Mit einem ESP32-WROOM-32 schalte ich über 6 PWM-Leitungen MOSFETs. Die
Schaltvorgänge erzeugen auf der Spannungsversorgung unschöne Transienten
mit 40 mV Amplitude in der Frequenz der PWM (8 kHz). Siehe Anhang
(Gemessen mit Massefeder).
Für eine pH Messschaltung auf der selben Platine ist das Mist.
Verlässliche Messungen bei eingeschalteter PWM sind nicht möglich.
Welche Möglichkeiten habe ich, diese Transienten weg zu bekommen? Ein
Entkoppelkondensator ist vorgeschaltet, ist aber offensichtlich nicht
ausreichend.
Würde ein ferrite bead das Problem lösen?
Bevor ich mir bei Reichelt jetzt 10 verschiedene ferrite beads kaufe und
5 Tage ins Land gehen wollte ich mal fragen, ob mir jemand sachdienliche
Hinweise liefern kann.
rasz schrieb:> wollte ich mal fragen, ob mir jemand sachdienliche> Hinweise liefern kann.
Kann auch sein, dass du nicht optimal gemessen hast (Skope). Vermutlich
geht zwar deine pH-Messung nicht richtig, das muss aber nicht
zwangsweise über die Versorgung hereinkommen.
Die Skope-Messung sollte nicht mit dem langen Masseclip erfolgt sein,
sondern mit einer Massefeder. Erst dann glaube ich, dass wirklich die
Spannung versaut ist. Hast du zum Prüfen schon mal den pH-Messteil mit
einer externen Spannungsquelle versorgt und geht es dann gut? Meine
Befürchtung ist, dass es auch auf anderen Wegen einstreuen kann.
Ohne den Aufbau zu kennen (Anordnung, Leitungsführung der Versorgung)
und selber gemessen zu haben, ist natürlich das alles mit einem Schuss
Spekulation behaftet.
Ein Ferritbead wird dir kaum helfen, die Schwingung auf deinem Bild
sieht nach ca. 1MHz aus, da wirken die noch nicht brauchbar. Es müsste
schon ein Spule mit einigen 10µH sein; in CLC-Anordung, wie oben genannt
wurde.
Hartmut . schrieb:> pi-filter bzw. doppel-pi-filter..mit ordentlichen induktivitäten> und> ordentlichen low-esr kapazitäten...
Hast du einen Vorschlag für Bauteilwerte?
Stefan ⛄ F. schrieb:> Ich würde den analogen Teil eh entkoppeln. Manchmal reicht dazu> ein> simpler R/C Filter.
Hab ich schon probiert, ist wohl nicht ausreichend. Ist auch knapp
hinsichtlich der Spannung,da ich aus den 3.3 V Versorgung noch 3.0 V
Referenzspannung mache.
klillerbiene schrieb im Beitrag #7046979:
> Genaueres was nötig wäre, oder sogar dessen Dimensionierung oder> Platzierung, ist aus o. a. Gründen nicht zu nennen.
Danke für die Tipps. Anbei ein Bild des Layouts. Unten Rechts der pH
Part. Oben links gehen die PWM-Leitungen vom ESP weg. Die eingehenden
3.3 V werden mittels Spannungsreferenz (LM4040D30FTA) auf 3.0 V
gebracht, dann auf 1.5 V geteilt und auf die Schirmung gegeben. Die
Spannung der Sonde geht über einen Spannungsfolger auf einen I2C ADC.
Der Hauptverbraucher der Messschaltung wird der ADC (ADC121C021) sein.
Laut Datenblatt 0.26 mW. Als Vorwiderstand der Spannungsreferenz hab ich
auf 220 Ohm verwendet.
Ups, da sind zwei Bilder in den Anhang gerutscht im vorigen Beitrag.
HildeK schrieb:> sondern mit einer Massefeder
Ja, ist mit Massefeder gemessen, steht auch im ersten Beitrag :)
Wenn die PWM deaktiviert ist, sind die Ergebnisse der Messung OK, daher
vermute ich schon, dass es sich um diese Einstreuung handelt.
rasz schrieb:> Ja, ist mit Massefeder gemessen, steht auch im ersten Beitrag :)
Ok - alles gut, mein Fehler. 😀
rasz schrieb:> Hab ich schon probiert, ist wohl nicht ausreichend. Ist auch knapp> hinsichtlich der Spannung,da ich aus den 3.3 V Versorgung noch 3.0 V> Referenzspannung mache.
Dann ist halt ein L notwendig, da hast du fast keine Drop. Induktivität
möglichst groß, was halt der Platz hergibt. Die muss ja nicht komplett
auf dem pH-Teil platziert sein und direkt davor sehe ich schon noch Raum
für lockere 100µH.
Das Layout sieht auf Anhieb so schlecht nicht aus.
Uh, OK, ich glaube, ich messe doch Mist. Ich habe die
Spannungsversorgungsleitung mal aufgetrennt und 47 uH eingelötet. Keine
Änderung in der Messung mit Oszi.
Dann einfach mal das die Messspitze und Massefeder in die
gegenüberliegenden Löcher des Net-Tie, dass die pH Masseflächen vom Rest
trennt. Und: Es ergibt sich die gleiche Kurve mit den Störungen drauf.
Ist also schon der kleine Kreis mit Massefeder und Messspitze genug um
die Störung aufzufangen?
Noch mal im Detail, was geschaltet wird: Es handelt sich um eine
6-kanalige LED Leuchte. Jeder Kanal wird mit 24 V und 250 mA betrieben.
rasz schrieb:> Ich habe die> Spannungsversorgungsleitung mal aufgetrennt und 47 uH eingelötet. Keine> Änderung in der Messung mit Oszi.
Einen Kondensator auf der pH-Seite ist schon notwendig; 1µF wäre meine
Wahl. Am besten auch parallel dazu einen kleinen mit 10nF wegen der
bessern HF-Eigenschaften, schließlich sah es nach rund 1MHz aus. Wo
genau hattest du den 47µH untergebracht (im Layout)?
> Dann einfach mal das die Messspitze und Massefeder in die> gegenüberliegenden Löcher des Net-Tie, dass die pH Masseflächen vom Rest> trennt. Und: Es ergibt sich die gleiche Kurve mit den Störungen drauf.
Ja, das ist der richtige Punkt; so ist die Messung nicht zu beanstanden.
Hast du mal meinen Vorschlag getestet mit einer eigenen Versorgung des
pH-Teils? Mit einem Labornetzgerät oder zur Not mit 2 AA Batterien?
> Ist also schon der kleine Kreis mit Massefeder und Messspitze genug um> die Störung aufzufangen?
Nein, eher nicht. Deine gestörte pH-Wert-Messung deutet ja auch darauf
hin, dass tatsächlich Dreck auf der Versorgung ist.
Was ist das für ein BE direkt nach der VCC-Zuführung? Vielleicht wäre
ein Schaltplanausschnitt auch hilfreich.
wie ist die Versorgung entkoppelt, die die 24V und 1,5A bereitstellt.
Kannst du die PWM Flanken vielleicht etwas abmildern in dem du einen
größeren Gatewiderstand oder gar ein kleines RC Glied nimmst.
HildeK schrieb:> Einen Kondensator auf der pH-Seite ist schon notwendig; 1µF wäre meine> Wahl. Am besten auch parallel dazu einen kleinen mit 10nF
War beim test ein 3.3 uF eingelötet. Muss mal schauen, ob ich irgendwo
noch ein 10 nF was vergleichbares runter löten kann zum Testen.
Berichte morgen.
HildeK schrieb:> Wo genau hattest du den 47µH untergebracht (im Layout)?
Ich hab einfach die Versorgungsleitung knapp über der pH Massefläche
aufgetrennt und die Induktivität dran gelötet. Wobei es sich um eine 6,5
x 6,5 mm Spule handelt. Siehe Anhang nah.jpg, wobei dort nur zu
Demo-Zwecken noch mal aufgelegt nicht festgelötet.
HildeK schrieb:> Ja, das ist der richtige Punkt; so ist die Messung nicht zu beanstanden.> Hast du mal meinen Vorschlag getestet mit einer eigenen Versorgung des> pH-Teils?
Vielleicht habe ich mich zu kompliziert ausgedrückt: Ich habe so ja die
Messspitze sowie die Massefeder an der GND-Fläche gehabt. Sprich: Ich
würde da gar kein Zappeln mehr am Signal erwarten. Ich habe das noch an
anderen Stellen getestet und bekomme immer ein sehr ähnliches Resultat.
HildeK schrieb:> Mit einem Labornetzgerät oder zur Not mit 2 AA Batterien?
Werde ich morgen mal testen.
Thomas O. schrieb:> wie ist die Versorgung entkoppelt
Die Versorgung ist grundsätzlich so: Ein kleines Steckernetzteil (12 V,
1A) versorgt die Schaltung. Ein Step-Down bringt das auf 3.3 V. Mit
einem anderen Netzteil wird die LED-Leuchte versorgt. GND logischerweise
zusammengeschaltet. Auf gesamt.jpg sieht man den Aufbau. Die
LED-Versorgungsleitungen und MOSFETs sind ganz links. Der pH-Teil ist
unten rechts.
Thomas O. schrieb:> PWM Flanken vielleicht etwas abmildern
Ich glaube die Gate-Rs sind schon groß genug. Siehe Bild. Was im Bild
auch auffällt ist, dass die Störung wohl größtenteils bei der fallenden
Flanke ausgelöst wird.
HildeK schrieb:> Was ist das für ein BE direkt nach der VCC-Zuführung? Vielleicht wäre> ein Schaltplanausschnitt auch hilfreich.
Siehe Anhang. Du meinst vmtl. C12.
Ich sehe hier unten links nur einen mini Elko (100µF) und du schaltest
LEDs mit 24V 1,5A, dieser Elko wird kaum etwas bringen es bleibt alles
an deinem externen Netzteil hängen, es könnte sein dass das
Regelverhalten deines 24V Netzteil hier mit reinspielt. Kannst du die
24V testweise über eine Batterie einspeisen oder mal am Einspeisepunkt
der Platine mal nen größeren Elko >3000µF anklemmen damit das Netzteil
hier etwas weniger zu regeln hat?
Thomas O. schrieb:> am Einspeisepunkt Platine mal nen größeren Elko >3000µF anklemmen
Oha! Es funktioniert. Ich hab zwei 2x2200 uF parallel angeklemmt und
siehe da, das Überschwingen bei der fallenden Flanke des PWM-Signals
wird von 1,7 V auf ca 800 mV veringert werden. Und die Störung im Rest
der Schaltung ist quasi komplett weg.
Auch mit 330 uF ergeben sich lediglich 800 mV überschwingen. Gibt's da
eine Möglichkeit das noch weiter zu verringern? Niedrigere ESR des C?
Oder kleinere Keramik C's noch parallel?
Ich bin euch jedenfalls sehr Dankbar für die Hilfe! Vorgestern dachte
ich noch, ich stampfe das ganze Projekt ein, nachdem ich festgestellt
habe, dass die pH Messung völlig durchdreht, sofern die Dimmung mit
Lampe läuft. Hätte ich auch mal früher ordentlich testen können …
wie gesagt jetzt kannst du vielleicht die Flanken der PWM etwas
einbremsen, schalte mal 100nF zwischen Gatewiderstand und Gate, so hoch
wird deine PWM Frequenz nicht sein und bei 1,5A sollte da jetzt auch
nicht so die Abwärme entstehen.
Mit einem Werkzeugakku könntest du rausfinden ob das durch die
Kabelinduktivität oder durch das Regelverhalten des Netzteils entsteht.
Gut, den Hauptgrund scheinst du ja gefunden zu haben. Du könntest auch
noch den Powerpfad zu den PWM-Transistoren und zur Last mit einem L
abkoppeln.
rasz schrieb:> Vielleicht habe ich mich zu kompliziert ausgedrückt: Ich habe so ja die> Messspitze sowie die Massefeder an der GND-Fläche gehabt. Sprich: Ich> würde da gar kein Zappeln mehr am Signal erwarten. Ich habe das noch an> anderen Stellen getestet und bekomme immer ein sehr ähnliches Resultat.
Also GND-GND gemessen in geringem Abstand und Massefeder?
So was sieht man eigentlich nur mit schlechten Tastköpfen bei
Schaltungen mit Schaltnetzteil. Streut dann direkt ein in den Tastkopf.
Ich hatte (professionell) in den Fälle sog. Resistive Divider Probes im
Einsatz. Fertig gekauft sind die recht teuer. Braucht man hier nicht und
könnte man auch grob selbst bauen: 50Ω Eingang am Skope, Koaxkabel und
vorne als Tastspitze einen 500Ω- oder 1kΩ-Widerstand (SMD), evtl. mit
einem 1µ Kerko in Reihe für AC-Messungen. Der Eingangswiderstand ist
eben gering, aber für Messungen an den Rails spielt das weniger eine
Rolle.
rasz schrieb:> Ich habe so ja die> Messspitze sowie die Massefeder an der GND-Fläche gehabt. Sprich: Ich> würde da gar kein Zappeln mehr am Signal erwarten.
Brainstorm: Dein Scope ist SKL1, also geerdet. Raterei: deine Schaltung
ist auch irgendwo geerdet. Meine Vermutung der Problemursache: der Strom
deiner PWM-Endstufen sorgt für einen Spannungsabfall auf der
POWER-GND-Leitung (dieser Spannungsabfall sollte sogar mit einem DMM
messbar sein bei 0%PWM versus 100%PWM100) und spielt dir diese Streiche,
also eine Spannung gegen PE. Dein Scope zeigt also den Spannungsabfall
am Schirmgeflecht deiner Tastköpfe.
Lösungsansätze zum "besser messen"
-potentialfreies Handheld-scope
-Dein Fliehwatüüt an einen Trenntrafo anklemmen
Lösungsansatz deines eigentlichen Problemes wäre dann eine
Sternverdrahtung der gemeinsamen Massepunkte. Der PWM-strom, immerhin
250mA, darf GND-seitig nirgendwo "ungewollt" nebendurchfliessen.
HTH
eine Spule im Powerpfad würde den Einschaltstrom der LEDs etwas dämpfen
im Ausschaltmoment aber selber zum Störer werden, da bräuchte es eine
Freilaufdiode. Aber mach trotzdem mal eine Freilaufdiode(Schottky) über
die LED Reihe vielleicht begrenzt das deine Schwinger noch weiter auf
300-400mV.
Du könntest aber auch am RC-Glied im Feedbackzweig deines 24V Netzteil
die Regelgeschwindigkeit herabsetzten.
rasz schrieb:> Welche Möglichkeiten habe ich, diese Transienten weg zu bekommen? Ein> Entkoppelkondensator ist vorgeschaltet, ist aber offensichtlich nicht> ausreichend.
Am besten R42 verkleinern.
für mich ist eben noch nicht klar wo diese Schwingung herkommt. Deswegen
sollte das erst geklärt werden. Kommt es durch das Regelverhalten des
Netzteiles oder kommt es durch die Induktivität deiner Leitung samt der
LEDs. Deswegen auch der Vorschlag das mal aus einer Batterie zu
versorgen den dann kann man sagen obs vom Netzteil kommt.
Wie gesagt man könnte das Regelverhalten des Netzteils etwas einbremsen
und die Flanken der PWM etwas flacher machen. Eine Freilaufdiode habe
ich bisher nur bei Magnetspulen verbaut, da die erste Schwingung aber
gegenau gegenläufig ist, setzt einfach mal eine parallel zu dem/den
LED-Strang/-stränge.
In einigen Controllern gibt es eine Begrenzung des Flankenanstiegs und
damit der Bandbreite, die man über Register knipsen kann. Ich weiß jetzt
nicht auswendig ob der ESP das kann, manchmal hilft das aber auch noch
zusätzlich. Man muss dann nur aufpassen, dass die Mosfets nicht zu warm
werden.
2aggressive schrieb:> Brainstorm: Dein Scope ist SKL1, also geerdet. Raterei: deine Schaltung> ist auch irgendwo geerdet.
Ja, an eine Schleife über die PE-Leitung hatte ich auch schon gedacht.
Ist durchaus ein möglicher Problempunkt, allerdings sollte dann ohne
Skope die pH-Messung nicht gestört werden.
HildeK schrieb:> 2aggressive schrieb:>> Brainstorm: Dein Scope ist SKL1, also geerdet. Raterei: deine Schaltung>> ist auch irgendwo geerdet.>> Ja, an eine Schleife über die PE-Leitung hatte ich auch schon gedacht.> Ist durchaus ein möglicher Problempunkt, allerdings sollte dann ohne> Skope die pH-Messung nicht gestört werden.
Sollte? Dieser umkehrenden Annahme mag ich nicht folgen:
Ja, die pH-Messung ist sicherlich auch ohne angeschlossenes Scope
gestört, die Ursache des reproduzierbar auftretendem Problems (Messwerte
unplausibel) als im Fliehwatüüt also bereits vorhanden.
Trotzdem kann das angeschlossene Scope unsinn anzeigen; was es ja hier
tatsächlich auch zeigt, siehe die Bilder mit kurzgeschlossenem Tastkopf.
Solange die Messungen des Scopes schon unplausibel sind wird das mit dem
debuggen eher zur raterei.
Also ich habe heute noch mal weiter getestet und gemessen, wie stabil
die pH Messung funktioniert. Dabei fiel auf, dass immer noch ein
Störsignal auf das Messsignal liegt.
Es scheint als würden das noch bestehende Überschwingen auf der
PWM-Steuerleitung (in den Bildern bisher immer in gelb) aus dem
übereifrigen regulieren des "LED-Netzteils" zu resultieren. Anbei die
fallende Flanke des PWM-Steuersignals sowie der geschalteten Spannung.
(1.png).
Das Geflacker wirkt sich auf die Messung aus (2.png. Gelb:
PWM-Steuersignal, blau: Sondensignal nach dem Spannungsfolger)
Thomas O. schrieb:> schalte mal 100nF zwischen Gatewiderstand und Gate
Du meinst C nach dem Gate R gegen GND? Bei 100nF wird das Signal schon
zu rund.
Ich habe testhalber einfach mal 100nf zwischen eine der LED Leitungen
und GND gehalten. Also wirklich den C mit den Beinen an die zwei
Schraubklemmen. Das glättet die Überschwinger weg, macht die Einstreuung
in das Messsignal aber noch größer. Jetzt frage ich mich, kommt das
davon, dass ich das Teil da einfach dran gehalten habe und die Ströme
durch die Beinchen nun die Streuung verteilen (sprich: wenn man die C's
auf die Platine packt wird da nichts mehr streuen) oder was ist nun
wieder?
Sven S. schrieb:> In einigen Controllern gibt es eine Begrenzung des Flankenanstiegs
Das Manual sagt davon leider nichts.
uwe schrieb:> Wie wärs denn mit nem ISO1540 und nem DC/DC Wandler für die PH-Messung?
Wie schon gesagt, die Versorgung scheint jetzt, dank dem ELKO, sauber zu
sein, daher glaube ich nicht, dass das nötig ist. Jetzt geht es noch
darum, die Streuung durch das Überschwingen irgendwie weg zu bekommen.
probiere mal einen Batterie statt des Netzteiles die regelt nämlich
nichts. Hast du keinen Akkuschrauber dessen Akku mal kurz verwenden
könnte?
Ja ich meinen zw. dem Gate Widerstand und Gate das einen Beinchen und
das andere auf GND, wenn du keinen kleineren Kerko hast verringere den
Widerstand zum Gate.
rasz schrieb:> Ich habe testhalber einfach mal 100nf zwischen eine der LED Leitungen> und GND gehalten. Also wirklich den C mit den Beinen an die zwei> Schraubklemmen. Das glättet die Überschwinger weg, macht die Einstreuung> in das Messsignal aber noch größer
Uuuh, mein Fehler. Ich habe als Antenne fungiert, da ich die Beinchen
berührt habe.
Aber ich hab einfach mal weiter probiert die letzten Tage und mal
verschiedene SMD Kondensatoren mit verschiedenen Werten getestet. U.a.
zwischen DS und/oder GS. Ein guter Wert scheint 100nF zwischen DS zu
sein. An GS ist keiner dran. Der Überschwinger von mehreren Volt wird
ausgebügelt. Siehe Bild.
Eine Einstreuung auf die pH-Sonde und das Kabel scheint durch die
Flanken immer noch stattzufinden anscheinend ist das allerdings
symmetrisch. Jedenfalls ändert sich der Messwert nicht über verschiedene
Dimmstufen. Falls mir da doch noch was auffällt in Zukunft wäre auch
denkbar eine Kalibrierung bei versch. PWM Duty-Cyclen durchzuführen.
Der Elko an den Versorgungsleitungen des Netzteils ist so auch nicht
mehr nötig. Die 3.0 V Referenzspannung bleibt auch mit lediglich den
100nF's an DS sauber.
Ich denke auch, ein gewisser Messfehler am Oszi ist dabei. Ich habe
immer noch Störungen auf der Messung, sobald ich beide Kontakte des
Tastkopfs auf GND lege. Ich schätze, dass sind einfach die Tastköpfe
oder Messleitungen.
Danke euch allen noch mal vielmals!
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transienten_zoom.png
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