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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM zu Analog DA Wandlung (kein Push-Pull!)


Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Hallo zusammen,
ich will eine PWM-zu-Analog Ausgangsschaltung bauen (siehe Skizze).
Ja, der bestehende Artikel zu PWM ist bekannt:
http://www.mikrocontroller.net/articles/PWM
Kapitel: DA-Wandlung mit PWM

Üblicherweise wird das ja mit einem RC-Glied und evtl. etwas besserer 
Filterung gemacht. Grundvoraussetzung für diese Variante ist jedoch, 
dass das Filter mit einem Push-Pull Driver angesteuert wird.
Die Analog-Ausgangsspannung verhält sich dann auch schön linear zum 
eingestellten PWM-Wert. Das geht aber in meinem Fall nicht, weil ich auf 
der galvanisch getrennten Seite keinen Push-Pull Driver habe.

Es gelten folgende Eckdaten:
- 8Bit PWM wird im FPGA erzeugt
- PWM Frequenz einstellbar von 100Hz..50kHz
- Versorgungsspannugn Sekundärseite 24V/0V, schlecht stabilisiert, z.T. 
versaut
- Analog Out 0..10V, effektiv verwendet 20..80%
- Last-Eingangswiderstand >50kOhm
- Ripple < 200mV

Die Analogspannung muss sich möglichst linear zum eingestellten PWM Wert 
verhalten, ein allfälliger konstanter Offset kann in Software korrigiert 
werden.

Wie könnte die Beschaltugn aussehen?
Erste Versuche mit diversen RC-Varianten und Beschaltungen sind 
gescheitert, weil zu stark nichtlinear.

Folgende Varianten stehen wohl zur Diskussion:
- integrierter DA-Wander. Problem: braucht mehrere Steuerleitungen, ich 
sollte jedoch für den Analog-Out nur 1 PWM-Out verwenden
- nach NPN Ausgangsstufe einen Komparator einbauen, ab Push-Pull Ausgang 
des Komparators mir RC-Filter weiterfahren
- weitere Ideen?

Gruss und Dank,
Martin

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>nach NPN Ausgangsstufe einen Komparator einbauen, ab Push-Pull Ausgang
>des Komparators mir RC-Filter weiterfahren

So würde ich das wohl machen:
- aus dem Eingangssignal eine saubere Rechteckspannung (Komparator oder 
wohl eher gleich push-pull)
- nach dem push-pull ein aktives Filter mit fg<<100Hz
- danach ein Spannungsfolger.

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Matthias Lipinsky wrote:
> - aus dem Eingangssignal eine saubere Rechteckspannung (Komparator oder
> wohl eher gleich push-pull)
Wie meinst du das "wohl eher gleich push-pull" ?

> - nach dem push-pull ein aktives Filter mit fg<<100Hz
> - danach ein Spannungsfolger.
Sehe ich auch so, kann auch ein Chebychev oder ähnliches werden.
Spannungsfolger ist klar, die Eingangsimpedanz der Last wird sauber 
entkoppelt.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Martin Kohler (mkohler)

>eingestellten PWM-Wert. Das geht aber in meinem Fall nicht, weil ich auf
>der galvanisch getrennten Seite keinen Push-Pull Driver habe.

Was nicht ist kann ja noch werden.

Mach aus deinen versaubeutelten 24V saubere 15V. Nimm einen Komparator 
mit Push-Pull Ausgang (LM393?) und gut. Filter dahinter + OPV zum 
Entkoppeln, fettig.

MFG
Falk

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Danke Falk für den Tipp.

Der LM393 sieht schon mal gut aus.
Wieso hat der aber hier einen 3k Pull-Up eingezeichnet?
http://www.national.com/mpf/LM/LM393.html

Bei Push-Pull müsste das doch gar nicht nötig sein?

Gruss, Martin

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Der LM393

Ist ein Komparator mit open Kollektor Ausgang

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Matthias Lipinsky wrote:
>>Der LM393
> Ist ein Komparator mit open Kollektor Ausgang

Da hat sich Bruder Falk ja "etwas" vertan... ok, er hatte noch ein 
Fragezeichen gesetzt.

Kennt einer gerade einen Komparator Typ, welcher meine Anforderungen 
abdecken kann?
- Supply Voltage: bis 0/15V
- Differential Input Voltage: wie Einspeisung
- Push-Pull Driver
- bis ca. 100kHz "sauberer" Rechteck-Output

Bis jetzt bin ich auf den LMC6762 von National gestossen.
http://www.national.com/mpf/LM/LMC6762.html

Andere Ideen?

Gruss, Martin

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Ich verwende gerne den TLC272. Bin mir aber nicht ganz sicher wegen der 
15V, ob der soweit geht.
PushPull + 100kHz sind kein Problem.

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Matthias Lipinsky wrote:
> Bin mir aber nicht ganz sicher wegen der
> 15V, ob der soweit geht.
er geht von 3V bis 16V (absolut max. 18V)

Dieser ist aber ein OpAmp, die Flankensteilheit beträgt ca. 4V/us.

Wäre ein "reinrassiger" Komparator nicht besser geeignet um einen 
möglichst genau an das PWM Signal angepassten Reckteck zu erhalten?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Wäre ein "reinrassiger" Komparator nicht besser geeignet um einen
>möglichst genau an das PWM Signal angepassten Reckteck zu erhalten?

Ist sicher nicht zu verneinen. Aber ich nehm das Teil bei der Auswertung 
von Lichtschranken mit Fotodioden, dort kann ich problemlos 115200Baud 
übertragen. Das funktionert bestens.

Aber ein Komparator wäre natürlich angebrachter.

Was spricht LM393+PullUp und dahinter pnp/npn als Gegentakttreiber?

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Matthias Lipinsky wrote:
> Was spricht LM393+PullUp und dahinter pnp/npn als Gegentakttreiber?

Eigentlich nichts, ausser dass ich dann den Komparator evtl. gar nicht 
brauchen würde.
Den OpenDrain Ausgang habe ich ja schon (ja, es ist eigentlich ein FET, 
kein Bipolar...), den Pull-Up könnte ich ja auch da schon anhängen?
Fragt sich nur, wie linear die ganze Geschichte werden würde.

Wie würdest du den Gegentakttreiber denn aufbauen?
IC oder diskret? Gibt es bei diskret nicht Probleme mit dem 
gleichzeitigen Einschalten des N- und P-Treibers?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Wie würdest du den Gegentakttreiber denn aufbauen?
>IC oder diskret?

diskret. BC847+BC857. geht super.


>Gibt es bei diskret nicht Probleme mit dem gleichzeitigen Einschalten des N- >und 
P-Treibers?
Das Problem haben die internen auch. Das sind ja auch (fast) nur zwei 
Transistoren, die allerdings in einem Gehäuse.

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Dann würde das ganze also ca. so aussehen (siehe Anhang).
Die Widerstandswerte sind hier noch nicht berechnet.

Die Filterstufe lässt sich dann problemlos erweitern mit einem OpAmp, 
welcher dann auch gleich die Impedanzwandlung erledigt.

Die gezeichnete 15V Speisung soll aus der 24V Speisung generiert werden.

Das Umschalt-Problem liesse sich wohl lösen, indem ich je 1 
Filter-Seriewiderstand an die beiden Collector Anschlüsse der 
Transistoren anschliesse.

Weitere Anmerkungen sind erwünscht!


edit: ooops... habe gerade gesehen, dass ich BC5x7 anstelle BC8x7 
eingesetzt habe :-(

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Das ist keine Push-Pull-Stufe!

Eine Push-Pull-Stufe sieht so aus:

----------o---------PLUS
          |
          |C
      -- npn
     |    |E
     |    |
in---o    o------------out
     |    |
     |    |E
      -- pnp
          |C
          |
----------o--------GND

keine Widerstände!


Wenn der U21A ein Optookoppler sein, soll, dann schließe den R95 gleich 
an 15V an und lass den U20 weg!

Beachte allerdings, dass diese PushPullStufe nur ca 0,6V/14,4V als 
Ausgangsspannung hat

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Matthias Lipinsky wrote:
> Wenn der U21A ein Optookoppler sein, soll, dann schließe den R95 gleich
> an 15V an und lass den U20 weg!
geht nicht, U20, U21 und R95 gehören zum bestehenden Board, dieses kann 
nicht verändert werden.

Erst nach dem OpenDrain Output habe ich Zugriff.
(der Pull-Up R81 gehört eigentlich nicht zum bestehenden Board)

> Beachte allerdings, dass diese PushPullStufe nur ca 0,6V/14,4V als
> Ausgangsspannung hat
Das stört mich eigentlich nicht, solange die Stufe sauber durchschaltet 
und einigermassen symmetrisch arbeitet.

Stimmt... ich hatte da etwas vertauscht bei der Push-Pull Stufe..

Autor: Falk Brunner (falk)
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Warum das Rad eckig neu erfinden?

http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlc3702.pdf

Hab ich mal benutzt, geht super.

MFG
Falk

Autor: Martin Kohler (mkohler)
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Falk Brunner wrote:
> Warum das Rad eckig neu erfinden?
Halbwissen, Unwissen, fehlende Erfahrung in diesem Bereich...
Dank diesem Forum können die Lücken geschlossen werden ;-)

> http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/tlc3702.pdf
Sieht gut aus, scheint gut erhältlich zu sein -> den nehmen wir!
Danke für die Antworten an die Beteiligten!

Autor: Hannes Wagner (Gast)
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Hallo,
ich weiß der Artikel ist schon älter, aber ich versuche gerade eine 
PWM-Steuerung zu bauen und hab mir grad das Datenblatt angesehen, was 
zuvor verlinkt wurde. Leider habe ich nicht so genaue Kenntnisse über 
die englischen Bezeichnungen und kann mit der Tabelle zu den 
Fall-Rise-Times nicht viel anfangen bzw. genauer mit dem Begriff 
"Overdrive". Wenn mir jemand sagen könnte was genau damit gemeint ist, 
dann würde mir das sehr helfen. Wäre interessant zu wissen ob ich einen 
solchen IC zum Treiben eines Leistungs-FETs nehmen kann.

MfG Hannes

Autor: Falk Brunner (falk)
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@  Hannes Wagner (Gast)

>Fall-Rise-Times nicht viel anfangen bzw. genauer mit dem Begriff
>"Overdrive". Wenn mir jemand sagen könnte was genau damit gemeint ist,

Overdrive heißt grob "Übersteuerung", da heist wie stark das 
Eingangssignal über die Schaltschwelle geht. Wenn du ein sehr schwaches 
Signal hast, das nur 2mV über die Schaltschwelle geht, wenn gleich auch 
sehr schnell, dann ist der Komparator langsam. Bei 40mV oder mehr 
erreicht er seine maximale Geschwindigkeit.

>solchen IC zum Treiben eines Leistungs-FETs nehmen kann.

Eigentlich nicht, der IC bringt nur +/-20mA. Wenn es ein kleiner MOSFET 
ist und man mit längeren Schaltzeiten leben kann ist das OK.

Beispiel. MOSFET mit 1nF Eingangskapazität, Ladestrom 20mA, 10V -> 500ns 
Schaltzeit.

MFG
Falk

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