wie funktioneren Voltage und Current Control kombiniert?

[Karren Karl (Gast)]

Hallo Community,

ich befasse mich gerade mit den Regelschleifen von SMPS, konkret 
LED-Treiber. Als Referenzdesign zum ICL5102 von Infineon nutze ich den 
LCC 100 W 
(https://www.infineon.com/cms/de/product/evaluation-boards/ref-icl5102-u130w-cc/).

Ich bin gerade dabei den kompletten Aufbau zu verstehen und scheitere 
etwas an der Regelschleife. Der erwähnte LCC ist ein Spannungsregler, 
welcher natürlich auch ab einer gewissen Leistung den Strom regelt. Ich 
habe euch den Regler als Bild angehangen. Für sich genommen sind die 
Regler sehr einfach, aber wenn es um die Kombination beider geht, da tue 
ich mich etwas schwer. Beide Regler sind über je eine Diode mit der 
Kathode des Optokopplers verbunden (hier PC1_C).

Ich weiß nicht so richtig, wie ich mein Problem in Worte fassen soll, 
aber heruntergebrochen: Woher weiß der ICL5102, dass er nun die Spannung 
oder den Strom regeln soll, wenn beide Regler mit dem selben Optokoppler 
verbunden sind? Das Eingangssignal des Stromreglers wird sicherlich ein 
alternierendes sein und das des Spannungsreglers ein konstantes.

Dieses Design mit zwei OPVs, wobei jeweils einer für die Strom- und 
Spannungsregelung zuständig ist, ist mir schon öfter begegnet (siehe zum 
Beispiel LLC 130W auf Basis des ICL5102 von Infineon), aber wie genau 
das funktioniert, habe ich bisher nirgends nachlesen können. Es lässt 
sich auch nicht so einfach simulieren.

Ich hoffe ihr wisst, was ich meine. Über Anregungen, Diskussionen und 
Lesestoff bin ich sehr dankbar.

Vielen Dank :)

[MaWin (Gast)]

Karren Karl schrieb:
> Woher weiß der ICL5102, dass er nun die Spannung oder den Strom regeln
> soll

Es ist immer eine ODER Verknüpfung, hier D80 und D81, es wird 
runtergeregelt, wenn Spannung ODER Strom ihren Maximalwert erreichen.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Karren Karl schrieb:
> Ich bin gerade dabei den kompletten Aufbau zu verstehen und scheitere
> etwas an der Regelschleife

Das ist nicht die Regelschleife. Insbesondere hat das nichts mit
current mode control (das liest man häufig) zu tun.

> Beide Regler sind über je eine Diode mit der
> Kathode des Optokopplers verbunden (hier PC1_C).

Die Regelschleife befindet sich nach dem Optokoppler auf der 
Netzspannungseite. Was du hier untersuchst, ist die Gewinnung des Ist- 
Signals, das in der Regelschleife mit dem Soll-Signal abgeglichen wird.

> Dieses Design mit zwei OPVs, wobei jeweils einer für die Strom- und
> Spannungsregelung zuständig ist, ist mir schon öfter begegnet

Es sind aber gar nicht zwei OPV. Es ist ein OPV und ein TL431.

Ansonsten siehe MaWin. Die Dioden bewirken eine ODER Verknüpfung. Der 
OPV ist für Stromregelung und Dimmung zuständig. Der TL431 soll nur die 
Ausgangsspannung ohne Last begrenzen. Für alle praktischen Lastfälle 
brauchst du nur den OPV zu betrachten.

[jo (Gast)]

Karren Karl schrieb:
> Dieses Design mit zwei OPVs, wobei jeweils einer für die Strom- und
> Spannungsregelung zuständig ist, ist mir schon öfter begegnet [...],
> aber wie genau das funktioniert, habe ich bisher nirgends nachlesen
> können.

Jeweils die kleinere der Spannungen CCo und CVo (bedingt durch die 
Dioden D80 bzw. D81) setzt sich am Punkt PC1_C durch - und führt damit 
Ausgangsstrom bzw. Ausgangsspannung nach.

Das Stellglied, auf das sich PC1_C letztendlich auswirkt, hast Du leider 
nicht gezeigt.

[Karren Karl (Gast)]

jo schrieb:
> Das Stellglied, auf das sich PC1_C letztendlich auswirkt, hast Du leider
> nicht gezeigt.

Das wird im ICL5102 auch leider nicht richtig beschrieben.

jo schrieb:
> Jeweils die kleinere der Spannungen CCo und CVo (bedingt durch die
> Dioden D80 bzw. D81) setzt sich am Punkt PC1_C durch - und führt damit
> Ausgangsstrom bzw. Ausgangsspannung nach.

Das habe ich soweit verstanden, aber ich denke mir, dass eines der 
beiden Signale nicht konstant sein wird, wodurch der Ausgangs des 
jeweiligen Reglers auch nicht konstant ist. Somit ist der Strom durch 
die LED im Optokoppler auch auch nicht konstant. Oder bin ich da 
verkehrt? Sind beide Ausgänge konstant und was passiert, wenn beide die 
gleiche Spannung haben?

Axel S. schrieb:
> Es sind aber gar nicht zwei OPV. Es ist ein OPV und ein TL431.

Du hast vollkommen recht, ich habe es nur der Einfachheit halber OPV 
genannt.

Wenn man nach "Controlling Power Supplies with Multiple Loops" googlet 
kommt mehr, aber der Groschen ist noch nicht gefallen.

[jo (Gast)]

Ich habe Dir noch einen Auszug aus einer Schaltung (Funkschau 1973, Heft 
12) angehängt. Dort ist der Sachverhalt nochmals erklärt, wie 
Spannungsregler (A1) und Stromregler (A2) über die Diosen D1 und D2 
zusammengeführt werden.

In der Prinzipschaltung Bild 1 fehlen leider die Dioden; dort sind die 
Ausgänge von A1 und A2 kurzgeschlossen - was natürlich nicht geht (steht 
ja auch im Text). In der Gesammtschaltung Bild 4 sind die Dioden aber 
drin.

[jo (Gast)]

Karren Karl schrieb:
> Das habe ich soweit verstanden, aber ich denke mir, dass eines der
> beiden Signale nicht konstant sein wird, wodurch der Ausgangs des
> jeweiligen Reglers auch nicht konstant ist. Somit ist der Strom durch
> die LED im Optokoppler auch auch nicht konstant. Oder bin ich da
> verkehrt? Sind beide Ausgänge konstant und was passiert, wenn beide die
> gleiche Spannung haben?

Wieso denkst Du, dass CCo und CVo jeweils nicht konstant sein sollten?

Gedankenexperiment: Du hast 10V und 1A eingestellt - das sind die 
Grenzen, also die Maximalwerte, die das Netzteil zulassen soll.

An den Klemmen hängt ein Widerstand mit 20 Ohm. Damit stellen sich die 
Werte 10V und 0,5A ein (CV-Mode) - CVo übernimmt dabei die Führung. 
Leichte Änderungen am 20 Ohm Widerstand wirken sich auf den Strom aus 
(und damit CCo) aus, was aber egal ist, da ja CVo führt und die 10V 
konstant hält.

Nun hängst du 5 Ohm an die Klemmen. Es tellen sich 5V und 1A ein 
(CC-Mode) und CCo übernimmt die Führung. Leichte Änderungen am 5 Ohm 
Widerstand wirken sich auf die Spannung (und damit CVo) aus. Auch das 
ist egal, da ja VVo führt und die 1A konstant hält.

Für meine Bergriffe ist die Formulierung ODER-Tor (aus dem 
Funkschau-Artikel) etwas misverständlich. CCo und CVo sind keine 
Logiksignale, sondern analoge Spannungen. Es setzt sich die KLEINERE 
Spannung (mit jeweils 0.6V offset) durch. Der Ausdruck KLEINER-Tor wäre 
imho besser.

Wenn CCo und CVo exakt gleich sind, ist es egal, welche führt.

[Karren Karl (Gast)]

Danke für die Antwort. Ich glaube man muss mal gesehen haben, um es zu 
verstehen.
Ist es ratsam die jeweiligen Ausgänge der Regler mit dem Oszi zu messen, 
oder wo hängt man sich da am besten dran?