Hallo,
ich habe eine Anwendung bei der ich einen hohen Strom im Nulldurchgang
auswerten möchte. Ich möchte einen Stromübertrager (current transducer)
verwenden und frage mich gerade, wie die Auswerteschaltung am besten
aussehen sollte. Die Freuquenz des Stroms beträgt bis zu 200kHz
unterschiedlicher Amplituden.
Am einfachsten wäre ein Komperator der bipolar versorgt ist mit der
Referenzspannung von Null. Man könnt den Stromübertrager auch so
auslegen das er eher übersteuert (d.h. ein sehr großes Signal am Ausgang
liefert) und dann mit Dioden den Komperator schützt. Damit ist der
Nulldruchgang schärfer, aber man hat sich die Dioden als zusätzliche
Kapazität eingebaut.
Was wäre die schnellste Auswertung, welche möglich ist. Gibt es
irgendwelche sinnvollen Schaltungen für hohe Frequenzen und hohe
Genauigkeit?
Vielen lieben Dank und mit freundlichen Gruß
Thorsten
Thorsten schrieb:> Was wäre die schnellste Auswertung, welche möglich ist.
Die kannst oder willst du nicht bezahlen.
Die Frage muss so lauten: welcher Ansatz kann meine Aufgabe gut genug
lösen?
> Die Freuquenz des Stroms beträgt bis zu 200kHz> unterschiedlicher Amplituden.
Inwiefern unterscheiden sich die Ampiltuden?
> Ich möchte einen Stromübertrager (current transducer) verwenden
Ist der Strom sinusförmig? Denn wenn der Strom nicht sinusförmig ist,
dann muss der Trafo wesentlich höhere Frequenzen übertragen.
> Komperator
a-rator...
Stromwandler -> 2 anti parallele Dioden gibt n Rechteck mit ca. +- 0,7V,
dass sollte fast jeder Komparator auswerten können. Durch die Dioden
spielt die Amplitude des Strom auch keine große Rolle ( naja es solange
es nicht von nA bis MA geht XD )
Thorsten schrieb:> Was wäre die schnellste Auswertung, welche möglich ist.
Wirkung vor Ursache, durch Vorausberechnung.
Bei 200kHz sollte es 1us doch tun, das schafft sogar ein langsamer
Komparator.
Thorsten schrieb:> Man könnt den Stromübertrager auch so auslegen das er eher übersteuert> (d.h. ein sehr großes Signal am Ausgang liefert
Stromwandeltrafos sind für geringe Sekundärspannungen ausgelegt, man
kann sie nicht einfach hochohmig abschliessen. Beachte also dessen
Datenblatt.
Aber Stromwandeltrafos liefern kein DC, liefern also zuverlässig 0 (bis
auf Thermospannungen) als Nulllinie
Thorsten schrieb:> Am einfachsten wäre ein Komperator der bipolar versorgt ist mit der> Referenzspannung von Null.
Es tut jeder Komparator, auch unipolar, dessen einer Eingang im common
mode Bereich liegt und mit dem anderen über den (korrekt
abgeschlossenen) Stromwandeltrafo verbunden ist.
Ein geringe eingebaute Hysterese im Komparator wäre nett, sollte halt
nicht grösser sein als dein Signal.
inductionheater schrieb:> Stromwandler -> 2 anti parallele Dioden gibt n Rechteck mit ca. +- 0,7V,
Fast. Parallel dazu sollte man noch einen passenden Widerstand schalten,
um die Kennlinie im Bereich +/-0,5V sauber zu definieren. Anderenfalls
ist der Aufbau eher zu empfindlich.
> dass sollte fast jeder Komparator auswerten können. Durch die Dioden> spielt die Amplitude des Strom auch keine große Rolle
Naja, auch der Stromwandler kann nicht endlos belastet werden, vor
allem nicht wegen der Sättigung.
Lothar M. schrieb:> Inwiefern unterscheiden sich die Ampiltuden?
0 - 100 A
Lothar M. schrieb:> Ist der Strom sinusförmig? Denn wenn der Strom nicht sinusförmig ist,> dann muss der Trafo wesentlich höhere Frequenzen übertragen
ja sorry sinusförmig
MaWin schrieb:> Bei 200kHz sollte es 1us doch tun, das schafft sogar ein langsamer> Komparator.
nee das wäre ja schon 1/5 einer Periode ... viel zu langsam...
inductionheater schrieb:> Stromwandler -> 2 anti parallele Dioden gibt n Rechteck mit ca. +- 0,7V,> dass sollte fast jeder Komparator auswerten können.
Die Dioden müssen doch auch umgeladen werden. gibt das nicht auch wieder
unnötige verzögerungen?
Falk B. schrieb:> Fast. Parallel dazu sollte man noch einen passenden Widerstand schalten,> um die Kennlinie im Bereich +/-0,5V sauber zu definieren. Anderenfalls> ist der Aufbau eher zu empfindlich.
Das verstehe ich nicht. Kannst du das genauer erklären?
Thorsten schrieb:> Lothar M. schrieb:>> Inwiefern unterscheiden sich die Ampiltuden?>> 0 - 100 A
Na, bei 0 oder nahe 0mA wird das eher nix mit der
Nulldurchgangserkennung. Selbst wenn man sich auf 1-100A beschränken
würde, wäre das eine SEHR hoher Dynamikbereich. Bedenke, bei 1A ist der
Stromanstieg im Nulldurchgang nur 1% im Vergleich zu 100A.
>> Bei 200kHz sollte es 1us doch tun, das schafft sogar ein langsamer>> Komparator.>> nee das wäre ja schon 1/5 einer Periode ... viel zu langsam...
Wie schnell soll er sein? 1% der Periodendauer? Das wären 50ns.
>> Stromwandler -> 2 anti parallele Dioden gibt n Rechteck mit ca. +- 0,7V,>> dass sollte fast jeder Komparator auswerten können.>> Die Dioden müssen doch auch umgeladen werden. gibt das nicht auch wieder> unnötige verzögerungen?
Jain. Da muss man halt schnelle Dioden nutzen.
>> Fast. Parallel dazu sollte man noch einen passenden Widerstand schalten,>> um die Kennlinie im Bereich +/-0,5V sauber zu definieren. Anderenfalls>> ist der Aufbau eher zu empfindlich.>> Das verstehe ich nicht. Kannst du das genauer erklären?
Ich hab auch mal einen Nulldurchgangsdetektor gebaut, wenn gleich nicht
für 200kHz, eher für 10-1000Hz. Allerdings mit an die 300A Spitzenstrom.
Der Nulldurchgang wurde über 0,5 Ohm gemessen und mittels Komparator
detektiert. Parallel dazu waren je 2 fette 60A Dioden antiparallel
geschaltet, um den Strom >1A zu tragen (Klemmung der Spannung auf
+/-1V).
Der Widerstand ergibt eine lineare Strom-Spannungskennlinie um den
Nullpunkt herum. Wenn man nur die Dioden nimmt, wirken diese als
Stromshunt. Die sind aber erstens sehr nichtlinear und 2. relativ stark
temperaturabhängig. Das kann für eine Anwendung OK sein, muss es aber
nicht. Das kann man mal schnell simulieren.
Thorsten schrieb:> ich habe eine Anwendung bei der ich einen hohen Strom im Nulldurchgang> auswerten möchte.
Nur zu Sicherheit: du willst hier schon möglichst exakt den
Nulldurchgang des Stroms erkennen?
Denn Nomen est Omen: der Strom an sich ist im eigenen Nulldurchgang eh'
null. Da brauche ich gar nichts zu messen.
> Ich möchte einen Stromübertrager (current transducer) verwenden
Brauchst du diese Potentialtrennung? Ist die Frequenz hinreichend
konstant? Denn so ein Trafo bringt dir auf jeden Fall auch eine
frequenzabhängige Phasenverschiebung. Kannst du etwas mehr dazu sagen,
woher der Strom kommt, was er bewirkt und was an sienem Nulldurchgsang
so interessant ist?
Thorsten schrieb:> nee das wäre ja schon 1/5 einer Periode ... viel zu langsam...
Ich hatte schon mal durch die Blume gefragt: was wäre denn "genau genug"
oder "schnell genug"?
> Die Dioden müssen doch auch umgeladen werden. gibt das nicht auch wieder> unnötige verzögerungen?
Nicht nennenswert, wenn die Quelle hinreichend niederohmig ist.
Lothar M. schrieb:> Thorsten schrieb:>> ich habe eine Anwendung bei der ich einen hohen Strom im Nulldurchgang>> auswerten möchte.> Nur zu Sicherheit: du willst hier schon möglichst exakt den> Nulldurchgang des Stroms erkennen?> Denn Nomen est Omen: der Strom an sich ist im eigenen Nulldurchgang eh'> null. Da brauche ich gar nichts zu messen.
Hast du was geraucht? Kaffee zu stark?
Falk B. schrieb:> Hast du was geraucht? Kaffee zu stark?
Nein, ich frage (genauso wie es da steht) nur zur Sicherheit nochmal
nach, was an dem "Strom im Nulldurchgang auszuwerten" ist. Und wie
"genau" diese Auswertung notwendigerweise sein muss. Und ich fände ein
paar zusätzliche Daten zur Anwendung ganz gut.
Aber es geht sicher auch so. Man muss dann halt länger herumraten...
Falk B. schrieb:> Hast du was geraucht? Kaffee zu stark?
Er hat nur sorgfältig gelesen:
Thorsten schrieb:> bei der ich einen hohen Strom im Nulldurchgang> auswerten möchte.
Der Satz ergibt so keinen Sinn, denn im Nulldurchgang ist der Strom per
se 0.
Was also will der TO? Den Nulldurchgang "auswerten" oder den Strom
"auswerten" sprich messen.
Annahme ist Nulldurchgang, aber das ist bei dem Satz nur ein "educated
guess".
Udo S. schrieb:> Was also will der TO? Den Nulldurchgang "auswerten" oder den Strom> "auswerten" sprich messen.> Annahme ist Nulldurchgang, aber das ist bei dem Satz nur ein "educated> guess".
Na ja, so educated ist das nun auch nicht.
Bereits im Eingangspost steht deutlichst: "Komparator", und "Bei Null".
Sowohl Null bei den Asführungen über Strom, als auch Null bei der
Vorgabe der Referenz(schwelle/spannung) beim Komparator.
Das kann man als geneigter Leser nur mit:
"Der TE will den Nulldurchgang detektieren" übersetzen.
Über das "Wie man es machen kann" sind ja nun genug Vorschläge gebracht
worden.
Udo S. schrieb:> Falk B. schrieb:>> Hast du was geraucht? Kaffee zu stark?>> Er hat nur sorgfältig gelesen:
Du anscheinend nicht. Mein Fragen bezogen sich auf den letzten Satz, das
war auch eindeutig so zu erkennen.
"Denn Nomen est Omen: der Strom an sich ist im eigenen Nulldurchgang eh'
null. Da brauche ich gar nichts zu messen."
Wenn das denn wirklich so wäre, wären alle Nulldurchgangserkennungen
dieser Welt sinnlos. Das sind sie aber mal ganz sicher nicht.
> Thorsten schrieb:>> bei der ich einen hohen Strom im Nulldurchgang>> auswerten möchte.>> Der Satz ergibt so keinen Sinn, denn im Nulldurchgang ist der Strom per> se 0.
Jaja, jetzt kommen die akademischen Wortakrobaten wieder. Bist du ein
gescheiterter Jurist? Es ist schon ein Unterschied, ob ich den
Nulldurchgang eines sinusförmigen Stroms mit 1A Spitze oder 200A Spitze
messen möchte. Und genau diese Aufgabe steckt in dem Satz.
> Was also will der TO? Den Nulldurchgang "auswerten" oder den Strom> "auswerten" sprich messen.> Annahme ist Nulldurchgang, aber das ist bei dem Satz nur ein "educated> guess".
Mein Gott, was seid ihr nur für Akademiker!
Falk B. schrieb:> Hier mal schnell simuliert. Der Widerstand wurde mit 10, 100 und 1M> simuliert (grün, rot, blau).
cool Danke
Lothar M. schrieb:> Nur zu Sicherheit: du willst hier schon möglichst exakt den> Nulldurchgang des Stroms erkennen?> Denn Nomen est Omen: der Strom an sich ist im eigenen Nulldurchgang eh'> null. Da brauche ich gar nichts zu messen.
Ich will auf den Nulldurchgang einen Schaltvorgang einleiten. Das sich
leider die Frequenz zu jeder Zeit ändern kann (von außen), kann ich
diesen leider nicht aus dem letzten Nulldruchgang ableiten. D.h. ich
muss auf den aktuellen Nulldurchgang reagieren, aber die
Laufzeitenverschiebung des Schaltes mit einberechnen.
Deswegen die Frage, wie ich den Nulldurchgang mit möglichst wenig
Verzögerung detektieren kann. Im Moment ist die einzige Idee eine
komplette Übersteuerung des Signals um die Stromabhängigkeit möglichst
zu reduzieren, mit Dioden begrenzen und dann den
Komparatorreferenzspannungswert etwas über Null einzustellen. Eventuell
muss aber auch der Komparatorrefwert Stromgrößen abhänig eingestellt
werden. (Viell. kann man ja annehmen, dass die Steiung nahe Null
außreichend linar ist).
Thorsten schrieb:> Deswegen die Frage, wie ich den Nulldurchgang mit möglichst wenig> Verzögerung detektieren kann.
Und nochmal. Wieviel Verzögerung kannst du dir maximal leisten? 1ns ist
es eher nicht.
Wenn man 200kHz mit max. 1% Periodendauer Verzögerung messen will, sind
das 50ns. Das ist schon SEHR sportlich, denn dafür braucht man einen
verdammt breitbandigen Übertrager und ziemlich schnellen Komparator!
Letzteres gibt es, ersteres muss man suchen und genau messen.
Ich hatte das anno dazumal bei meinem, im Vergleich zu dir sehr
langsamen Nulldurchgangsdetektor auch erstmal einfach mit einem paar
billigen 50Hz Stromwandlern versucht. Aber die Phasenverschiebung war
viel zu groß. Wie groß weiß ich nicht mehr so genau, ich glaube um die
10% Periodendauer oder mehr. Meine Lösung war denn, den
Stromnulldurchgang direkt über einem Shunt mit Diodenklemmung zu messen,
wie er in meinem Beitrag dargestellt ist. Natürlich mit anderen
Bauteilen.
Beitrag "Re: Schnelle Nulldurchgangserkennung mit Stromübertrager"
Dahinter ein old school LM393 mit ca. 15mV Hysterese. Das ganze war
galvanisch getrennt aufgebaut, das Ausgangssignal ging dann über einen
schnellen Optokoppler ala 6N137 an die Steuerung. Die Gesamtverzögerung
lag bei ca. 1us, das war ausreichend für die Anwendung. Du willst um
Faktor 20 schneller sein. Oder noch schneller?
> Im Moment ist die einzige Idee eine> komplette Übersteuerung des Signals um die Stromabhängigkeit möglichst> zu reduzieren, mit Dioden begrenzen und dann den> Komparatorreferenzspannungswert etwas über Null einzustellen.
Das ist im Prinzip auch der richtige Ansatz. Dafür braucht man nicht mal
eine negative Versorgungsspannung, wenn man den Stromwandler per
Spannungsteiler einfach auf VCC/2 legt. Denn dessen Ausgang ist
potentialfrei.
Falk B. schrieb:> Das ist im Prinzip auch der richtige Ansatz. Dafür braucht man nicht mal> eine negative Versorgungsspannung, wenn man den Stromwandler per> Spannungsteiler einfach auf VCC/2 legt. Denn dessen Ausgang ist> potentialfrei.
Kannst du das noch mal erläutern... über den rest denke ich noch nach
:-)
Thorsten schrieb:> D.h. ich> muss auf den aktuellen Nulldurchgang reagieren, aber die> Laufzeitenverschiebung des Schaltes mit einberechnen.
Du willst in die Vergangenheit zurückspringen? Wenn deine Schaltung die
Information über den Nulldurchgang 5 µs später liefert, hast du den
Nulldurchgang um (mindestens) 5µs versäumt, und nichts in diesem
Universum kann daran etwas ändern.
Andere Unklarheit: wenn du die Detektorschwelle auf 100A auslegst, aber
du hast momentan nur 1 A, dann dauert es bis zur gleichen Stromstärke
natürlich 100 mal länger, entsprechend länger ist deine Verzögerung. Wie
hoch der Strom gerade ist weisst du ja erst eine Viertelwelle später
wenn er sein Maximum durchlaufen hat. Ein Bereich von 0 bis 100 A ist
sowieso unmöglich, weil man an einem Strrom von 0 A keinen Nulldurchgang
erkennen kann. Auch wenn Falk jetzt gleich wieder lospöbelt, das braucht
er halt.
Georg
Danke Georg da hast du recht...
Ich hänge gerade noch an der unipolaren Auswerteschaltung. So
funktioniert es leider nicht, ich verstehe aber nicht woran es liegt....
Thorsten schrieb:> Ich hänge gerade noch an der unipolaren Auswerteschaltung. So> funktioniert es leider nicht, ich verstehe aber nicht woran es liegt....
Was genau funktioniert denn nicht. Die Simu oder der praktische Aufbau?
Der LT1001 ist kein schneller Komparator sondern ein relativ langsamer
Präisions-Operationsverstärker. Innerhalb einer µs kann sein Ausgang
sich höchstens ein paar hundert mV bewegen - zu langsam für das was du
vorhast.
Thorsten schrieb:> Das Ding ist einfach viel zu langsam für 100kHz
"Fast jeder" Baustein schaltet zu langsam, falls du wirklich in den
einstelligen ns Bereich kommen willst. Kann es sein, dass du die
Anforderung "möglichst schnell" noch immer nicht mit konkreten Zahlen
hinterfüttert hast? Oder habe ich die Angabe vielleicht überlesen?
