Digitale Stromversorgungen Fortschritte bei der digital geregelten Leistungswandlung

Lange waren Stromversorgungen analog und das blieb auch so, als Schaltregler aufkamen. Heute aber sind digital geregelte Leistungswandler auf dem Vormarsch - und das hat gute Gründe.

Anbieter zum Thema

ET System electronic GmbH

ROHM Semiconductor GmbH

TRACO ELECTRONIC GMBH

Intersil Corporation

Intersil GmbH

Seit Jahrzehnten ist die Analogtechnik der Grundstein der Leistungswandlung. Obwohl die meisten Wandler Schalttechniken und Pulsweitenmodulation (PWM) nutzen, geschieht die Umsetzung vorwiegend analog, um kompatibel auf der Prozessebene für Leistungshalbleiter und kostengünstig zu sein. Aber die Situation ändert sich. Das Verlangen nach effizienteren Datenzentren und Telekommunikationssystemen zeigt die Mängel der Analogtechnik auf.

Bildergalerie

Digital geregelte Leistungswandlung (Digital Power Management) bietet Echtzeit-Informationen, mit denen sich Stromversorgungssysteme entwickeln lassen, die sich automatisch an ihre Umgebung anpassen und den optimalen Wirkungsgrad für ihren Einsatzzweck bieten. Der Einsatz intelligenter Digital Power ICs ermöglicht die automatische Kompensation bei Last- und Temperaturänderungen und ermöglicht Energieeinsparungen durch adaptive Totzeitregelung, dynamische Spannungsskalierung, Frequenzverschiebung, Phasenabfall und diskontinuierliche Schaltmodi.

Neue Bausteine machen Digital Power erschwinglich

Ein Hindernis bei der schnellen Einführung von Digital Power sind die Kosten. Dieser Unterschied zwischen analoger und digitaler Regelung verschwindet nun aber mit der Einführung neuer Bausteine, wie dem Digital-Controller ZL8800 von Intersil. Digital-Power-Effizienz und die Kosten gleichen sich analogen Leistungswandlern an oder fallen sogar besser aus und bieten zudem erweiterte Funktionen.

Entscheidend dabei ist, dass die PWM, die Regelschleife und die Rückkopplung digital sind. Analogsignale werden über einen A/D-Wandler in die Digitaldomäne überführt und können dort mithilfe von Mikrocontrollern, DSPs oder Zustandsmaschinen verarbeitet werden und so die digitale PWM und Rückkopplung regeln. Dies erhöht die Stabilität, ohne das Einschwingverhalten bzw. die Reaktionsfähigkeit zu beeinträchtigen, wie es bei analogen Steuerungen leider der Fall ist.

Obwohl die digitale Regelung klare Vorteile bietet, machen einige Hersteller immer noch keinen vollen Gebrauch von dieser Technik, da sie nur die analogen PWM-Techniken digital implementieren. Die digitale Regelung ermöglicht wesentlich flexiblere Regelschleifen und nutzt Multirate-Reglung, bei der einzelne Algorithmen so eingestellt werden können, dass Ereignisse, die mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auftreten, gehandhabt werden können.

Die Gruppenlaufzeit verursacht Phasenverzögerungen

Herkömmliche digitale PWM-Controller werden gleichmäßig abgetastet. Der Controller tastet den Fehler in der Ausgangsspannung mit ab und berechnet daraus den erforderlichen Arbeitszyklus für den nächsten Schaltzyklus. Der Nachteil dieser gleichmäßig abgetasteten Controller ist die Latenz oder Gruppenlaufzeit von der Abtastung des Fehlers bis zu dem Punkt, an dem der PWM-Controller die Stromversorgungsschaltkreise entsprechend schalten kann. Die Gruppenlaufzeit verursacht Phasenverzögerungen, die sich mit der Frequenz erhöhen, was die mögliche Regelschleifenbandbreite einschränkt.

(ID:42569129)