Digital Power Grundlagen digital geregelter Stromversorgungen und deren Vorteile in industriellen Anwendungen

Autor / Redakteur: Patrick Le Fèvre* / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Digital geregelte Stromversorgungen sind auf dem Vormarsch. Während Digital Power für Anwendungen wie USV, Computer oder mobile Applikationen nichts Neues ist, dauert es bei anderen, z.B. leiterplattenmontierten Produkten, noch einige Zeit, bis die Technologie dort eingesetzt wird.

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Digital geregelte Stromversorgungen erobern immer mehr Anwendungen
Digital geregelte Stromversorgungen erobern immer mehr Anwendungen
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Anfänge digital geregelter Stromversorgungen reichen auf Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten bis in die Mitte der 70er-Jahre zurück. Trey Burns, N.R. Miller und andere waren die Pioniere auf diesem Gebiet. Digital Power nahm gerade einen Platz in der Stromversorgungsindustrie ein und erreichte einen Reifegrad, bei dem Entwickler den Einsatz der Technologie erwägten.

Von der linearen zur getakteten Stromversorgung

Zu dieser Zeit fand auch der Übergang von linearen zu Schaltstromversorgungen statt. Trey Burns erforschte das State-Trajectory-Control-Gesetz bei DC/DC-Aufwärtswandlern und verglich zwei Realisierungsarten: mit einem Digitalprozessor oder mit Analogschaltkreisen.

Die Ergebnisse wurden auf verschiedenen Konferenzen vorgestellt. Die PESC 1977 wird aber als Ursprung der Entwicklungsarbeit in Sachen digitaler Ansteuerung und Überwachung von DC/DC-Wandlern angesehen (Entwickler der Bell Labs, Norman Richards Miller präsentierte einen Ansatz zur digitalen Steuerung eines Schaltreglers; Victor B. Boros eine serielle digitale Implementierung von Rückkopplungskreisen für Power-Conditioning-Einrichtungen).

Boostwandler mit Minicomputer als Controller

Interessant zu dieser Zeit war, dass ein experimentelles Produkt von Trey Burns, ein Boost-Wandler, mit einer Schaltfrequenz von 100 Hz arbeitete. Das kling heute zwar langsam, damals aber war dies notwendig, da es bis zu 450 μs dauerte, das digitale Programm pro Sample auszuführen. Der Digitalcontroller war ein Minicomputer PDP-11/45.

Der Boost-Wandler wurde mit einer sehr großen und schweren Cut-C-Core-Induktivität von 10 mH und einer Kapazität von etwa 13.000 μF aufgebaut. Das Forschungsteam rollte den Schaltkreis auf einem Fuhrwerk zum Computer. Aus der Keynote von Victor Boros zur PESC 1977 stammt das Zitat: „Heute sind digitale Controller wirtschaftlich und technisch machbar. Die Steuerungsfunktion ist nicht komplizierter wie die Schaltkreise, die sich in Handrechenmaschinen befinden, und die Kosten sind vergleichbar einer LSI-Schaltkreisverkleinerung.“

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