DE102010007346A1 - Method for operating switch-mode power supply with power factor correction, involves comparing current-measuring value with saw tooth signal for determining measuring time point, and determining current-middle value from measuring value - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben eines Schaltnetzteiles mit Leistungsfaktorkorrektur, wobei das Schaltnetzteil eine digitale Mess- und Steuereinrichtung und wenigstens einen Schalter aufweist, der mit einer Betriebsfrequenz angesteuert wird, wobei der Eingangsstrom und die Ausgangsspannung pro Periode der Betriebsfrequenz einmal gemessen werden.The invention relates to a method for operating a switching power supply with power factor correction, wherein the switching power supply has a digital measuring and control device and at least one switch which is driven at an operating frequency, wherein the input current and the output voltage per period of the operating frequency are measured once.
Die
Der Spannungsregler
Daraus ergibt sich, dass wenigstens drei Messwerte erforderlich sind: Eingangsstrom iL, Eingangsspannung vi und Ausgangsspannung vo.As a result, at least three measured values are required: input current i L , input voltage v i and output voltage v o .
Ein solches Verfahren kann analog oder digital realisiert werden. Die digitale Realisierung bietet einige Vorteile, unter Anderem die Möglichkeit zur nichtlinearen Steuerung und Durchführung von Berechnungen, höhere Flexibilität und bessere Zuverlässigkeit.Such a method can be realized analog or digital. The digital realization offers some advantages, including the possibility of non-linear control and execution of calculations, higher flexibility and better reliability.
Bei der digitalen Realisierung, beispielsweise mit einem Mikrocontroller, müssen die Messwerte jedoch digitalisiert werden, damit sie von dem Mikrocontroller verarbeitet werden können. Bei einer mittleren Digitalisiergeschwindigkeit von 1 μs können bei einer Betriebsfrequenz von 100 kHz weniger als 10 Messwerte pro Periode ermittelt werden. Daher wurden im Stand der Technik bereits Verfahren entwickelt, die mit nur einem Messwert pro Periode auskommen. Die Schwierigkeit besteht dabei, den richtigen Zeitpunkt zur Messung zu bestimmen und aus dem Messwert den korrekten mittleren Strom zu ermitteln.In the digital implementation, for example with a microcontroller, the measured values must, however, be digitized so that they can be processed by the microcontroller. At an average digitizing speed of 1 μs, at an operating frequency of 100 kHz, less than 10 measured values per period can be determined. Therefore, methods have already been developed in the prior art, which manage with only one measured value per period. The difficulty is to determine the right time to measure and to determine the correct average current from the measured value.
Trotzdem sind dabei drei verschiedene Messgrößen zu erfassen, was aufwändig ist. Bei den aus Kostengründen vermehrt eingesetzten brückenlosen Schaltnetzteilen ist die digitale Messung der Eingangsspannung jedoch nur mit erhöhtem schaltungstechnischem Aufwand möglich, weshalb bislang nur analoge Schaltungen bekannt sind.Nevertheless, three different measured variables are to be recorded, which is expensive. However, in the increasingly used for cost reasons bridge-less power supplies, the digital measurement of the input voltage is possible only with increased circuit complexity, which is why so far only analog circuits are known.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren der oben genannten Art zu schaffen, das insbesondere bei digitalen brückenlosen Schaltungen einsetzbar ist und bei dem keine Messung der Eingangsspannung notwendig ist.The object of the invention is therefore to provide a method of the type mentioned above, which can be used in particular for digital bridgeless circuits and in which no measurement of the input voltage is necessary.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Messung im Wesentlichen in der Mitte der fallenden oder steigenden Flanke des Eingangsstromes erfolgt, dass zur Ermittlung des Messzeitpunktes der Eingangsstrom-Messwert der vorherigen Periode mit einem Sägezahnsignal verglichen wird und dass aus dem Eingangsstrom-Messwert ein Strom-Mittelwert berechnet wird.This object is achieved in that the measurement takes place substantially in the middle of the falling or rising edge of the input current, that is compared to determine the measurement time of the input current measurement of the previous period with a sawtooth signal and that from the input current reading a current Average value is calculated.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere bei brückenlosen Schaltnetzteilen mit digitaler Steuerung einsetzbar, da keine Messung der Eingangsspannung notwendig ist. Dadurch wird der schaltungstechnische Aufwand reduziert, weshalb eine einfache und kostengünstige Realisierung möglich ist. Die Berechnungen und Steuerungen können in einem Mikrocontroller oder Mikroprozessor realisiert werden.The method according to the invention can be used in particular with bridge-free switched-mode power supplies with digital control, since no measurement of the input voltage is necessary. As a result, the circuit complexity is reduced, which is why a simple and cost-effective implementation is possible. The calculations and controls can be realized in a microcontroller or microprocessor.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl für den Berieb im kontinuierlichen Betriebszustand (continuous conduction mode, CCM), als auch im nicht-kontinuierlichen Betriebszustand (discontinuous conduction mode, DCM).The method according to the invention is suitable both for operation in continuous operation mode (CCM) and in discontinuous conduction mode (DCM).
Da die Strom-Flanke im CCM linear ist und der Messzeitpunkt im Wesentlichen in der Mitte der Flanke liegt, wird der Strom-Mittelwert nach der folgenden Formel aus dem Eingangsstrom berechnet: iavg(n) = is(n).Since the current edge in the CCM is linear and the measurement time is essentially in the middle of the edge, the current average is calculated from the input current according to the following formula: i avg (n) = i s (n).
Im DCM ist die Strom-Flanke zwar linear, sie ist jedoch zu Beginn und/oder am Ende eine Zeit lang Null, weshalb eine Korrektur notwendig ist. Der Strom-Mittelwert berechnet sich hier nach der folgenden Formel aus dem Eingangsstrom is, der Ausgangsspannung vo, dem Schaltzeitpunkt und der Periodendauer T: iavg(n) = is(n)·vo/(vo – 2·is(n)/(T – ton))Although in the DCM the current edge is linear, it is zero at the beginning and / or at the end for a time, therefore a correction is necessary. The mean current value is calculated here according to the following formula from the input current i s , the output voltage v o , the switching instant and the period T: i avg (n) = i s (n) * v o / (v o - 2 i s (n) / (T - t on ))
Aus dem Vergleich des Eingangsstrom-Messwerts der vorherigen Periode mit dem Sägezahnsignal wird zunächst ein Einschaltzeitpunkt für die Schalter festgelegt, von dem aus dann der Messzeitpunkt abgeleitet wird.From the comparison of the input current measurement value of the previous period with the sawtooth signal, a switch-on time for the switches is first determined, from which the measurement time is then derived.
Die Messung kann in der steigenden oder fallenden Flanke des Stromes erfolgen.The measurement can take place in the rising or falling edge of the current.
In der steigenden Flanke des Eingangsstromes wird der Messzeitpunkt nach folgender Formel bestimmt: tsample(n) = (T + ton(n))/2 wobei T die Periodedauer und ton der Schaltzeitpunkt des Gatesignals ist.In the rising edge of the input current, the measuring instant is determined according to the following formula: t sample (n) = (T + t on (n)) / 2 where T is the period duration and t on is the switching instant of the gate signal.
Für die Messung in der fallenden Flanke des Eingangsstromes wird der Messzeitpunkt nach folgender Formel bestimmt:
is(n – 1) ist der Eingangsstrom-Messwert der vorherigen Periode. For the measurement in the falling edge of the input current, the measurement time is determined according to the following formula:
i s (n-1) is the input current reading of the previous period.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to two embodiments with reference to the accompanying drawings.
Es zeigt:It shows:
In
Die Schaltung
Die
Aus dem Eingangsstrom wird in einem digitalen Rechenelement ein Strom-Mittelwert iavg errechnet, der dem Strom entspricht, der gemittelt über eine Periode geflossen ist. Dies ist notwendig, da nur ein Messwert pro Periode zur Verfügung steht.From the input current, a current average value i avg is calculated in a digital computation element , which corresponds to the current that has flowed averaged over a period. This is necessary because only one measured value per period is available.
Die Fehlerspannung ve(n) und der Strom-Mittelwert iavg(n) werden in einer Pulsweitensteuerung
Im Vergleich zum Stand der Technik ist dazu keine Messung der Eingangsspannung notwenig, was den technischen Aufwand der Schaltung und der Steuerung wesentlich vereinfacht, insbesondere bei brückenlosen Schaltnetzteilen.In comparison to the prior art, no measurement of the input voltage is necessary for this, which considerably simplifies the technical complexity of the circuit and the control, in particular in the case of bridge-less switched-mode power supplies.
Die
Der Schaltzeitpunkt ton(n) des Gate-Signals d wird durch Vergleich des Schaltzeitpunkts der vorhergehenden Periode ton(n – 1) mit dem Sägezahnsignal ermittelt. Dadurch kann jederzeit der optimale Schaltzeitpunkt festgelegt werden, wobei das Tastverhältnis und/oder die Frequenz des Gate-Signals variabel ist. Der erste Schaltzeitpunkt t(1) ist fest, so dass ein Start des Verfahrens möglich ist.The switching time t on (n) of the gate signal d is determined by comparing the switching time of the preceding period t on (n-1) with the sawtooth signal. As a result, the optimum switching time can be determined at any time, wherein the duty cycle and / or the frequency of the gate signal is variable. The first switching time t (1) is fixed, so that a start of the method is possible.
Erfindungsgemäß erfolgt die Messung in der Mitte der steigenden Flanke des Stromes. Abhängig von dem Schaltzeitpunkt ton wird auch der Messzeitpunkt tsample bestimmt, an dem die Messungen des Eingangsstromes is (Strom durch die Spule L) und der Ausgangsspannung vo stattfinden. Vorzugsweise werden die Messungen zeitgleich vorgenommen.According to the invention, the measurement takes place in the middle of the rising edge of the stream. Depending on the switching time t on and the measurement time t sample is determined at which the measurements of the input current i s (current through the coil L) and the output voltage v o take place. Preferably, the measurements are made at the same time.
Der Messzeitpunkt wird bestimmt durch die Formel: tsample(n) = (T + ton(n))/2, wobei ton der Schaltzeitpunkt der gleichen Periode n und T die Periodendauer ist. Dadurch wird erreicht, dass der Schaltzeitpunkt immer im Wesentlichen in der Mitte der steigenden Flanke liegt.The measurement time is determined by the formula: t sample (n) = (T + t on (n)) / 2, where t on the switching time of the same period n and T is the period. This ensures that the switching time is always substantially in the middle of the rising edge.
Aus dem Messwert is(n) für den Eingangsstrom am Messzeitpunkt tsample(n) wird dann ein Strom-Mittelwert iavg(n) berechnet.From the measured value i s (n) for the input current at the measurement time t sample (n), a mean current value i avg (n) is then calculated.
Wird die Schaltung
Wird die Schaltung im sogenannten discontinuous conduction mode (DCM) betrieben, ist eine Korrektur notwendig, da der Strom zu Beginn einer Periode eine Zeit lang Null bleibt. Der Strom-Mittelwert ergibt sich zu iavg(n) = is(n)·vo/(vo – 2·is(n)/(T – ton)), wobei vo die Ausgangsspannung zum Messzeitpunkt n ist.If the circuit is operated in so-called discontinuous conduction mode (DCM), a correction is necessary because the current at the beginning of a period remains zero for a time. The average current value results in i avg (n) = i s (n) * v o / (v o -2 * i s (n) / (T -t on )), where v o is the output voltage at the measuring instant n is.
Anstelle der Messung in der steigenden Flanke, kann die Messung auch in der fallenden Flanke des Stromes erfolgen. Ein entsprechendes Signaldiagramm ist in
Das Verfahren unterscheidet sich lediglich durch die geänderte Bestimmung des Messzeitpunktes: tsample(n) = tf(n)/2. Dabei ist tf(n) = (T – ton(n))·vin/(vo – vin), wobei vo die Ausgangsspannung und vi die Eingangsspannung ist. Da die Eingangsspannung nicht als Messwert vorliegt, muss diese gemäß vin = 2is(n – 1)/(T – ton) berechnet werden. Dabei ist is(n – 1) der Eingangsstrom-Messwert der vorhergehenden Periode.The method differs only in the changed determination of the measurement time: t sample (n) = t f (n) / 2. Here, t f (n) = (T -t on (n)) * v in / (v o -v in ), where v o is the output voltage and v i is the input voltage. Since the input voltage is not available as a measured value, it must be calculated according to v in = 2i s (n - 1) / (T - t on ). Where i s (n-1) is the input current reading of the previous period.
Der Strom-Mittelwert iavg berechnet sich dann gemäß den gleichen Formeln wie bei der Messung in der steigenden Flanke.The current average i avg is then calculated according to the same formulas as in the rising edge measurement.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Schaltung SchaltnetzteilCircuit switching power supply
- 22
- Spannungsreglervoltage regulators
- 33
- digitale Recheneinheitdigital arithmetic unit
- 44
- PulsbreitensteuerungPulse width control
- vi v i
- Eingangsspannunginput voltage
- vo v o
- Ausgangsspannungoutput voltage
- vo*v o *
- Ausgangs-SollspannungOutput voltage command
- ve v e
- Fehlerspannungfault voltage
- iL i L
- Eingangsstrom durch SpuleInput current through coil
- is i s
- Messwert EingangsstromMeasured value input current
- iavg i avg
- Strom-MittelwertCurrent mean
- ton t on
- Schaltzeitpunkt SchalterSwitching time switch
- tsample t sample
- MesszeitpunktMeasuring time
- dd
- Gatesignalgate signal
- ww
- Sägezahnsignalsawtooth
- TT
- Periodendauerperiod
Claims (8)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|
| DE102010007346A1 true DE102010007346A1 (en) | 2011-08-11 |
Family
ID=44316588
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|---|---|---|---|
| DE102010007346A Withdrawn DE102010007346A1 (en) | 2010-02-09 | 2010-02-09 | Method for operating switch-mode power supply with power factor correction, involves comparing current-measuring value with saw tooth signal for determining measuring time point, and determining current-middle value from measuring value |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102010007346A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103516193A (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-15 | 艾默生网络能源系统北美公司 | Power factor correction (PFC) circuit, switching power supply module and PFC method |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080084721A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-04-10 | Hypertherm, Inc. | Linear, inductance based control of regulated electrical properties in a switch mode power supply of a thermal processing system |
| US20080238374A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Delta Electronics, Inc. | Sampling method with adjusting duty ratios |
-
2010
- 2010-02-09 DE DE102010007346A patent/DE102010007346A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080084721A1 (en) * | 2006-09-13 | 2008-04-10 | Hypertherm, Inc. | Linear, inductance based control of regulated electrical properties in a switch mode power supply of a thermal processing system |
| US20080238374A1 (en) * | 2007-03-26 | 2008-10-02 | Delta Electronics, Inc. | Sampling method with adjusting duty ratios |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| VAN DE SYPE,David,et.al.:A Sampling Algorithm for Digitally Controlled Boost PFC Converters.In:IEEE Transactions on Power Electronics. Vol. 19,No.3,May 2004,S.649-657 * |
| YONG,Li,TAKAHASHI,Toshio:A Digitally Controlled 4-kW Single-Phase Bridegeless PfC Circuit for Air Conditioner Moter Drive Applications.In:IPEMC, Vol.1,S.1-5 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103516193A (en) * | 2012-06-29 | 2014-01-15 | 艾默生网络能源系统北美公司 | Power factor correction (PFC) circuit, switching power supply module and PFC method |
| CN103516193B (en) * | 2012-06-29 | 2015-09-02 | 艾默生网络能源系统北美公司 | Circuit of power factor correction and switch power module, power factor correcting method |
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