Hallo, ich habe vor ein PWM Signal mittels Optokoppler zu trennen. Dazu benutze ich im Moment einen 4N26 der eine Anstiegszeit von etwa 2µs haben soll. Als Schaltung habe ich die rechte vom Optokopplerartikel http://www.mikrocontroller.net/articles/Optokoppler genutzt. Jetzt hab ich aber folgendes Problem: die fallende Flanke kommt mit den 2µs hin, was dem Einschaltvorgang entspricht. Der Ausschaltvorgang ist aber extrem langsam, ich sehe etwas was wie die Ladekurve eines RC-Gliedes aussieht und über 50µs dauert. Was läuft hier schief? Und wie muss man den Stromverstärkungsfaktor aus Datenblättern verstehen? Strom im Ausgangstransistor geteilt durch Strom in der Eingangs-LED?
Da läuft nix schief, sondern über den R wird ein C geladen, was einfach eine gewisse Zeit braucht. C verkleinern oder R verkleinern wären sicher keine schlechte Wahl. Oder R durch eine aktive Schaltung ersetzten, die einen kleinen Quellwiderstand darstellt.
Da ist aber kein C in meiner Schaltung. Mal abgesehen von den paar pF des Tastkopfs und eventueller Kapazität des Optokopplers selbst. Die Kurve sieht nur so aus als ob da ein Kondensator wäre.
> wie muss man den Stromverstärkungsfaktor aus Datenblättern verstehen? Das ist ein Stromübertragungsfaktor. Wenn der CTR 50% ist, kommen von 10mA in der LED noch 5mA am Kollektor an. > Da ist aber kein C in meiner Schaltung. Wie sieht die Schaltung denn aus?
Zur Isolation schneller Signale ist eventuell ein Isolator auf kapazitver Basis besser geeignet. Sehr gute Werte hat bspw. ein ISO721. http://focus.ti.com/docs/prod/folders/print/iso721.html und Muster bekommt man kostenlos auf der Webseite.
Die Schaltung sieht genau so aus wie die rechte Schaltung von hier: http://www.mikrocontroller.net/articles/Optokoppler U_Ein ist hierbei ein PWM Signal mit 5V, die Widerstandswerte sind gleich wie in der Schaltung, es fließen somit ziemlich genau 10mA in die LED, was ich auch gemessen habe. Vcc habe ich normal 24V, habe aber auch schon mit 9V getestet was an der Flankenform nichts geändert hat. Lastwiderstand vom Kollektor nach Masse hat auch keine Änderung gebracht (außer natürlich dass dann durchs Spannungsteilerverhältnis die Ausgangsspannung niedriger wird).
> Der Ausschaltvorgang ist aber extrem langsam, ich sehe etwas was wie die > Ladekurve eines RC-Gliedes aussieht und über 50µs dauert. > Was läuft hier schief? Nichts, der Kollektorwiderstand ist viel zu hochohmig. Siehe den Screenshot vom DB (R=100 Ohm und R=1kOhm). Mit 1kOhm immerhin schon fast 20us. :-/
> ...und eventueller Kapazität des Optokopplers selbst.
Und genau das ist es, die Basis-Emitter-Kapazität multipliziert mit der
Verstärkung des Fototransistors (Miller-Kapazität).
Kann man vermeiden mit einer PIN-Diode als Empfänger statt des Basis.
Nimm z.B. den 6N136.
@Stephan S. Deine Frage beantworte ich zwar nicht, aber ich verwende in einer Anwendung, in der ich einen schnellen Optokoppler brauche, den HCPL 0600. Dort überträgt er einen seriellen Datenstrom mit 2 Mbaud. Der Optokoppler kann aber noch mehr. Schau einfach mal ins Datenblatt. Gruß Andreas
> 6N136 > HCPL0600 Typische 5V-Koppler :-/ Gewünscht sind 24V. Der Vishay SFH636 könnte bis 30V (wie der 4N26).
Ganz genau, Lothar hat es erkannt, die helfen mir nichts wegen zu niedriger Spannung. Das mit dem Kollektorwiderstand war der Knackpunkt den ich übersehen habe, danke für den Hinweis. Das bedeutet für mich wohl dass ich da noch einen Transistor dahinter schalten muss um das zu erreichen was ich brauche, dann denke ich reicht der 4N26 trotzdem.
Das war leider schon wieder zu kurz gedacht... Um wirklich schnelle Flanken zu bekommen muss ich die Last zu groß machen, was bei der Spannung faktisch wegen zu hoher Verlustleistung garnicht möglich ist. Der SFH636 hat auch nur 20V maximale Ausgangsspannung bei einer maximalen Versorgungsspannung von 30V. Einen 6N136 hätte ich noch zur Verfügung. Ich müsste wohl doch eine niedrigere Spannungsversorgung für den Koppler wählen und dann mit einem Transistor auf die 24V kommen. Das Problem ist nur dass ich eigentlich nicht noch einen zusätzlichen Spannungsregler von 24 auf z.B. 5V einbauen will weil für jeden Aufbau 16 solcher Schaltungen nötig sind und ich den Aufwand so gering wie möglich halten will. Außerdem kann ich meine 24V höchstens mit 10mA belasten.
Der TLP112 ist auch hübsch schnell, und verträgt immerhin 15V, da dürfte dann ein Spannungsteiler statt eines Spannungsreglers ausreichen.
Also desto mehr ich darüber nachdenke, desto komplexer wird die ganze Sache. Wenn ich davon ausgehe dass das PWM Signal 10kHz haben soll und mit einer Auflösung von 8 Bit dargestellt wird komme ich auf eine kürzeste Pulszeit von 0,4 µs. Irgendwie muss das ja schief gehen. Jetzt ist die Frage wie ich weiter mache. Entweder ich suche einen sehr schnellen Operationsverstärker dem ich dann auch 5V oder 3,3V zur Verfügung stellen muss, oder ich geh die Sache gleich ganz anders an. Das Signal direkt über den Optokoppler zu geben scheint mir immer mehr eine schlechte Lösung zu sein. Auf der Primärseite habe ich einen AVR Tiny2313 der die 4 PWM Signale erzeugen sollte. Jetzt bin ich am überlegen ob es nicht mehr Sinn machen würde jeweils einen ganz kleinen ATTiny auf die Sekundärseite zu setzen und über den Optokoppler nur die Daten mit der Primärseite auszutauschen. Ich sage sozusagen von der Primärseite nur der Sekundärseite: Jetzt stell mal Pulsweite 60% ein und der Sekundärprozessor macht das dann. Die Frage ist nur wie ich das am besten realisiere. Ich bräuchte so etwas wie nen Bus weil ich von einem primären Sender aus mehrere (insgesamt 16) sekundäre Empfänger über Optokoppler ansprechen will. Was nimmt man da am besten? UART? I²C? Gibts dafür wohl schon fertige Bibliotheken? Sowas wurde doch bestimmt schon sehr oft umgesetzt. Wenn auch vielleicht nicht immer mit Optokoppler, aber doch mit einem Master und vielen Slaves. Ein Rückkanal wäre ja nichtmal unbedingt notwendig. Ich befürchte nur dass ich nochmal nen neuen Thread aufmachen muss weil das hier bestimmt nicht mehr so viele lesen. Im Forum konnte ich leider nichts zu dem Thema finden.
@ Stephan S. (outsider) >Sache. Wenn ich davon ausgehe dass das PWM Signal 10kHz haben soll und >mit einer Auflösung von 8 Bit dargestellt wird komme ich auf eine >kürzeste Pulszeit von 0,4 µs. Passt. >ist die Frage wie ich weiter mache. Entweder ich suche einen sehr >schnellen Operationsverstärker dem ich dann auch 5V oder 3,3V zur >Verfügung stellen muss, Vergiss es. > oder ich geh die Sache gleich ganz anders an. >Das Signal direkt über den Optokoppler zu geben scheint mir immer mehr >eine schlechte Lösung zu sein. Nöö, genau so macht man das. Nimm einen scnellen Koppler, auch wenn der nur mit 5V arbeitet. Dahginter dann einen Pegelwandler auf 24V. Fettig. >Auf der Primärseite habe ich einen AVR Tiny2313 der die 4 PWM Signale >erzeugen sollte. Wozu die Optokoppler? 230V Netzspannung im Spiel oder was? >das hier bestimmt nicht mehr so viele lesen. Im Forum konnte ich leider >nichts zu dem Thema finden. Sag lieber, was du insgesamt machen willst. Das eröffnet ganz andere Lösungsmöglichkeiten. MFG Falk
-------------+-----------+-- UB | | RL | | | +--- Out | | R1 C T2 | B---------+----+ --RV--+ E | | | | R2 C A C | | LED T1 GND GND K E | | ------+ GND Wenn man es schnell haben will muss man die Kapazitaet die nach Lothar benannt ist eleminieren. Das kann man wenn denn Arbeitswiederstand durch einen Transistor in Basisschaltung ersetzt. Da sich jetzt am Kollektor von Optokopplertransistor so gut wie keine Spannungsanederung mehr ergibt spielt auch die Millerkapazitaet so gur wie keine Rolle mehr. Die eigentliche Spannungsverstaerkung besorgt jetzt der Transistor T2. Auch bei ihm spielt die Millerkapazitaet keine Rolle weil seine Basis ja Wechselspannungsmaessig auf GND liegt. Kurz zur Dimensionierung die Spannung am Kollektor vom Optokopplertransistor stellt man mit dem Spannungsteiler R1,R2 auf einige Volt ein. RL richtet sich nach dem Strom durch den Optokoppler. Diese Schaltung ist auch als Kaskodenschaltung bekannt. Gruss Helmi
Der Einfachheit halber wollte ich eigentlich nur das beschreiben worauf es ankommt, aber wenn ihr meint es gibt evtl hier bessere Lösungsmöglichkeiten bei Kenntnis des Gesamtsystems dann doch hier mal der komplette Aufbau: Es sollen 8 in Reihe geschaltete IGBT's oder MOSFETs mit einer konstanten oder sich höchstens mit einer relativ langsam einstellbaren Gatespannung versorgt werden. Da die Teile alle in Reihe sind fließt logischerweise durch alle der gleiche Strom. Für Testzwecke ist es notwendig dass in jedem Leistungshalbleiter die gleiche Leistung umgesetzt wird was wir durch die Einstellung der Gatespannung erreichen wollen. Die galvanische Trennung ist deshalb nötig weil man ja für jede Gate-Emitter Strecke eine eigene Spannung braucht um vernünftig regeln zu können. Die Leistung die an jedem Leistungshalbleiter umgesetzt wird, wird aus dem Strom berechnet und aus der Spannung die über Source-Drain, bzw. Kollektor-Emitter abfällt. Diese Spannung wird mit bereits vorhandenen potentialfreien AD-Wandlern gemessen. Mein Gedanke war jetzt dass ich PWM Signale mit etwa 10kHz für jeden Kanal von einem AVR generieren lasse, diese dann über einen Optokoppler übertrage. Die Sekundärseite wird über einen DC/DC Wandler mit galvanisch getrennten 24V versorgt. Das Ausgangssignal des Optokopplers (sollte ein 24V Rechteck sein mit in 8 Bit einstellbarer Pulsweite) geht auf 3 hintereinandergeschaltete RC-Glieder die daraus eine Gleichspannung machen. Diese wird dann durch einen Spannungsfolger verstärkt. Dann kommt noch eine Stufe mit einem Subtrahierer aus einem OP und 4 Widerständen. Beim positiven Eingang kommen die 24V rein, die zugehörigen Widerstände sind so dimensioniert dass sich eine maximale Spannung von z.B. 18 oder 20 V ergibt. Der negative Eingang ist so beschaltet dass von den 18V z.B. 0-10V abgezogen werden, je nach Pulsbreite. Somit habe ich einen Spannungsbereich von z.B. 7-18V in dem die volle Auflösung des PWM Signals abgebildet wird. Diese Spannung gebe ich bei Bedarf auf den Adj. Eingang eines LM317 der die Spannung dann am Ausgang auf ein bisschen mehr Strom verstärkt. Dadurch erhöht sich die Spannung natürlich um 1,25V. Die Schaltung funktioniert schon komplett, ich brauche nur noch das passende Rechtecksignal nach dem Optokoppler. Zur Kaskode: Sieht auf den ersten Blick interessant aus wenn damit wirklich die Millerkapazität nicht wirken kann. Ich habe aber ein wenig mehr dazu gelesen und bin jetzt nicht mehr so sicher ob damit auch Rechtecksignale richtig geschaltet werden können. Außerdem kann die Ausgangsspannung nicht geringer werden als die Basisspannung von T2, was mir einen Offset auf das Ausgangssignal legen würde.
@Stephan S. (outsider) >übertrage. Die Sekundärseite wird über einen DC/DC Wandler mit >galvanisch getrennten 24V versorgt. Das Ausgangssignal des Optokopplers >(sollte ein 24V Rechteck sein mit in 8 Bit einstellbarer Pulsweite) geht >auf 3 hintereinandergeschaltete RC-Glieder die daraus eine >Gleichspannung machen. Diese wird dann durch einen Spannungsfolger >verstärkt. Wozu soll ein 24V PWM Signal NOCHMAL verstärkt werden? Und die meisten IGBTs verkraften doch eher nur 20V Gate-Source Spannung. >die volle Auflösung des PWM Signals abgebildet wird. Wenn du eh schon soviel Zusatzhardware hast, ist ein 24V PWM-Signal vollkommener Unsinn. Nimm also einen schnellen Optokopper, welcher mit 5V oder ähnlich arbeitet und gut. Die Addierschaltung noch anpassen und fertig. Einfacher gehts nicht. MFG Falk
Das PWM Signal wird nicht nochmal verstärkt, sondern die gleichgerchtete Spannung. Eigentlich ist das nicht nötig, das stimmt. Aber es sollen evtl auch noch andere Bauteile wie Thyristoren damit geschaltet werden wo ich dann doch mehr Strom brauche. Für die IGBT's wäre es nicht unbedingt nötig, das stimmt. Höchstens zum schnelleren Einschalten. Die 5V wollte ich mir eigentlich ersparen, deswegen wollte ich auf 24V PWM gehen weil ich 24V eh schon habe. Aber so wie das aussieht klappt das ja nicht, deswegen habe ich mich jetzt für einen TLP716 Optokoppler entschieden und stelle dem die 5V über einen 78L05 zur Verfügung. Da ich keinen OP Amp hier habe der rai2rail macht und bis über 20V geht habe ich mich entschieden aus dem PWM Sekundärsignal mit 5V mittels eines BSN20 doch wieder ein 24V Signal zu machen, somit habe ich nur etwa 8 Stufen der 256 der Auflösung verloren die er nicht ganz auf Null runterkommt. Wenn ich mit einem 5V PWM arbeiten würde wären das schon etwa 26 Stufen. Soweit ich das bisher aufgebaut und gemessen habe sieht es für mich gut aus. Falls ich noch einen doppel-Opamp finde der sich preislich im Rahmen hält, mindestens 24V verträgt und rail2rail macht denk ich nochmal drüber nach den BSN20 wegzulassen und die PWM auf 5V zu lassen. Danke auf jeden Fall an alle die mir bisher mit Vorschlägen weitergeholfen haben!
Hallo, solange Du die Basis des Photoempfängers unbeschaltet läßt, wird Dir auch die Kaskode nichts nützen. Die Basisladungsträger können ohne Beschaltung nur rekombinieren, das dauert sehr lange. Als erstes könntest Du versuchen, mit einem großen Widerstand gegen Gnd nachzuhelfen (ca. 100k..470k). Dadurch sinkt allerding der Übertragungsfaktor. Wenn das nicht reicht, kann man ev. mit ausgefeilteren Tricks nachhelfen. Eine wesentlich bessere Abschaltung erreicht man vor allem dadurch, daß man eine Sättigung des Empfängers verhindert, also den Kollektor mindestens auf Basispotential hält. MFG Peter
Der kostet nur leider etwa so viel wie 40 von denen die ich jetzt drin hab... Ich bräuchte für so ne langsame Angelegenheit keinen so tollen, ich bräcuhte einfach nur nen billigen der aber in der Lage ist rail2rail bis 25V zu machen.
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