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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Induktivgeber- / Pickup-Signalaufbereitung macht Schwierigkeiten


Autor: Chris (Gast)
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Hallo zusammen,

Kurz zu mir (kann übersprungen werden):
Ich bin 23, studiere Elektrotechnik an einer Universität im 2. Semester 
und bin begeisterter Motorsportler. Diese beiden Beschäftigungen veeinen 
sich bei mir in einem Kleinen Rennsprotteam bestehend aus einem Fahrer, 
Maschienenbauer (4.Semester der selben Uni) und mir.
Nun das Projekt lautet also Motortuning wie man erwarten kann, und damit 
laden wir auch schon bei

mein Projekt:
Zündsteueranlage. Wie ich schon gelesen habe, ein häufig gestartetes 
Thema, doch eine Sache habe ich noch niergends gelesen/gefunden.
Es geht um den im Anhang befindlichen Spannungsverlauf. Dieser wird von 
der Pickup des Motors induziert. Nun möche ich beide Spannungsspitzen 
(beim Starten ca. 5V, dannach vermutlich höher) detektieren, also sowohl 
die Positive als auch die Negative.
Die Positive ist mittels einem kleinen Tiefpass gefiltert und auf einen 
Transitor geführt recht einfach detektiert, doch die negative macht mir 
sorgen, denn ich möchte negative Versorgungsspannungen vermeiden. Nicht 
aus ästhetischen Gründen, sondern weil ich sie nicht zur verfügung habe 
und daher ausschließlich dafür erzeugen müsste. -> viele Fehlerquellen!

Ich stehe nun also vor dem Problem den negative Spannungspuls zu 
detektieren (an einem µC) und das ohne negative Spannungsversorgung.
Mein Induktivgeber ist allerdings mit einem Ende am Motorblock 
"geerdet", also auf Masse. Ein herkömmlicher Gleichrichter scheidet also 
aus...
Kann mir also vielleicht jemand mit Ideen behilflich sein?
Mir fehlt da noch ein wenig die Schaltungstrick-wissen.
Und google ist gearade auch nicht so hilfreich.


Vielen Dank an alle
MfG
Chris

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Nicht aus ästhetischen Gründen, sondern weil ich sie nicht zur verfügung
>habe und daher ausschließlich dafür erzeugen müsste. -> viele
>Fehlerquellen!

Es gibt sehr sehr einfache Möglichkeiten eine negative 
Versorgunsspannung zu erzeugen. Ohne "viele Fehlerquellen", ganz bequem, 
beispielsweise mit einem DC/DC-Wandler.

Kai Klaas

Autor: Anja (Gast)
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Chris schrieb:
> Ich stehe nun also vor dem Problem den negative Spannungspuls zu
> detektieren (an einem µC) und das ohne negative Spannungsversorgung.

Falls der Pickup potentialfrei ist könntest Du ein Ende auf einen 
Spannungsteiler mit 2,5V legen und 2 Komparatoren (3,5V und 1,5V 
verwenden).
Falls nicht könntest Du einen Optokoppler für die negative Halbwelle 
nehmen vorausgesetzt der Pickup liefert genügend Strom. Bei der 
positiven halbwelle brauchst Du dann noch eine anti-parallele Diode 
damit der Optokoppler nicht abraucht. Oder Du nimmst gleich 2 
Optokoppler mit antiparallel geschalteten Sendedioden dann hast Du auch 
gleich weniger Störungen auf dem uC.

Oder Du nimmst gleich eine spezialisierte Schaltung wie z.B. hier:
http://www.national.com/ds/LM/LM1815.pdf
http://www.national.com/an/AN/AN-162.pdf

Gruß Anja

Autor: Hagen Re (hagen)
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Und warum nicht AC-koppeln ? Dh. Signal über Serienkondensator 
einspeisen und danach auf VCC/2 über Widerstände ziehen.

Autor: Chris (Gast)
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Danke erstmal für eure wirklich schnellen Antworten!

Anja schrieb:
> Falls der Pickup potentialfrei

Nein, leider ist ein ende Fest mit Masse verbunden.

> Falls nicht könntest Du einen Optokoppler [...] nehmen

Das klingt eingentlich sehr gut!
Ich müsste also nurnoch herausfinden, wieviel Strom ich vom Sensor 
ziehen darf (Ideen?), bzw. ob's genug Strom für die Optokoppler ist. Und 
natürlich sollte ich den Strom auch begrenzen!
Weiß jemand ob diese Pickups Kurzschlussfest sind?

> Oder Du nimmst gleich eine spezialisierte Schaltung wie z.B. hier:
> http://www.national.com/ds/LM/LM1815.pdf
> http://www.national.com/an/AN/AN-162.pdf

Ja, soweit war ich auch mal, bis herausgefunden habe, dass es wohl oder 
übel 2 Arten von Pickup-Signal gibt.
Das eine ist das für dies Chips geeignete Zero-Cross-Signal (nenne ich 
jetzt mal so), bei dem gerade der Übergang von der negativen zur 
positiven Halbwelle ausschlaggebend ist.
Das meinige Signal hat aber eben ganau diesen Nulldurchgang nicht. 
Stattdessen hat es 2 Spannungsspitzen, eine Positive (zuerst die 
positive) und eine Negative.
Worin (mechanisch) der Unterschied liegt habe ich noch nicht 
herausgefunden.

Autor: Chris (Gast)
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So, ich hab jetzt noch viel gelesen, vor allem über Optokoppler, aber 
eine gewisse unsicherheit bleibt.
Daher wollte ich euch mal bitten über meine obige Schaltung zu schaun.

Als Optokoppler habe ich mal den HCPL2531 ausgewählt, da er extrem 
schnell ist und auch sonst meinen Bedürfnissen gerecht wird (zumindes 
habe ich nichts gegenteiliges gelesen). Vor allem aber hat er 2 
Optokoppler in einem Gehäuse und ist nicht soo teuer.

Links im Bild oben würde ich das Pickup-Kabel anschließen (zur 
Erinnerung: das andere Ende der Pickupspule ist auf Fahrzeugmasse). Die 
2 offenen enden rechts kämen direkt so an 2 µC Pins.

Wär nett wenn mir bestätigen könnte, dass es so funktionieren müsste.

Vielen Dank
Chris

Autor: Chris (Gast)
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Mist, der Anhang...

Autor: Anja (Gast)
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Sieht für mich ok aus.

Falls jedoch der Strom am Pickup nicht ganz so groß sein sollte würde 
ich auf Optokoppler ausweichen die bei 2-4mA bereits schalten. (PC900V 
oder H11L1). Damit kann man den Eingangskreis noch etwas hochohmiger 
gestalten.

Die sind sicher nicht so schnell wie die von Dir angedachten. Aber auf 
der anderen Seite filterst du ja auch schon mit den Eigenkapazitäten der 
Z-Dioden einiges weg.

Man sollte bei KFZ-Schaltungen sowieso die Eingänge nur so schnell 
machen daß das Nutzsignal noch sauber (und phasengetreu) durchkommt.

Chris schrieb:
> (beim Starten ca. 5V, dannach vermutlich höher)

Starterdrehzahl = 150 RPM Enddrehzahl = 6000 RPM
Wird dann wohl bei der Maximaldrehzahl (unbelastet) bei 200V liegen.
-> prüfe mal die Dimensionierung des Widerstandes vor der Z-Diode.


Gruß Anja

Autor: Rengi (Gast)
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Was mir da als erstes zu einfällt wäre ein p-kanal FET -> negative 
Gatespannung

Autor: Chris (Gast)
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Danke nochmal,

Anja schrieb:
> Starterdrehzahl = 150 RPM Enddrehzahl = 6000 RPM

Rennmotor... aktuell bis 14.000 U/min Ziel sind 18-20.000 U/min
Und da ich jetzt nur Optokoppler mit typ. 4µs bis max 20µs gefunden habe 
und eben diesen schön schnellen, war die Auswahl nicht allzu groß, denn 
4µs+ sind bei 18.000 U/min fast ein halbes Kurbelwellengrad. Mit 500% 
tolleranz...
Da erwarte ich dann nicht mehr das ersehnte Ergebnis.

Bei den H11L1 sind ja 1 bis max 4µs angegeben... gut, das ist vielleicht 
noch im Limit. Danke dafür

> Wird dann wohl bei der Maximaldrehzahl (unbelastet) bei 200V liegen.
> -> prüfe mal die Dimensionierung des Widerstandes vor der Z-Diode.

Ja der Widersand vor der Z-Diode macht mir auch sorgen.
Mach ich ihn zu groß, schaltet der Optokoppler bei hohen Drehzahlen 
nicht mehr. Mach ich ihn aber zu klein weiß ich nicht wie hoch der Strom 
wird.
Für Ratschläge oder Ideen wäre ich dankbar.


@ Rengi:
 P-Kanal-FET... ja und weiter. wüsste gerade nicht wie der helfen 
sollte.

Autor: Rengi (Gast)
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Ein mehr bisschen Kreativität. Nen p-Kanal Fet, selbstsperrend, Source 
an Masse, Drain mit Pullup und ans Gate dein Signal. Dann solltest dein 
verwertbares Signal haben. Sollte ja nur ein Denkanstoß werden und keine 
fertige Schaltung.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Das mit den Optos ist doch Murks. Erstens sind die meisten bei weitem 
nicht schnell genug und zweitens ziehen sie zuviel Strom.

Hole dir einen DC/DC-Wandler für eine negative Versorgungsspannung und 
mache das mit schnellen Komparatoren.

Du könntest das auch dynamisch, also mit einer mitlaufenden 
Umschaltschwelle machen, so ähnlich wie hier

Beitrag "Re: Nulldurchgang Induktivgeber 0,2-120V"

Kai Klaas

Autor: Hagen Re (hagen)
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Hm ich frage nochmal nach in Bezug auf meinen Post 
Beitrag "Re: Induktivgeber- / Pickup-Signalaufbereitung macht Schwierigkeiten"

Geht das nicht, übersehe ich da was ? Warum nicht AC koppeln und 
dahinter auf VCC/2 anheben ?

Gruß Hagen

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Geht das nicht, übersehe ich da was ? Warum nicht AC koppeln und
>dahinter auf VCC/2 anheben ?

Doch, im Prinzip geht das schon. Probelmatisch wird es, wenn du etwas 
mehr Signalverarbeitung machen möchstest und dann immer alles auf Vcc/2 
referenziert ist. Oder, wenn die Peaks unterschiedliche Höhe haben...

Kai Klaas

Autor: Chris (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> Hole dir einen DC/DC-Wandler für eine negative Versorgungsspannung

Ganz schlechtes Argument, aber mir geht der Platz aus.
Aber nciht nur das, sondern eine negative Versorgungspnnung nur dafür, 
das gefällt mir ganz und gar nicht.

Hagen Re schrieb:
> Hm ich frage nochmal nach in Bezug auf meinen Post
> Beitrag "Re: Induktivgeber- / Pickup-Signalaufbereitung macht Schwierigkeiten"

Den hab ich ja ganz übersehen. Eieiei... na klar, das ist natürlich auch 
eine spitzen Idee. AC-Koppeln und dann mit 2 Komparatoren die Poitive 
bzw. negativen Peaks rausfiltern. Müsste ich nurnoch schnelle 
Komparatoren finden (die schnellsten die ich bisher gefunden habe habn 
1,5µs Resonse-time) und mir Gedanken um eine sinnvolle 
Enigangsspannungsbegrenzung machen. Vielleicht mit 10k Serienwiderstand 
und je einer Diode richtung Vcc bzw. GND.
Die Komparatoren werden dann mit 12V versorgt und Dank 
Open-Collector-Ausgang (den die meisten scheinbar haben) hab ich dann 
auch keine Probleme mit der Transformation nach 5V. genial

Autor: Hagen Re (hagen)
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Oder einen Fensterkomparator nehmen, je nachdem was du am Ausgang als 
digitales Signal möchtest. Falls die Peaks ausreichend groß sind ginge 
ja auch ein Schmitt Trigger direkt.

Autor: Chris (Gast)
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Fensterkomparator? nie gehört. Was ist das?

Schmitt-Trigger. Hmm... was gibts denn da wieder zu beachten?


Nein ich glaube die effizienteste Lösung (im bezug auf Flexibilität pro 
Preis) ist die Lösung mit 2 Komparatoren.
habe den LM211 gefunden. Verdammt schnell und günstig
http://docs-europe.origin.electrocomponents.com/we...
Ich denke auf diese Lösung sollte ich mich mal einbrennen und 
durchziehen.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Sind denn die Peaks immer gleich hoch??

Kai Klaas

Autor: Chris (Gast)
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Kai Klaas schrieb:
> Sind denn die Peaks immer gleich hoch??

Nein. Bei Startdrehzahl haben sie ungefähr 5V, bei höheren Drehzahlen 
werden sie schmäler und höher. Reine Induktion halt, ein Magnet läuft an 
einer Spule vorbei.

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