Hallo,
ich benötige etwas Hilfe bei der Dimensionierung eines Tiefpasses (ich
bin seit Jahren nur noch digital unterwegs) .....
Ich habe eine Last, die über einen FET via PWM betrieben wird.
PWM-Frequenz 122 Hz, Auflösung 10 Bit. Der Strom der durch die Last
fließen kann liegt (gemittelt) bei 0-10A und der Messwiderstand im Pfad
hat 0.0175 Ohm (2x 0.035 Ohm parallel - wegen dem Strom ;o) ). Also kann
am Widerstand maximal 0.175V abfallen - dummerweise aber nur wenn Strom
fließt ..... okok es fällt immer 0.0175V ab, jedoch gepulst. Meine
liebste Vorgehensweise: Spannung verstärken und ein Tiefpass, der mir
den Wert mittelt. Die Ausgangsspannung soll dann von einem ADC gelesen
werden.
Frage 1: Tiefpass vor oder nach dem OP ?
Frage 2: Wie die Bauteile dimensionieren, so daß ich wirklich 0...10A
messen kann ?
Gruss
Harry
Harry schrieb:> Also kann> am Widerstand maximal 0.175V abfallen - dummerweise aber nur wenn Strom> fließt ..... okok es fällt immer 0.0175V ab, jedoch gepulst.
Mist eine 0 zu viel:
am Widerstand maximal 0.175V abfallen - dummerweise aber nur wenn Strom
fließt ..... okok es fällt immer 0.175V ab, jedoch gepulst.
Shuntmessverstärker(AD8210; INA169; o.ä.) nutzen und dahinter ein
RC-Glied nach Datenblatt. Wobei die PWM Frequenz echt gering ist, warum
so klein? In der Hydraulik macht man das ja oft so, aber da ist die
Spule selber der Tiefpass...
Gruß
Ert
hast du eine ohmsche Last oder eine induktive? Bei einer induktiven
fließt der Strom normalerweise nämlich weiter, auch wenn der FET
ausgeschaltet ist (dann halt über eine Freilaufdiode).
Und gleich noch eine Frage: wo sitzt der Messwiderstand? In der
Versorgung oder gegen Masse, vor oder hinter dem FET? Je nachdem würde
ich die Strommessung unterschiedlich angehen.
Die Last ist eine Drahtwicklung, ich würde sie aber ohmsch betrachten
(Heizwicklung).
Ich schalte lowside mit einem FET und der Shunt ist zwischen Source und
Masse. Bei dem niedrigen Widerstand sollte das die Gatespannung nicht
beeinflussen ;o)
Die niedere Frequenz, weil es eine Heizwicklung ist. Ich dachte (kommt
vor) bei Heizungen ist niederfrequenter besser ? Ich kann natürlich
höher gehen, falls das besser ist. Max. 20 kHz sind drin.
Danke
Harry
Crazy H. schrieb:> Die Last ist eine Drahtwicklung, ich würde sie aber ohmsch betrachten> (Heizwicklung).
ein bisschen parasitäre Induktivität ist bestimmt dabei. Aber wenn der
Spannungsanstieg beim Ausschalten nicht größer wird als die
Spannungsfestigkeit des FET, dann macht das nichts ;-)
Crazy H. schrieb:> Ich schalte lowside mit einem FET und der Shunt ist zwischen Source und> Masse.
wenn deine Masse niederohmig genug ist (viel niederohmiger als
17,5mOhm), dann reicht dir ein einfacher Tiefpass gegen Masse direkt am
Shunt und danach ein gemütlicher n-inv Verstärker. Bei unipolarer
Versorgung musst dann darauf achten, dass der OPV am Eingang bis auf 0V
runter arbeitet und am Ausgang möglichst weit bis an 0V herankommt.
Ein Differenzverstärker würde dir helfen, wenn der Spannungsabfall an
Masse nicht vernachlässigbar ist.
Wenn du einen von den oben vorgeschlagenen High-Side current sensors
nehmen möchtest, musst du darauf achten, dass er mit der niedrigen
common mode Spannung klar kommt (der INA169 kann das z.B. nicht).
Denk übrigens auch daran, dass du hinter dem Tiefpass den mittleren
Strom misst (nicht den Effektivwert des Stroms), das wird gerne mal
verwechselt ;-)
Danke Achim .... Ziel ist es eigentlich die Leistung zu messen. Dazu
benötige ich den Strom.
Kannst du mir was zur Dimensionierung des Tiefpasses sagen ? Sorry meine
Ausbildung ist sehr lange her und wie gesagt war ich lange nur digital
unterwegs.
Crazy H. schrieb:> Danke Achim .... Ziel ist es eigentlich die Leistung zu messen. Dazu> benötige ich den Strom.
Den mittleren Strom?
Zeig vielleicht besser erst mal, wie du vom Strom auf die Leistung
umrechnen willst. Vorher lohnt es sich vielleicht gar nicht, über
Feinheiten der Schaltung zu diskutieren ;-)
Achim S. schrieb:> Denk übrigens auch daran, dass du hinter dem Tiefpass den mittleren> Strom misst (nicht den Effektivwert des Stroms), das wird gerne mal> verwechselt ;-)
Bei einer ohmschen Last, betrieben mit PWM an konstanter
Versorgungsspannung sollte der Unterschied eher zu vernachlässigen sein
;-)
Wolfgang schrieb:> Bei einer ohmschen Last, betrieben mit PWM an konstanter> Versorgungsspannung sollte der Unterschied eher zu vernachlässigen sein> ;-)
unter den Bedingungen gilt:
Effektivwert = I_peak * Wurzel(Tastgrad)
Gleichanteil (d.h. mittlerer Strom) = I_Peak * Tastgrad
Wenn einem der Faktor Wurzel(Tastgrad) zwischen beidem nicht stört, dann
kann man das vernachlässigen (sonst besser nicht ;-)
Wolfgang schrieb:> Bei einer ohmschen Last, ...
braucht man eigentlich keinen extra Shunt, die Spannung über der Last
und ein wenig Hilfe von Gevatter Ohm sollte es richten.
MfG Klaus
Wenn ich den effektiven Strom (gemittelt) habe mal Spannung sollte doch
die Leistung sein ?
Effektivwert = Ipeak × Wurzel(Tastgrad) würde bedeuten
Effektivwert = 8V/1Ohm × Wurzel(0.5) = 5.656 ... was ? A ? .... sind
Zahlenbeispiele.
Moment du hast noch geschrieben Gleichanteil=Ipeak × Tastgrad
= 8A × 0.5 = 4 .... 4A mittlerer Strom ?
Kann ich nicht sagen P=8V × 8A × Tastgrad = 32W (bei 0.5 bzw. 50%)
Jetzt hab ich aber ein Problem: 1. ist der Lastwiderstand nicht genau
genug bekannt (und kann auch geändert werden) und 2. nimmt die Spannung
ab (Akku). Deshalb lieber messen. Wenn die Spannung niedriger wird, soll
der uC den Tastgrad erhöhen um die Leistung konstant zu halten. Das mach
aber das Programm. Es geht mir nur ums messen.
Bist du der TO - dein Beitrag klingt so, aber dein Name klingt anders.
Du misst den mittleren Strom. Jetzt kommt es darauf an, welche der
sonstigen Größen (Spannung, Widerstand, Tastgrad) bekannt sind.
Den Tastgrad kennst du wohl, da der µC den einstellt. Damit kannst du
z.B. den Effektivwert berechnen. Tastgrad und mittlerer Strom reichen
aber nicht aus, um die Leistung zu bestimmen (wenn sowohl Widerstand als
auch Spannung variieren können).
Hi Achim,
ja ich bin der TO .... kann mich @ work nicht anmelden ;o)
Jetzt blick ichs garnicht mehr.
Ich messe den mittleren Strom und die Spannung. Wenn ich jetzt (ganz
genau) von der Spannung die Shuntspannung abziehe mal mittlerem Strom
ist doch die Leistung. Oder hab ich da nen Denkfehler ? Das was ich
überm Shunt verbrate kann ich aber mit x% raus schätzen :oD
Harry
Harry schrieb:> Ich habe eine Last, die über einen FET via PWM betrieben wird.> PWM-Frequenz 122 Hz, Auflösung 10 Bit.
wenn du zum richtigen Zeitpunkt misst und das Taktverhältnis kennst,
brauchst du gar keinen Tiefpass
wenn du die Spannung ebenfalls misst, dann kannst du die Leistung
natürlich bestimmen (das habe ich bisher aus deiner Beschreibung nicht
herausgelesen).
Ich gehe davon aus, dass die Spannung nur langsam variiert (also nicht
durch die Belastung einbricht), richtig?
Die Leistung ist U*I_Peak*delta
Du kannst den mittleren Strom messen (I_Peak*delta) und mit U
multiplizieren. Oder du kannst den Spitzenstrom I_Peak messen (wie von
verschiedenen Leuten vorgeschlagen während der On-Zeit der PWM messen)
und mit U und dem bekannten Tastgrad multiplizieren.
Der mittler Strom über eine Tiefpass wäre mir lieber, da ich u.a.
nebenher auch noch ein grafisches LCD mit dem uC bedienen will.
Wobei ich wieder bei meiner Ausgangsfrage wäre: wie dimensioniere ich
diesen Tiefpass richtig ?
Und ja die Spannung sinkt langsam: Akkuentladung
Moin,
Wenn du 10bit Aufloesung hast/haben willst, dann find' ich, sollte dein
Tiefpass bei der PWM Frequenz eine Sperrdaempfung von >=10*6dB=60dB
aufweisen. Wenn du einen einfachen RC-Tiefpass 1. Ordnung nimmst, dann
waere das eine Grenzfrequenz von 60dB/(6db/Octave)=10 Octaven unter der
PWM-Frequenz, also hoechstens 0.12Hz; bei einem steilflankigeren Filter
koennte die Grenzfrequenz entsprechend hoeher sein.
Gruss
WK
Crazy H. schrieb:> Der mittler Strom über eine Tiefpass wäre mir lieber, da ich u.a.> nebenher auch noch ein grafisches LCD mit dem uC bedienen will.
Die Strommessung kostet dich nicht mehr Zeit, nur weil du sie mit dem
Schalten des FET synchronisierst.
Ansatz 1: kein Tiefpass: Du triggerst mit dem Anschalten des FET eine
Routine (z.B. per Interrupt), die den ADC startet. Ein paar µs später
kennst du den neuen Wert von I_peak.
Vorteile: du misst immer einen realtiv großen Spannungswert, Fehler von
ADC und Verstärkeroffset stören dich weniger,
du hast in einem festen Zeitraster (8,2m) einen neuen Messwert, was die
Regelung angenehm macht,
du hast keine ewig langen Verzögerungen durch die Einschwingzeit von
Filtern
Nachteile: du benötigst eine Multiplikation mehr (mit dem Tastgrad),
du musst dir ein klein wenig Gedanken machen, wie viele µs dein
Verstärker braucht, um auf den Spannungssprung am Eingang
einzuschwingen,
du braucht alle 8.2ms einige µs, um den neuen Stromwert zu messen
(Moment mal: das sind 0,1% der Rechenleistung, das gehört ja eher zu den
Vorteilen als zu den Nachteilen)
Ansatz 2: du dimensionierst ein Filter so, dass von den 122Hz und
Harmonischen hinter dem Tiefpass nichts mehr zu sehen ist. derguteweka
hats dir vorgerechnet.
Vorteil: du sparst jeweils eine Multiplikation mit dem Tastgrad
du musst dir keine Gedanken zur Geschwindigkeit des Verstärkers machen,
weil du mit einer Gleichspannung arbeitest
Nachteil: bei kleinen Tastgraden wird die gemessene Spannung klein und
empfindlicher auf Fehler
die Regelung hat Zeitkonstanten im Minutenbereich. Wenn das schnell
genug, kannst du es machen
Ansatz 3: du dimensionierst das Filter etwas schneller und überlässt
einen Teil der Mittelung dem µC. Du könntest z.B. den Stromwert mit
976Hz abtasten (der achtfachen PWM-Frequenz) und immer über 8 Werte
numerisch mitteln. Dann darf dein Filter eine deutlich höhere
Grenzfrequenz bekommen.
Vorteil: schnellere Regelung als mit Ansatz 2 möglich, weniger klobiger
Kondensator im Filter
Nachteile: mehr Rechenaufwand als bei Ansatz 1, gegen den du ja Bedenken
wegen der µC Ressourcen hattest.
Achim S. schrieb:> unter den Bedingungen gilt:> Effektivwert = I_peak * Wurzel(Tastgrad)
Woher beziehst du diese Info?
Während der On-Zeit fließt der Strom I_0 = U / R, d.h. die momentane
Leistung beträgt I_0*U, während der Off-Zeit ist die Leistung 0. Die
mittlere Leistung ist also
Wolfgang schrieb:> I_eff = P / U
das stimmt für Gleichstrom, aber nicht für beliebige Kurvenformen (hier
z.B. ist es falsch).
Wolfgang schrieb:> Woher beziehst du diese Info?
Für die Rechnung braucht man 10 s (einfach die Definition des
Effiktivwerts nachrechen). Um es dann hier als Formel einzutippen
braucht man eine Viertel Stunde (ich zumindest schaffe es nicht
schneller ;-)
Deshalb hänge die die Rechnung lieber als Bild an, mit dem Formeleditor
gehts wenigstens ein bisschen schneller.
richtig interpretiert stimmt an der ohmschen Last übrigens auch deine
Formel (man muss aber für U ebenfalls den korrekten Effektivwert
nehmen). Und das führt dann ebenfalls zum Ergebnis mit Wurzel:
Wolfgang schrieb:> I_eff = P / U
I_eff * U_eff = I_peak * wurzel(delta) U_peak wurzel(delta) =
I_peak*U_peak*delta = P
