Regelung von Schaltnetzteil

Vor diesem Hintergrund ist mir nicht so ganz klar was du ueberhaubt regeln willst. Da du aber erwaehnt hast das es ein Elektroklo werden soll, gehe ich mal davon aus das dir die Drehzahl wichtig ist.

Ueblich ist es dann das du zuerst mal einen Stromregler baust der den Motorstrom einstellt. Das macht man deshalb weil der Zusammenhang zwischen Kraft und Strom linear ist. Regelst du die Spannung ist es nicht mehr linear und dann wird der Regler viel komplizierter.

Ueberlagert ueber diesen Stromregler koennte man dann die Drehzahl regeln. Wobei man sich jetzt noch fragen koennte ob das ueberhaubt notwendig ist, an meinem Motorrad stelle ich ja auch nicht die Drehzahl ein sondern regel die selber im Kopf. :)

Dein Regler wird wohl prinzipiell ein PI Regler sein. Die Parameter des Reglers koennte man ausrechnen wenn du genaue Daten deiner Strecke haettest. Weil man die aber normalerweise nicht so genau hat gibt es da auch Ueberschlagsformeln. (Ziegler Nichols, Chron Renswick?) In der Praxis wirst du aber wohl keinen reinrassigen PI, PID oder sonstwas Regler verwenden sondern den anpassen muessen. So kann es z.B sein das du je nach Arbeitspunkt andere Regelparameter brauchst. Besonders beim anfahren, oder wenn es ein Getriebe mit Spiel gibt. (Konstantfahrruckeln)

Olaf

Schoen! Mopped? Hoert sich interessant an. Pass nur auf dass sich damit niemand loeffelt. Hier hat mal der Entwickler eines E-Motorrads die Beschleunigung der eigenen Maschine unterschaetzt und sich beinahe damit umgebracht.

Ich habe bei solchen Sachen fast immer PID reingesetzt, den D-Anteil aber nicht immer gebraucht. War aber schon manches Mal froh dass es ihn gab.

Auch wenn die Ziegler-Nichols Methode oft als "unwissenschaftlich" verschrien wird, bei mir hat die noch immer geklappt. Ab Seite 23 (die Arbeit selbst ist in Englisch):

Zwar keine Brueckenkonverter, aber schoen kurz und knapp erklaert, erster Link mit Startparametern fuer den Reglerabgleich (damit es nicht gleich mit einem Rumms anfaengt ...):

ftp://ftp.ni.com/pub/devzone/pdf/tut_3782.pdf

Viele machen es aber noch "unwissenschaftlicher" indem sie reihenweise Lastwechsel auf den Ausgang geben. Dicker Widerstand in Kuehltopf, FET, Funktionsgenerator. Dann solange abgleichen bis es gefaellt und nicht an einer Stabilitaetsgrenze ist (das zu beurteilen ist nicht ganz trivial).

Kommt drauf an. Nicht nur auf Ueberschwing-Limits, wenn es ein Mopped ist auch auf den Fahrkomfort. Man will ja keine Resonanzen durch "Mikro-Lastwechsel" die vielleicht auf riefiger Fahrbahn auftreten koennen. Diese Jungs lassen einen Brennstoffzellen -> Netzkonverter mit

20Hz regeln, die Lastwechselschwinger sieht man auf den Seiten 35 und 36:

10% Luft waere mir bei Halbleitern eindeutig zu knapp, da wuerde ich mindestens auf 800V gehen, besser noch hoeher. Bei Elkos koennte man notfalls mit 630V-Typen leben, aber auch nicht so gern.

Das waere sehr schoen.

--
Gruesse, Joerg

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Olaf Kaluza schrieb:

Ich verstehe das eher so, dass er aus seinen 4x12V erstmal 540V macht (Spannungszwischenkreis) und daraus dann seinen Inverter für die E-Maschine speist. Momentan fehlt ihm dafür die Regelung des Mehrphasen-DCDC-Konverters.

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Gruesse, Stephan

Exakt, genau so ist es. Die 540V dienen dann zur Speisung eines Frequenzrichters. Der ist prinzipiell auch schon aufgebaut und dem fehlt auch noch der Regler, aber alles zu seiner Zeit ;) Aber wichtig ist erstmal, dass wir stabile 540V zur Verfügung haben.

Gruß

Ähm, Mopped war ehr als Synonym für die DCDC Wandler kiste gemeint :) Werden solls aber mal ein Elektrokart, also nicht ganz so weit weg. Ob das Teil wirklich jemals beschleunigt werden wir noch sehen, aber wenn, dann wird der erste Faher sicherliche nix lebendiges sein, keine Sorge ;)

Ja, das hab ich mir auch gedacht. In der Literatur hab ich zur Regelung von Schaltreglern immer nur PI gelesen, aber ich könnte mir vorstellen, dass der D Anteil bei schnellen Lastwechseln hilft.

Ja, die Ziegler-Nichols Methode war auch in der Atmel Appnote beschrieben. Die wollte ich auch in nem ersten Versuch mal anwenden, allerdings war es nicht so einfach das System mit nur dem P Anteil zum Schwingen zu bringen, bzw. die Schwinggrenze zu entdecken. Die Ausgangsspannung ist ziemlich von 25 KHz Noise überlagert, so dass man da geringe Spannungsänderungen nicht wirklich gut erkennen kann. Was irgendwann schwingt ist der PWM Stellwert, allerdings kann man den natürlich nicht so schön aufm Oszi darstellen :) Weiterhin hat die Schwingung nicht irgendwann mehr oder weniger abrupt angefangen sondern wird langsam größer. Ein bischen Gewackel ist halt auch immer vorhanden, weils ja auch kleine Messfehler gibt.

Ja, deshlab haben wir auch mit 100W und 12V angefangen zu experimentieren ;) Schau ich mir mal an, danke.

Das war auch son Gedanke, allerdings ist uns auch nicht so ganz klar, welchen Einfluss die Sollspannung und der Laststrom auf das Reglerverhalten haben und in welchem Bereich man die PID Parameter suchen muss. Vielleicht hat da ja jemand schon Erfahrung mit.

Wie in dem anderen Posting schon geschrieben, hier geht es erstmal nur darum konstante 540V Gleichspannung zu produzieren. Der Fahrkomfort wird dann im Wechselrichter geregelt, so jedenfalls der Plan. Ich mache mir ehr sorgen, dass bei einem abrupten Lastabfall der Regler die PWM nicht schnell genug zurückfährt und die Ausgangsspannung dann durch die Decke geht.

Ist auch schon geplant. Der DCDC Wandler ist bis 1KV (Halbleiter) bzw.

800V (Elkos) fest, die werden auch im Leerlauf eigentlich nicht überschritten. Auch der Wechselrichter soll entsprechend umgerüstet werden, aber noch machen dessen Halbleiter nur 600V mit. Der Gedanke war daher, wir schaun mal, wie schön der DCDC Wandler regelt und trauen uns dementsprechend den Wechselrichter anzuschliessen oder auch nicht. Und selbst wenn der Hops geht.. haben ja noch den Schaltplan ;) Weiterhin wirds auch noch ne Schutzschaltung geben, die bei Überspannung nen Bremswiderstand zuschaltet.

Muss noch n paar Fotos zusamensammeln und bischen was dazu schreiben ;)

Gruß und Danke

1000uF ist selbst bei 5A eine riesige Kapazitaet, das sackt ja pro Zyklus nur ein paar hundert mV ab.

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Gruesse, Joerg

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Wenn der Fahrer behutsam Gas gibt geht es ja. Wichtig waere ein schneller und gut erreichbarer Kill Switch, der das Dingen beim "Durchgehen" sofort stillegt.

Wenn Ihr danach noch einen Motorregler habt braeuchtet Ihr hier vermutlich keinen D-Anteil.

SPICE muesste das aber ganz gut rausbringen koennen.

Normalerweise faengt man mit den vorgeschlagenen ZN-Parametern an und macht dann Lastwechsel, erst kleine, dann bis Worst Case vorarbeiten (damit einem keiner der FETs um die Ohren fliegt).

Bei 1000uF kann ich mir das kaum vorstellen, da schaffst Du ja pro Zyklus nur ein paar hundert Millivolt Differenz. Du kannst zur Sicherheit noch einen TL431 reinhaengen. Spannungsteiler an die

540V-Schiene, so einstellen dass der TL431 bei 570V oder so kommt, Mitte auf dessen Reference Pin, Anode auf Masse, Kathode an einen Punkt im Regler der beim Runterziehen unter 2V den PWM Chip sofort abwuergt. Kann man mit einem Latch versehen wenn gewuenscht, wo erst jemand den Reset Taster druecken muss damit der PWM wieder anspringt. Sozusagen eine Edel-Crowbar aber ohne dass es eine Sicherung fetzt.

Ein Comparator oder Opamp koennte den Job auch erledigen, falls in einem Viererpack noch einer frei ist. Geht aber nur wenn irgendwo eine Referenzspannung rausgefuehrt ist (der TL431 hat die schon drin).

Ich haette mit der 540V Schiene keine Sorgen, eher mit Spikes die von der Motorseite kommen.

Einige duerften schon ungeduldig auf dem Stuhl hin und her rutschen :-)

BTW, 25kHz stosst bei manchen Tieren uebel auf, die hoeren dass und koennten unberechenbar reagieren. Panische Flucht mitten in eine belebte Strasse rein und so. Vielleicht sollte es am Ende doch was hoeher liegen.

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Gruesse, Joerg

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Bei 540V muß er immer noch knapp 20A in den Motor schieben, um auf seine

10kW zu kommen. Was das an Ripple für den Kondensator bedeutet kannst du dir ja ausrechnen -> die grössere Kapazität geht meistens mit besserem ESR und grosser Bauform einher, damit thermisch unkritischer. Ich glaube jedenfalls nicht, dass er das 1mF mit Kerkos erreicht. ;-)

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Gruesse, Stephan

Joerg schrieb:

Ich fühl mich neben unserem 1kW-Wechselrichter (btw kleiner als eine Milchtüte) auch immer recht unwohl. Meine etwas älteren Kollegen hören die 16kHz schon nichtmehr.... ;-) Höhere Frequenz bringt dummerweise mehr Schaltverluste (und andere Probleme).

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Gruesse, Stephan

Ok, ich war jetzt von einem pro 2.5kW Zweig ausgegangen. Doch selbst bei

20A waere es noch unter 1V. Plus ESR, aber da gehe ich mal von aus hat Michael "the good stuff" genommen. Was schaltreglerfestes von Epcos oder so, Ihr sitzt ja an der Quelle. Bei uns gibt's viele der Epcos Caps hoechstens Ostern und Weihnachten zu kaufen, aber auch dann alles abgezaehlt ;-)

Mit einigen gescheiten Elkos parallel kannst Du in den einstelligen Milliohm-Bereich kommen.

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Gruesse, Joerg

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Heisser Tip: Aelter werden. Dann hoerst Du das Gefiepe irgendwann nicht mehr. Hat bei mir auch geklappt :-)

Klar, alles Kompromisse. Aber 30-40kHz wuerde ich bei 10kW noch in Erwaegung ziehen. Hatte letztens gut 100W mit einem halben Megahertz gemacht, das blieb alles eiskalt.

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Gruesse, Joerg

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Moin!

Also 20A.

Besser wäre noch die Eingangsspannung der Endstufen und der Strom, der aus dem Kondensator _raus_ geht. Dann kannst Du einen Wert proportional zum Ausgangsstrom am Regler vorbei direkt auf den PWM-Wert addieren. Wenn du damit bei jedem Lastwechsel schon 90% abfangen kannst, bevor er sich in einer Änderung der Spannung äußert, braucht der Regler nur noch 10% dazutun (und schwingt auch entsprechend weniger über).

Also am Beispiel des P-Reglers mit PWM = kp * (u_out - u_soll) machst Du PWM = kp * (u_out - u_soll) + kf * (i_out / u_in)

Also wenn die vier an der gleichen Eingangsspannung hängen und auf den gleichen Kondensator arbeiten, was gibts dann dort am Strom einzustellen? Alle vier den gleichen duty cycle und gut ist.

Was tatsächlich reicht oder nicht, findet man schnell heraus, wenn man vor und nach der Rechnung mal an einem Pin wackelt und sich das mit dem Skop anschaut. 640 Takte für ein bissl Addieren und Multiplizieren find ich aber noch recht komfortabel.

20A * 160µs / 1mF = 3,2V Spannungserhöhung in der Zeit.

Klingt so, als wäre da noch ausreichend Luft nach oben.

Gruß, Michael.

Ist eingeplant, die Herausforderung ist nur noch einen zu finden, der bei dem entstehenden Lichtbogen nicht abfackelt ;)

Naja, wie gesagt, ich mache mir vor allem wegen Überspannung Gedanken. Vieleicht sind die auch völlig unbegründet, daher frag ich ja hier.

Du meinst den ganzen Wandler simulieren? Hab ich zwar im Prinzip schon gemacht aber sind da nicht zuviele Unbekannte drin? Vor allem ist in der Schwingfrequenz ja auch die Verarbeitungszeit der Digitalteile drin.

Naja... Wenn der gerade 10 KW in den Zwischenkreis pumpt und die Last abrupt abfällt fließt diese Leitung ja erstmal in die Elkos bis der Regler reagiert. Wenn man nen Spannungsanstieg von 10V zulassen würde (also von 540 auf 550V) wäre dazu ne Energie von 5,45 J nötig. Die ist bei 10KW in 545us übertragen, also gut 13 PWM Zyklen. Ich weiß nicht, wie lange der P oder I Regleranteil normalerweise zum reagieren braucht, aber ich find das ist nich gerade viel ;)

Keine schlechte Idee, aber das kann ich ja auch in Software machen. Ne Analogschaltung die auf Überspannung reagiert gibts sowiso noch. Die soll aber vorwiegend die Rekuperationsenergie des Motors verheizen.

Naja, bischen müssen die sich noch gedulden, bin die nächsten Tage erstmal unterwegs. Aber kommt... ;)

Naja, ich vermute so oft werden wir das Teil gar nicht verwenden, aber

35 KHz sollten auch noch gehen, bisher wird noch der 7805 für die Steuerung am wärmsten ;)

Gruß.

Die (napp) 1000uF sind aus 8x 470uF 400V Low ESR Elkos zusammengebaut ;) Allerdings muss man bedenken, dass jeder Wandler nur bis zu 5A zum Gesamtstrom beiträgt und die Wandler phasenversetzt laufen.

Gruß

Der Ausgangsstrom ist ja als Summe der vier Wandlerströme bekannt und die Eingangsspannung wird auch gemessen, dachte aber das wäre hier nicht interessant. Aber die Idee find ich gut, werd ich mal ausprobieren.

Naja, ein paar Toleranzen gibt es da ja schon und Versuche haben auch gezeigt, dass der Wechsel des Hauptlaststroms von einem auf den anderen Wandler in einem recht engen Einstellbereich stattfindet. Aber ich vermute / hoffe, dass man das nur einmal korrekt für einen gegebenen Aufbau ausmessen und einstellen muss.

Wie lange die eigentliche Berechnung dauert finde ich ja auch im AVR Studio raus, das waren so ca. 70 us (wir rechnen da 32 Bit). Dazu kommen aber ja noch Interrupts vom ADC und Businterface.

Was ja vollkommen in Ordnung wäre. Die Frage, die ich nicht beantworten kann ist allerdings, ob ein (oder auch zwei, drei) Reglerzyklen ausreichen, damit der die PWM abstellt. Der P-Anteil reagiert sofort, aber was macht der I-Anteil? Hilft ein D-Anteil?

Naja, dann hoffen wir mal das Beste ;)

Gruß

Anfangs wuerde vielleicht ein Abwuergen des 540V-Wandlers reichen, koennte man am Shut-Down oder FB Pin des PWM Chips erledigen. Aus einem Vollbrueckenwandler kommt dann ja nicht mehr heraus.

Ich bevorzuge LTC Chips, weil es fuer so gut wie alle LTSpice Modelle gibt. Da habe ich schon echt unorthodoxe Sachen mit gemacht, Chips total zweckentfremdet, trotzden waren die Sim-Plot und die Scope-Plots der Prototypen nahezu identisch. Das passte immer.

13 Zyklen sind fuer eine einigermassen eingestellte Regelschleife eines Wandlers eine halbe Ewigkeit :-)

Ich wuerde einfach eine HW-Limit reinsetzen. 550V -> rumms -> PWM geht auf Null. Da macht der normalerweise nichtmal den letzten Zyklus zu Ende, definitiv keine weiteren 13.

Gerade das wuerde ich nicht in Software machen. Wenn dabei was haengt scheppert's. "Aber ich hatte doch nur mal eben zwei lumpige Zeilen rauskommentiert ..."

Ein TL431 kostet ja nicht mehr als 1-2 Groschen :-)

[...]

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Gruesse, Joerg

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Es ist nicht gut sich zum Abstellen auf einen SW-Regler zu verlassen. Kann Dir nur dringend empfehlen einen HW-Begrenzer einzubauen, denn vermutlich geht bei einem Ueberschreiten einiges ins Broetchen wo die Reparatur hinterher laestig ist.

Kein Scherz, ich habe in meinem Berufsleben schon einiges gesehen wo sich die Leute hinterher wurmten dass sie keinen Limiter drin hatten. Z.B. Sender wo ein Computer die Ausgangsleistung regelte. Dann gab es einen Wackler am Koax, der Computer holte aus aber das war natuerlich zu spaet. Es ertoente ein Knall.

[...]

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Gruesse, Joerg

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Moin!

Vor oder hinter der Kondensator-Bank? Es geht darum, die Lastwechsel zu sehen, noch bevor sie sich in einer Änderung der Elko-Spannung auswirkt. Das Verfahren, die Störgröße direkt zu messen und am Regler vorbei zu kompensieren, nennt sich feed-forward - unter dem Stichwort dürftest Du weitere Informationen finden.

Wird auch nur interessant, wenn sie stark variiert. Je mehr Parameter Du kennst, desto besser kannst Du halt direkt gegensteuern.

Bei 10 Bit I/O müsste es reichen, nur den Integrator in 32 Bit laufen zu lassen (ist dessen Auflösung zu kleine, läuft der Regler immer rauf und runter), dann den Wertebereich auf 16 Bit anzupassen und mit P-Teil, evtl. D-Teil und feed-forward zu verrechnen.

Der feed-forward reagiert sofort, noch bevor sich die Spannung ändert.

P-Teil reagiert, _wenn_ sich die Spannung ändert. Er kann aber nicht vollständig ausregeln, denn ohne Fehlersignal kein Stellsignal - proportional eben.

I-Teil regelt eher langsam das aus, was der P-Teil nicht schafft. Wichtig ist dabei, daß Du den Integrator nicht beliebig hochlaufen lässt und erst das PWM-Signal begrenzt, sondern den Integrator selber. Ein Beispiel: Bei 20A und Deinen Kondensatoren brauchts nach dem Einschalten 170 Zyklen, bis die Spannung erreicht ist. Und solange die Spannung noch unter Soll ist, wächst und wächst der I-Teil. Irgendwann kommt er bei

100% PWM an, dann machst Du natürlich 100% - aber die Spannung liegt immernoch unter Soll. Also wächst der I-Teil weiter, 200%, 300%... Wenn Du das bloß ignorierst und halt weiter 100% PWM machst, ist der I-Teil bei 1000% angekommen, bis die Spannung auf Soll ist - und dann kommt der P-Teil nicht mehr dagegen an und Du bekommst einen ganz mächtigen Überschwinger, bis die 1000% vom I-Teil wieder abgebaut sind. Darum begrenzt man den Integrator selbst auf 100%, damit er nach Erreichen des Sollwerts auch gleich wieder reduziert wird. In kritischen Anwendungen begrenze ich den I-Teil sogar auf 100% minus P-Teil.

D-Teil macht den Regler schnell zasppelig, da er auf jede kleinste Störung - und sei es nur eine Störung in der Messung der Regelgröße - sofort reagieren will.

Bedenke auch, was Du damit misst: Die Ableitung der Spannungen auf den Kondensatoren ist identisch dem Strom, der in die Kondensatoren rein/raus geht geteilt durch die Kapazität. Was rein geht, das weißt Du, denn Du kennst ja Deinen Wandler. Und was rausgeht, also den Ausgangsstrom, das misst Du besser direkt -> und damit bist Du wieder beim feed forward.

Och ich hab da gute Hoffnung, regelungstechnisch ist das wirklich unkritisch. Im Vergleich zur Zyklenzeit Deines Reglers ändert sich die Spannung an den Kondensatoren ja nur langsam, der Wandler reagiert dagegen sofort auf Dein Stellsignal. Also keine nennenswerte Totzeit, das bekommt man eigentlich gut hin.

Gruß, Michael.

Michael Dreschmann schrieb:

Ich dachte eher an den Ripple, wenn der nachgeschaltete Motor-Inverter Strom zieht. Wenn du nicht gerade mehrphasige Maschinen hast kann da einiges zusammenkommen.

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Gruesse, Stephan