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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Langsames Einpendeln einer Spannung detektieren


Autor: lucerne (Gast)
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Hallo zusammen

Ich überlege mir gerade, wie man ein langsames Einpendeln einer Spannung 
relativ simpel erkennen könnte. ADC und uC sind leider nicht geplant, 
deshalb will ich nicht extra für dieses Feature noch welche zufügen.

Erst kam mir was in Richtung D-Regler in den Sinn, aber bei extrem 
tiefen Frequenzen? Ich weiss nicht... Wohl eher nicht.

Hintergrund:
Konstante Lichtquelle, bei der ich mittels Photodiode messen will, wann 
sich die Lichtleistung eingependelt hat. Es handelt sich um einige 
Highpower LEDs und ich erwarte, dass deren Lichtleistung bei 
sprungartigen Stromänderungen sich nicht sofort einpendelt, sondern 
aufgrund thermischer Einflüsse etwas träge reagiert.

Ideen? ;)


Gruss, Leander

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Willst du das thermische Gleichgewicht erkennen oder die Lichtleistung 
konstant halten? Im zweiten Fall wäre es wohl sinnvoll, einen PI-Regler 
zusammen mit der Fotodiode aufzubauen. Du gibst dann quasi die 
Wunschhelligkeit vor, und der Regler sorgt für den richtigen Strom.

Autor: MaWin (Gast)
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Luxmeter und draufgucken ?

Differenzieren ist schon richtig, auch bei langsamen Signalen. Wenn die 
analoge Variante zu empfindlich wird, kann man auf digitale 
Fertigbausteine zurückgreifen:
Delta-U NiMH Akkulader erkennen lassen wann die Spannung (an einem 
Widerstand aus der Photodiode) nicht weiter steigt ?

Autor: lucerne (Gast)
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Miller liegt eigentlich ganz gut. Eine PI-Regelung werde ich aufbauen, 
Feedback kommt von der Photodiode. Ich war mir aber nicht ganz so 
sicher, ob das genügt.

Was passieren kann:
Durch die Temperaturänderung wird zwar die Leistung beeinflusst, doch 
durch das Feedback der Photodiode ausgeglichen. Wie prima das klappt, 
hängt wohl dann am Design meines Reglers ab.
Aber: Ob die Wellenlänge dann auch stabil ist oder nicht - das wird 
schwieriger :(

Vielleicht müsste ich eher die Spannung am NTC überwachen, um zu sehen, 
ob die Temperatur stabil ist. Denn so wäre wohl auch die Wellenlänge 
relativ stabil überleg

@MaWin:
Ne sowas sollte schon eher automatisch erkannt werden, manuelles 
Auslesen eines Luxmeters fällt daher flach.
Akku-Lader? Interessante Idee, aber ich denke, da gäbe es auch noch 
besser geeignete ICs, oder nicht? Gedankengang gefällt mir aber!

Grüsse, Leander

Autor: lucerne (Gast)
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Ich bins nochmal.

@Miller:
Für einen solchen Regler habe ich mir auch schon Gedanken gemacht. 
Entweder ein normaler PI-Regler, bei dem der Sollwert mit dem Feedback 
der Photodiode verglichen wird. Man müsste dann wohl einfach das 
Feedbacksignal soweit verstärken, bis es auf demselben Level liegt wie 
der Sollwert. Naja, etwas mühsam...

Oder aber ein etwas aufwändigerer Aufbau mit einem Multiplier ADL5391 
(oder ähnliche). Am X-Input käme z.B. das Steuersignal (entspricht dann 
Faktor 0-1, also 0-1V, 0-100%). An Y hänge ich eine Spannung an, die dem 
Photodiodensignal bei maximaler Bestrahlung entspricht (Sample&Hold 
mittels DS4303 beispielsweise).
Am Output des Multipliers hängt dann der PI-Regler. Der Multiplier dient 
eigentlich zur erweiterten Steuersignalanpassung.

Oooooder ich sehe vor lauter Bäumen den Wald nicht mehr ;)


Grüsse, Leander

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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lucerne schrieb:
> Ich bins nochmal.
>
> @Miller:
> Für einen solchen Regler habe ich mir auch schon Gedanken gemacht.
> Entweder ein normaler PI-Regler, bei dem der Sollwert mit dem Feedback
> der Photodiode verglichen wird. Man müsste dann wohl einfach das
> Feedbacksignal soweit verstärken, bis es auf demselben Level liegt wie
> der Sollwert. Naja, etwas mühsam...


Nein, eigentlich nicht. so was ist Standard-Problematik bei Reglern. 
Soweit also gut gelöst und es gibt sogar fertig kaufbare Varianten.

>
> Oder aber ein etwas aufwändigerer Aufbau mit einem Multiplier ADL5391
> (oder ähnliche). Am X-Input käme z.B. das Steuersignal (entspricht dann
> Faktor 0-1, also 0-1V, 0-100%). An Y hänge ich eine Spannung an, die dem
> Photodiodensignal bei maximaler Bestrahlung entspricht (Sample&Hold
> mittels DS4303 beispielsweise).
> Am Output des Multipliers hängt dann der PI-Regler. Der Multiplier dient
> eigentlich zur erweiterten Steuersignalanpassung.
>
> Oooooder ich sehe vor lauter Bäumen den Wald nicht mehr ;)

Yepp. Aus Deiner Antwort zu schließen ist es die Lichtleistung die Dich 
interessiert.
Wie Dir Miller schon gepostet hat, schlichter PI und fertig ist es.

Multiplizierer ist nett, aber für sowas nicht zwingend. Außer, es gäbe 
eine erweiterte Aufgabenstellung - von der hast Du dann aber bisher 
nichts verraten.
Somit würde ich auch erstmal mit PI anfangen.

Autor: Andreas Ferber (aferber)
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lucerne schrieb:
> Vielleicht müsste ich eher die Spannung am NTC überwachen, um zu sehen,
> ob die Temperatur stabil ist. Denn so wäre wohl auch die Wellenlänge
> relativ stabil *überleg*

Wenn es dir nur darum geht, das Erreichen des Gleichgewichts zu 
erkennen, warum dann nicht direkt an die Quelle gehen? Miss die 
Forwardspannung der LED, wenn diese sich nicht mehr ändert, ist das 
Gleichgewicht (sowohl Temperatur als auch Strom!) erreicht.

Andreas

Autor: lucerne (Gast)
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Hallo zusammen

Erst schonmal herzlichen Dank für eure Antworten.

@Andrew:
Erweiterte Aufgabenstellung - nicht wirklich. Ich habe mir bloss 
verschiedene Gedanken gemacht, bevor ich hier ein neues Thema eröffnen 
wollte. Vielleicht ne bessere Variante bezüglich Noise? Ich weiss es 
nicht. Wollte meine Gedankengänge etwas offenlegen.
Die Stromquellen müssen auch nicht schnell sein oder so, das 
Einschwingverhalten wird ja sowieso durch die trägen Temperatureinflüsse 
gebremst. Egal wie schnell mein TEC-Treiber sein wird. Dazu verwende ich 
übrigens den LTC1923 und werde ihn mittels Gatetreiber auf 12V 
"aufbohren". Mal sehen, ob das tut wie es soll ;)

@Andreas:
Die Idee ist gut! Geht so in Richtung "Messung über Kelvinkontaktierung" 
wenn ich mich nicht sehr irre. So würde man direkt am Device messen, 
danke dir! Bloss: Auch hier benötige ich noch immer eine Schaltung, 
welche diesen vervollständigten Einschwingvorgang detektieren kann.

Nur - wie?
Wie schon gesagt, D-Regler ist mir bei solch tiefen Frequenzen zu 
heikel. Denke da so an 0.1-0.5Hz und das ist einfach ziemlich heikel...


Grüsse, Leander

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Diese Power-LEDs werden sehr heiß. Je heißer umso weniger 
Licht(schlechterer Wirkungsgrad). Das kann sich doch über Minuten 
hinziehen.
Die Messung der Helligkeit (Photodiode) wäre sicher das Beste und 
Einfachste. Vorteil, da musst du keine Drähte zur LED ziehen. Ob du dann 
regelst oder dich einfach mit beliebiger aber konstanter Helligkeit 
zufrieden gibst, ist dann die nächste Frage. Den Photostrom kannst du 
direkt mit einem Multimeter messen. Du brauchst also keine 
Extraschaltung bauen.

Autor: lucerne (Gast)
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Hallo Helmut

Doch, die Extraschaltung brauche ich. Diese muss einen logischen Pegel 
ausgeben, sobald das Licht einen konstanten Wert einhält.

Nunja, in meinem Fall habe ich es wirklich mit Highpower zu tun. 
Allerdings: Wenn der thermische Einschwingvorgang mehrere Minuten dauern 
würde, hätte ich im Design definitiv was falsch gemacht ;)
Nene, so lange dauert das auch wieder nicht. Die LEDs sitzen auf einer 
Aluträgerplatine, diese wiederum auf einem leistungsstarkem TEC. Und die 
heisse Seite des TECs sogar an einer Wasserkühlung.

Der NTC für die Temperaturregelung sitzt auf dem Alukern-PCB.


Grüsse, Leander

Autor: Helmut S. (helmuts)
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Der Peltier-Regler braucht aber auch viele Sekunden bis der sich 
eingeregelt hat. Ich rate dringend dazu erst mal das System mit einer 
Photodiodenmessung zu charakterisieren.

Messschaltung:

Photodiode + Multimeter im Strommessbereich
Dabei Strombereich eine Dekade höher wählen, damit am Multimeter weniger 
als 100mV abfallen. Damit arbeitet die Photodidoe linear im 
Kurzschlussbetrieb(sehr genau).

Autor: lucerne (Gast)
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Hallo Helmut

Ja, bis sich alles komplett ausgeregelt hat, dürfte eine gewisse Zeit 
notwendig sein. Aber genau das will ich ja messen - automatisch, nicht 
manuell.

Natürlich könnte ich nun die maximale Einschwingzeit beim grössmöglichen 
Stromanstieg (bzw. -abfall) messen und dann diese Fixzeit verwenden.
Allerdings werde ich teilweise auch kleinere (teils auch sehr kleine) 
Stromsprünge vornehmen, bei denen wohl kaum diese maximale Wartezeit zum 
vollständigen Einschwingvorgang notwendig wäre.

Wie baut man also eine solche Schaltung auf, die den eingeschwungenen 
Zustand erkennen kann. Was genau gemessen wird (NTC, Photodiode oder 
LED-Spannung) ist in diesem Sinne ja erstmal egal. Es geht mir nur darum 
zu erkennen, wann sich eine Spannung (praktisch) nicht mehr verändert.


Grüsse, Leander

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Ja, bis sich alles komplett ausgeregelt hat, dürfte eine gewisse Zeit
> notwendig sein. Aber genau das will ich ja messen
Ich habe irgendwie immer noch nicht kapiert, warum...

> Doch, die Extraschaltung brauche ich. Diese muss einen logischen Pegel
> ausgeben, sobald das Licht einen konstanten Wert einhält.
Wenn du das Licht selber regelst (von mir aus auch mit unterlagertem 
Stromregelkreis) ist das Licht innerhalb 10ms konstant auf dem neuen 
Wert...

> Aber: Ob die Wellenlänge dann auch stabil ist oder nicht - das wird
> schwieriger :(
Die Farbtemperatur ändert sich bestenfalls bei Farb-LEDs. Bei 
monochromen ist die Wellenlänge idR. fest .

Autor: lucerne (Gast)
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@Lothar:

Das Licht ist durch das Photodiodenfeedback wahrscheinlich sehr schnell 
eingependelt, jap. Allerdings nicht die Wellenlänge!
Es handelt sich um eine rote (Amber) Highpower LED von Osram mit 4 
Emittern. Diese ist leider alles andere als monochromatisch (gibt es 
überhaupt monochromatische LEDs????? Dachte da gibts nur was im 
Halbleiterlasersektor.)

Um diese Quelle handelt es sich derzeit:
http://media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Osram%2...

By the way:
Auf Seite 9 im Datenblatt wird noch der Wellenlängendrift in 
Abhängigkeit des Stromes beschrieben, allerdings nur bei dem grünen und 
blauen Modul. Ob dieser Drift für Rot vernachlässigbar klein ist?? Ich 
hoffe es...


Grüsse, Leander

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