Digital Power
Intelligenz in der Stromversorgung
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Optimierung des Wirkungsgrades
Eine herkömmliche Stromversorgung kann in der Regel nur bei einem Arbeitspunkt auf den maximalen Wirkungsgrad hin optimiert werden; d.h., eine Änderung der Last zieht dann eine Verminderung des Wirkungsgrades nach sich. Eine „intelligente“ Stromversorgung kann auf solche Lastveränderungen reagieren, etwa durch eine Veränderung der Schaltfrequenz. Stromversorgungen mit einer digitalen Regelung können Parameter im Betrieb ändern, um in jedem Betriebszustand eine optimale Systemantwort zu der jeweils anliegenden Last zu finden.
Microchip bietet für die Realisierung „intelligenter“ Stromversorgungen eine abgestufte Auswahl an integrierten Schaltungen, deren Funktionsumfang von der Behandlung des Einschaltverhaltens (Level 1) bis zur vollständigen digitalen Steuerung und Regelung (Level 4) reicht.
Level 1. Ein-/Aus-Steuerungen lassen sich mit den ICs PIC10F bzw. PIC12F aufbauen. Diese bieten eine geringe Stromaufnahme im Stand-by-Betrieb, einen programmierbaren Soft-Start und ein sequentielles Hochfahren der einzelnen Baugruppen beim Einschalten. Mit der vorgegebenen Hardware lässt sich zudem sicherstellen, dass die Stromversorgung bei Fehlerzuständen stets in gleicher Weise (deterministisch) reagiert.
Level 2. Auf dieser Stufe werden die rückgeführten analogen Signale auf dem Digital-Chip gewandelt. Dies ermöglicht einen stabilen Betrieb des analogen Leistungsteils und damit auch eine Begrenzung der Ausgangsspannung ebenso wie den Parallelbetrieb mehrerer Netzteile mit Lastverteilung. Der Leistungsteil wird per Pulsbreitenmodulation angesteuert. Als Mikrocontroller kommen hier die ICs PIC12F, PIC 16F, PIC18F und PIC24F zum Einsatz.
Level 3. Hier wird die Digitalisierung so weit getrieben, dass der Leistungsteil lediglich aus einem Treiberbaustein (MCP1402), einem Leistungs-MOSFET, einer Induktivität, einer Schutzdiode und dem Glättungskondensator besteht (Bild). Das Digitalkonzept ermöglicht die fortlaufende Optimierung des Wirkungsgrades bei schwankender Last. Es lassen sich mit einer Plattform unterschiedliche Anwendungen bedienen. Geeignete Mikrocontroller: PIC16HV785, MCP1631 High Speed PWM Controller und PIC 18F.
Level 4. Mit der vollständigen Digitalisierung der Stromversorgung wird eine dynamische Nachführung der Regelkreisparameter möglich. Zudem genügt die Rechenleistung, um bei der Auslegung der Regelschleife auch prädiktive Algorithmen zu implementieren. Die so aufgesetzten Systeme erlauben dann die Realisierung von Stromversorgungen mit mehreren Ausgangsspannungen und unterschiedlichen Leistungsstufen. Von den Microchip-Mikrocontrollern sind hier die Baureiehen dsPIC30F und dsPIC33F geeignet.
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