Hallo Community, ich habe eine Spule (6 Ohm;40mH -> L/R ~ 6.6ms), deren Magentfeld ich zeitkritisch regeln will. Vor einiger Zeit bastelte ich mit eine Lösung zusammen, die zwar irgendwie funktionierte, aber mit Sicherheit alles andere als optimal war (µC -> DAC -> OpAmp -> Transistor). Jetzt bei Überarbeitung der Schaltung würde ich gerne hinter dem µC ein System stehen haben, welches nicht aus Frickelei besteht. Schlagworte wie Open Collector und Push-Pull sind mir bei meiner Suche zwar ins Auge gesprungen, jedoch erlaubt mit mein bescheidenes Basiswissen keine wirkliche Bewertung der Ansätze. Wäre super, wenn ihr mich kurz auf die richtige Fährte führen würdet. Hier noch die Rahmenbedinungen: *Ansteuerung über 3.3V µC PWM *zu regelnder Strombereich ~ 0-2A (12V sind vorhanden) *Magnetfeld möglichst glatt (zumindest im niederfrequenten Bereich bis mehrere hundert Hertz) *steiler Anstieg und Abfall des Magnetfeldes *kont. Strom von ~1A müsste möglich sein Mit welchem Verfahren gehe ich die Geschichte nun ordentlich an, und welches Verfahren wird mir meine Rahmenbedingungen am besten bedienen? Danke schonmal für die Hilfe, Beste Grüße Christoph
Wenn es wirklich schnell geregelt werden soll, so würde ich den Weg beschreiten, daß der µC nur die Sollwertvorgabe macht und der eigentliche Regler analog arbeitet. Den Strom zu regeln ist generell schon der richtige Ansatz. Das Stellglied muß in allen 4 Quadranten arbeiten können, da du ja sowohl den Anstieg als auch den Abfall des Magnetfeldes schnell ausregeln willst. Ergo kommt sowas wie eine (HiFi-)Audio-Leistungs-Endstufe durchaus in Betracht - diese sollte dann aber auch DC-fähig sein, d.h. ohne Koppelkondensatoren aufgebaut sein. Das ganze läuft also auf zwei simple Blöcke hinaus: a) Die Sollwertvorgabe durch den µC und b) eine (Audio-)Endstufe, die den Strom durch die Spule ausregelt. Zu b) sei zu sagen, daß es prinzipiell relativ einfach ist von einer üblichen Spannungsregelung auf eine Stromregelung 'umzuschalten'. Hierbei wird eben nicht die Ausgangsspannung, auf den üblicherweise eingesetzten Differenzverstärker in der Eingangsstufe gegeben, sondern über einen Stromshunt die dem Strom proportionale Spannung zurückgekoppelt. That's all folks.
Zu b) sei zu sagen, daß es prinzipiell relativ einfach ist von einer üblichen Spannungsregelung auf eine Stromregelung 'umzuschalten'. => Es kommt hier aber dann die Phasendrehung durch die Induktivität hinzu !
Kein Problem, entweder, du baust dir das Ganze diskret mit 555 auf, (hab ich auch schon so was ähnliches gemacht...), oder, du nimmst einfach einen standard current-mode regler IC her, wie zum Beispiel 3843, dann ist es ein Kinderspiel...
Danke euch allen für die Antworten. Habe mich anhand eurer Empfehlungen ein wenig tiefer in die Materie eingearbeitet. Meine vorherige Variante aus µC -> dac -> opamp (3V3 -> 12V) -> transistor war als Emitterfolger dann bis auf den (unnötigen?) DAC ok soweit? Einziger Nachteil: langsamerer Abbau des Magnetfeldes durch den nur einen Transistor (-> keine Senke) (Nebenbei habe ich die parallel zur Spule angeratene Diode vergessen; Naja, bisher hat es der Transistor irgendwie überlebt) I) Welche von euch vorgeschlagene Variante (Push-Pull über current-mode-Regler vs. Gegentakt-Endstufe) ist denn die 'bauteilärmste', und wonach muss ich genau suchen? (12V vorhanden; -12V nicht) Mir fehlt leider ein wenig das Gefühl dafür, ob meine suboptimale Lösung nicht vielleicht trotzdem schon schnell genug ist: Der eigentliche Verwendungszweck ist die Ansteuerung eines Dämpfers mit magnetorheologischer Flüssigkeit. Hierbei wird die Viskosität des Fluids, und damit die Dämpfungseigenschaft des Dämpfers über die Stärke des Magnetfelds eingestellt. Leichte Schwankungen im Magnetfeld werden sich nicht negativ auswirken, jedoch ist eine gute Dosierbarkeit und ein schneller Auf- und Abbau des Feldes gewünscht. Schnell bedeutet in meinem Fall: Aufbau und Abbau des Feldes im einstelligen ms-Bereich. II) Kann ich unter diesen Umständen überhaupt per PWM rangehen, oder glätten eure o.g. Varianten die PWM bereits ausreichend? Besten Dank nochmal & schonmal, Christoph
>magnetorheologischer Flüssigkeit Ach sowas.. Hatten wir im Praktikum mal... >(6 Ohm;40mH -> L/R ~ 6.6ms) Hm.. Wie wäre es mit einem schaltenden Regler? Sozusagen eine getaktete Stromquelle mit externer Sollwertvorgabe... >ist denn die 'bauteilärmste' geil ist geil? oder was? Such lieber die techn. sinnvollste Lösung. >Aufbau und Abbau des Feldes im einstelligen ms-Bereich. Hm.. Da musst du mal rechnen, welche Spannung du brauchst, um deinen Sollstrom in der einen Millisekunde durch 40mH zu drücken.. Ob da 12V reichen...?
Hi, um 1A/ms zu schaffen brauchst du mindestens 40V (+Verluste). Am einfachsten dürfte so etwas mit einer symmetrischen 48V Versorgung gehen, man kann sich aber durch eine entsprechende Freilaufschaltung (symbolisch gesprochen: Freilfaufdiode mit 40V Forwardspannung) den negativen Zweig sparen. Auf der Uni habe wir einen Apex M39A (apex.cirrus.com) als Stromregler für eine induktive Last verwendet, allerdings bei niedrigeren Frequenzen. Der war als kostengünstige Alternative zu einem steuerbaren Powersupply von Kepco geplant. Das hat grundsätzlich funktioniert, kam aber nicht über ein Prototypenstadium hinaus. Sieh dich mal auf der Apex Seite um. Die haben einige Bauteile die für dich interessant sein könnten. Gruß Reinhard
Hallo Reinhard, danke für deine Antwort. Nur zur Richtigstellung: Ich benötige keine 1A/ms, sondern lediglich einen Anstieg auf 1A im grobem einstelligen ms-bereich; und wenn es 10ms sind, wäre es auch ok. Und auch wenn Matthias es nicht gerne hört: Mir ist eine Bauteilarme Schaltung lieber als eine technisch perfekte. Eine solche überlasse ich dann gerne den Spezialisten. Oder soll ich lieber alles beim alten lassen (Emitterfolger+Freilaufdiode)? Besten Gruß, Christoph PS: Es ist keine Aufgabe im Rahmen eines Praktikums, sondern ein privates Bastelprojekt (allerdings eins mit Deadline...daher der Verzicht auf eine technisch perfekte Lösung)
Emitterfolger+Shunt+OpAmp sollte eigentlich reichen. Nimm aber besser mehrere Freilaufdioden in Serie, oder etwas mit vergleichbarer Wirkung, sonst brauchst du deutlich länger als 10ms um den Strom wieder abzubauen (~60ms). Überleg dir auch wie du Shunt und Freilaufdiode relativ zueinander verbaust, sonst kannst du unter Umständen den Strom nicht messen wenn du ihn runterregelst. Gruß Reinhard
>Und auch wenn Matthias es nicht gerne hört: Mir ist eine Bauteilarme >Schaltung lieber als eine technisch perfekte. Eine solche überlasse ich >dann gerne den Spezialisten. Wenn du kein Spezialist bist, dann würde ich dir eher die technisch perfekte/saubere Lösung empfehlen. Die kniffreiche, mit wenigen Bauteilen ist dann eher für Speizialisten ;-) >Ich benötige keine 1A/ms, sondern lediglich >einen Anstieg auf 1A im grobem einstelligen ms-bereich; und wenn es 10ms >sind, wäre es auch ok. >(6 Ohm;40mH -> L/R ~ 6.6ms) U -(t/T) i(t) = --- [ 1 - e ] R mit i(t=10ms) = 1 A L = 40 mH R = 6 Ohm T = 6,6 ms folgt: U >= 7,7 Volt (Unter der Annahme, dass die Schalter ideal sind ;-)
>(Unter der Annahme, dass die Schalter ideal sind ;-) Ich benutze immer nur ideale Schalter ;-) Ne, im Ernst: Danke für die genaue Erläuterung. Und du hast ja Recht, ein wenig dem gesunden Elektronikerverstand darf die Schaltung natürlich schon entsprechen. Der Hauptgrund, der mit zur Zeit davon abhält, eine Gegentakt-Endstufe oder ein anderes Verfahren mit Senke zur Ansteuerung zu nutzen, ist (neben der Tatsache, daß ich garnicht weiß, wonach ich genau suchen muss -soll ja trotzdem eine integrierte Schaltung ohne viel Peripherie sein-), daß ich nicht weiß, ob die Dinger meine PWM weitergeben, und das Magentfeld Aufgrund der schnellen Wechselmöglichkeit durch die Senke zu unruhig wird. Quasi sowas: +12V MAX626 _ | | \_ -||-+ AVR--------|___/ ||-> | ||-+ | | | | | | | --- Nur anders ;-)
>daß ich nicht weiß, ob die Dinger meine PWM weitergeben, und das >Magentfeld Aufgrund der schnellen Wechselmöglichkeit durch die Senke zu >unruhig wird. Mal ein kleiner TIp: Das Magnetfeld ist immer proportional zum erzeugenden Strom. Und ein Strom in einer Induktivität kann sich nur endlich schnell ändern: diL(t) uL(t) -------- = -------- dt L Hier mal was zum SPielen: http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/abw_smps.html Ignorier einfach den AUsgangs-C und setze das Ia so wie du willst, und das Ua, damit mit dem Ia deine 6Ohm entstehen...
Danke euch allen; habe das Gebiet jetzt so langsam ein wenig verstanden :-) Ausgesucht habe ich mir jetzt eine Vollbrücke von Allegro: A3950 (3V3 Ansteuerung, wenig Peripherie nötig). Die Wahrheitstabelle: Phase | Enable | Mode | OUT A | OUT B | Function 1 1 X H L Forward 0 1 X L H Reverse X 0 1 L L Slow Decay (Brake) 1 0 0 L H Fast Decay Sync Rectificaton 0 0 0 H L Fast Decay Sync Rectificaton Ich nehme an, daß ich hierbei lediglich die PWM an Enable legen muss. Unsicher bin ich mir nur noch, ob das System für mich besser bei Mode=0 oder Mode=1 arbeitet (Also Feldstärkenjustierung über 100%/show decay oder 100%/fast Decay). In beiden Fällen sollte die Supressor-Diode unnötig sein, aber mit welcher Variante fahre ich besser?
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