D&T_EMTRON_1|04

Getaktete Stromversorgungen mit Hybrid-Control FACHARTIKEL
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Diese Aufteilung sorgt dafür, dass es für die High-Order-Merkmale
nicht möglich ist, die essentiellen Funktionen des Netzteils
in einen kritischen Zustand zu bringen, der in der Zerstörung des
Netzteils oder der Beschädigung der angeschlossenen Lasten
enden kann.
Merkmale der Hybrid-Regelung
Der Anwender kann zwischen den folgenden implementierten
High-Order-Merkmalen bei Schaltnetzteilen wählen, entweder
rein digital oder bei Bedarf auch gemischt digital-analog:
• Einen zeitlich begrenzten, deutlich höheren Ausgangsstrom
(z.B. 50-100 % Boost), um auch schwer anlaufende Lasten
(Motoren, nachgeschaltete Schaltnetzteile ohne Soft-Startund
Unterspannungsabschaltung) starten zu können.
• Zeitlich frei wählbares Soft-Start-Verhalten am Netzeingang
• Flexibles Verhalten in Betriebsphasen mit Unter- oder Überspannung
am Versorgungseingang
• Flexibles thermisches Verhalten (z.B. Zulassen des Betriebs
in kurzen Zeitintervallen mit hohen Umgebungstemperaturen)
• Zwei Schaltfrequenzbereiche, optimiert für Hoch- und
Schwachlastbetrieb
• Freie Wahl von Ausgangssignalen zur Signalisierung von
Betriebszuständen des Netzteiles (z.B. Power Fail, Übertemperaturwarnung,
Power Ok)
• Freie Wahl von Eingangssignalen zur externen Umschaltung
von Eigenschaften bzw. Betriebsarten des Netzteils (z.B.
Boost, Sleep, usw.)
Diese (gekürzte) Liste von High-Order-Merkmalen lässt erahnen,
wie flexibel das Hybrid-Konzept auf Anwenderwünsche
abzustimmen ist. Die High-Order-Merkmale benötigen Reaktions-
und Zykluszeiten im Millisekunden-Bereich, während
die Implementierung des Reglers, insbesondere die der dynamischen
Strombegrenzung, Reaktionszeiten im Bereich von
Nano- bis Mikro-Sekunden zwingend benötigt. Neben schnellen
Reaktionszeiten müssen die Zyklus- und Abtastzeiten beim rein
digitalen Konzept extrem genau eingehalten werden, um nicht
unbeabsichtigt Nichtlinearität oder chaotisches Verhalten in die
Systemstruktur des Reglers zu verursachen.
Die High-Order-Merkmale können mit relativ einfachen,
kostengünstigen und gut verfügbaren µControllern realisiert
werden. Diese geben über einfache, analoge Schnittstellen die
Grenzen der High-Order-Merkmale vor oder können auch deren
Funktionalitäten komplett digital zu- bzw. abschalten.
Die Low-Order-Merkmale, also der analoge Kern wird in seiner
Struktur im Betrieb nicht geändert. Damit sind Konzepte wie
eine adaptive Anpassung der Regelung nicht möglich. Jedoch
ist das Verhalten des Netzteiles zuverlässig jederzeit vorhersagbar.
Bei einer adaptiven Anpassung der Regelung,
die im Hintergrund arbeitet, ist für Entwickler
und Anwender unsichtbar, und daher
nur sehr schwer einsehbar.
Hybrid-
Wandler
HEC120-W
von AUTRONIC
Ein Beispiel für einen aktuellen
Hybrid-Wandler von AUTRONIC
ist der HEC120-W für Compact-
PCI (Serial). Die bisher bekannte
und bewährte analoge Technologie
wird durch programmierbare
Funktionen „hybridisiert“.
Wenn auch wesentlich mehr
Parameter digital einstellbar
wären, sind gezielt nur die
wichtigen Themen digitalisiert
worden. Einstellbar sind die
Undervoltage-Lockout-Bereiche,
der Übertemperaturwarnausgang
und Überspannungsabschaltung mit frei definierbarer
Auslöseschwelle und 120 % Ausgangsleistung für 1 s. Weiterhin
kann frei gewählt werden, wie sich der Power-Good-Ausgang
verhalten soll in Bezug zu V in , V out , ϑ amb und I out . Das sequentielle
Starten der Ausgangsspannungen ist frei wählbar, was die
Verzögerungszeiten anbetrifft.
Der digitale Anteil am Wandler bleibt damit immer beherrschbar
und erleichtert das Design-In der Stromversorgung, da die
Flexibilität der Anpassungen der analogen Schaltung bestehen
bleibt und die Programmierarbeit im definierten Raum leicht unter
Kontrolle zu halten ist.
Grafik 3 | Flyback mit Hybrid-Regelung