Regelung von Schaltnetzteilen mit LTspice® und Python

Das Seminar ist in vier Teile gegliedert und behandelt die Modellbildung, die analoge und die digitale Reglung von Schaltnetzteilen.

Zu Beginn werden im ersten Teil die notwendigen Elemente der Softwaretools kurz vorgestellt.

Im zweiten Teil wird die Modellbildung behandelt. Basierend auf den Modellen sind Zeit- und Frequenzbereichssimulationen möglich. Dabei werden Betriebszustände wie stromkontinuierlicher Betrieb und Lückbetrieb unterschieden, wie auch die Strukturen voltage-mode und current-mode. Neben den klassischen Übertragungsfunktionen werden die Einflüsse von Eingangsfiltern und Last angegeben. Zusätzlich werden softwarebasierende Frequenzganganalysen mit Hilfe von LTspice und Python angegeben. Angeleitete Simulationsübungen vertiefen die behandelten Themen.

Der dritte Teil bespricht die analoge Regelung von Schaltnetzteilen. Beginnend mit der Vorstellung von typischen Reglerschaltungen und deren Bauteilbestimmung werden Dimensionierungsverfahren für voltage-mode und currrent-mode Regelungen vorgestellt. Regelungen von Tiefsetzstellern verifizieren die Verfahren. Weitere Beispiele sind Regelungen von Sperrwandlern mit Potentialtrennung und eine Leistungsfaktorkorrektur. Bevor der softwaregestützte Entwurf in einer Übung vertieft wird, werden weitere Regelungsverfahren vorgestellt, wie z. B. Zustandsregelung, Hystereseregelung oder optimale Regelung.

Im letzten Teil wird die digitale Regelung besprochen. Zunächst werden Diskretisierungsverfahren nach dem Substitutionsprinzip und der z-Transformation vorgestellt. Zunächst wird die Regelung mit einem digitaliserten Regler vorgestellt. Danach wird ein Regler für eine digitalisierte Beschreibung eines Tiefsetzstellers mit dem Wurzelortsverfahren entworfen und verifiziert. Weiterhin werden spezielle Themen digitaler Regler wie Dead-Beat-Regelung, Wortlängeneffekte und Grenzzyklen angesprochen. Die Simulationsübung untermauert die dargestellten Inhalte.