Kommentar Digital macht das Rennen

Dr. Jens Würtenberg isr Elektronik-Redakteur für Stromversorgungen.
Dr. Jens Würtenberg isr Elektronik-Redakteur für Stromversorgungen.

Der Wettbewerb »Fotoapparat gegen Digitalkamera« ist entschieden; die unzureichende Bildqualität und die Tücken der frühen Digitalfotografie sind Geschichte und in puncto Bildqualität und Praxistauglichkeit haben die digitalen mindestens Gleichstand erreicht. Nun schickt sich bei den Stromversorgungen die Digitaltechnik an, die ausgefuchsten analogen Schaltungskonzepte bei den Spannungsreglern durch digitale Universallösungen zu ersetzen.

Die Argumente dafür und dagegen sind bekannt: Wie jede neue Technik, die sich gegen eine eingeführte durchsetzen muss, werden auch die digitalen Schaltungskonzepte der Stromversorgungen von der Fachwelt danach beurteilt, welchen Zusatznutzen sie bringen. Bei einfachen Geräten wie den milliardenfach verkauften externen Netzgeräten für Handys, Laptops und Kameras können mikrocontroller-gesteuerte Schaltungen keinen Blumentopf gewinnen.

Mit einem Mikrocontroller an Bord aber lassen sich komplexe Abläufe ohne Weiteres realisieren, wie sie etwa für den Hochlauf von Elektromotoren erforderlich sein können. Und über eine Kommunikationsschnittstelle wird -eine digitale Stromversorgung auch systemfähig und lässt sich mit Standardverfahren in größere Systeme einbinden. Die regelungstechnischen Aufgaben der internen Schaltung wiederum lassen sich mit speziellen Algorithmen auf ein ganz neues Niveau heben: Hierdurch lassen sich Konzepte der adaptiven Regelung verwirklichen, mit denen die Stabilität des Systems in jedem Betriebszustand bei gleichzei-tiger Maximierung des Wirkungsgrades aufrechterhalten wird. Gleichzeitig sind mit Hilfe von OPVs mit programmierbarer Verstärkung auch nichtlineare Regelkreise realisierbar, ohne dass große Klimmzüge gemacht werden müssen: Die aktuellen Parameter werden als Digitalzahlen abgelegt und zustandsbezogen abgerufen.

Reicht die Rechenleistung der verwendeten Mikroprozessoren nicht aus, können die Designer digitaler Stromversorgungen auf ein Schaltungskonzept aus der Anfangzeit der Digitaltechnik zurückgreifen: den Zustandsautomaten (engl. State Machine). Mit den in Hardware ausgeführten Logikblöcken werden spezielle Algorithmen abgebildet; die Maschinen beschleunigen dessen Abarbeitung wesentlich; so können auch anspruchsvolle Aufgaben von dem Digitalschaltkreis in Echtzeit gelöst werden.

Die Nachteile der Digitaltechnik liegen auf der Hand. Für die Anbindung der digitalen Schaltkreise an die analoge Welt sind in jedem Fall A/D- und D/A-Umsetzer erforderlich. Zwar stellt deren Integration auf den neuen Mixed Signal ICs die Chip-Designer nicht vor schwerwiegende Probleme, aber die Anforderungen an Auflösung und -Abtastrate setzen hier durchaus Grenzen. Heute sind die digitalen Systeme den besonderen Fällen, den schwierigen Aufgaben vorbehalten. Aber aus der Erfahrung lässt sich die Prognose stellen, dass mit der Zeit die Digitaltechnik immer mehr Bereiche besetzt und schließlich dank besserer Kenndaten bei niedrigeren Preisen die Analogtechnik aus einem weiteren Anwendungsfeld verdrängen wird