungswandler (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der stromgesteuerte Gleichspannungswandler (100) einen analogen Regler umfasst. 9. Current-controlled DC-DC converter (100) according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the current-controlled DC-DC converter (100) comprises an analog controller.
10. Stromgesteuerter Gleichspannungswandler (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der stromgesteuerte Gleichspannungswandler (100) einen digitalen Regler umfasst. 10. Current-controlled DC-DC converter (100) according to any one of claims 5 to 8, characterized in that the current-controlled DC-DC converter (100) comprises a digital controller.
11. Stromgesteuerter Gleichspannungswandler (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der stromgesteuerte Gleichspannungswandler (100) einen Aufwärtswandler umfasst. 11. Current-controlled DC-DC converter (100) according to one of claims 5 to 10, characterized in that the current-controlled DC-DC converter (100) comprises an up-converter.
12. Stromgesteuerter Gleichspannungswandler (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der stromgesteuerte Gleichspannungswandler (100) einen Abwärtswandler umfasst.
12. Current-controlled DC-DC converter (100) according to one of claims 5 to 10, characterized in that the current-controlled DC-DC converter (100) comprises a buck converter.
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