Schaltregler-IC Digitaler Controller optimiert Regelschleife

Der digitale Schaltregler-Controller PV3012 von Powervation analysiert die Betriebsbedingungen und steuert seine Regelschleife selbst.

Digitale Regler können per Software parametriert werden, z.B. um sie an geänderte Betriebsbedingungen anzupassen. Der digitale Schaltregler-Controller PV3012 von Powervation analysiert die Betriebsbedingungen und steuert seine Regelschleife selbst.

Mit dem PV3012 hat Powervation, im deutschsprachigen Raum vertreten durch die ED-V Gesellschaft für Elektronik + Design In mbH, seine zweite Generation von digitalen Controllern für DC/DC-Wandler vorgestellt. Der digitale Schaltregler-Controller erlaubt es, dank der als „Auto-Control“ bezeichneten Regelung, den DC/DC-Wandler automatisch im optimalen Arbeitspunkt zu betreiben. In jedem Zyklus erfolgt automatisch die adaptive Steuerung der Regelschleife, d.h. die Parameter des digitalen Reglers werden in jedem Schaltvorgang des Leistungswandlers den Betriebsbedingungen angepasst.

„AUto-Control“ sorgt dafür, dass der Regler stets stabil bleibt und mit maximaler Geschwindigkeit auf Lastschwankungen reagiert. Kontinuierlich auftretende Lastschwankungen werden auf diese Weise ebenso wie Bauteiltoleranzen und die Alterung von Komponenten kompensiert.

Ein weiterer Vorteil der Selbstoptimierung ist, dass instabile Betriebszustände nicht mehr auftreten können. Damit wird der digital geregelte DC/DC-Wandler robuster und die Limitierungen an die Leistungsregelung müssen nicht mehr so eng ausgelegt werden wie bei analogen Regelschleifen. Im PV3012 sind zwei Prozessorkerne integriert, ein 16-bit-DSP für die Regelung und Selbstoptimierung und eine 16-bit-RISC-CPU für die interne Steuerung und Kommunikation. Die digitale PWM mit einer Auflösung von 15 bit kann mit einer Maximalfrequenz von 1 MHz arbeiten. Alle Messwete - Ein- und Ausgangsspannung, Ausgangsstromstärke und Temperatur - werden von einem 11-bit ADU erfasst. Die Ausgangsspannungsregelung arbeitet mit einer Toleranz < 0,5 %. Als typische Werte für einen POL-DC/DC-Wandler mit dem digitalen Controller PV3012 gibt Powervation eine Spannungswelligkeit < 1% und ein Über-/Unterschwingen von < 3% bei einem Lastsprung von 30 A/us an.

Der PV3012 kann zwei Leistungsstufen mit Synchrongleichrichtern im Gegentakt per PWM ansteuern. Abhängig von der Belastung nutzt er eine oder beide Leistungsstufen, um über den ganzen Leistungsbereich mit maximalem Wirkungsgrad zu arbeiten. Auch hier sorgt die digitale Regelung „Auto-Control“ für einen störungsfreien, nahtlosen Übergang zwischen den beiden Betriebsarten. Ab 20-%-Teillast lässt sich mit dem PV3012 ein konstant hoher Wirkungsgrad erzielen. Zur Kommunikation mit einem uP verfügt der PV3012 über ein PMBus-Interface, über das er auch die Messwerte von Ein- und Ausgangsspannung, Ausgangsstromstärke und Temperatur übertragen kann. Da bei der digitalen Regelung im Gegensatz zu analogen Regelkreisen in der Rückkoppelung keine externen Komponenten benötigt werden, reduziert sich die Anzahl der für einen DC/DC-Wandler benötigten Bauteile. Um die Daten für den Regelalgorithmus im Controller-IC sicher zu Speichern nutzt Powervation einmalig programmierbares ROM.

Mehr über den digitalen Schaltregler-Controller PV3012 von Powervation und über den Einsatz der Digitaltechnik in Leistungswandlern können Sie auf dem digital power congress der Fachzeitschrift Elektronik am 13. Oktober 2010 in München erfahren.