Regelkreis für Sperrwandler mit var. Ausgangsspannung

[Larry B. (larrybrant)]

Hallo zusammen,

ich bin mitten im Entwurf eines Schaltnetzteiles mit variabler 
Ausgangspanung (10 bis 72V, 0...1A, galv. getrennt). Kniffilig ist 
hierbei auch, dass ich kein mechanisches Poti verwenden kann, um bspw. 
den Spannungsteiler für das Feedback-Sgnal zu verändern, da ich aus 
einer µC-Applikation heraus mit einer Leistungs-HW diese Spannung 
erzeugen muss.

Hatte im "ersten Schuss" über einen DAC eine Steuerspannung generiert 
und die Ausgangsspannung mit dieser mit einem Comperator verglichen. Der 
Ausgang war dann über einen Optokoppler an das Regler-IC verbunden. Das 
Problem bei dieser, zugegebenen sehr rabiaten Schaltung, ist, dass das 
Regler-IC nicht mehr regelt, sondern nur noch hart das PWM an und 
ausschaltet.

Bisher habe ich bei den Schaltnetzteilen einen TL431 und 
Kompensationsnetzwerk an diesem bzw. am Regler-IC verwendet (siehe 
Bild-1).
Das funktionierte bisher auch bestens - jedoch waren dort die 
Ausgangsspannungen immer fix und die Spannungseinstellung für die 
Regelung über das Widerstandsverhältnis am Ref.-Pin des TL431 sehr 
leicht einstellbar.

Mein zweiter Ansatz ist nun den TL-431 durch ein geeignetes Regelglied 
zu ersetzen, dass mir meinen Ausgang über eine DAC generierte 
Steuerspannung einstellt.
Ich habe zunächst an einen PI-Regler gedacht und eine Beispielschaltung 
im LT-Spice angepasst (siehe Bild-2a). Da ich die Werte mehr oder 
weniger aus dem Bauch eingesetzt habe verwundert es auch nicht, dass das 
Teil schwingt (je nach Betriebsart auch mächtig => siehe Bild-2b). Um 
den Regler an die Strecke anzupassen müsste ich das Verhalten des 
Stellglieds und der Regelstrecke (PWM-Käfer, Trafo....) kennen. Da ich 
kein eingefleischter Regelungstechniker bin lege ich mir hier aber 
absolut die Karten....

Mein dritter Ansatz war den Widerstand R223 durch ein digitales Poti zu 
ersetzen. Leider lässt sich die Ausgangsspannung so nicht vernünftig 
einstellen, da Ausgangsspannung mit ca. 1/n geht. Man müsste da schon 
den oberen Widertand nehmen. Ist aber wegen den max. 72V so nicht 
möglich.

Meine Fragen an euch sind nun:
- Wie ermittelt errechnet man für einen Sperwandler die Parameter für 
Stellglied und Regelstrecke, damit ich den Regler anpassen kann?
- Habe ich hier ggf. eine Rückführung vergessen?
- Bzw. gibt es hier eine einfache, pragmatische oder iteratieve 
Herangehensweise?
- Hat jemand vielleicht eine andere Idee, die Ausgangsspannung des 
Sperrwandlers einzustellen?


Danke+Gruß, Larry

[Ben _. (burning_silicon)]

Sperrwandler kannst Du mit PWM und Arbeitsfrequenz steuern. Heißt, es 
wird immer ein Impuls mit fester Länger in den Trafo geschickt - bei 
viel Leistung viele und bei wenig Leistung wenige Impulse. Nachteil: 
Fiept nervig wenn die Arbeitsfrequenz unter die obere Hörbereichsgrenze 
des Menschen fällt und bei geringer Leistung wird evtl. die 
Ausgangsspannung welliger.
Aber vielleicht ist das ja ein Ansatz für Dich.

Ansonsten mußt Du die Regelschleife träger machen, so daß das Regel-IC 
nicht hart zwischen Vollgas oder Leerlauf pendelt, sondern 
verhältnismäßig langsam einen Bereich durchläuft in dem zB. der TL431 
Zeit zum Einregeln hat.

Was das 1/x-Verhalten bei Deiner Spannungsregelung angeht müßtest Du mit 
einer variablen und evtl. DAC-generierten Referenzspannung arbeiten. Das 
geht beim TL431 nicht, die Referenzspannung ist intern fest bei 2,5V. 
Müßtest Du also mit einem entsprechenden OpAmp rangehen. Damit erhältst 
Du eine feste Schrittweite bei der Ausgangsspannung.

Wenn Du eine Frequenzsteuerung des Sperrwandlers in Betracht ziehst 
kannst Du die Regelung ggf. auch volldigital machen. Neuer Nachteil: Das 
Ding ist dann nur mit Mehraufwand selbststartfähig zu machen wenn der 
Controller nicht eher läuft als der Sperrwandler. Wenn der Controller 
aus dem gleichen Wandler gespeist wird den er steuern soll, muß dieser 
eine Selbststarteinrichtung bekommen. Diese betreibt ihn dann mit 
absoluter Minimalleistung, die gerade so ausreicht um den Controller 
sicher anlaufen zu lassen. Danach übernimmt er die Steuerung des 
Schalttransistors und die Starteinrichtung kann abgeschaltet werden.

[Falk B. (falk)]

@  Larry Brant (larrybrant)

>Regelung über das Widerstandsverhältnis am Ref.-Pin des TL431 sehr
>leicht einstellbar.

Dort kann man ansetzen. Einfach per Widerstand und Diode den Punkt 
zwischen R223 und R222 ein wenig gegen Masse ziehen, dann wird der 
Spannungteiler "verzerrt" und die Ausgangsspannung damit erhöht. Den 
Bereich 10-72V kann man damit abdecken (7:1), einen Bereich von 60-350V 
hab ich so mal in einer Schaltung realisiert (6:1).

>Mein zweiter Ansatz ist nun den TL-431 durch ein geeignetes Regelglied
>zu ersetzen, dass mir meinen Ausgang über eine DAC generierte
>Steuerspannung einstellt.

Der TL-431 ist ein REGLER, kein Steller!