DE102018120821A1 - Determination of the small signal transfer function - Google Patents
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Abstract
Ein Controller (100) für ein Schaltnetzteil (200), welches eine Primärseite (210) und eine Sekundärseite (220) aufweist und ausgebildet ist, eine über die Primärseite (210) empfangene Eingangsleistung (U1) in eine Ausgangsleistung (U2) zu transformieren und über die Sekundärseite (220) bereitzustellen, umfasst: eine erste Controller-Subeinheit ausgebildet zum Ausführen eines offenen Regelkreises zur Regelung der Ausgangsleistung (U2) in Abhängigkeit von einem gemessenen Signal (CS, ZCD), wobei das gemessene Signal (CS, ZCD) von einer auf Basis des Regelkreises zu regelnden Größe (GD) abhängt; eine zweite Controller-Subeinheit ausgebildet zum Messen der Kleinsignaltransferfunktion des offenen Regelkreises durch: Erzeugen eines Testsignals variabler Amplitude und Frequenz; Einspeisen des Testsignals in den offenen Regelkreis durch Addieren des Testsignals auf das gemessene Signal (CS, ZCD) zum Erhalten eines gestörten Signals, welches dem Regelkreis zugeführt ist; und Bestimmen eines Unterschieds zwischen dem gestörten Signal und dem gemessenen Signal (CS, ZCD).A controller (100) for a switching power supply (200), which has a primary side (210) and a secondary side (220) and is designed to transform an input power (U1) received via the primary side (210) into an output power (U2) and To provide via the secondary side (220), comprises: a first controller subunit designed to execute an open control loop for controlling the output power (U2) as a function of a measured signal (CS, ZCD), the measured signal (CS, ZCD) from depends on a variable to be controlled on the basis of the control loop; a second controller subunit configured to measure the small signal transfer function of the open loop by: generating a test signal of variable amplitude and frequency; Feeding the test signal into the open control loop by adding the test signal to the measured signal (CS, ZCD) to obtain a disturbed signal which is fed to the control loop; and determining a difference between the disturbed signal and the measured signal (CS, ZCD).
Description
TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA
Die vorliegende Schrift betrifft Ausführungsbeispiele eines Controllers und Ausführungsbeispiele eines Verfahrens zum Messen der Kleinsignaltransferfunktion eines offenen Regelkreises, welcher zur Regelung einer Ausgangsleistung eines Schaltnetzteils ausgeführt wird. Das Schaltnetzteil kann ein Schaltnetzteil mit galvanischer Trennung sein, z.B. ein Sperrwandler (engl.: Flyback-Converter).The present document relates to exemplary embodiments of a controller and exemplary embodiments of a method for measuring the small signal transfer function of an open control loop, which is carried out for regulating an output power of a switching power supply. The switching power supply can be a switching power supply with electrical isolation, e.g. a flyback converter.
HINTERGRUNDBACKGROUND
Viele Funktionen moderner Geräte in Automobil-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer elektrischen Maschine, beruhen auf Leistungshalbleitervorrichtungen.Many functions of modern devices in automotive, consumer, and industrial applications, such as converting electrical energy and driving an electric motor or electrical machine, rely on power semiconductor devices.
Zum Beispiel werden sogenannte Insulated-Gate-Bipolar-Transistoren (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFETs) und Dioden, um nur einige zu nennen, für verschiedene Anwendungen verwendet, unter anderem für Schalter in Leistungsquellen und Leistungswandlern.For example, so-called insulated gate bipolar transistors (IGBTs), metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) and diodes, to name just a few, are used for various applications, including switches in power sources and power converters.
Zu der Gruppe der Leistungswandler gehören sog. Schaltnetzteile (engl.: switched mode power supplies). Ein Schaltnetzteil kann eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweisen, die beispielsweise galvanisch voneinander getrennt sind. Z.B. ist das Schaltnetzteil ausgebildet, eine über die Primärseite empfangene Eingangsleistung (z.B. eine Eingangsspannung oder einen Eingangsstrom) in eine Ausgangsleistung (z.B. eine Ausgangsspannung oder einen Ausgangsstrom) zu transformieren und über die Sekundärseite bereitzustellen.The group of power converters includes so-called switched mode power supplies. A switching power supply can have a primary side and a secondary side, which are galvanically separated from one another, for example. For example, the switched-mode power supply is designed to transform an input power (e.g. an input voltage or an input current) received via the primary side into an output power (e.g. an output voltage or an output current) and to provide it via the secondary side.
Zur Regelung des Schaltnetzteils wird ein Controller eingesetzt. Ein derartiger Controller kann einen integrierten Regelkreis aufweisen, was es mitunter schwierig macht, die Stabilität des Regelkreises zu prüfen und verifizieren.A controller is used to regulate the switching power supply. Such a controller can have an integrated control loop, which sometimes makes it difficult to check and verify the stability of the control loop.
KURZDARSTELLUNGSUMMARY
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Controller für ein Schaltnetzteil, welches eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist und ausgebildet ist, eine über die Primärseite empfangene Eingangsleistung in eine Ausgangsleistung zu transformieren und über die Sekundärseite bereitzustellen, eine erste Controller-Subeinheit und eine zweite Controller-Subeinheit. Die erste Controller-Subeinheit ist ausgebildet zum Ausführen eines offenen Regelkreises zur Regelung der Ausgangsleistung in Abhängigkeit von einem gemessenen Signal, wobei das gemessene Signal von einer auf Basis des Regelkreises zu regelnden Größe abhängt. Die zweite Controller-Subeinheit ist ausgebildet zum Messen der Kleinsignaltransferfunktion des offenen Regelkreises durch: Erzeugen eines Testsignals variabler Amplitude und Frequenz; Einspeisen des Testsignals in den offenen Regelkreis durch Addieren des Testsignals auf das gemessene Signal zum Erhalten eines gestörten Signals, welches dem Regelkreis zugeführt ist; und Bestimmen eines Unterschieds zwischen dem gestörten Signal und dem gemessenen Signal.According to one embodiment, a controller for a switching power supply, which has a primary side and a secondary side and is designed to transform an input power received via the primary side into an output power and to provide it via the secondary side, a first controller subunit and a second controller subunit. The first controller subunit is designed to carry out an open control loop for controlling the output power as a function of a measured signal, the measured signal depending on a variable to be controlled on the basis of the control loop. The second controller subunit is designed to measure the small signal transfer function of the open control loop by: generating a test signal of variable amplitude and frequency; Feeding the test signal into the open control loop by adding the test signal to the measured signal to obtain a disturbed signal which is fed to the control loop; and determining a difference between the disturbed signal and the measured signal.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteils, welches eine Primärseite und eine Sekundärseite aufweist und ausgebildet ist, eine über die Primärseite empfangene Eingangsleistung in eine Ausgangsleistung zu transformieren und über die Sekundärseite bereitzustellen, folgende Schritte: Ausführen eines offenen Regelkreises zur Regelung der Ausgangsleistung in Abhängigkeit von einem gemessenen Signal, wobei das gemessene Signal von einer auf Basis des Regelkreises zu regelnden Größe abhängt; und Messen der Kleinsignaltransferfunktion des offenen Regelkreises durch Erzeugen eines Testsignals variabler Amplitude und Frequenz; Einspeisen des Testsignals in den offenen Regelkreis durch Addieren des Testsignals auf das gemessene Signal zum Erhalten eines gestörten Signals, welches dem Regelkreis zugeführt ist; und Bestimmen eines Unterschieds zwischen dem gestörten Signal und dem gemessenen Signal.According to a further embodiment, a method for operating a switching power supply, which has a primary side and a secondary side and is designed to transform an input power received via the primary side into an output power and to make it available via the secondary side, comprises the following steps: Output power as a function of a measured signal, the measured signal depending on a variable to be controlled on the basis of the control loop; and measuring the open loop small signal transfer function by generating a variable amplitude and frequency test signal; Feeding the test signal into the open control loop by adding the test signal to the measured signal to obtain a disturbed signal which is fed to the control loop; and determining a difference between the disturbed signal and the measured signal.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung sowie den Zeichnungen deutlich.Additional features and advantages will become apparent from the detailed description that follows, and from the drawings.
Figurenlistelist of figures
Elemente in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabseinheitlich dargestellt. Vorrang ist stattdessen auf die Darstellung von Prinzipien der Erfindung gelegt. Bezugszeichen in den Zeichnungen können zudem entsprechende Elemente bezeichnen. Es zeigen:
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1 schematisch und exemplarisch einen Schaltungsaufbau eines Schaltnetzteils mit einem Controller gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; -
2 schematisch und exemplarisch die Verstärkung (G ) der Kleinsignaltransferfunktion in Abhängigkeit der Frequenz eines Testsignals; und -
3 schematisch und exemplarisch die Verstärkung (G ) und die Phase (P ) der Kleinsignaltransferfunktion in Abhängigkeit der Frequenz des Testsignals.
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1 schematically and exemplarily a circuit structure of a switching power supply with a controller according to one or more embodiments; -
2 schematically and exemplarily the reinforcement (G ) the small signal transfer function as a function of the frequency of a test signal; and -
3 schematically and exemplarily the reinforcement (G ) and the phase (P ) the small signal transfer function depending on the frequency of the test signal.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DETAILED DESCRIPTION
In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug genommen auf die Zeichnungen, die einen Teil der vorliegenden Offenbarung bilden und in denen bestimmte Ausführungsbeispiele, gemäß denen die Erfindung umgesetzt werden kann, zur Veranschaulichung gezeigt sind.In the following detailed description, reference is made to the drawings, which form a part of the present disclosure, and in which certain exemplary embodiments in accordance with which the invention can be implemented are shown by way of illustration.
Im Folgenden wird ausführlich Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsbeispiele, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung vorgestellt und soll nicht als eine Beschränkung der Erfindung verstanden werden. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil eines Ausführungsbeispiels dargestellt oder beschrieben sind, in - oder in Verbindung mit - anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden, um ein weiteres Ausführungsbeispiel zu ergeben. Die vorliegende Erfindung soll auch derartige Modifikationen und Abwandlungen enthalten. Die Beispiele sind unter Verwendung spezifischer Sprache beschrieben, die nicht als beschränkend für den Geltungsbereich der Ansprüche ausgelegt werden soll. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgenau und dienen allein Veranschaulichungszwecken. Zur besseren Klarheit sind, sofern nicht anders angegeben, in den verschiedenen Zeichnungen identische Elemente oder Herstellungsschritte durch identische Bezugszeichen angezeigt.In the following, reference is made in detail to various exemplary embodiments, one or more examples of which are illustrated in the drawings. Each example is presented for illustration and should not be construed to limit the invention. For example, features that are shown or described as part of one embodiment may be used in - or in conjunction with - other embodiments to yield another embodiment. The present invention is also intended to include such modifications and alterations. The examples are described using specific language, which should not be construed as limiting the scope of the claims. The drawings are not to scale and are for illustration purposes only. Unless otherwise stated, identical elements or manufacturing steps are indicated by identical reference numerals in the different drawings for better clarity.
Im Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung sollen die Ausdrücke „in elektrischem Kontakt“ und „elektrisch verbunden“ beschreiben, dass eine niederohmige elektrische Verbindung oder ein niederohmiger Strompfad zwischen zwei Anschlüssen der vorliegend beschriebenen Vorrichtung vorliegt.In the context of the present description, the terms “in electrical contact” and “electrically connected” are intended to describe that there is a low-resistance electrical connection or a low-resistance current path between two connections of the device described here.
Ferner ist im Zusammenhang der vorliegenden Beschreibung der Ausdruck „elektrische Isolation“, sofern nicht anders angegeben, im Zusammenhang seines allgemeingültigen Verständnisses verwendet und soll demnach beschreiben, dass zwei oder mehr Komponenten getrennt voneinander positioniert sind und dass keine ohmsche Verbindung vorliegt, die diese Komponenten verbindet. Dennoch können Komponenten, die elektrisch isoliert voneinander sind, aneinander gekoppelt sein, zum Beispiel mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt. Um ein Beispiel zu geben, können zwei Elektroden eines Kondensators voneinander elektrisch isoliert sein und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv miteinander gekoppelt sein, z.B. mittels einer Isolation, z.B. mittels eines Dielektrikums.Furthermore, in the context of the present description, the term “electrical insulation”, unless otherwise stated, is used in the context of its general understanding and is therefore intended to describe that two or more components are positioned separately from one another and that there is no ohmic connection which connects these components , Nevertheless, components that are electrically isolated from one another can be coupled to one another, for example mechanically coupled and / or capacitively coupled and / or inductively coupled. As an example, two electrodes of a capacitor may be electrically isolated from one another and simultaneously mechanically and capacitively coupled, e.g. by means of insulation, e.g. by means of a dielectric.
Spezielle Ausführungsbeispiele, die in der vorliegenden Beschreibung beschrieben sind, beziehen sich auch, ohne darauf beschränkt zu sein, auf einen Leistungswandler mit mindestens einem Leistungshalbleiterbauelement. In einem Ausführungsbeispiel kann ein solches Bauelement dazu ausgebildet sein, einen Laststrom zu führen, der einer Last zuzuführen ist, und/oder der entsprechend mittels einer Leistungsquelle bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann das Leistungshalbleiterbauelement eine oder mehrere aktive Leistungshalbleiterzellen umfassen, wie etwa eine monolithisch integrierte Diodenzelle und/oder eine monolithisch integrierte Transistorzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte RC-IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOS-Gated-Dioden-, (MGD-), Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder Abwandlungen davon. Einer Mehrzahl solcher Diodenzellen und/oder solcher Transistorzellen können in dem Bauelement integriert sein.Special exemplary embodiments, which are described in the present description, also relate, without being restricted thereto, to a power converter with at least one power semiconductor component. In one exemplary embodiment, such a component can be designed to carry a load current which is to be supplied to a load and / or which is accordingly provided by means of a power source. For example, the power semiconductor device may include one or more active power semiconductor cells, such as a monolithically integrated diode cell and / or a monolithically integrated transistor cell and / or a monolithically integrated IGBT cell and / or a monolithically integrated RC-IGBT cell and / or a monolithic integrated MOS gated diode (MGD) cell and / or a monolithically integrated MOSFET cell and / or modifications thereof. A plurality of such diode cells and / or such transistor cells can be integrated in the component.
Der Ausdruck „Leistungshalbleiterbauelement“, wie in der vorliegenden Beschreibung verwendet, soll ein einzelnes Bauelement mit hoher Spannungssperr- und/oder Stromführungseignung bezeichnen. Mit anderen Worten: Ein solches Leistungshalbleiterbauelement ist vorgesehen für hohe Ströme, typischerweise im Amperebereich, z.B. bis zu 5 oder 100 A, und/oder Spannungen typischerweise oberhalb 15 V, besonders typischerweise bis zu 40 V und mehr, z.B. bis zu wenigstens 500 V oder mehr als 500 V, z.B. wenigstens 600 V.The term “power semiconductor component”, as used in the present description, is intended to denote a single component with high voltage blocking and / or current carrying suitability. In other words: such a power semiconductor component is intended for high currents, typically in the ampere range, e.g. up to 5 or 100 A, and / or voltages typically above 15 V, particularly typically up to 40 V and more, e.g. up to at least 500 V or more than 500 V, e.g. at least 600 V.
Zum Beispiel kann das nachfolgend beschriebene Leistungshalbleiterbauelement ein Bauelement sein, das dazu ausgebildet ist, als eine Leistungskomponente in einer Niedrig-, Mittel- und/oder Hochspannungsanwendung eingesetzt zu werden. Zum Beispiel ist der Ausdruck „Leistungshalbleiterbauelement“, wie in der vorliegenden Beschreibung verwendet, nicht auf logische Halbleiterbauelemente gerichtet, die beispielsweise zum Speichern von Daten, zum Verarbeiten von Daten und/oder zu anderen Arten von halbleiterbasierter Datenverarbeitung verwendet werden.For example, the power semiconductor component described below can be a component that is designed to be used as a power component in a low, medium and / or high voltage application. For example, the term “power semiconductor device” as used in the present specification is not intended to refer to logic semiconductor devices used, for example, for storing data, processing data and / or for other types of semiconductor-based data processing.
Das Schaltnetzteil
Das Schaltnetzteil
Über die Primärseite
Zur Steuerung des Betriebs des Schaltelements
Der Controller
Das gemessene Signal kann ein Stromsignal
Das gemessene Signal kann zusätzlich oder alternativ ein Zeitsignal
Die grundsätzliche Funktionsweise sowie der grundsätzliche Aufbau eines Sperrwandlers sind dem Fachmann bekannt, und vorliegend wird von diesen grundsätzlichen Eigenschaften eines Sperrwandlers nicht abgewichen, so dass auf weitergehende Erläuterungen des Schaltnetzteils
Nach einer Ausführungsform ist der Controller
Wie gesagt kann also der Controller
Aspekte der vorliegenden Schrift betreffen die messtechnische Ermittlung der Kleinsignaltransferfunktion des offenen Regelkreises, die der Controller
Die Ermittlung der Kleinsignaltransferfunktion kann beispielsweise zweckmäßig sein, um die Stabilität des offenen Regelkreises zu prüfen bzw. zu verifizieren. Ebenso kann die Ermittlung der Kleinsignaltransferfunktion zweckmäßig sein, um den offenen Regelkreis hinsichtlich wenigstens eines Regelparameters zu optimieren.The determination of the small signal transfer function can be expedient, for example, in order to check or verify the stability of the open control loop. The determination of the small signal transfer function can also be expedient in order to optimize the open control loop with regard to at least one control parameter.
Bei Schaltnetzteilen, die über einen Controller an der Sekundärseite geregelt werden, ist die Ermittlung der Kleinsignaltransferfunktion und damit die Verifizierung des offenen Regelkreises üblicherweise unproblematisch. Bei sekundärseitig geregelten Schaltnetzteilen wird z.B. der zu regelnde Wert auf der Sekundärseite mit einer Referenz verglichen. Das Vergleichsergebnis wird beispielsweise von einem Pl-Regler auf Sekundärseite verarbeitet. Das Ausgangssignal des Reglers wird dann z.B. über einen Opto-Koppler auf die Primärseite transferiert, um dort das GD-Signal zu beeinflussen. Auf Grund der dazu notwendigen Komponenten der Signalverarbeitungskette ist es vergleichsweise einfach, in diese Kette ein Störsignal einzubringen und die Reaktion des Systems zu messen. Da diese Funktonalität bei einem primärseitig geregelten Controller komplett integriert sein kann, fehlt ein geeigneter Zugang zur Beeinflussung und Messung.In the case of switched-mode power supplies which are controlled by a controller on the secondary side, the determination of the small signal transfer function and thus the verification of the open control loop are usually unproblematic. In the case of switching power supplies regulated on the secondary side, e.g. the value to be controlled is compared on the secondary side with a reference. The comparison result is processed, for example, by a PI controller on the secondary side. The output signal of the controller is then e.g. transferred to the primary side via an opto-coupler in order to influence the GD signal there. Due to the necessary components of the signal processing chain, it is comparatively easy to introduce an interference signal into this chain and to measure the reaction of the system. Since this functionality can be fully integrated in a controller controlled on the primary side, there is no suitable access for influencing and measuring.
Im Vergleich zu sekundärseitig geregelten Schaltnetzteilen ist die Ermittlung der Kleinsignaltransferfunktion bei Schaltnetzteilen, die über einen Controller an der Primärseite geregelt werden, also eher problematisch. Zum Beispiel erfordert die Verifizierung der Stabilität des Regelkreises aufwendige Messungen und Optimierungen von Übertragungsfunktionen. Gleichzeitig ist diese Art der Verifizierung der Stabilität des Regelkreises aufwendig und ungenau.Compared to switched-mode power supplies regulated on the secondary side, the determination of the small signal transfer function in switched-mode power supplies that are controlled by a controller on the primary side is therefore rather problematic. For example, verifying the stability of the control loop requires complex measurements and optimization of transfer functions. At the same time, this type of verification of the stability of the control loop is complex and imprecise.
Vorliegend wird eine verfahrenstechnische und/oder controllertechnisch umzusetzende Möglichkeit zum Messen und zur selbständigen Optimierung der Kleinsignaltransferfunktion des offenen Regelkreises vorgeschlagen.In the present case, a possibility to measure and / or independently optimize the small signal transfer function of the open control loop is proposed in terms of process engineering and / or controller technology.
Dazu umfasst der Controller
Die zweite Controller-Subeinheit ist ausgebildet zum Messen der Kleinsignaltransferfunktion des offenen Regelkreises durch Ausführen der folgenden Maßnahmen: Erzeugen eines Testsignals variabler Amplitude und Frequenz; Einspeisen des Testsignals in den offenen Regelkreis durch Addieren des Testsignals auf das gemessene Signal zum Erhalten eines gestörten Signals, welches dem Regelkreis zugeführt ist; und Bestimmen eines Unterschieds zwischen dem gestörten Signal und dem gemessenen Signal.The second controller subunit is designed to measure the small signal transfer function of the open control loop by performing the following measures: generating a test signal of variable amplitude and frequency; Feeding the test signal into the open control loop by adding the test signal to the measured signal to obtain a disturbed signal which is fed to the control loop; and determining a difference between the disturbed signal and the measured signal.
Das Testsignal wird z.B. auf das Stromsignal
An dieser Stelle sei also verdeutlicht, dass das Testsignal nicht vollständig mit dem Stromsignal
Die zweite Controller-Subeinheit kann z.B. ausgebildet sein, das Stromsignal CS und/oder das Zeitsignal
Beispielsweise enthält bei einer Ausführungsform das ZCD-Signal nur zu einem bestimmten Zeitpunkt eine Information über die Ausgangsspannung
Ähnlich enthält bei einer weiteren Ausführungsform z.B. das CS-Signal nur zu einem Zeitpunkt des Schaltzyklus eine Information, die zur Berechnung des Ausgangsstroms verwendet werden kann. Nur diesem Wert wird das Testsignal überlagert, nicht dem kompletten CS-Signal.Similarly, in another embodiment, e.g. the CS signal only at one point in the switching cycle is information that can be used to calculate the output current. Only this value is superimposed on the test signal, not the complete CS signal.
Gemäß einer Ausführungsform erfolgt also die Addition zwischen Testsignal und gemessenem Signal (z.B. dem aus dem Stromsignal CS bzw. dem Zeitsignal ZCD abgeleiteten Teil) innerhalb des Controllers
Die zweite Controller-Subeinheit ist beispielsweise ausgebildet zum Messen der Kleinsignaltransferfunktion des offenen Regelkreises durch Bestimmen der Phase
Das Bestimmen des Unterschieds zwischen dem gestörten Signal und dem gemessenen Signal umfasst beispielsweise das Bestimmen einer Phasendifferenz und einer Amplitudendifferenz, was anhand des nachstehenden Beispiels beschrieben wird:The determination of the difference between the disturbed signal and the measured signal includes, for example, the determination of a phase difference and an amplitude difference, which is described using the example below:
Beispielsweise erfolgt in einem ersten Schritt das Bestimmen eines ersten komplexen Zeigers (
Dabei gibt y(n) das gemessene Signal an (z.B. eines der oben genannten Signale
Der Parameter real (
Die Ermittlung eines Korrelationsergebnisses mit Hilfe von einem komplexen Signals ist dem Fachmann z.B. als Fourieranalyse bekannt. Allerdings ist hier nicht unbedingt eine komplette Fourieranalyse notwendig, sondern nur eine Auswertung der Amplituden und Phasenlage bei einzelnen Frequenzen, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.The determination of a correlation result with the aid of a complex signal is known to the person skilled in the art e.g. known as Fourier analysis. However, a complete Fourier analysis is not absolutely necessary here, but only an evaluation of the amplitudes and phase position at individual frequencies, in accordance with one or more embodiments.
Der erste komplexe Zeiger
Der zweite komplexe Zeiger
Das Verhältnis der beiden komplexen Zeiger
Die zweite Controller-Subeinheit des Controllers
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Controller-Subeinheit ausgebildet, die Kleinsignaltransferfunktion für eine Vielzahl verschiedener Frequenzen des Testsignals zu messen. Bezugnehmend auf die
Zum Beispiel ist die Frequenz des Testsignals
Eine erste Messung der Kleinsignaltransferfunktion erfolgt z.B. durch Einspeisen des Testsignals s(n) mit einer ersten Zwischenfrequenz
Bei Schaltnetzteilen liegt die Regelbandbreite typischerweise zwischen einigen Hz und einigen kHz und hängt von der Applikation ab: Wenn z.B. eine Konverterstufe eine eingangsseitige PFC (Power Factor Correction)-Funktionalität bereitstellt, dann liegt die Bandbreite typischerweise bei wenigen Hz bis hin zu 100 Hz. Wenn ein Konverter schnell auf Laständerungen am Ausgang reagieren soll, dann liegt die Bandbreite typischerweise im Bereich 200 Hz bis 10 kHz.With switching power supplies, the control bandwidth is typically between a few Hz and a few kHz and depends on the application: If a converter stage provides PFC (Power Factor Correction) functionality on the input side, the bandwidth is typically a few Hz up to 100 Hz. If a converter is to react quickly to load changes at the output, the bandwidth is typically in the range of 200 Hz to 10 kHz.
Die Aktualisierungsrate liegt gemäß einem Ausführungsbeispiel beispielsweise in der Größenordnung der Schaltfrequenz (z.B. bis 20 kHz). Damit lassen sich Testsignale kleiner Frequenzen mit hoher Auflösung generieren. Mit größeren Frequenzen (>1 kHz) nimmt die Frequenzauflösung eher ab.According to one embodiment, the update rate is, for example, in the order of the switching frequency (e.g. up to 20 kHz). This enables test signals of low frequencies to be generated with high resolution. With higher frequencies (> 1 kHz) the frequency resolution tends to decrease.
Eine nachfolgende Messung der Kleinsignaltransferfunktion erfolgt z.B. durch Einspeisen des Testsignals mit einer zweiten Zwischenfrequenz, die kleiner als die erste Zwischenfrequenz
Die Verstärkung
Das Bestimmen, bei welcher Frequenz
Die erste Zwischenfrequenz
Wie in
Es kann gewünscht sein, dass die Phase
Ergeben beispielsweise die Messungen, dass die Phase
Gemäß einer Ausführungsform des Controllers
Nachdem der Controller
Zusammenfassend kann bei einer Ausführungsform der Controller
Der Controller
Weitere Modifikationen sind denkbar. Zum Beispiel kann bei komplexeren Ausführungsformen vorgesehen sein, dass Gradienten der Phasen in Abhängigkeit der Frequenz bestimmt werden, um Parameter des offenen Regelkreises zu optimieren, welche z.B. sogenannte Randfrequenzen einstellen.Further modifications are conceivable. For example, in more complex embodiments it can be provided that gradients of the phases are determined as a function of frequency in order to optimize parameters of the open control loop, which e.g. Set so-called fringe frequencies.
Die exemplarisch beschriebene Messung der Verstärkung und der Phase können selbstverständlich die Ausführung mathematischer Algorithmen umfassen, wie beispielsweise die diskrete Fouriertransformation (DFT) oder die schnelle Fouriertransformation (FFT).The measurement of the gain and the phase described by way of example can of course include the execution of mathematical algorithms, such as the discrete Fourier transform (DFT) or the fast Fourier transform (FFT).
Vorgeschlagen wird hier nicht nur der Controller
Die Ausdrücke „mit“, „enthaltend“, „einschließend“, „umfassend“, „aufweisend“ und ähnliche sind offene Ausdrücke, die das Vorhandensein der angeführten Elemente oder Merkmale angeben, zusätzliche Elemente oder Merkmale aber nicht ausschließen.The terms “with”, “containing”, “including”, “comprehensive”, “exhibiting” and similar are open terms which indicate the presence of the elements or features mentioned, but do not exclude additional elements or features.
Unter Berücksichtigung der vorangehenden Breite an Variationen und Anwendungen versteht sich, dass die vorliegende Erfindung weder durch die vorangehende Beschreibung noch durch die zugehörigen Zeichnungen definiert ist. Stattdessen ist die vorliegende Erfindung nur durch die nachfolgenden Ansprüche und deren rechtliche Äquivalente definiert.With the foregoing breadth of variations and applications in mind, it should be understood that the present invention is not defined by the foregoing description or the accompanying drawings. Instead, the present invention is only defined by the following claims and their legal equivalents.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102018120821.9A DE102018120821A1 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Determination of the small signal transfer function |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102018120821.9A DE102018120821A1 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Determination of the small signal transfer function |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102018120821A1 true DE102018120821A1 (en) | 2020-02-27 |
Family
ID=69412554
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE102018120821.9A Ceased DE102018120821A1 (en) | 2018-08-27 | 2018-08-27 | Determination of the small signal transfer function |
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| Country | Link |
|---|---|
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2018
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