gesponsertStromversorgungen, die den Kundenbedarf decken Analog-Digital-Hybrid-Steuerungsnetzteil: Die Kombination der besten analogen und digitalen Steuerung

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ROHM Semiconductor GmbH

In Stromkreisen gibt es zwei Arten von Steuerungsmethoden: analoge Topologien, die analoge Kompensatoren wie Fehlerverstärker für PWM-Berechnungen verwenden, und vollständig digitale Steuerstromversorgungen, die PWM-Berechnungen mithilfe digitaler Kompensatoren wie DSPs durchführen.

Die vollständig digitale Steuerung bietet ein hohes Maß an Flexibilität, da Steuerungsmethoden und -parameter über die Software angepasst werden können. Da sie nicht von den Eigenschaften analoger Elemente abhängt, ist außerdem kein Margendesign erforderlich, was zu einer ausgezeichneten Langzeitstabilität führt. Um Verzögerungen in der Schleife zu minimieren, müssen jedoch Hochgeschwindigkeits-ADCs und Hochleistungs-CPUs/DSPs voll ausgenutzt werden, was die Kosten und den Stromverbrauch des Steuerkreises erheblich erhöht. In kleinen Stromkreisen, die typischerweise zwischen 50 W und 1 kW liegen und die Volumen-Zone für Industrieanlagen darstellen, wurden analoge Steuer-ICs bevorzugt, da die Reduzierung der Kosten und des Stromverbrauchs Vorrang vor den Vorteilen der Digitalisierung hatte.

LogiCoA™ ist ein neues Designkonzept, das die fortschrittliche Funktionalität und Effizienz einer vollständig digitalen Steuerung nutzt und gleichzeitig die niedrigen Kosten und den geringen Stromverbrauch einer analogen Steuerung beibehält (Abb. 1).

LogiCoA™ verwendet kostengünstige, stromsparende analoge Schaltkreise für PWM-Steuerungsberechnungen und integriert gleichzeitig die Vorteile der Digitaltechnik, einschließlich Funktionen zur Kalibrierung von Gerätevariationen, zur Optimierung der Schalttotzeit und zur Erfassung von Betriebsprotokollen, die bei der Fehlerbehebung nützlich sind (Tabelle 1). Darüber hinaus können Entwicklungsingenieure, die mit analogem Leistungsdesign vertraut sind, die Digitaltechnik nutzen.

3 Vorteile der digitalen Steuerung

Die Integration der digitalen Steuerung löst häufige Probleme, mit denen Entwickler analoger Steuerungsnetzteile konfrontiert sind.

(1) Kalibrierung trägt zur Miniaturisierung von Komponenten und Systemen bei

Bei der analogen Steuerung werden die Steuerungsvorgänge durch die Schaltungskonfiguration und die Komponentenwerte bestimmt, was die Anpassung von Parametern erschwert. Um Schwankungen bei den Komponentenwerten zu berücksichtigen, werden bei Schaltungsentwürfen oft Spielräume von mehreren zehn Prozent eingeplant, was zu größeren Komponenten und Systemen führt.

LogiCoA™ ermöglicht durch digitale Kalibrierung engere Spielräume und kleinere Elemente (Abb. 2).

(2) Ermöglicht Fehleranalyse und Beschwerdebearbeitung durch Speicherung von Betriebsprotokollen

Mit LogiCoA™ können Werte wie die Ausgangsspannung während des Betriebs automatisch im internen Speicher gespeichert und jederzeit zur Analyse abgerufen werden. Die Speicherung und der Abruf von Logs haben keinen Einfluss auf die Leistungssteuerung und ermöglichen eine präzise Fernwartung, Ursachenanalyse bei Ausfällen, Forderungsmanagement und Lebensdauerprognosen aufgrund von Alterung.

(3) Erweitert die Produktpalette für Netzteile durch einfachen Software-Wechsel

In analogen Steuerungssystemen muss der Leistungssteuerungs-IC für jede Stromversorgungstopologie ausgetauscht werden. Dies führt zu einem vielfältigen Komponentenbestand, der den Verwaltungsaufwand erhöht.

LogiCoA™ kann verschiedene Stromversorgungstopologien durch Software unterstützen und erleichtert so die Bestandsverwaltung.

LogiCoA™ Hardware und Software

Wie in Abb. 1 dargestellt, entwirft LogiCoA™ die grundlegende Topologie und den analogen Kompensator (Fehlerverstärker), die auf jede Stromversorgung zugeschnitten sind, und führt die PWM-Steuerung über eine analog-digitale Hybridschaltung aus, die Komparatoren und Zeitgeber verwendet. Dieser Ansatz wird als ereignisgesteuerte Steuerung bezeichnet, da die PWM-Tastung für jeden Takt durch einen hochauflösenden Timer geregelt wird, der durch einen analogen Eingang ausgelöst wird, und zwar ohne CPU-Eingriff (Abb. 3). Währenddessen arbeitet die Ultra-Low-Power-CPU im Hintergrund und verwaltet das Ein- und Ausschalten, die Ein-/Ausgangsüberwachung, die Stromerkennung, die Kommunikationssteuerung und die Protokollerfassung gemäß dem Software-Zeitplan.

Um die Gestaltung der Echtzeit-Zeitplanverwaltung zu vereinfachen, wurde das proprietäre Echtzeit-Betriebssystem RMOS für die Leistungssteuerung übernommen (Abb. 4). RMOS ermöglicht es Benutzern, Vorgänge einfach zu konfigurieren, indem sie die Funktionen jedes Moduls in einem Vorlage-Zustandsübergangsdiagramm definieren. Darüber hinaus ist für jede Topologie in Leistungssteuerungsanwendungen eine Beispielsoftware verfügbar. Die Betriebsparameter, die die Eigenschaften der Stromversorgung definieren, können einfach über einen Excel-basierten Eingabebildschirm konfiguriert werden, sodass keine Programmierung erforderlich ist.

LogiCoA™ Entwicklungsumgebung und Evaluierungsplatine

ROHM stellt LogiCoA™-Chips, Entwicklungstools und Software sowie Evaluierungsplatinen für verschiedene Topologien bereit, darunter Buck-DC-DC-Wandler und PFC + Flyback-Wandler.

Das Referenzboard für PFC + Flyback-Wandler (im Titelbild zu sehen) integriert den LogiCoA™-Chip zusammen mit der erforderlichen externen Schaltung. Ein einzelner LogiCoA™-Chip kann gleichzeitig zwei Softwareprogramme ausführen, eines für PFC und das andere für Flyback.

LogiCoA™ ist eine Marke oder eingetragene Marke von ROHM Co., Ltd.

Dieser Artikel wurde in "Transistor Technology November 2024 Issue" veröffentlicht.

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