Digital Power

Grundlagen digital geregelter Stromversorgungen und deren Vorteile in industriellen Anwendungen

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Die Mitte der 70er Jahre fortschrittlichsten Mikroprozessoren waren 8-Bit-Bausteine wie der 8080 von Intel (Archiv: Vogel Business Media)

Obwohl heute fast überall Digitaltechnik anzutreffen ist, sollten wir uns an Trey Burns erinnern, der einen PDP-11/45 zur Steuerung und Simulation seines Modells verwendete. Die damals fortschrittlichsten Mikroprozessoren waren 8-Bit-Bausteine wie der 8080 von Intel, entwickelt von Federico Faggin (Bild 1).

Mikroprozessoren beschleunigen die Entwicklung digitaler Stromversorgungen

Die schnelle Entwicklung der Mikroprozessoren hat die Forschung in Sachen digitaler Stromversorgung und -regelung voran getrieben. Seit der PESC 1977 wurden jährlich neue Vorträge auf verschiedenen Konferenzen präsentiert, die das wachsende Interesse der Forschungsgemeinde an Digitaltechnik für Stromversorgungen bekundete. Der Fortschritt war zwar beachtlich, aber erst Mitte der 80er-Jahre konnte man behaupten, dass nach fast zehn Jahren Forschungsarbeit eine kommerzielle Applikation zur Anwendung bereitstand.

Digitaler Regelkreis auf Basis eines TTL-Bausteins der Serie 7400F

Betrachtet man die PESC 1977 als Auslöser der Forschungsarbeit für Digital Power, sind die Jahre 1984 und 1985 der zweite Meilenstein in der Weiterentwicklung digitaler Stromversorgungen. Chris Henze schloss z.B. seine Doktorarbeit an der University of Minnesota unter der Leitung von Ned Mohan ab. Henze veröffentlichte interessante Teile seiner Arbeit auf der PESC 1985 in Toulouse. Darin verwendete er einen Mikroprozessor und schaltete einen nicht isolierten DC/DC-Wandler dieser Zeit bei einer angemessenen Frequenz. In seiner Arbeit beschrieb er Quantisierungsaspekte und den Bedarf des Dithering, um eine geeignete PWM-Auflösung zu erhalten.

Der digitale Regelkreis dieses PESC-Vortrags basierte auf einem TTL-Baustein der Serie 7400 F. Dieser wurde von Hand mit Draht umwickelt zusammengebaut. Der Controller maß 8“ auf jeder Seite. Die Bauteile (meist 14- oder 16-Pin-DIPs) befanden sich allesamt in Sockeln. Das System wurde über einen Quarz-Oszillator mit 20 MHz getaktet.

Früher Übergang von der Forschungsarbeit zu kommerziellen Anwendungen

Nach vielversprechenden Ergebnissen baute Henze eine halbindustrielle Version des Digitalcontrollers, die sämtliche Digitallogik in einem Gate-Array vereinte. Später entstand eine Stromversorgung mit 270 V DC-Eingangsspannung und 5 V Hauptausgangsspannung sowie ±12 V Hilfsspannung für Avionik-Anwendungen.

Henzes Übergang von früher Forschungsarbeit zu kommerziell möglichen Anwendungen ist einer der vielen Vorhaben die gegen Ende der 80er-Jahre und Anfang der 90er-Jahre stattfanden. Zu dieser Zeit interessierten sich immer mehr Entwickler für den Einsatz von Mikroprozessoren in Stromversorgungen.

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