Voltage Mode
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Der Voltage Mode ist eine grundsätzliche Art einen Gleichstromsteller zu regeln. Die Regelung beobachtet, im Gegensatz zum Current Mode lediglich die Ausgangsspannung und diese Informationen in die Regelgröße um. Die Regelgröße ist in diesem Falle das Tastverhältnis (duty cycle) für den Schalter. Die durch Diode und Schalter zerhackte Spannung, lässt sich wie im Bild durch eine Rechteckspannungsquelle mit dem Tastverhältnis d darstellen.
Der Mittelwert der Eingangsspannung Vin erscheint durch das Filter L, C am Ausgang. Im oberen Bild erkennt man, das der Regler das Tastverhältnis so einstellen muss, dass der Mittelwert der gepulsten Eingangsspannung der gewünschten Ausgangsspannung entspricht. Das Filter 2. Ordnung , mit den Komponenten L und C, glättet die gepulste Eingangsspannung, sodass am Ausgang eine geglättete Dreiecksspannung erscheint.
Aufgrund der verzögernden Elemente L und C ist die Regelschleife instabil, so dass der Regler zwingend eine Kompensationschaltung (F) benötigt. Der Regler besteht aus folgenden Basiskomponenten:
- einem Eingangsverstärker EV
- einem Schleifenfilter F
- einem Sägezahngenerator SG
- einem Komparator Komp
optional:
- einem Integrator I
Der Eingangsverstärker EV verstärkt mit der Verstärkung Aev die Differenz der Ausgangsspannung Vout mit der Sollspannung Vref. Der optionale Integrator verbessert die Regeleigenschaften, indem er die Gleichstromanteile gegenüber den Wechselstromanteilen übergewichtet. Als Ergebnis erhält man eine sehr präzise mittlere Ausgangsspannung im eingeschwungenen Zustand oder Ruhezustand. Das Schleifenfilter dient dazu die unerwünschten mittleren Frequenzanteile zu unterdrücken, die andernfalls zum Schwingen führen würden. Das Signal nach dem Filter wird mit einem Sägezahn verglichen, aus welchem sich das Tastverhältnis bestimmt.
Diese Anordnung wird nur benötigt, wenn sich der Tiefsetzsteller zumindest zeitweise im CCM befindet. Kann man sicherstellen, dass sich der Regler immer im DCM befindet, kann man auf das aufwändige Filter (F) verzichten.
