Analoge Regelung in modernen Labornetzgeräten?...

[Hans-Peter Diettrich]

On 11/9/22 2:29 PM, Rolf Bombach wrote:

Hans-Peter Diettrich schrieb:
On 11/2/22 6:06 PM, Marte Schwarz wrote:

Wenn Du einigermaßen schnell regeln können willst, brauchst Du
verflixt schnelle ADCs und viel Rechenleistung für etwas, was billige
Analogregler genausogut erledigen können.

Zum Halten eines Sollwerts kann man fast beliebig schnelle ADC
(Sigma-Delta) \"Nachlaufwandler\" einsetzen - wobei hier der Komparator
das Teil ist, auf das es geschwindigkeitsmäßig auch im analogen Regler
ankommt.

Nachlaufwandler sind langsam, jedenfalls was hohe Stufen angeht.

Hohe Stufen (Abweichungen vom Sollwert) sollten in einem Labornetzgerät
erst garnicht auftreten! Den Rest macht die passende Parametrierung des
Reglers.

DoDi

 

[Rolf Bombach]

Joerg schrieb:

On 11/2/22 5:50 AM, Peter Heitzer wrote:
Arbeiten die Regelkreise in modernen Labornetzgeräten noch immer analog
und erhalten nur die Stellgrösse wie Spannung und maximaler Strom via DAC
oder gibt es auch Geräte, bei denen die Regelung komplett mittels µC
in Software erledigt wird?


Gibt es, aber wenn die Regelung voll digital ist, braucht man DSP. Hier ein Vortrag dazu:

https://www.ti.com/europe/pcim/Texas_Instruments_Digital_Power_Supplies_SW_Solutions.pdf

https://www.embedded.com/designing-a-dsp-based-digitally-controlled-dc-dc-switching-power-supply/

Ich hatte mal eine PFC entwickelt, die digital lief und damit konnten wir Tricks hinbekommen, die analog nicht moeglich waren. Natuerlich war ich dabei meinem alten Metier etwas untreu geworden.

THX, interessant. Wobei klar: Bei mehrstufigen synchronisierten Schaltwandlern
ist der Aufwand für digital womöglich kleiner als für analog. In einer
Wandwarze sieht das wohl anders aus.

Andererseits: Die Lobhudelei auf Softwarelösungen höre ich auch schon
Jahrzehnte. \"Gibt einmalig mehr Arbeit, ist dann aber flexibler, recyclierbar,
etc....\" Da habe ich von meinen Kollegen aus der Industrie aber schon
anderes gehört. Schneller Hardwarewechsel, neue Programmiermethoden, ...

--
mfg Rolf Bombach

 

[onlinefloh]

On 15.11.22 22:02, Rolf Bombach wrote:

Joerg schrieb:
On 11/2/22 5:50 AM, Peter Heitzer wrote:
Arbeiten die Regelkreise in modernen Labornetzgeräten noch immer analog
und erhalten nur die Stellgrösse wie Spannung und maximaler Strom via
DAC
oder gibt es auch Geräte, bei denen die Regelung komplett mittels µC
in Software erledigt wird?


Gibt es, aber wenn die Regelung voll digital ist, braucht man DSP.
Hier ein Vortrag dazu:

https://www.ti.com/europe/pcim/Texas_Instruments_Digital_Power_Supplies_SW_Solutions.pdf

https://www.embedded.com/designing-a-dsp-based-digitally-controlled-dc-dc-switching-power-supply/

Ich hatte mal eine PFC entwickelt, die digital lief und damit konnten
wir Tricks hinbekommen, die analog nicht moeglich waren. Natuerlich
war ich dabei meinem alten Metier etwas untreu geworden.

THX, interessant. Wobei klar: Bei mehrstufigen synchronisierten
Schaltwandlern
ist der Aufwand für digital womöglich kleiner als für analog. In einer
Wandwarze sieht das wohl anders aus.

Andererseits: Die Lobhudelei auf Softwarelösungen höre ich auch schon
Jahrzehnte. \"Gibt einmalig mehr Arbeit, ist dann aber flexibler,
recyclierbar,
etc....\" Da habe ich von meinen Kollegen aus der Industrie aber schon
anderes gehört. Schneller Hardwarewechsel, neue Programmiermethoden, ...

Es gibt immer die jungen Wilden, die alles anders machen müssen, weil
das neue viel cooler ist, oder weil sie den althergebrachten Kram
einfach nicht verstehen (wollen) beziehungsweise die Einstiegshürde in
den gewachsenen Bestand als zu hoch empfunden wird. Auch Lehrinhalte
sind Modetrends unterworfen...
Die Methoden der Änderung ändern sich manchmal, aber der
Grundmechanismus bleibt derselbe. Das hat aber nix mit Elektronik an
sich zu tun, auch wenn das ein besonders schnellebiger Industriezweig
ist, sondern ist ein gesamtgesellschaftliches Phänomen. Bei Software ist
halt die Hemmschwelle, etwas zu ändern, niedriger als bei Hardware, denn
es ist ja nicht vordergründig mit Kosten behaftet.

Gruß,
Florian

 

[Joerg]

On 11/15/22 1:02 PM, Rolf Bombach wrote:

Joerg schrieb:
On 11/2/22 5:50 AM, Peter Heitzer wrote:
Arbeiten die Regelkreise in modernen Labornetzgeräten noch immer analog
und erhalten nur die Stellgrösse wie Spannung und maximaler Strom via
DAC
oder gibt es auch Geräte, bei denen die Regelung komplett mittels µC
in Software erledigt wird?


Gibt es, aber wenn die Regelung voll digital ist, braucht man DSP.
Hier ein Vortrag dazu:

https://www.ti.com/europe/pcim/Texas_Instruments_Digital_Power_Supplies_SW_Solutions.pdf


https://www.embedded.com/designing-a-dsp-based-digitally-controlled-dc-dc-switching-power-supply/


Ich hatte mal eine PFC entwickelt, die digital lief und damit konnten
wir Tricks hinbekommen, die analog nicht moeglich waren. Natuerlich
war ich dabei meinem alten Metier etwas untreu geworden.

THX, interessant. Wobei klar: Bei mehrstufigen synchronisierten
Schaltwandlern
ist der Aufwand für digital womöglich kleiner als für analog. In einer
Wandwarze sieht das wohl anders aus.

Es geht in meinen Faellen meist nicht um den Aufwand, sondern um die
Machbarkeit einer Regelung ueberhaupt. Zum Beispiel bei pulsartiger
Belastung. Da kann ein DSP oder uC sich den Strom ansehen, bemerkt eine
Spitze und nimmt daraufhin den grossen Elektronen-Scheffel. Waehrend
dieses einen Zyklus bricht die Last unerwartet weg, der DSP oder uC kann
sofort abbrechen und auf Teeloeffel-Dosierung gehen.

Andererseits: Die Lobhudelei auf Softwarelösungen höre ich auch schon
Jahrzehnte. \"Gibt einmalig mehr Arbeit, ist dann aber flexibler,
recyclierbar,
etc....\" Da habe ich von meinen Kollegen aus der Industrie aber schon
anderes gehört. Schneller Hardwarewechsel, neue Programmiermethoden, ...

In diesen Faellen ist das so gut wie immer Assembler. Das Problem liegt
dabei auf der Hardwareseite, wenn der Prozessor ploetzlich bis
Weihnachten nicht mehr in Stueckzahlen lieferbar ist. Weihnachten 2023.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

 

[Heinz Schmitz]

Joerg wrote:

Es geht in meinen Faellen meist nicht um den Aufwand, sondern um die
Machbarkeit einer Regelung ueberhaupt. Zum Beispiel bei pulsartiger
Belastung. Da kann ein DSP oder uC sich den Strom ansehen, bemerkt eine
Spitze und nimmt daraufhin den grossen Elektronen-Scheffel. Waehrend
dieses einen Zyklus bricht die Last unerwartet weg, der DSP oder uC kann
sofort abbrechen und auf Teeloeffel-Dosierung gehen.

Es müßte imho nachgewiesen werden, dass das digital mindestens so
schnell geht wie analog.

Grüße,
H.

 

[Michael S.]

Am 02.11.2022 um 14:24 schrieb Leo Baumann:

Am 02.11.2022 um 13:50 schrieb Peter Heitzer:
Arbeiten die Regelkreise in modernen Labornetzgeräten noch immer analog
und erhalten nur die Stellgrösse wie Spannung und maximaler Strom via DAC
oder gibt es auch Geräte, bei denen die Regelung komplett mittels µC
in Software erledigt wird?

Ich denke die Regelung mittels uC in Software ist zu langsam.

Zumindest diesen Punkt siehst Du völlig falsch.
Ein STM32 könnte das locker. Ob es Sinn macht, steht auf einem anderen
Blatt.

--
Michael

 

[Michael S.]

Am 02.11.2022 um 14:59 schrieb Leo Baumann:

Am 02.11.2022 um 14:55 schrieb Peter Heitzer:
Ich denke die Regelung mittels uC in Software ist zu langsam.
Ein moderner DSP oder µC sollte IMO ausreichend schnell sein. Bei Audio
werden DSPs ja auch verwendet. Hier verursacht aber ein hängender
Controller
in der Regel keinen Schaden; es klingt nur seltsam. Wenn aber bei einem
Netzteil die Strombegrenzung hängt, kann es für das angeschlossene
Objekt (z.B. eine LED) u.U. tödlich enden. Es traut vmtl. kein Hersteller
den Programmierkünsten seiner Entwicklern.

Nun, die analoge Regelung funktioniert ja gut.

Schau Dir bei schnellen Lastwechseln an Deinem analogen Netzteil mal die
Übergänge zwischen Strom- und Spannungsregelung an (Windup) und
überlege, ob man das digital nicht besser hinbekommen könnte.

--
Michael

 

[Michael Schwingen]

On 2022-11-17, Heinz Schmitz <HeinzSchmitz@kra.org> wrote:

Es geht in meinen Faellen meist nicht um den Aufwand, sondern um die
Machbarkeit einer Regelung ueberhaupt. Zum Beispiel bei pulsartiger
Belastung. Da kann ein DSP oder uC sich den Strom ansehen, bemerkt eine
Spitze und nimmt daraufhin den grossen Elektronen-Scheffel. Waehrend
dieses einen Zyklus bricht die Last unerwartet weg, der DSP oder uC kann
sofort abbrechen und auf Teeloeffel-Dosierung gehen.

Es müßte imho nachgewiesen werden, dass das digital mindestens so
schnell geht wie analog.

Klar geht das: wenn ein analoger current-mode-Regler mit 500kHz läuft,
brauchst Du halt ADC und DSP, die die Daten mit dieser Rate (bzw. der
doppelten, Nyquist) durchschieben, dann ist das Ergebnis äquivalent zur
analogen Regelung.

Bleibt das Problem mit der begrenzten Auflösung des ADC, die zusätzliche
Störungen bedingt. Häufig nimmt man dann doch eine (teil-)analoge Regelung.

Der LTC3880 z.B. (ja, ist schon ein paar Jahre alt):

https://www.analog.com/en/products/ltc3880.html

kombiniert eine analoge Regelschleife mit einer langsamen digitalen
Regelung.

cu
Michael

 

[Joerg]

On 11/17/22 2:17 AM, Heinz Schmitz wrote:

Joerg wrote:

Es geht in meinen Faellen meist nicht um den Aufwand, sondern um die
Machbarkeit einer Regelung ueberhaupt. Zum Beispiel bei pulsartiger
Belastung. Da kann ein DSP oder uC sich den Strom ansehen, bemerkt eine
Spitze und nimmt daraufhin den grossen Elektronen-Scheffel. Waehrend
dieses einen Zyklus bricht die Last unerwartet weg, der DSP oder uC kann
sofort abbrechen und auf Teeloeffel-Dosierung gehen.

Es müßte imho nachgewiesen werden, dass das digital mindestens so
schnell geht wie analog.

Weit schneller, und das sage ich jetzt als Analog-Spezi. Ich hatte
mehrere Faelle, wo wir es deshalb digital loesen mussten. Meist im
Flugzeugbau, wo wir aus verschiedenen Gruenden keine grossen Elkos (oft
gar keine) verwenden konnten. Da habe ich mir eine digitale Architektur
ueberlegt, die Hardware entwickelt und Firmware-Spezis beim Kunden haben
die Programmierung gemacht.

Vor wenigen Jahrzehnten war das kaum denkbar, aber heute kann man
AD-Wandler im zig MSPS-Bereich guenstig und klein bekommen, sowie
winzige Prozessoren mit vielen hundert MHz Taktfrequenz. Auch ist es
etwa fuer eine Stromspitzenerkennung nicht notwendig, dass der
AD-Wandler mehr als 8 Bit hat.

Der Pfiff ist, dass man hochgradig nichtlineare Verfahren anwenden kann,
die analog nur mit erheblichem Aufwand moeglich waeren. Natuerlich muss
bei all dem eine Art Sicherheitszaun geschaffen werden, falls die
Prozessor-Chose mal voll aussteigt. Also eine Art \"Limp Home\" Mode. Das
betrifft in diesem Fall mindestens die Ausgangsspannung und den
Maximalstrom, und u.U. analoge Notabschaltung mit Fehlermeldung.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

 

[Michael Schwingen]

On 2022-11-17, Michael S. <michaely@bigfoot.de> wrote:

Nun, die analoge Regelung funktioniert ja gut.

Schau Dir bei schnellen Lastwechseln an Deinem analogen Netzteil mal die
Übergänge zwischen Strom- und Spannungsregelung an (Windup) und
überlege, ob man das digital nicht besser hinbekommen könnte.

Ja, da gibt es grottenschlechte Designs. Häufig ist der Ausgangskondensator
so groß, daß die Regelung da eh nichts tun kann.

LT\'s DC2132A bekommt das auch analog ganz brauchbar hin:

https://www.analog.com/en/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/dc2132a.html

Es gab da mal einen mehrseitigen Artikel im LT Journal, den ich auf die
Schnelle nicht finde :-(

(was nicht heissen soll, daß eine digitale Regelung da nicht noch was
draufsetzen könnte).

cu
Michael

 

[Joerg]

On 11/18/22 9:46 AM, Michael Schwingen wrote:

On 2022-11-17, Heinz Schmitz <HeinzSchmitz@kra.org> wrote:
Es geht in meinen Faellen meist nicht um den Aufwand, sondern um die
Machbarkeit einer Regelung ueberhaupt. Zum Beispiel bei pulsartiger
Belastung. Da kann ein DSP oder uC sich den Strom ansehen, bemerkt eine
Spitze und nimmt daraufhin den grossen Elektronen-Scheffel. Waehrend
dieses einen Zyklus bricht die Last unerwartet weg, der DSP oder uC kann
sofort abbrechen und auf Teeloeffel-Dosierung gehen.

Es müßte imho nachgewiesen werden, dass das digital mindestens so
schnell geht wie analog.

Klar geht das: wenn ein analoger current-mode-Regler mit 500kHz läuft,
brauchst Du halt ADC und DSP, die die Daten mit dieser Rate (bzw. der
doppelten, Nyquist) durchschieben, dann ist das Ergebnis äquivalent zur
analogen Regelung.

Bleibt das Problem mit der begrenzten Auflösung des ADC, die zusätzliche
Störungen bedingt. Häufig nimmt man dann doch eine (teil-)analoge Regelung.

Der LTC3880 z.B. (ja, ist schon ein paar Jahre alt):

https://www.analog.com/en/products/ltc3880.html

kombiniert eine analoge Regelschleife mit einer langsamen digitalen
Regelung.

Es geht auch umgekehrt, wo die digitale Regelung mit mehr als der
Taktfrequenz des Wandlers arbeitet und eine analoge \"Einbettung\" das
ruppige Regelverhalten ausgleicht sowie fuer Notbegrenzungen sorgt. Die
Parameter beider Regelungen sind allerdings ziemlich unorthodox.

--
Gruesse, Joerg

http://www.analogconsultants.com/

 

[Michael S.]

Am 18.11.2022 um 18:51 schrieb Michael Schwingen:

On 2022-11-17, Michael S. <michaely@bigfoot.de> wrote:

Nun, die analoge Regelung funktioniert ja gut.

Schau Dir bei schnellen Lastwechseln an Deinem analogen Netzteil mal die
Übergänge zwischen Strom- und Spannungsregelung an (Windup) und
überlege, ob man das digital nicht besser hinbekommen könnte.

Ja, da gibt es grottenschlechte Designs. Häufig ist der Ausgangskondensator
so groß, daß die Regelung da eh nichts tun kann.

Ich habe vor 20 Jahren mein eigenes Labornetzteil gebaut, komplett
eigenes Design ohne vorher im Netz recherchiert zu haben (damals gabs ja
auch noch nicht so viel).
Die Lernkurve war sehr steil. Und es war anspruchsvoll, den Regler bei
möglichst kleinem Ausgangskondensator stabil zu bekommen. Naja, das Ding
basiert auf einem LM324 und der ist halt nicht beliebig schnell.

LT\'s DC2132A bekommt das auch analog ganz brauchbar hin:

https://www.analog.com/en/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/dc2132a.html

Es gab da mal einen mehrseitigen Artikel im LT Journal, den ich auf die
Schnelle nicht finde :-(

(was nicht heissen soll, daß eine digitale Regelung da nicht noch was
draufsetzen könnte).

Auch analog kann man zweifelsfrei sehr viel erreichen, wenn man weiß,
was man tut. Allerdings hat man da dann auch ganz schnell Bauteilgräber.


Michael