PWM nach Optokoppler verzerrt

[Marx (Gast)]

Moin,

kurz zum Aufbau meiner Schaltung:

Mein Arduino generiert ein PWM Signal mit einer Frequenz von rund 25-28 
kHz. Dieses Signal wird über einen Optokoppler (6N137)geführt und von 
diesem auf einen Halbbrückentreiber (IR2104).

Im großen und ganzen funktioniert die Schaltung bereits, problematisch 
ist im Moment, dass der Optokoppler das PWM Signal nicht sauber 
durchbringt. (siehe Anhang, blau = Arduino, orange = nach Optokoppler)

Kann mir jemand sagen, wie ich das Problem angehen sollte, oder 
vielleicht direkt was ich ändern muss/sollte?

[Edi R. (edi_r)]

Ein einfacher Spannungsteiler als Versorgung für den 6N137 taugt nichts. 
Das allermindeste, was ich vorsehen würde, wäre ein Stützkondensator.

[oszi40 (Gast)]

Es gibt langsame und schnelle Optokoppler und welche die zu hochohmig 
beschaltet sind. http://www.vishay.com/docs/84732/6n137.pdf
Deiner ist schon von der schnelleren Sorte.

[TM F. (p_richner)]

Mit Zenerdiode, Kondensator und Widerstand als Strombegrenzung hättest 
du eine viel sauberere Speisespannung von deinem Optokoppler. Mit dem 
Spannungsteiler ändert die Speisespannung, wenn die Last ändert.

[Marx (Gast)]

oszi40 schrieb:
> Deiner ist schon von der schnelleren Sorte.

Also der Optokoppler sollte mit diesen Frequenzen eigentlich keine 
Probleme haben, wird wohl wie Edi R. und TM FW gesagt haben am 
Spannungsteiler liegen.


TM F. schrieb:
> Mit Zenerdiode, Kondensator und Widerstand als Strombegrenzung

Wie müsste ich den Widerstand dimensionieren? Als Kondensator müsste ja 
ein 100 nF ausreichen.

[Dietrich L. (dietrichl)]

1. In dem Datenblatt 
http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2104.pdf finde ich 
andere Belegungen der Pins 2, 3 und 4. Ist da was falsch angeschlossen?

2. GND und 0V müssen miteinander verbunden sein. Wie und wo ist das 
gemacht? Gibt es dazwischen eventuell Spannungsunterschiede beim 
Schalten? Masseschleife?

Gruß Dietrich

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Marx schrieb:
> Im großen und ganzen funktioniert die Schaltung bereits

Da hast du großes Glück. So wie gezeichnet kann die Schaltung kaum 
funktionieren. Die Stromversorgung der Empfangsseite ist ... 
abenteuerlich. Nominal will dein Optokoppler da 5V sehen (+/- 0.5V).
Der Spannungsteiler funktioniert dafür so gar nicht. Nimm wenigstens 
eine Z-Diode oder - besser - einen 78L05 Spannungsregler.

[Marx (Gast)]

Dietrich L. schrieb:
> 1. In dem Datenblatt
> http://www.irf.com/product-info/datasheets/data/ir2104.pdf finde ich
> andere Belegungen der Pins 2, 3 und 4. Ist da was falsch angeschlossen?

Nein das ist richtig angeschlossen, nur falsch im Schaltplan.. ^^

Dietrich L. schrieb:
> 2. GND und 0V müssen miteinander verbunden sein. Wie und wo ist das
> gemacht? Gibt es dazwischen eventuell Spannungsunterschiede beim
> Schalten? Masseschleife?

Dann ist jedoch keine galv. Trennung mehr zwischen 15V und den 230V 
gegeben?!


Axel S. schrieb:
> Nominal will dein Optokoppler da 5V sehen (+/- 0.5V).
> Der Spannungsteiler funktioniert dafür so gar nicht. Nimm wenigstens
> eine Z-Diode oder - besser - einen 78L05 Spannungsregler.

Also würde eine reine Spannungsstabilisierung mit Z-Diode ausreichen, 
oder würdest auch du noch einen Kondensator dazu schalten? Für einen 
Spannungsregler fehlt der Platz.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Marx schrieb:
> würdest auch du noch einen Kondensator dazu schalten?

Unabhängig von der Art der Stabilisierung muss der C auf jeden Fall 
rein. Ich würde ihm sogar noch einen 10µF Elko parallel schalten.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Marx schrieb:
> Dietrich L. schrieb:
>> 2. GND und 0V müssen miteinander verbunden sein. Wie und wo ist das
>> gemacht? Gibt es dazwischen eventuell Spannungsunterschiede beim
>> Schalten? Masseschleife?
>
> Dann ist jedoch keine galv. Trennung mehr zwischen 15V und den 230V
> gegeben?!

Die Potenzialtrennung ist zwischen Optokoppler-LED (Pin 2 und 3) und 
seinen Ausgang (Pin 5, 6, 7 und 8). Pin 2 und 3 geht zum Arduino, und 
der hat seine eigene Masse. Die andere Seite geht an die Masse der +15V.

Wenn also die Arduino-Masse "0V" heißt und die +15V-Masse "GND", dann 
müssen die "0V" in Deinem Schaltplan "GND" heißen.

Ubrigens: Und wo sind denn da 230V?

Gruß Dietrich

[Android (Gast)]

Edi R. schrieb:
> Ein einfacher Spannungsteiler als Versorgung für den 6N137 taugt nichts.

Davon abgesehen, ist der Spannungsteiler ja noch völlig falsch. Statt 5V 
liegen fast 9V am 6N137.

[Sascha (Gast)]

230V? Wo kommen die denn plötzlich her?

Nichtsdestotrotz musst du den IR2104 beschalten wie im Datenblatt 
angegeben. COM ist Gnd für Logik und für die Halbbrücke, da gibt es 
keine Trennung.

Alles was rechts von der OK LED ist, hat die gleiche Masse.

Imho sind Pin2 und Pin4 vertauscht, ist das nur beim Eagle Modell so? 
Man kann auch mal kurz in die Lib reingehen und die Pins umnummerieren, 
das hier verwirrt doch nur unnötig.

[Dietrich L. (dietrichl)]

Marx schrieb:
> Für einen Spannungsregler fehlt der Platz.

Da passt nicht mal mehr ein TO92-Gehäuse rein (78L05)?

Gruß Dietrich

[Amateur (Gast)]

Gibt es einen Grund, weshalb Du den Optokoppler nicht, wie im Datenblatt 
angegeben, beschaltest?

Ein kleines Bisschen wird die Schaltflanke immer verrundet werden. Ist 
das außerhalb des Arbeitsbereiches, so sollte es kein Problem damit 
geben.
Wenn nicht: Schmitt-Trigger nachschalten, oder auch nicht.

[Marx (Gast)]

Dietrich L. schrieb:
> Marx schrieb:
>> Für einen Spannungsregler fehlt der Platz.
>
> Da passt nicht mal mehr ein TO92-Gehäuse rein (78L05)?
>
> Gruß Dietrich

Ist eine bereits geätzte Platine, bei der ich nur ungern noch "größere" 
Änderungen durchführen würde.

Sascha schrieb:
> 230V? Wo kommen die denn plötzlich her?

Die Halbbrücke ist nicht aus Spaß da, wobei die 230 V wenig interessant 
sind für das eigentliche Problem, daher ist nur ein Ausschnitt der 
Schaltung abgebildet ;)


Sascha schrieb:
> Nichtsdestotrotz musst du den IR2104 beschalten wie im Datenblatt
> angegeben. COM ist Gnd für Logik und für die Halbbrücke, da gibt es
> keine Trennung.
>
> Alles was rechts von der OK LED ist, hat die gleiche Masse.

Werde ich noch testen, wobei der Treiber bisher nicht das Problem 
darstellte.

Sascha schrieb:
> Imho sind Pin2 und Pin4 vertauscht, ist das nur beim Eagle Modell so?
> Man kann auch mal kurz in die Lib reingehen und die Pins umnummerieren,
> das hier verwirrt doch nur unnötig.

Könnte man schon tun.. kenne mich da nur nicht wirklich mit der 
Bearbeitung von libs aus (bei eagle).


@Dietrich L.
Die 230 V (Netzspannung) werden durch einen Trafo + Gleichrichter + 
Spannungsregler auf 15 V gebracht. Durch den Trafo sind die 15 V und 230 
V galv. voneinander getrennt. Weiter werden die 230 V für die Halbbrücke 
benötigt.
Eine Kleinspannung sollte meiner Meinung nach immer vom Leistungsteil 
getrennt sein, oder lieg ich damit so falsch?


Matthias S. schrieb:
> Marx schrieb:
>> würdest auch du noch einen Kondensator dazu schalten?
>
> Unabhängig von der Art der Stabilisierung muss der C auf jeden Fall
> rein.

Anhang, so richtig? Wie dimensionier ich den Rv? Hab bzgl. 
Spannungsstabilisierung noch nicht soviel Ahnung.

[Marx (Gast)]

Amateur schrieb:
> Gibt es einen Grund, weshalb Du den Optokoppler nicht, wie im
> Datenblatt
> angegeben, beschaltest?

In wie fern nicht wie im Datenblatt?

Amateur schrieb:
> Wenn nicht: Schmitt-Trigger nachschalten, oder auch nicht.

Der 6N137 besitzt bereits einen Digital-Ausgang, Schmitt-Trigger sollte 
somit also nicht benötigt werden.

[Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)]

Marx schrieb:
> Anhang, so richtig? Wie dimensionier ich den Rv? Hab bzgl.
> Spannungsstabilisierung noch nicht soviel Ahnung.

Wenn du eine 5,1V Z-Diode einsetzt und der 6N137 pro Kanal etwa 7-10mA 
lt. Datenblatt braucht, dimensionierst Rv auf etwa 15mA, also ca. 680Ohm 
als nächsten Normwert. je kleiner der Widerstand, desto mehr 
Stromreserve, aber auch mehr Verluste im Rv.

Parallel zur Zenerdiode dann mindestens den einen 100nF, den das 
Datenblatt des 6N137 vorschreibt.

[Marx (Gast)]

Matthias S. schrieb:
> Marx schrieb:
>> Anhang, so richtig? Wie dimensionier ich den Rv? Hab bzgl.
>> Spannungsstabilisierung noch nicht soviel Ahnung.
>
> Wenn du eine 5,1V Z-Diode einsetzt und der 6N137 pro Kanal etwa 7-10mA
> lt. Datenblatt braucht, dimensionierst Rv auf etwa 15mA, also ca. 680Ohm
> als nächsten Normwert. je kleiner der Widerstand, desto mehr
> Stromreserve, aber auch mehr Verluste im Rv.
>
> Parallel zur Zenerdiode dann mindestens den einen 100nF, den das
> Datenblatt des 6N137 vorschreibt.

Vielen Dank.

[Amateur (Gast)]

@Marx

>In wie fern nicht wie im Datenblatt?

Im Schaltbild von Fairchild ist ein Stützkondensator - 100n - 
vorgesehen.
Der würde sich parallel zum 1,8k Widerstand gut machen.
Vor allem, wenn 1,27K noch in Reihe liegen...


>Der 6N137 besitzt bereits einen Digital-Ausgang, Schmitt-Trigger sollte
>somit also nicht benötigt werden.

Häää?

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Marx schrieb:
> Dietrich L. schrieb:

>>> Für einen Spannungsregler fehlt der Platz.

>> Da passt nicht mal mehr ein TO92-Gehäuse rein (78L05)?

> Ist eine bereits geätzte Platine, bei der ich nur ungern noch "größere"
> Änderungen durchführen würde.

Trotzdem ist ein 78L05 und der obligatorische 100nF Kondensator kleiner 
als Z-Diode, Widerstand, 10µF und 100nF (ja, das wäre alles nötig)

[Jens G. (jensig)]

@
>Dann ist jedoch keine galv. Trennung mehr zwischen 15V und den 230V
>gegeben?!
...
>Die Halbbrücke ist nicht aus Spaß da, wobei die 230 V wenig interessant
>sind für das eigentliche Problem, daher ist nur ein Ausschnitt der
>Schaltung abgebildet ;)

Egal was rechts kommt - alles ab OK Mitte nach rechts muß dieselbe Masse 
haben. Zw. OK und IR2104 kannst Du keine galvanische Trennung 
realisieren (dazu ist der OK da - wozu hast Du denn sonst den OK ...)

[Dietrich L. (dietrichl)]

Jens G. schrieb:
> Egal was rechts kommt - alles ab OK Mitte nach rechts muß dieselbe Masse
> haben. Zw. OK und IR2104 kannst Du keine galvanische Trennung
> realisieren (dazu ist der OK da - wozu hast Du denn sonst den OK ...)

Volle Zustimmung!
Ich wiederhole das hier nochmal, da es sehr wichtig ist und Marx es 
offensichtlich noch nicht richtig akzeptiert hat (wie sein Schaltplan 
vom 10.03.2016 17:01 zeigt).

Gruß Dietrich

[Marx (Gast)]

Update:


Grafik 1: Spannungsteiler entfernt, dafür wie oben beschrieben mit 
Z-Diode/Kondensator/Widerstand realisiert.

Ergebnis: Konstante 5 V am Optokoppler, jedoch keine Veränderung am 
Signal.


Grafik 2: GND und 0 V miteinander verbunden.

Ergebnis: Deutlich besseres Signal.


Werde noch einen Pulldown Widerstand an den Treibereingang schalten, mal 
schauen ob es noch besser wird.

[Gerhard (Gast)]

Wenn Du schnell Schalten willst, soltest Du die Empfehlungen im 
Datenblatt beherzigen! Innsbesondere den 390 OHM Widerstand im Bild 
6N137_2.png.

[Marx (Gast)]

Also, wieder eine deutliche Verbesserung, jetzt ist nur das Problem, 
dass die Spannung zw. Opto/Treiber auf 2,5 V runter sinkt.

[Marx (Gast)]

Grafik vergessen.

[Mods bitte diesen und den oberen Beitrag zusammenfügen]

[oszi40 (Gast)]

Marx schrieb:
> auf 2,5 V runter sinkt

Zu schwächliche Versorgung 7805 hätte wahrscheinlich geregelt.

[Clemens L. (c_l)]

Schaltplan bitte! Aber das hört sich an, als hättest du mit Pullup und 
Pulldown einen Spannungsteiler.

[Marx (Gast)]

oszi40 schrieb:
> Marx schrieb:
>> auf 2,5 V runter sinkt
>
> Zu schwächliche Versorgung 7805 hätte wahrscheinlich geregelt.

Quatsch, einerseits hab ich nach wie vor die 5 V an Pin 7 & 8 beim 
Optokoppler und andererseits liegt das an den nun erhaltenen 
(ungewollten) Spannungsteiler.

Wie genau ich das nun lösen kann, ist die Frage.

[SkyperHH (Gast)]

Den unteren 10k Widerstand entfernen, sonst kommst Du nicht mehr auf die 
5V. Den oberen Widerstand (10k) verkleiner), z.b. auf 1k... dann 
schaltet der OK schneller... als Beispiel sind oben schon 390 Ohm 
genannt. Aber aufpassen, mit der Verkleinerung erhöht sich der benötigt 
Strom, wenn der OK Null Volt ausgibt, kann mit der Z-Diode also eng 
werden... wenn die Flanke immer noch nicht hübsch genug ausschaut, dann 
einen Treiber/Buffer IC (CMOS) dahinter schalten mit 
Push-/Pullausgang...

[Wolfgang (Gast)]

Marx schrieb:
> Kann mir jemand sagen, wie ich das Problem angehen sollte, oder
> vielleicht direkt was ich ändern muss/sollte?

Deine ursprüngliche Aufbereitung der Versorgungsspannung für den 
Optokoppler war schon etwas eigenwillig.

Im Datenblatt ist in der Testschaltung für die Bestimmung des 
Zeitverhaltens ein Arbeitswiderstand von 350Ω angegeben. Mit deinen 10kΩ 
bist du davon noch weit entfernt und entsprechend ist da sicher noch 
Luft zur Optimierung des Zeitverhaltens. Bei der deutlich 
stromhungrigeren Ausgangsbeschaltung hängt es dann vom Tastverhältnis 
ab, ob der Kondensator ausreichend Ladung liefern kann.

[c-hater (Gast)]

Marx schrieb:

> Im großen und ganzen funktioniert die Schaltung bereits, problematisch
> ist im Moment, dass der Optokoppler das PWM Signal nicht sauber
> durchbringt. (siehe Anhang, blau = Arduino, orange = nach Optokoppler)
>
> Kann mir jemand sagen, wie ich das Problem angehen sollte, oder
> vielleicht direkt was ich ändern muss/sollte?

Du kannst einfach lernen zu denken. Es ist nämlich alles schick, nur 
bist du nicht in der Lage, den Sachverhalt zu erfassen.

Tipp: Es handelt sich hier um eine Instanz des Problems "ich begreife 
niemals, daß ich eigentlich keine Spannungen messen kann".

Was du messen kannst, sind Potentialdifferenzen. Das sind natürlich auch 
nix anderes als Spannungen, aber das Bewußtsein, das es sich um 
Potentialdifferenzen handelt, zwingt dich, zu durchdenken, was denn 
eigentlich das Bezugspotential ist...