www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Induktive Last regeln/ richtiges Vorgehen?


Autor: Chris D. (chris79)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Community,

ich habe eine Spule (6 Ohm;40mH -> L/R ~ 6.6ms), deren Magentfeld ich 
zeitkritisch regeln will. Vor einiger Zeit bastelte ich mit eine Lösung 
zusammen, die zwar irgendwie funktionierte, aber mit Sicherheit alles 
andere als optimal war (µC -> DAC -> OpAmp -> Transistor).

Jetzt bei Überarbeitung der Schaltung würde ich gerne hinter dem µC ein 
System stehen haben, welches nicht aus Frickelei besteht.

Schlagworte wie Open Collector und Push-Pull sind mir bei meiner Suche 
zwar ins Auge gesprungen, jedoch erlaubt mit mein bescheidenes 
Basiswissen keine wirkliche Bewertung der Ansätze.

Wäre super, wenn ihr mich kurz auf die richtige Fährte führen würdet.

Hier noch die Rahmenbedinungen:

*Ansteuerung über 3.3V µC PWM
*zu regelnder Strombereich ~ 0-2A (12V sind vorhanden)
*Magnetfeld möglichst glatt (zumindest im niederfrequenten Bereich bis 
mehrere hundert Hertz)
*steiler Anstieg und Abfall des Magnetfeldes
*kont. Strom von ~1A müsste möglich sein


Mit welchem Verfahren gehe ich die Geschichte nun ordentlich an, und 
welches Verfahren wird mir meine Rahmenbedingungen am besten bedienen?

Danke schonmal für die Hilfe,
Beste Grüße
Christoph

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wenn es wirklich schnell geregelt werden soll, so würde ich den Weg 
beschreiten, daß der µC nur die Sollwertvorgabe macht und der 
eigentliche Regler analog arbeitet.
Den Strom zu regeln ist generell schon der richtige Ansatz.
Das Stellglied muß in allen 4 Quadranten arbeiten können, da du ja 
sowohl den Anstieg als auch den Abfall des Magnetfeldes schnell 
ausregeln willst. Ergo kommt sowas wie eine 
(HiFi-)Audio-Leistungs-Endstufe durchaus in Betracht - diese sollte dann 
aber auch DC-fähig sein, d.h. ohne Koppelkondensatoren aufgebaut sein.
Das ganze läuft also auf zwei simple Blöcke hinaus:
a) Die Sollwertvorgabe durch den µC und
b) eine (Audio-)Endstufe, die den Strom durch die Spule ausregelt.

Zu b) sei zu sagen, daß es prinzipiell relativ einfach ist von einer 
üblichen Spannungsregelung auf eine Stromregelung 'umzuschalten'.
Hierbei wird eben nicht die Ausgangsspannung, auf den üblicherweise 
eingesetzten Differenzverstärker in der Eingangsstufe gegeben, sondern 
über einen Stromshunt die dem Strom proportionale Spannung 
zurückgekoppelt. That's all folks.

Autor: Trafowickler ( ursprünglicher ) (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Zu b) sei zu sagen, daß es prinzipiell relativ einfach ist von einer
üblichen Spannungsregelung auf eine Stromregelung 'umzuschalten'.

=> Es kommt hier aber dann die Phasendrehung durch die Induktivität 
hinzu !

Autor: wuif (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kein Problem, entweder, du baust dir das Ganze diskret mit 555 auf, (hab 
ich auch schon so was ähnliches gemacht...), oder, du nimmst einfach 
einen standard current-mode regler IC her, wie zum Beispiel 3843, dann 
ist es ein Kinderspiel...

Autor: Chris D. (chris79)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke euch allen für die Antworten.
Habe mich anhand eurer Empfehlungen ein wenig tiefer in die Materie 
eingearbeitet.

Meine vorherige Variante aus µC -> dac -> opamp (3V3 -> 12V) -> 
transistor war als Emitterfolger dann bis auf den (unnötigen?) DAC ok 
soweit?
Einziger Nachteil: langsamerer Abbau des Magnetfeldes durch den nur 
einen Transistor (-> keine Senke)
(Nebenbei habe ich die parallel zur Spule angeratene Diode vergessen; 
Naja, bisher hat es der Transistor irgendwie überlebt)

I) Welche von euch vorgeschlagene Variante (Push-Pull über 
current-mode-Regler vs. Gegentakt-Endstufe) ist denn die 
'bauteilärmste', und wonach muss ich genau suchen?
(12V vorhanden; -12V nicht)

Mir fehlt leider ein wenig das Gefühl dafür, ob meine suboptimale Lösung 
nicht vielleicht trotzdem schon schnell genug ist:
Der eigentliche Verwendungszweck ist die Ansteuerung eines Dämpfers mit 
magnetorheologischer Flüssigkeit. Hierbei wird die Viskosität des 
Fluids, und damit die Dämpfungseigenschaft des Dämpfers über die Stärke 
des Magnetfelds eingestellt.

Leichte Schwankungen im Magnetfeld werden sich nicht negativ auswirken, 
jedoch ist eine gute Dosierbarkeit und ein schneller Auf- und Abbau des 
Feldes gewünscht.
Schnell bedeutet in meinem Fall: Aufbau und Abbau des Feldes im 
einstelligen ms-Bereich.

II) Kann ich unter diesen Umständen überhaupt per PWM rangehen, oder 
glätten eure o.g. Varianten die PWM bereits ausreichend?


Besten Dank nochmal & schonmal,
Christoph

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>magnetorheologischer Flüssigkeit

Ach sowas.. Hatten wir im Praktikum mal...


>(6 Ohm;40mH -> L/R ~ 6.6ms)

Hm.. Wie wäre es mit einem schaltenden Regler? Sozusagen eine getaktete 
Stromquelle mit externer Sollwertvorgabe...


>ist denn die 'bauteilärmste'

geil ist geil? oder was? Such lieber die techn. sinnvollste Lösung.



>Aufbau und Abbau des Feldes im einstelligen ms-Bereich.

Hm.. Da musst du mal rechnen, welche Spannung du brauchst, um deinen 
Sollstrom in der einen Millisekunde durch 40mH zu drücken..
Ob da 12V reichen...?

Autor: Reinhard R. (reinhardr)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

um 1A/ms zu schaffen brauchst du mindestens 40V (+Verluste). Am 
einfachsten dürfte so etwas mit einer symmetrischen 48V Versorgung 
gehen, man kann sich aber durch eine entsprechende Freilaufschaltung 
(symbolisch gesprochen: Freilfaufdiode mit 40V Forwardspannung) den 
negativen Zweig sparen.

Auf der Uni habe wir einen Apex M39A (apex.cirrus.com) als Stromregler 
für eine induktive Last verwendet, allerdings bei niedrigeren 
Frequenzen. Der war als kostengünstige Alternative zu einem steuerbaren 
Powersupply von Kepco geplant. Das hat grundsätzlich funktioniert, kam 
aber nicht über ein Prototypenstadium hinaus.

Sieh dich mal auf der Apex Seite um. Die haben einige Bauteile die für 
dich interessant sein könnten.

Gruß
Reinhard

Autor: Chris D. (chris79)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Reinhard,
danke für deine Antwort.

Nur zur Richtigstellung: Ich benötige keine 1A/ms, sondern lediglich 
einen Anstieg auf 1A im grobem einstelligen ms-bereich; und wenn es 10ms 
sind, wäre es auch ok.

Und auch wenn Matthias es nicht gerne hört: Mir ist eine Bauteilarme 
Schaltung lieber als eine technisch perfekte. Eine solche überlasse ich 
dann gerne den Spezialisten.

Oder soll ich lieber alles beim alten lassen 
(Emitterfolger+Freilaufdiode)?


Besten Gruß,
Christoph


PS: Es ist keine Aufgabe im Rahmen eines Praktikums, sondern ein 
privates Bastelprojekt (allerdings eins mit Deadline...daher der 
Verzicht auf eine technisch perfekte Lösung)

Autor: Reinhard R. (reinhardr)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Emitterfolger+Shunt+OpAmp sollte eigentlich reichen. Nimm aber besser 
mehrere Freilaufdioden in Serie, oder etwas mit vergleichbarer Wirkung, 
sonst brauchst du deutlich länger als 10ms um den Strom wieder abzubauen 
(~60ms).

Überleg dir auch wie du Shunt und Freilaufdiode relativ zueinander 
verbaust, sonst kannst du unter Umständen den Strom nicht messen wenn du 
ihn runterregelst.

Gruß
Reinhard

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Und auch wenn Matthias es nicht gerne hört: Mir ist eine Bauteilarme
>Schaltung lieber als eine technisch perfekte. Eine solche überlasse ich
>dann gerne den Spezialisten.

Wenn du kein Spezialist bist, dann würde ich dir eher die technisch 
perfekte/saubere Lösung empfehlen. Die kniffreiche, mit wenigen 
Bauteilen ist dann eher für Speizialisten

;-)


>Ich benötige keine 1A/ms, sondern lediglich
>einen Anstieg auf 1A im grobem einstelligen ms-bereich; und wenn es 10ms
>sind, wäre es auch ok.

>(6 Ohm;40mH -> L/R ~ 6.6ms)

        U         -(t/T)
i(t) = --- [ 1 - e        ]
        R

mit
i(t=10ms) = 1   A
L         = 40  mH
R         = 6   Ohm
T         = 6,6 ms


folgt: U >= 7,7 Volt

(Unter der Annahme, dass die Schalter ideal sind ;-)

Autor: Chris D. (chris79)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>(Unter der Annahme, dass die Schalter ideal sind ;-)

Ich benutze immer nur ideale Schalter ;-)

Ne, im Ernst: Danke für die genaue Erläuterung.
Und du hast ja Recht, ein wenig dem gesunden Elektronikerverstand darf 
die Schaltung natürlich schon entsprechen.

Der Hauptgrund, der mit zur Zeit davon abhält, eine Gegentakt-Endstufe 
oder ein anderes Verfahren mit Senke zur Ansteuerung zu nutzen, ist 
(neben der Tatsache, daß ich garnicht weiß, wonach ich genau suchen muss 
-soll ja trotzdem eine integrierte Schaltung ohne viel Peripherie 
sein-), daß ich nicht weiß, ob die Dinger meine PWM weitergeben, und das 
Magentfeld Aufgrund der schnellen Wechselmöglichkeit durch die Senke zu 
unruhig wird.


Quasi sowas:

                                                    +12V
                                        MAX626
                                          _       |
                                         |   \_ -||-+
                              AVR--------|___/   ||->
                                     |           ||-+
                                     |              |
                                    | |
                                    | |
                                     |
                                    ---


Nur anders ;-)

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>daß ich nicht weiß, ob die Dinger meine PWM weitergeben, und das
>Magentfeld Aufgrund der schnellen Wechselmöglichkeit durch die Senke zu
>unruhig wird.

Mal ein kleiner TIp: Das Magnetfeld ist immer proportional zum 
erzeugenden Strom.
Und ein Strom in einer Induktivität kann sich nur endlich schnell 
ändern:

 diL(t)      uL(t)
-------- = --------
   dt         L

Hier mal was zum SPielen:
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html

Ignorier einfach den AUsgangs-C und setze das Ia so wie du willst, und 
das Ua, damit mit dem Ia deine 6Ohm entstehen...

Autor: Chris (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Danke euch allen; habe das Gebiet jetzt so langsam ein wenig verstanden 
:-)

Ausgesucht habe ich mir jetzt eine Vollbrücke von Allegro: A3950 (3V3 
Ansteuerung, wenig Peripherie nötig).

Die Wahrheitstabelle:

Phase | Enable | Mode | OUT A | OUT B | Function
  1       1        X      H       L     Forward
  0       1        X      L       H     Reverse
  X       0        1      L       L     Slow Decay (Brake)
  1       0        0      L       H     Fast Decay Sync Rectificaton
  0       0        0      H       L     Fast Decay Sync Rectificaton


Ich nehme an, daß ich hierbei lediglich die PWM an Enable legen muss.
Unsicher bin ich mir nur noch, ob das System für mich besser bei Mode=0 
oder Mode=1 arbeitet (Also Feldstärkenjustierung über 100%/show decay 
oder 100%/fast Decay).

In beiden Fällen sollte die Supressor-Diode unnötig sein, aber mit 
welcher Variante fahre ich besser?

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.