Hallo,
innerhalb der Ansteuerelektronik eines Schaltnetzteil soll der
Analogwert (gemessener Strom bzw. Spannung)
digital gewandelt werden. Hierzu wird ein AD Wandler verwendet.
Der am AD-Wandler anliegende Analogwert ist natürlich störbehaftet
aufgrund der Schaltfrequenz.
Frage:
Wenn ich die Abtastfrequenz genau gleich der Schaltfrequenz des Wandlers
wähle, muss ich dann mit Aliasing-Effekte rechnen ? (von den
HF-Störungen mal abgesehen)
Das Störsignal hat ja dann ein Spektrum mit der Abtastfrequenz als
Grundwelle, zuzüglich Oberwellen die ein Vielfaches davon sind.
Wenn die Störfrequenz also gleich der Abtastfrequenz ist, beträgt die
Spiegelfrequenz genau 0 Hz, richtig ?
Das bedeuted, ich bekomme dann einen DC-Offset (0Hz=DC).
In unserem konreten Fall befindet sich der AD-Wandler innerhalb einer
Regelschleife. Offsetfehler können vom Regler kompensiert werden, führen
demnach zu keiner Schwingung, daher aus meiner Sicht unkritisch...
Reicht es also, den ADC mit der Schaltfreqeunz abzutasten, oder sollte
die Abtastfreqeunz wesentlich höher als die Schaltfrequenz gewählt
werden ??
Danke schonmal
Gruß Stephan
Das geht so. Lege den Abtastzeitpunkt möglichst an eine Stelle der
Periode, an der normalerweise keine Schaltflanke zu erwarten ist, also
kurz vor dem nächsten Einschalten oder kurz danach.
Wie gesagt, erhälst Du einen Offsetfehler. Dieser ist vom Arbeitspunkt
abhängig. Du kannst, wenn Du einen PI-Regler verwendest, den P-Regler
direkt mit diesem Signal füttern, den I-Regler dann aus dem
vorgefilterten Messwert.
Michael
Man wählt die Abtastfrequenz immer doppelt so hoch wie die höchste im
Signal enthaltene Frequenz (Shannon). Zusätzlich erhöht man die
Abtastfrequenz in der Praxis nochmals um 10 %.
Hast du Probleme wegen der Abtastfrequenz oder warum willst du sie nicht
erhöhen?
schon klar, aber so hoch kann ich leider nicht abtakten, weil der ad
wandler nicht dafür ausgelegt ist.
wenn der AD Wandler in meiner Regelschleife drin ist,
und ich die eckfrequenz vom antialias-filter aber wiederum zu niedrig
lege, dann hat es negativen einfluss auf die regeldynamik (zusätzliche
verzögerungsglieder).
es gibt normalerweise einen trick, oversampling, d.h. man tastet mit
einer hohen frequenz z.b. 5MHz ab, hat dann den vorteil, dass man den
analogen vorfilter einfacher auslegen kann.
den rest könnte man dann digital filtern.
in unserem falle aber leider nicht realisierbar...
der trick, die spiegelfrequenz genau auf Null zu legen, sollte
eigentlich klappen....
@Mark
>Man wählt die Abtastfrequenz immer doppelt so hoch wie die höchste im>Signal enthaltene Frequenz (Shannon). Zusätzlich erhöht man die>Abtastfrequenz in der Praxis nochmals um 10 %.
Falsch. Weil im falschen Zusammenhang zitiert. Wir wollen hier keine
Sinuskurven digitalisieren, die später wieder als Sinus erscheinen
sollen, sondern wir wollen hier einfach nur die Ausgangsspannung messen.
Die Taktfrequenz ist einfach nur als Störung zu betrachten, die man
weghaben will. Und da ist der Weg von Stephan
(Abtastfrequenz=Schaltfrequenz) sicherlich sehr gut geeignet.
Wenn man bei einem Schaltnetzteil den unvermeidlichen Rippel nicht
mitsamplen will, bleibt einem keine andere Wahl, als genau synchron mit
der Schaltfrequenz zu samplen. Das ist der effektivste Weg, die
Schaltfrequenz vollständig aus dem Messsignal zu eliminieren, nur ein
Offsetfehler bleibt.
Mit massivem Oversampling würde man zwar den Rippel exakt abbilden
können und dann digital ausfiltern, hat aber am Ende keinerlei Vorteile,
außer dass man den Offset weg hat.
Das kostet aber massiv Rechenzeit. Oversampling bringt auch keinen
Phasengewinn, denn den aktuellen Wert kann man frühestens nach Abschluss
der Schaltperiode ermitteln, nämlich dann, wenn man alle Werte der
Periode gemittelt hat.
Wartet man die Periode nicht ab und nimmt sich zu einem beliebigen
Zeitpunkt den aktuellen Wert aus dem Filterausgang raus uns speist ihn
in den Regler ein, regelt dieser fleißig auf den Aliasing-Effekten rum
und das kann im schlimmsten Fall zum Schwingen führen.
Michael
