Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Drehzahlsteuerung mittels PWM und Optokoppler?


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von Georg T. (microschorsch)


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Huhu,

bin immer noch dabei meine CNC Fräse nach und nach an linuxcnc 
anzuschließen. Linuxcnc liefert mir ein PWM Signal als Ausgang, die 
Drehzahl der Fräse wird momentan durch ein Poti gesteuert. Nun der Haken 
an der Sache: Wie ich unfreiwillig :-) feststellen musste scheint das 
Poti auf einer Spannung jenseits 100V AC zu GND zu liegen.

Mein erster Ansatz war ein Tiefpass und ein Optokoppler aber anscheinend 
kann ich den "Widerstand" des Optokopplers gerade mal zwischen unendlich 
und 25MOhm variieren zu können. Auch scheint sich das System nicht 
gerade linear zu verhalten... lohnt sich der Schaltungsaufwand mit einem 
doppleten OK eine Gegenkopplung zusammenzusetzen?

Hat schonmal jemand etwas ähnliches gemacht?


Vielleicht lieber ein digital-potentiometer? Gibt es ein pwm-to-R ic, 
der auch noch galvanisch getrennt ist?? Vermutlich nicht, oder??

merci

Schorsch

von MaWin (Gast)


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Georg T. schrieb:
> Hat schonmal jemand etwas ähnliches gemacht?

Woher sollen wir das wissen, wo du nicht mal den Namen der Fräse 
hinschreibst.
Ist dir vermtilich alles zu viel Arbeit.
Kleine Fräsen verwenden Reihenschlussmotore mit Dimmer-ähnlichen 
Drehzahlsteuerungen, beispielsweise mit TDA1085.
Da liegt über dem Poti Netzspannung, und du kannst auch keine digitalen 
Potis verwenden.
Man kann das Poti meist durch einem LDR ersetzen, den man mit einer LED 
oder Glühlampe beleuchtet, aber dessen Ansteuerung ist unlinear und 
temperaturabhängig. Aber das wäre die einfachste Version.
Ansonsten empfiehlt es sich, gleich eine fernsteuerbare Motorsteuerung 
zu verwenden, insbesondere als Frequenzumreichter bei Drehstrommotoren.

von Georg T. (microschorsch)


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MaWin schrieb:
> Woher sollen wir das wissen, wo du nicht mal den Namen der Fräse
> hinschreibst.

Hi,
sorry,

es ist eine Optimum BF20, sie hat einen 850W Gleichstrommotor. Wie die 
Elektronik dort funktioniert kann ich nicht sagen, ich könnte aber ein 
paar Bilder posten, falls gewünscht

Schorsch

von Georg T. (microschorsch)


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Hallo,

hab schon wieder eine gezogen bekommen.... :-(

habe jetzt auf einer kleinen Lochrasterplatine zum probieren einen 
Optokoppler gelötet und den Tiefpass (ich glaube das war mein 
Denkfehler) auf der floatenden Seite hingemacht (siehe Schaltbild im 
Anhang)

Ich habe mit einem 12V Netzteil ausprobiert (UREF+ und UREF-) 
anzuschließen, SIGNAL variiert sich dann wirklich zwischen 0 und ca 12V, 
also scheint die Schaltung prinzipiell zu klappen. Obwohl die Schaltung 
ansich zu funktionieren scheint gefällt mir das Poti da so gar nicht, 
ist das richtig??

Schieße ich das ganze an meine Fräse an, tut sich nix, die Spindel dreht 
sich nicht. Das es in etwa so zu funktionieren scheint weiß ich, weil 
ich das hier gefunden habe: 
http://www.simplexmotion.com/documentation/appnote/SmApplicationNoteCncMillBF20Conversion_01b.pdf

hoffe jemand weiß Rat

Schorsch

von Helge A. (besupreme)


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Versuche einmal, mit einer solchen Schaltung anzusteuern. Dahinter 
deinen Tiefpaß, aber nur R-C ohne Poti. Damit sollte sich eine linearere 
Übertragung ergeben.

--

Die Schaltung geht natürlich auch für mehr als 5V.

: Bearbeitet durch User
von Georg T. (microschorsch)


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Hallo,

vielen Dank an Helge für die nette Schaltung, ich hatte auch schon über 
so etwas nachgedacht, hätte allerdings genau andersherum verdrahtet, 
also das Signal in die Mitte und 5V und GND nach außen, ich vermute aber 
das ist egal, so ziehen wir halt jeden OK nach 2.5V.

Habe jetzt deine Schaltung mal nachgebaut und an die Fräse 
angeschlossen, im Ersten Anlauf hatte ich wohl den RC Tiefpass maßlos 
unterdimensioniert, 100n und 2kOhm war nicht so gut - tat sich nichts, 
habe jetzt 470 µF und konnte den Widerstand quasi auf null reduzieren. 
Folgendes passiert jetzt an der Fräse:

Stelle ich das PWM Signal auf aus und schalte die Spindel ein, so dreht 
sie sich sehr langsam, stelle ich das PWM Signal auf Maximum und schalte 
die Spindel ein, so dreht sie sich etwa mit halber Solldrehzahl wird 
aber nach und nach langsamer, verstelle ich das PWM Signal während die 
Spindel läuft wird sie immer nur langsamer niemals schneller.

Was mag das sein?? Wieder irgendwas unter oder überdimensioniert??

PS Ich habe die Werte für die Widerstände im Eingang etwa verzehnfacht 
und im Ausgang verdoppelt, damit sollte I_F bei nem knappen mA liegen - 
ist das zu wenig??

Gruß vom Schorsch

Danke im Voraus

von Georg T. (microschorsch)


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Hallo zusammen,

brauche mal Eure Hilfe.
Hab die Schaltung von Helge nachgebaut. Hab noch ein paar Cs zum glätten 
dahintergehängt. Fürs Verständnis ist der Plan angehängt.

Ich kriege mit dieser Schaltung weder die ganz langsamen, noch die ganz 
großen Geschwindigkeiten hin. Habs mir mal unter dem Oszi angeguckt, der 
Optokoppler steuert durch - betreibe die Leds jetzt mit 25mA - aber ich 
habe zwischen POTI_REF+ und SPEED_AUTO bzw POTI_REF- und SPEED_AUTO 
immer einen Potentialunterschied von 0.8V an den Grenzen. Zwischen den 
beiden POTI_REFs liegen 10V an.

woran liegts? Ist durchgeschaltet nicht durchgeschaltet genug? Gib es 
einen minimalen effektiven Innenwiderstand bei Optokopplern?

Gruß vom Schorsch

von MaWin (Gast)


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Georg T. schrieb:
> Hab noch ein paar Cs zum glätten dahintergehängt.

Manchmal fragt man sich, nach welchen Methoden Elektronik entworfen 
wird.
1
 +----120R-- Poti Ref+
2
 |
3
|<
4
 |E
5
 +--10k--+-- Speed Auto
6
 |       |
7
|<     100nF
8
 |E      |
9
 +-------+- Poti Ref-

von Georg T. (microschorsch)


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Hi,

MaWin hat mal wieder mein Problem nicht verstanden. Die zwei Cs sind 
schon gut :-)

Ein Kollege hat mich gerade auf Rätsels Lösung gebracht. Anscheinend 
haben OKs sowas wie einen "Forward Voltage Drop", der Anscheinend bei 
etwa 0.8V liegt. Scheint logisch. Warum spricht da sonst niemand drüber?

Wie komme ich da jetzt drumrum?

Die eleganteste Lösung scheint mir momentan mit FETs zu arbeiten. Es 
gibt OKs mit FETs im Ausgang (z.B. ACPL 072) die gehen aber alle nur bis 
5V. ich brauche 10. Also hätte ich jetzt statt zwei OKs nur einen 
genommen und danach diskret einen Inverter mit zwei FETs aufgebaut. 
Hinter den FETs dann die Cs zum glatt machen

hat jemand einen einfacheren Vorschlag?

Gruß vom Schorsch

von Helge A. (besupreme)


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Wenn dir die Aussteuerung nit reicht, könntest du einen 40106 als 
Impulsformer nehmen. Die funktionieren bis zu 15V.

von Peter R. (pnu)


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Schon mal überlegt? Der Steuereingang für die Drehzahl stellt eine 
Belastung für die Übertragungsschaltung dar. Du erzählst hier munter von 
irgendwelchen Spannungen, die beim übertragen entstehen, misst aber 
diese anscheinend nur beim Leerlauf, aber nicht im wahren 
Betriebszustand, nämlich unter Belastung durch den Steuereingang.
Häng mal das Messgerät direkt an den Steuereingang und messe da die im 
Betrieb anliegende Spannung.
wahrscheinlich erreicht diese garnicht die für richtige Steuerung 
notwendigen Werte.

Du redest hier von PWM.
Eine wichtige Größe dazu ist die Taktfrequenz. Von der sagst Du nichts. 
Vielleicht ist sie viel zu hoch für Optokoppler. Normale OK arbeiten bis 
zu 50kHz, 10 kHz Taktfrequenz der PWM ist deshalb wohl die obere Grenze.

: Bearbeitet durch User
von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Georg T. schrieb:
> Warum spricht da sonst niemand drüber?

Weil es den meisten klar ist, das über einem 'bipolaren' Transistor im 
durchgeschalteten Zustand eben diese 0,7V-0,8V liegenbleiben. Das gilt 
auch für den im OK verbauten Phototransistor...

Georg T. schrieb:
> hat jemand einen einfacheren Vorschlag?

Hmm, ob du den hören möchtest?
Nimm 2 LDR im Ausgang und takte die PWM so hoch, das die LDR-Trägheit 
den Mittelwert bildet. LDR gibts säckeweise:
http://www.pollin.de/shop/suchergebnis.html?S_TEXT=Fotowiderstand

: Bearbeitet durch User
von Georg T. (microschorsch)


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Hallo zusammen,

würde folgende Schaltung funktionieren?

Gedacht hatte ich mir das so:
Es schaltet jeweils der obere oder der untere OK durch, je nachdem ob 
gerade hi, oder lo anliegt. An der beiden Gates der MOSFETs liegt 
entweder DRAIN oder SOURCE-Potential an, je nachdem welcher OK gerade 
durchschatet. Ich vermute ich brauche doch für diese simple Schaltung 
keine Gate-Treiber, oder? PWM Frequenz sollte irgendwo bei 100-1000Hz 
liegen, kann ich aber auch ändern.

Auf diese Weise kann ich den kompletten Bereich zwischen POTI_REF+ und 
POTI_REF- ausnutzen und schneide nicht oben und unter 0.8V ab.

Spannungsdifferenz an dem Inverter ist 10V

Sagt mal was ihr denkt

Schorsch

von Georg T. (microschorsch)


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Sorry, da ist was im Eingang schief gelaufen,

so müsste es sein

Schorsch

von Georg T. (microschorsch)


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Hallo,

da mir keiner geantwortet hat, hab ich die Schaltung mal einfach 
aufgebaut, habe noch zwei 10k Widerstände, die jeweils Source und Drain 
verbinden ergänzt, um so ein endliches Poti zu simulieren.

Und ich habe den Tiefpass erstmal weggelassen und erstmal beide seiten 
der Schaltung auf das selbe GND bzw +5V potential gelegt (war einfach zu 
faul ein zweites Netzteil anzuschließen)

Ich beobachte nun folgendes:

Im Ruhefall liegt zwischen POTI_SIGNAL und GND 2.5V - das versteht man
Wenn ich PWM_SIG mit GND kurzschließe liegt zwischen POTI_SIGNAL und GND 
0V - das verstehe ich auch, der untere MOSFET wird niederohmig.

Wenn ich PWM_SIG mit +5V kurzschließe liegten 2.8V zwischen POTI_SIGNAL 
und GND - das verstehe ich nicht mehr - ich vermute, dass source nicht 
dicht genug an GND hängt - brauche ich etwa doch eine Treiberstufe??

Schorsch

von Sina A. (sinapse)


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Georg T. schrieb:
> Wenn ich PWM_SIG mit GND kurzschließe liegt zwischen POTI_SIGNAL und GND
> 0V - das verstehe ich auch, der untere MOSFET wird niederohmig.

dann wird doch der obere OK leitend?? sprich es muss genau umgekehrt 
sein, also PWM_SIG mit +5V kurzschließen, damit unterer MOSFET 
niederohmig wird.

Georg T. schrieb:
> ich vermute, dass source nicht
> dicht genug an GND hängt - brauche ich etwa doch eine Treiberstufe??

ja, wenn oberer MOSFET leitend wird, gleichen sich die gate-source 
potentiale an... sprich der MOSFET will wieder sperren.  es stellt sich 
ein gleichgewicht zwischen öffnen und sperren bei deinen 2.8V ein. eine 
treiberstufe bringt also nichts, da dieser diesen konflikt hier nicht 
lösen würde, sondern höchstens dazu beiträgt, dass dieser 
gleichgewichtszustand schneller erreicht wird ;) (wenn man mal von 
irgendwelchen schwingungseffekten absieht)

: Bearbeitet durch User
von Georg T. (microschorsch)


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Ja,

ich sehe ein, dass das anscheinend mit zwei N-Typen nicht geht.

Habe die Schaltung jetzt nochmal modifiziert und oben einen P-Typen 
eingesetzt.

Der Wert des Widerstandes im Tiefpass ist falsch ich habe hier 50Ohm 
eingesetzt.

Prinzipiell geht die Schaltung, allerdings beobachte ich folgendes. Es 
schlatet immer der eine oder der andere durch - wie erhofft, allerdings 
geht der andere dann nicht auf 10k, wie ich gedacht hätte, sondern auf 
50 oder 60Ohm. Warum??

Schorsch

von Helge A. (besupreme)


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Vielleicht ist einer schon fehlerhaft, ein wenig statische Aufladung 
reicht dafür aus.

Ich würde es mit einem HCPL7710 oder HCPL0710 versuchen oder die 
Schaltung symmetrisch aufbauen wie im Bild.

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