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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Anti-Aliasing bei ADC für Schaltnetzteile


Autor: stephan (Gast)
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Hallo,

innerhalb der Ansteuerelektronik eines Schaltnetzteil soll der 
Analogwert (gemessener Strom bzw. Spannung)
digital gewandelt werden. Hierzu wird ein AD Wandler verwendet.
Der am AD-Wandler anliegende Analogwert ist natürlich störbehaftet 
aufgrund der Schaltfrequenz.

Frage:
Wenn ich die Abtastfrequenz genau gleich der Schaltfrequenz des Wandlers 
wähle, muss ich dann mit Aliasing-Effekte rechnen ? (von den 
HF-Störungen mal abgesehen)
Das Störsignal hat ja dann ein Spektrum mit der Abtastfrequenz als 
Grundwelle, zuzüglich Oberwellen die ein Vielfaches davon sind.
Wenn die Störfrequenz also gleich der Abtastfrequenz ist, beträgt die 
Spiegelfrequenz genau 0 Hz, richtig ?
Das bedeuted, ich bekomme dann einen DC-Offset (0Hz=DC).

In unserem konreten Fall befindet sich der AD-Wandler innerhalb einer 
Regelschleife. Offsetfehler können vom Regler kompensiert werden, führen 
demnach zu keiner Schwingung, daher aus meiner Sicht unkritisch...
Reicht es also, den ADC mit der Schaltfreqeunz abzutasten, oder sollte 
die Abtastfreqeunz wesentlich höher als die Schaltfrequenz gewählt 
werden ??

Danke schonmal
Gruß Stephan

Autor: Michael R. (Gast)
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Das geht so. Lege den Abtastzeitpunkt möglichst an eine Stelle der 
Periode, an der normalerweise keine Schaltflanke zu erwarten ist, also 
kurz vor dem nächsten Einschalten oder kurz danach.
Wie gesagt, erhälst Du einen Offsetfehler. Dieser ist vom Arbeitspunkt 
abhängig. Du kannst, wenn Du einen PI-Regler verwendest, den P-Regler 
direkt mit diesem Signal füttern, den I-Regler dann aus dem 
vorgefilterten Messwert.

Michael

Autor: stephan (Gast)
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hi...

bist du Michael Rübig ? ;)

Autor: Mark (Gast)
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Man wählt die Abtastfrequenz immer doppelt so hoch wie die höchste im 
Signal enthaltene Frequenz (Shannon). Zusätzlich erhöht man die 
Abtastfrequenz in der Praxis nochmals um 10 %.
Hast du Probleme wegen der Abtastfrequenz oder warum willst du sie nicht 
erhöhen?

Autor: stephan (Gast)
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schon klar, aber so hoch kann ich leider nicht abtakten, weil der ad 
wandler nicht dafür ausgelegt ist.
wenn der AD Wandler in meiner Regelschleife drin ist,
und ich die eckfrequenz vom antialias-filter aber wiederum zu niedrig 
lege, dann hat es negativen einfluss auf die regeldynamik (zusätzliche 
verzögerungsglieder).

es gibt normalerweise einen trick, oversampling, d.h. man tastet mit 
einer hohen frequenz z.b. 5MHz ab, hat dann den vorteil, dass man den 
analogen vorfilter einfacher auslegen kann.
den rest könnte man dann digital filtern.
in unserem falle aber leider nicht realisierbar...

der trick, die spiegelfrequenz genau auf Null zu legen, sollte 
eigentlich klappen....

Autor: Jens G. (jensig)
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@Mark
>Man wählt die Abtastfrequenz immer doppelt so hoch wie die höchste im
>Signal enthaltene Frequenz (Shannon). Zusätzlich erhöht man die
>Abtastfrequenz in der Praxis nochmals um 10 %.

Falsch. Weil im falschen Zusammenhang zitiert. Wir wollen hier keine 
Sinuskurven digitalisieren, die später wieder als Sinus erscheinen 
sollen, sondern wir wollen hier einfach nur die Ausgangsspannung messen. 
Die Taktfrequenz ist einfach nur als Störung zu betrachten, die man 
weghaben will. Und da ist der Weg von Stephan 
(Abtastfrequenz=Schaltfrequenz) sicherlich sehr gut geeignet.

Autor: Michael R. (Gast)
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Wenn man bei einem Schaltnetzteil den unvermeidlichen Rippel nicht 
mitsamplen will, bleibt einem keine andere Wahl, als genau synchron mit 
der Schaltfrequenz zu samplen. Das ist der effektivste Weg, die 
Schaltfrequenz vollständig aus dem Messsignal zu eliminieren, nur ein 
Offsetfehler bleibt.
Mit massivem Oversampling würde man zwar den Rippel exakt abbilden 
können und dann digital ausfiltern, hat aber am Ende keinerlei Vorteile, 
außer dass man den Offset weg hat.
Das kostet aber massiv Rechenzeit. Oversampling bringt auch keinen 
Phasengewinn, denn den aktuellen Wert kann man frühestens nach Abschluss 
der Schaltperiode ermitteln, nämlich dann, wenn man alle Werte der 
Periode gemittelt hat.
Wartet man die Periode nicht ab und nimmt sich zu einem beliebigen 
Zeitpunkt den aktuellen Wert aus dem Filterausgang raus uns speist ihn 
in den Regler ein, regelt dieser fleißig auf den Aliasing-Effekten rum 
und das kann im schlimmsten Fall zum Schwingen führen.

Michael

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