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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik PWM für Netzteil: Wie richtig glätten?


Autor: Kersten Decker (unbenannt-editor)
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Hi!
Ich möchte per PWM Sollwerte für Strom und Spannung bei einem
Netzteilprojekt vorgeben.
Die Auflösung soll > 10 Bit sein, also etwas höher als der ADC.

Ich verwende derzeit einen ATmega8L mit 8 Mhz, ich könnte ihn aber
durch einen Atmega8 mit 16 Mhz ersetzen.

Die beiden geglätteten PWM-Signale sollen letztenendes auf OPs gehen.

Der Ausgang des Netzteils ist derzeit testweise über Potis regelbar
(0-35V, 0-2,3A). Die Restwelligkeit beträgt laut Schaltungsbeschreibung
<1mVVeff (spannungskonstant) bzw. <0,1% (stromkonstant). Wie bekomme ich
die Sollwertvorgabe mit PWM hin, ohne einen Funktionsgeneratur zu
erhalten ;-) ?

Ich habe viele Beispiele gefunden, vom einfachen RC oder LC-Tiefpass
bis hin zu Filtern Xter Ordnung mit mehreren OPs, aber welcher Aufwand
ist gerechtfertigt und wie berechnet man das?

Gruß

Kersten

Autor: Schmidi (Gast)
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Ein einfacher RC Tiefpass sollte reichen wenn die Zeitkonstante des
Filters (1/(R*C)) viel viel groesser als Deine PWM Frequenz ist.

Schnell muss sich Deine Ausgangsspannung ja nich aendern, oder?

Autor: Rahul (Gast)
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Man kann die Spannung noch weiter glätten, wenn man (Tiefpass-)Filter
höherer Ordnung einsetzt.

Autor: Schmidi (Gast)
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Warum?
Bin leider nicht sehr sattelfest bei den Filtern aber soweit ich weis
ist der unterschied zwischen 1. Ordnung und 2. Ordnung (usw.) "nur"
die Steilheit des Filters oder?

Wenn man nur den Gleichanteil braucht (bzw. sehr niedrige Frequenzen)
sollte es dann reichen wenn der Filter fuer eine sehr niedrige
Grenzfrequenz dimensioniert ist und die PWM Frequenz viel viel hoeher
als die Grenzfrequenz. (Es sei denn man muss die Ausgangsspannung
"schneller" veraendern).

Autor: Kersten Decker (unbenannt-editor)
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Danke für Eure Antworten!

@Schmidi: Die Geschwindigkeit ist unkritisch, es geht ja nur um die
Sollwertvorgabe, es darf also ruhig eine Sekunde dauern :). So wie ich
das in der Wikipedia lese, verstärkt sich durch die höhere Ordnung die
Dämpung oberhalb der Frequenz.

Ich habe auf dem theoretischen Gebiet (vor allem bei Analogtechnik) ein
ziemliches Defizit. Wie würde ich beim Tiefpass generell vorgehen?
PWM-Frequenz bestimmen (Fast PWM):
8000000/(1+ 2^11)=3,9khz

Tiefpass:
f=1/(2piRC) so dass f wie groß ist?

Autor: Johannes Raschke (Gast)
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Hm, blöd nur, wenn wegen des Ausgangsfilters auch die Lastausregelung
eine Sekunde dauert... Das würde ich beachten!

Autor: Kersten Decker (unbenannt-editor)
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@Johannes: Der Mikrocontroller gibt nur die Sollwerte vor, also z.B.
"5V, maximal 300mA". Das Ausregeln der Spannung und die
Strombegrenzung erledigt der Analogteil der Schaltung, der
Mikrocontroller muss dabei garnichts machen. Ich will mit dem
Mikrocontroller im Grunde nur 2 Potis (Strom und Spannung) ersetzen und
natürlich ein paar Extras (digitale Anzeige der Ausgangswerte,
Schnittstelle, Presets...usw).

Am Anfang wollte ich das Netzteil komplett per Mikrocontroller regeln
lassen, aber bis der ADC 3 Messungen durchgeführt hat und dann Soll und
Ist verglichen wurden und der PWM-Ausgang korrigiert wird....

Autor: Mario Mauerer (Gast)
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Step-Down-Converter??

Autor: Schmidi (Gast)
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f=1/(2*PI*R*C), würde es mal in der Groessenordnung von 10 kOhm und 100
uF probieren. Wenn ich mich nicht verrechnet habe sollte das so ca. 3
Größenordnungen darunter liegen. Die Dämpfung des PWM Taktes sollte
damit ca. -12 dB (-3dB - 3*3dB) betragen. Naja, wenn ich's mir so
überlege ist das nicht sehr viel. Vielleicht solltest Du doch einen
Tiefpass höherer Ordnung nehmen - oder den Widerstand bzw. Kondensator
größer wählen.

Kannst ja die Schaltung mal aufbauen und mit einem Oszi die
Restwelligkeit messen. Wenn Du nach dem Filter OPAMP Eingänge hast
sollte sich die Restwelligkeit auch in der fertigen Schaltung nicht
mehr wesentlich verändern.

Welche Ausgänge hat dein MC PWM? Open Collector mit Pull-Up oder
Push-Pull?

Autor: Kersten Decker (unbenannt-editor)
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PWM erzeuge ich mit dem Atmega8(L) an OC1A und OC1B. Ich denke mal es
ist ein open collector, ist aber eher geraten. Kannst Du die Begriffe
kurz erklären?

Autor: Unbekannter (Gast)
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1 Millivolt bei 35 Volt sind -90 dB. Du brauchst also einen Filter, der
bei 3,9 kHz eine Dämpfung von mindestens 90 dB hat.

Ein Filter 1. Ordnung macht pro Dekade 20 dB. Dann müsste die
Eckfrequenz des Filters mindestens 4,5 Dekaden unter 3,9 kHz liegen.

D.h. beim Filter 1. Ordnung müsstest Du die Eckfrequenz auf maximal ca.
0,12 Hz legen. Die RC-Kombination dazu kannst Du Dir leicht ausrechen,
nämlich unbrauchbar.

Beim Filter 2. Ordnung machst Du pro Dekade 40 dB, bräuchtest also nur
2,25 Dekaden, als ca. Faktor 180. D.h. Eckfrequenz auf maximal 22 Hz.

Da die zweite Stufe des Filters die erste nicht belasten darf, wird das
aus zwei kaskadierten RC-Filtern ziemlich hochohmig. Also brauchst Du so
oder so einen OPV.

Dann würde ich gleich einen Filter 3. Ordnung wählen. Die erste Stufe
ein passiver RC-Filter und dann ein aktiver Filter 2. Ordnung mit OPV.
Dann brauch die Grenzfrequenz auch nicht so niedrig sein und die
Kondensatoren werden kleiner.

Autor: Schmidi (Gast)
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@Unbekannter: Danke! Da merkt man wie lange man schon weg von der Schule
ist. Natuerlich -20 dB/Dekade und nicht -3 dB - das war ja dass mit der
Grenzfrequenz.

@Kersten: Beim Open Collector hast Du normalerweise intern einen sehr
hochohmigen Pull-Up Widerstand der den Ausgang gegen
Versorgungsspannung zieht. Gegen Masse wird oder Open Collector Ausgang
mit einem Transistor gezogen.
Wenn Du einen Tiefpass direkt am Ausgang anschliesst musst Du diesen
Pull-Up Widerstand beruecksichtigen.
Bei Push-Pull Ausgaengen wird der Ausgang ueber einen Transistor
jeweils hart gegen Masse oder Versorgungsspannung gezogen.

Autor: Rahul (Gast)
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>Beim Open Collector hast Du normalerweise intern einen sehr
hochohmigen Pull-Up Widerstand der den Ausgang gegen
Versorgungsspannung zieht

Nö, da ist gar keiner... Deswegen ja auch Open-Kollektor, weil da
keiner ist. Wäre da einer, dann hätte man Probleme mit 5V 24V oder
sogar nur 3V zu schalten...
So muss nur ein gemeinsames Bezugspotenzial (Masse/GND) vorhanden sein.

Autor: Kersten Decker (unbenannt-editor)
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Ich habe hier
http://ntife.ee.tu-berlin.de/personen/kusch/downlo...
ein Netzteilprojekt gefunden. Für die Sollwertvorgabe mit PWM ist auf
Seite 23 eine Filterschaltung.

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