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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Referenzspannung mit PWM


Autor: Cedric Gasser (Gast)
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Hallo zusammen

Zuerst möchte ich anmerken das ich ein absoluter Neuling auf dem Gebiet
von PWM (Pulsweitenmodulation) bin. Ich habe versucht mich ins Thema
einzulesen mit verschiedenen Beiträgen in dem Forum hier und auch mit
der Informationsseite von mikrocontroller.net.
Mitterweile habe ich eine grobe Ahnung wie PWM funktioniert und wie man
damit einen Motor ansteuert. Allerdings habe ich immer noch keine Ahnung
wie ich mein Problem lösen soll.

Nun zu meinem Problem:
Ich soll mithilfe eines Mikrocontrollers ein PWM-Signal erzeugen mit
einer Auflösung von 8-Bit.
(Also von 0 Teilen eingeschaltet und 255 Teilen ausgeschaltet bis 255
Teilen eingeschaltet und 0 Teilen ausgeschaltet.)

Diese Signalleitung soll dann galvanisch getrennt zu einer
Spannungsüberwachung geführt werden wo daraus eine Referenzspannung
(0V-5V) erzeugt werden soll. Die Referenzspannung wird dann von einem
Operationsverstärker der als Komperator geschaltet ist verwendet. Das
heisst die Referenzspannung wird also kaum (vernachläsigbar) belastet.

Meine Frage besteht nun darin wie ich aus diesem PWM-Signal eine
Referenzspannung erzeuge.

Auf euerer Seite habe ich dann das gefunden:

Zitat --- Digital-Analog-Wandler: Bildet man mit einem analogen
Tiefpassfilter den Mittelwert der Spannung, kann man die
Pulsweitenmodulation zum Erzeugen von Analogsignalen verwenden
(Digital-Analog-Wandler). Da beim PWM-Signal selbst nur zwei
verschiedene Spannungen verwendet werden, wird das manchmal auch als
1-Bit-DA-Wandler bezeichnet; dieser Begriff ist aber ziemlich
irreführend, da er nichts mit der Auflösung des resultierenden
Analogsignals zu tun hat.

Der Filter könnte zum Beispiel durch eine einfache passive
RC-Kombination realisiert sein. Der Filter entfernt die hohe
PWM-Grundfrequenz und läßt das geglättete Analogsignal übrig. Die
Grenzfrequenz muss so gewählt werden, dass die PWM-Grundfrequenz
ausreichend unterdrückt wird (Sperrdämpfung); gleichzeitig muß sie aber
auch hoch genug sein, um das gewünschte Analogsignal nicht zu verändern.
--- Zitat Ende.

Meine Frage ist nun welche Frequenz mein PWM im idealfall haben soll
und welche Grenzfrequenz ich für den dazu entsprechenden Filter wählen
soll. Dabei sollte die Referenzspannung dann möglichst geglätet sein.

Auch toll wäre es wenn mir wer einen Link geben könnte wo ich gute
Theorie zum Thema PWM finden könnte da ich kaum was brauchbares
gefunden habe über Google.

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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>Dabei sollte die Referenzspannung dann möglichst geglätet sein.

Und genau das ist der springende Punkt, könntest Du die
"Restwelligkeit" mal in absoluten Zahlen definieren?

Denn jetzt kann man entscheiden, ob ein einfaches RC-Glied diese
Aufgabe erfüllen kann, oder ob es sehr komplizierte Filtersysteme sein
müssen.


Auch die Frage der "Trägheit" dieser gefilterten Spannung ist von
Bedeutung, denn ist Deine gefilterte Referenzspannung zu träge, dann
schwingt vielleicht sogar das ganzes System?

Autor: Cedric Gasser (Gast)
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Cool noch mehr Fragen als vorher :-)

Trotzdem erstmal Danke Bernhard

Zur "Restwelligkeit":
Ehrlich gesagt habe ich noch keine Ahnung wie genau die
Referenzspannung sein soll, allerdings muss ein einfaches RC-Glied
reichen, da die Schaltung nicht zu kompliziert werden darf.
Ich hoffe aber das es möglich ist die Welligkeit so im Bereich von +/-
0.1 Volt zu halten
Eigentlich möchte ich nur wissen wie ich die Frequenz des PWM-Signals
am besten wähle und wie ich dann den dazu passenden Filter berechne.

Zur "Trägheit":
Ich weiss jetzt ehrlich gesagt nicht genau was du damit meinst. Wenn du
damit meinst wie oft die Referenzspannung ändern soll, dann kann ich
sagen das man sie beim Mikrocontroller einmal einstellt und dann eine
Weile so lässt.

Ich hoffe jetzt das ganze mit einem einfachen RC-Filter möglich ist, da
die kommplette Schaltung schon kompliziert genug ist und diese
Referenzspannung nur ein kleiner Teil ist.

Autor: Markus (Gast)
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Hallo,
also je höher die PWM Frequenz desto besser die Auflösung.
I.d.R. dürfte es reichen, wenn Du eine PWM Frequenz von einigen kHz
nimmst und einen einfachen RC-Tiefpass einbaust, der ab der Hälfte der
benutzten PWM Grund-Frequenz sperrt.
Dadurch wird die Grundfrequenz der PWM sehr gut ausgesiebt.
Wie das mit Einstrahlungen in Deine Spannung usw. aussieht kann ich Dir
leider nicht beantworten.
Ich würde es an Deiner Stelle einfach mal ausprobieren ;)
Du könntest auch zwei PWMs nehmen und z.B. einen MAX 295 als Filter
höherer Ordnung einbauen.
Eine PWM stellt dabei durch die Frequenz den Filter auf die benötigte
Sperrfrequenz ein, während die zweite PWM Deinen Analogwert einstellt.
Bye,
Markus

Autor: Dirk (Gast)
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Hi,

>Du könntest auch zwei PWMs nehmen und z.B. einen MAX 295 als Filter
>höherer Ordnung einbauen.

es wuerden auch 3 Tiefpaesse reichen oder ein OP mit richtiger
Beschaltung.

Stichwort: aktiver Tiefpass

Gruß,

Dirk

Autor: Dirk (Gast)
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PS.: In der STK500 Schematic sieht man eine der vielen Moeglichkeiten
eine Referenzspannug zu erzeugen.

Dirk

Autor: Bernhard S. (bernhard)
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@Cedric

>Cool noch mehr Fragen als vorher :-)

Ist manchmal besser so, damit man(n) nicht aneinander vorbeischreibt

>Eigentlich möchte ich nur wissen wie ich die Frequenz des PWM-Signals
>am besten wähle und wie ich dann den dazu passenden Filter berechne.

Ich würde Dir eine Frequenz zwischen 1kHz und 20kHz empfehlen.

Bergründung:
-bei zu niedrigen Frequenzen werden die Kapazitäten ziemlich groß
-bei zu hohen Frequenzen kommt man dan langsam in den HF-Bereich und da
erwarten Dich andere Problemchen

>allerdings muss ein einfaches RC-Glied
>reichen, da die Schaltung nicht zu kompliziert werden darf.

Rechne es doch mal durch und teste es, ich würde für den Anfang
vorschlagen:

ein R von ca. 10k und ein C von 10µ


würdest Du den C extrem vergrößern (1000µF), dann ist zwar Deine
Restwellgkeit Deines Signals sehr gering, aber:

ändert sich Deine PWM (Tastverhältnis), dann ändert sich die
Ref-Spannnung erst nach einigen Sekunden, d.h. das System ist etwas
träge

Autor: Cedric Gasser (Gast)
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Super, Dank dir vielmals Bernhard

Damit kann ich was anfangen.

Ich hab das ganze jetzt auch kurz im ORCAD PSpice ausgetestet und es
funktioniert soweit gut. Ich muss nur noch den passenden Kompromiss
zwischen Welligkeit und Einschwingzeit finden. Das mache ich aber erst
wenn ich mein PWM-Signal generiert habe.

Nochmals danke an alle für die Anteilnahme an meinem kleinen Problem^^

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