Hallo zusammen,
ich habe hier ein Signal und würde gerne den Sinus daraus mit möglichst
wenig Schaltungsaufwand rekonstruieren. Ich dachte vielleicht an eine
Hüllkurve, aber dann wäre die zweite Hälfte wohl eine Waagerechte.
Hat da jemand eine Idee?
Vielen Dank für Antworten
Danke für die schnellen Antworten. Bei einem Tiefpass ergibt sich das
Problem, dass bei den kurzen Impulsen des Signales der Sinus nicht
wiederhergestellt wird(siehe Bild). Ich brauche möglichst den "äußeren"
Verlauf.
Wie weit kann das Signal in Frequenz und Amplitude variieren?
Analog:
Die untere Hälfte per Synchrongleichrichter in den pos. Bereich bringen.
Danach ein Spitzenwertdetektor, dessen max. Wert der mit der neg. Flanke
des PWM(?) Signals übernommen wird. Danach die 2. Hälfte synchron wieder
in den neg. Bereich bringen. Abschließend mit einen Tiefpass die Stufen
glätten.
Digital:
Die Grundfrequenz und die Amplitude messen und das Signal per DAC
erzeugen.
Ob das einfach genug für Dich ist?
Ein TP mit der richtigen Grenzfrequenz sollte den Sinus schon korrekt
rekonstruieren, alleine schon mathematisch (Fourrier).
Bei Deinem 2. Bild sieht man (blaue Kurve), daß die Grenzfrequenz viel
zu hoch ist! Sonst würden die schnellen Anteile nicht wiedergegeben
werden.
Probiere mal einen TP 1. Ordnung mit der richtigen Frequenz (die des
Sinus) aus. Wenn das nicht reicht, dann gehe auf höhere Ordnungen.
m.n. schrieb:> Wie weit kann das Signal in Frequenz und Amplitude variieren?
Vor allem in der Frequenz!? Die Amplitude kann man bei analogen Filtern
schon zurechtbiegen.
Hubert schrieb:> Danke für die schnellen Antworten. Bei einem Tiefpass ergibt sich das> Problem, dass bei den kurzen Impulsen des Signales der Sinus nicht> wiederhergestellt wird(siehe Bild). Ich brauche möglichst den "äußeren"> Verlauf.
Wie sieht Deine Schaltung des Tiefpasses aus?
Mohandes H. schrieb:> Vor allem in der Frequenz!
Wenn die Frequenz konstant ist, reicht ein LC-Schwingkreis auf Resonanz.
Der macht alles "Zappeln" platt.
m.n. schrieb:> Wenn die Frequenz konstant ist, reicht ein LC-Schwingkreis auf Resonanz.> Der macht alles "Zappeln" platt.
Ja, wenn! Ein LC-Kreis sehr hoher Güte auf f0 würde den perfekten Sinus
zeigen.
Mir fiel auch sofort ein, auf der fallenden Flanke "sämpeln".
Kurzer Impuls auf 4066 oä. in einen folien-Kondensator. der hält die
Ladung bis zum nächsten Impuls muss aber halbwegs niederohmig
angesteuert werden, damit er es schafft, schnell genug umgeladen zu
werden, falls das Signal doch mal kein Sinus ist. Dann hast nur noch
kleine Stufen von einem diskreten Wert zum nächsten. Dahinter dann ein
Tiefpass mit der PWM-Frequenz.
"Hochklappen" wurde genannt. Hängt ja immer bissl vom Bezug ab. Man kann
vorab auch n Offset draufpacken oder auch mit negativen Spannungen
arbeiten...
Mohandes H. schrieb:> Ein TP mit der richtigen Grenzfrequenz sollte den Sinus schon korrekt> rekonstruieren, alleine schon mathematisch (Fourrier).
Nur wenn die Impulse prozentual gleich breit sind. Seiner
Tiefpasssimulation nach ist das nicht der Fall .
m.n. schrieb:> Wenn die Frequenz konstant ist, reicht ein LC-Schwingkreis auf Resonanz.
Und wenn nicht: eine PLL generiert einen sauberen Sinus und wird nur
durch das Signal an den Nulldurchgängen synchronisiert
Keiner weiss ja, was an Information erhalten bleiben soll: Amplitude,
Frequenz, Phasenlage...
Einhüllende macht man normalerweise mit Hilbert Filtern:
https://www.mathworks.com/help/signal/ug/envelope-extraction-using-the-analytic-signal.html
Man nimmt also im Prinzip den Betrag des Hilbert transformierten
Signals.
Gibt mit Sicherheit auch alternative Formulierungen in Python und C.
Wenn es als rollendes Filter implementiert ist, kannst du über die
Filterlänge bestimmen, wie stark Störungen unterdrückt werden.
Sehen deine Pulse in echt so aus wie auf den Bildern?
Dann ist möglich das dir die Pulse selber das Signal versauen, weil nach
jedem Spannungsimpuls wieder Aktiv auf "0" gezogen wird!
Die Zähne in der Blauen Linie bestätigen eigentlich die Befürchtung.
Mögliche Fehler-Ursache ist auch ein Gepolter Kap!
Das sieht nach einem Entkoppelproblem aus, was dir selbst ein Filter
versauen kann.
+ Spannungsimpulse sehen so weit OK aus aber die Negativen Pulse, werden
dir immer wieder auf "0" gezogen.
Schaltung selber wäre Hilfrech.
Edit: Mist, hab' irgendwie übersehen, dass es als Schaltung
implementiert werden muss.
Ein DSP/µC ist nicht möglich? Kommt natürlich stark auf die Abtastrate
etc. hier an. Ist vermutlich keine einfache Lösung.
Da die Breite der Impulse variiert: Ist das eigentlich eine PWM?
Irgendwie gemischt mit einer modulierten Amplitude?
Außerdem scheint es eine Simulation in Simulink zu sein. Was hängt also
vor dem Scope? ;)
Rätin schrieb:> Hubert schrieb:>> Danke für die schnellen Antworten. Bei einem Tiefpass ergibt sich das>> Problem, dass bei den kurzen Impulsen des Signales der Sinus nicht>> wiederhergestellt wird(siehe Bild). Ich brauche möglichst den "äußeren">> Verlauf.>> Wie sieht Deine Schaltung des Tiefpasses aus?
Da es bei mir mit einem einfachen RC-Tiefpass funktioniert, ist die
Frage was der TO falsch macht.
m.n. schrieb:> Analog:> Die untere Hälfte per Synchrongleichrichter in den pos. Bereich bringen.> Danach ein Spitzenwertdetektor, dessen max. Wert der mit der neg. Flanke> des PWM(?) Signals übernommen wird. Danach die 2. Hälfte synchron wieder> in den neg. Bereich bringen. Abschließend mit einen Tiefpass die Stufen> glätten.
Verstehe ich das richtig, dass hier das PWM Signal genutzt wird, um den
Zeitpunkt einer Messung abzustimmen? Es sollte am besten ohne äußere
Steuersignale auskommen.
Das Signal hat einen Offset. Würde das trotzdem funktionieren?
MaWin schrieb:> Keiner weiss ja, was an Information erhalten bleiben soll: Amplitude,> Frequenz, Phasenlage...
Mein Fehler, hätte ich dazusagen sollen. Am besten sollte möglichst viel
des Upsrunglichen Signals erhalten bleiben(Amp,f,Phasenlage). Speziell
sollten möglichst viele hohe Frequenzanteile erhalten bleiben, sodass
ich die Knickfrequenz des Filters ungern auf die Grundfrequenz legen
würde.
Axel R. schrieb:> Mir fiel auch sofort ein, auf der fallenden Flanke "sämpeln".> Kurzer Impuls auf 4066 oä. in einen folien-Kondensator. der hält die> Ladung bis zum nächsten Impuls muss aber halbwegs niederohmig> angesteuert werden, damit er es schafft, schnell genug umgeladen zu> werden, falls das Signal doch mal kein Sinus ist. Dann hast nur noch> kleine Stufen von einem diskreten Wert zum nächsten. Dahinter dann ein> Tiefpass mit der PWM-Frequenz.
Bezieht sich die fallende Flanke auf das Signal selbst oder die PWM
Steuersigale?
Vielen Dank für die Antworten.
Spitzenwertgleichrichter und dann Tiefpass. Also ma ne simple Diode vor
den Kondensator und parallel zum C einen hochohmigen
Widerstand/Trimmpoti. Muss man mal bissl mit rumspielen. kann man auch
ausrechnen, logisch "zwopimalfmalrmalceinsdurch" oderso.
Hubert schrieb:> Bezieht sich die fallende Flanke auf das Signal selbst oder die PWM> Steuersigale?
auf die PWM. Die fallende Flanke hast Du ja "lautstark" im Signal
enthalten. Da ranzukommen, sollte ja nun kein Problem sein.
Jan K. schrieb:> Da die Breite der Impulse variiert: Ist das eigentlich eine PWM?> Irgendwie gemischt mit einer modulierten Amplitude?
Es handelt sich um eine Low Side Messung des Stromes eines
Wechselrichters.
Rätin schrieb:> Rätin schrieb:>> Hubert schrieb:>>> Danke für die schnellen Antworten. Bei einem Tiefpass ergibt sich das>>> Problem, dass bei den kurzen Impulsen des Signales der Sinus nicht>>> wiederhergestellt wird(siehe Bild). Ich brauche möglichst den "äußeren">>> Verlauf.>>>> Wie sieht Deine Schaltung des Tiefpasses aus?>> Da es bei mir mit einem einfachen RC-Tiefpass funktioniert, ist die> Frage was der TO falsch macht.
Könntest du bitte kur ein Bild anhängen, wie dein Signal aussieht? Bei
dem Tiefpass handelt es sich um einen Butterworthfilter aus Simulink.
Was mir auch als Ursache auffällt:
Die Positiven Pulse sind viel Breiter als die Negativen.
Das sieht nach einem Wechselrichter aus der nur gegen (+) wandelt, und
so die 0V Linie eigentlich in der Mitte des PWM's ist.
Dann funktioniert eine Messung nur sauber, wenn man sie gegen den (N)
referenziert.
Es gibt tatsächlich Wechselrichter (und nicht wenige) die (L) und (N)
aus einem Positiven Signal mit Mittel "0" Linie generieren.
Diese kann man dann nur schwer sauber messen weil sie gegen ein externes
(0) Potential immer Positiv sind.
Als Beispiel einer Solchen Sinuswechselrichter Stufe als Bild.
Axel R. schrieb:> Hubert schrieb:>> Bezieht sich die fallende Flanke auf das Signal selbst oder die PWM>> Steuersigale?>> auf die PWM. Die fallende Flanke hast Du ja "lautstark" im Signal> enthalten. Da ranzukommen, sollte ja nun kein Problem sein.
Wenn eine zeitlich angepassten Messung genutzt werden muss, würde ich
auf andere Möglichkeiten zurückgreifen. Ich dachte, es gäbe vielleicht
eine einfache Schaltung, die hier mein Problem lösen kann, aber
anscheinend ist das doch komplizierter, als ich dachte.
Axel R. schrieb:> Spitzenwertgleichrichter und dann Tiefpass. Also ma ne simple Diode vor> den Kondensator und parallel zum C einen hochohmigen> Widerstand/Trimmpoti. Muss man mal bissl mit rumspielen. kann man auch> ausrechnen, logisch "zwopimalfmalrmalceinsdurch" oderso.
Würde dann nicht der "untere" Teil des Signals zu einer Waagerechten in
höhe des Offsets werden?
Hubert schrieb:> Am besten sollte möglichst viel> des Upsrunglichen Signals erhalten bleiben(Amp,f,Phasenlage). Speziell> sollten möglichst viele hohe Frequenzanteile erhalten bleiben,
Dann lass es doch so, wie es ist ;-)
Hubert schrieb:> Würde dann nicht der "untere" Teil des Signals zu einer Waagerechten in> höhe des Offsets werden?
Du mußt natürlich über einen Koppel-C den DC-Anteil rausnehmen.
Dann kommt nach dem TP tatsächlich ein Sinus raus. Die steilen Flanken,
die man bei Dir noch sieht, würden dann gar nicht mehr durchkommen.
Was passiert denn wenn Du einen TP mit der richtigen Grenzfrequenz (die
Frequenz des Sinus) nachschaltest?
Die Frequenz ist doch konstant? Dann wäre ein TP 1. oder höherer Ordnung
die einfachste und auch beste Lösung.
Du kennst die Fourrier-Analyse bzw -Synthese? Wenn alle höherfrequenten
Anteile (die steilen Flanken) herausgefiltert werden bleibt ein reiner
Sinus.
Je nach Genauigkeitsanforderung könnte man folgendes tun:
- Absolutbetrag bilden (gleichrichten)
- wenn der Absolutbetrag einen bestimmten (recht niedrigen) Schwellwert
überschreitet, dann ein Tor zum Sampling-Kondensator öffnen.
- nach der S&H noch durch einen Tiefpass.
Hubert schrieb:> (siehe Bild)
Warum ist die untere Hälfte da so "verkümmert".
Was ist die Quelle dieses Signals? Kann die gar keinen negativen Strom
treiben?
Ggfs. musst du erst mal das Signal puffern, dass du überhaupt ohne
Wechselwirkung damit arbeiten kannst.
Hubert schrieb:> Speziell sollten möglichst viele hohe Frequenzanteile erhalten bleiben
Die hast du doch im Originalsignal...
Also: "wasch mir den Pelz, aber mach mich nicht nass" wird nicht
funktionieren, du musst dich irgendwie festlegen.
Aber generell würde ich versuchen, das Signal mit einem von sich selbst
getriggerten S&H-Glied einzusampeln. Das ist natürlich komplexer als ein
RC-Filter, aber die eigentlichen Pulse und passende Samplezeitpunkte
sind ja astrein zu erkennen.
Hubert schrieb:> Es handelt sich um eine Low Side Messung des Stromes eines> Wechselrichters.
Das sieht mir aber danach aus als ob das nur der Strom einer Halbbrücke
ist.
Dann ist die untere Hälfte eigentlich ja gar nicht der normale
Arbeitsstrom sondern das was über die Bodydioden der gesperrten FET's
fließt.
Wenn du wirklich den kompletten Strom messen willst, musst du wohl beide
Halbbrücken beachten.
Patrick L. schrieb:> Als Beispiel einer Solchen Sinuswechselrichter Stufe als Bild.
Ist aber sozusagen umgekehrt, also das LC Filter meine ich.
"Full Bridge Buck Rectifier with LC Input (Passive PFC)"...?
Also Leistungsfluß von rechts (AC) nach links (DC).
Sonst würde die Schaltstufe doch den C ganz sinnlos umladen.
(Ansonsten paßt das Bild, und das gemeinte wird schon klar.)
Hubert schrieb:> Es handelt sich um eine Low Side Messung des Stromes eines> Wechselrichters.
Entweder floatend messen oder beide Zweige und überlagern.
Dann würde sich nahezu ein Sinusstrom ergeben.
Aber das hier klärt einzig, daß irgendetwas ungesagt blieb:
Hubert schrieb:> Am besten sollte möglichst viel> des Upsrunglichen Signals erhalten bleiben(Amp,f,Phasenlage). Speziell> sollten möglichst viele hohe Frequenzanteile erhalten bleiben, sodass> ich die Knickfrequenz des Filters ungern auf die Grundfrequenz legen> würde.
Bitte alle Wünsche begründen, dann weiß man was hier müßte
oder sollte.
Denn entweder willst Du sozusagen ein möglichst schönes
Sinussignal" (incl. Phasenlage Stromsinus : Spannungssinus
also mögl. Phasenverschiebung aufgrund reaktiver Last) -
die Sinus-Frequenz steht fest. Dann bitte: Wofür genau?
Oder aber Du willst genau, was Du hast... die Form des
Stromes durch eine Halbbrücke (und vielleicht noch die der
zweiten, aber nicht überlagert, sondern eben einzeln -
wobei man das eher für OCP nutzt... wofür willst Du es?).
Statt dem "was habe ich vor" könntest Du auch ganz exakte
Vorgaben liefern, wie das Ausgangssignal auszusehen hätte.
Weit konkreter als "am besten" und "möglichst" meine ich.
Ist das nicht möglich, bleibt nur umfassende Beschreibung
des Gesamtvorhabens - sonst eiert man hier evtl. ewig rum.
PGA schrieb:> Ist aber sozusagen umgekehrt, also das LC Filter meine ich.> "Full Bridge Buck Rectifier with LC Input (Passive PFC)"...?> Also Leistungsfluß von rechts (AC) nach links (DC).>> Sonst würde die Schaltstufe doch den C ganz sinnlos umladen.> (Ansonsten paßt das Bild, und das gemeinte wird schon klar.)
Nein C47 dient als Speicher-Kondensator, und T40 siebt den HF aus dem
Sinus.
Die Vorstufe wandelt die Spannung auf 500V DC aus welcher dann der Sinus
generiert wird, in dem eigentlich rund 250V die "0V" Linie der
Netzspannung ist.
Patrick L. schrieb:> C47 dient als Speicher-Kondensator
AC-seitig?
Patrick L. schrieb:> T40 siebt den HF aus dem Sinus
Nur den Strom-HF?
Ähm... das denke ich nicht.
Patrick L. schrieb:> Die Vorstufe wandelt die Spannung auf 500V DC aus welcher dann der Sinus> generiert wird, in dem eigentlich rund 250V die "0V" Linie der> Netzspannung ist.
Wäre das Filter richtigrum, handelte es sich da um eine Vollbrücke,
die aus DC >> Spitzenspannung/Netz eben Netzspannung machen könnte.
(Und der Speicher- oder Puffer-C als "DC-Link" wäre nicht auf dem
Bild links davon, es sei denn eben da käme ganz was anderes.
Dann aber nix Wechselrichter, sondern o.g. oder sonstwas.)
PGA schrieb:> Nur den Strom-HF?>> Ähm... das denke ich nicht.
Kan leider aus Datenschutzgründen nicht die komplette Schaltung posten,
den die gehört dem Kunden.
Da es sich hier um ein Netzeinspeisungskonverter handelt, ist die
Schaltung schon so richtig.
es hat ja nachgeschaltet noch ein Filter mit Strom und
Spannungs-Überwachung
Da hat es auch noch ein Zusatzfilter drin. Der C47 mit 470nF dient da
wirklich der Glättung des PWM und den daraus entstehenden Harmonischen.
Aber es geht ja jetzt nicht um die Schaltung selber, sondern um die Art
der Wandlung, welche ein fast identisches K.O. Bild verursacht, wie die
des TO.
Also dass es einen "Pseudo Nullpunkt" gegenüber dem GND der Schaltung
gibt, dies dann die Messung ohne Entkoppler schwierig macht.
Das K.O. Bild hätte ja dann auch gegen -250V im Sinus ja nur noch ganz
Kurze PWM Pulse und bei Sinus+250V sehr lange PWM Pulse. Im "0" bereich
ja etwa 50% PWM Länge.
So wie es eben auf dem Bild des TO aussieht.
Wobei mir da noch nicht ganz klar ist, weshalb die Pulse im Bild Bezug
gegen den Pseudo "0" haben, denn wenn ich die Schaltung messe habe ich
den PWM Puls in Bezug gegen den echten GND ja immer gegen 0 und nicht
wie im Bild.
Das ist mir im Moment nicht klar, von wo gegen wo der TO dieses Signal
misst!
Würde es nämlich gegen +/- Wandeln müssten die Pulse sowohl gegen + wie
auch - jeweils breiter werden. wenn es gegen echt 0 Wandelt, dann wären
die Puls-längen zwar richtig, müssten dann aber immer gegen echtem "0"
sein.
Ich denke durch dass sieht dann die Blaue Linie ja auch so falsch aus.
Also wahrscheinlich falschen Bezugspunkt der Messung.
EDIT:
Wobei wenn ich mir das Bild nun mal auf dem PC und nicht auf dem Handy
ansehe, stimmt ja auch das nicht, die Pulse sind ja um 90° gegenüber der
Spannungshöhe/PWM-Länge verschoben ?!?
Das erklärt auch die Form der Blauen Linie, die ist gegenüber der
Gelben-Linie ja korrekt! das ist kein Sinus!
Um daraus ein Sinus zu machen, lieber TO brauchst du ein +/- Peekhold.
Synchron mit jedem Puls-Start gelatcht. Kein Filter (analoger Bauart)
kann dir daraus einen Sinus machen weil es elektrisch gesehen kein Sinus
ist, sondern exakt die Wellenform der blauen Linie.
m.n. schrieb:> Gibt's das bei Aldi? Kann man das essen?
Nein im Aldi kanst du Brötchen gegen Geld Sampeln und dann in der Hand
Hold... ;-)
Aber der TO braucht eine SH (Sample and Hold), die jeweils beim start
des PWM Pulses, die Spannung sampelt und hält. Dann kann er eine
Wellenform, die einen Sinus darstellt daraus erzeugen. Nicht aber mit
Filter, da es real kein Sinus ist.
Gibt eine Art, Hüllkurve der +/- Maximalwerte auf den Sinus-"0"-Punkt
bezogen..
Aber alle Frequenzen die dann Nicht in die PWM Frequenz hineinpassen
sind dann verloren, bzw. nicht mehr darstellbar.
Patrick L. schrieb:> Da es sich hier um ein Netzeinspeisungskonverter handelt, ist die> Schaltung schon so richtig.
Das ist völlig egal, ob der Wechselrichter auf 230VAC Festspannung
geregelt eine Last speist, oder ins Netz.
(Unterscheidet sich maximal in der nötigen Höhe der U(DC-Link) um
auch wirklich Strom in ein Spannungs-Netz treiben zu können, aber
arbeitet im selben Betriebsquadranten.)
Ein Tiefpaß-LC-Filter funktioniert immer gleich.
Die L ist gleich an der Schaltstufe, und danach erst kommt der C.
An L wird (bei H-Brücken oder symmetrisch gespeisten Halbbrücken)
abwechselnd pos und neg Spannung gelegt, wodurch ein Dreiecksstrom
entsteht.
Der Tastgrad (pos = 1-neg oder umgekehrt) bestimmt U_eff eingangs
der Drossel - der niederohmige C verwandelt den Dreiecksstrom in
einen geringen Rest-Spannungsripple.
Einzig denkbar wäre noch ein LCL Filter (also vorundnach
dem FILTER- (nicht Speicher-) Kondensator eine Drossel). Oder
LCLC zum Bleistift.
Aber immer (wirklich) ist eine Drossel Bauteil Numero Uno nach
der Brücke, bei Wechselrichtern und Klasse D Amps ebenfalls. Weil:
PGA schrieb:> Sonst würde die Schaltstufe doch den C ganz sinnlos umladen.
Welche "Speicherfunktion" sollte der auch AC-seitig haben?
Bitte vertrau mir da, das LC Filter liegt falsch, wenn denn links
der speisende DC-Link, und rechts die Last ODER ein eben davon
gespeistes Netz sein sollte.
(Es läge nur "richtig", wenn aus dem Netz Leistung entnommen
werden sollte damit. I swear. ,-)
Hubert schrieb:
> Sinus rekonstruieren.> den "äußeren" Verlauf.> Es handelt sich um eine Low Side Messung des Stromes eines> Wechselrichters.
Dann brauchst Du nur den Spitzenwert und den Nulldurchgang.
Den Rest macht Dir eine kleine MCU mit Sinustabelle und PWM DAC.
Jeder nicht sinusförmige Verlauf fällt dabei unter den Tisch.
Je nach Höhe des Signales und der geforderten Genauigkeit kannst Du eine
Einweggleichrichtung mit Diode machen, den negativen Verlauf als gleich
annehmen und die VF der Diode wegrechnen
Also beliebig einfach oder beliebig kompliziert.
Hängt davon ab was Du brauchst.
Verlauf.PNG
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