Wie Spitzenspannung eines PWM-signals potentioalfrei messen?

Lothar M. schrieb:
> Wie wird der Messwert weiter verarbeitet? Mit einem ADC oder analog?
Eigentlich beides.

Zuerst werden die Spannungsspitzen soweit nötig herausgefiltert.

Danach wird das Signal mit einem Peak-Detektor zwischengepuffert damit 
der ADC beim Einlesen etwas mehr Zeit hat.

Weiters wird das PWM-Signal über einen Schmitt-Trigger aufbereitet als 
Trigger Quelle zum Synchronisieren verwendet.

Siegfried Z schrieb:
> Guten Tag
>
> Ich habe hier ein PWM-Signal mit einer Spitzenspannung von 30V bis 50V.
> Die PWM-Frequenzen sind 10KHz, 20KHz und 30KHz mit einem Tastverhältnis
> von 10% bis 50%
> Es wird eine ohmsch-induktive Last betrieben weswegen es zu massiven
> Spannungsspitzen kommen kann.
>
> Diese Spitzenspannung möchte ich messen um sie regeln / steuern zu
> können.
>
> Da dieser Messpunkt die einzige galvanische Verbindung zwischen
> Leistungskreis und Steuerkreis ist, würde ich gerne diese Spannung
> galvanisch getrennt messen.
>
>
> Was ist der praktikabelste Weg die Spannung zu messen?
>
> Ich hatte an einen Übertrager bzw. OPV-Kompensierte Linear-Optokoppler
> gedacht.
> Oder gibt es dafür bessere Methoden?

Differenztastkopf wenn Du mit dem Oszi messen willst, 
Differenzverstärker wenn die Ergebnisse an einen AD zur 
Weiterverarbeitung geschickt werden sollen.

Wenn Du vollständig potentialfrei arbeiten willst (also so richtig 
potentialfrei) ein kleiner DCDC-Wandler, Spitzenwertdetektor, 
Spannungsteiler und ein OPV a la ADuM4190 oder sowas ähnliches. Mußt 
halt schauen ob du mit Deiner Bandbreite hinkommst.

Aber in Wirklichkeit fehlt wie üblich ein Schaltplan oder zumindest ein 
Blockschaltbild damit verständlicher wird was Du machen willst.....

Grüße

MiWi

Der Leistungsteil ist nicht von mir und arbeitet in dieser Konfiguration 
schon seit geraumer Zeit.

Die Spannungsspitzen sind also nur für die Schaltung, die die Messwerte 
erfasst von Bedeutung.

Entschuldigung dass ich nicht schon zu Beginn alle Informationen 
geliefert habe.
Ich habe es hier mit einer Motortreiber-Motor Kombination zu tun die 
innerhalb gewisser Grenzen die Drehzahl unabhängig von der Belastung 
konstant hält.

Leider ist der Bereich zwischen moderat belastet und überlastet mit 
folgendem Motorstopp relativ schmal.
Deswegen möchte ich mir eine Belastungsanzeige bauen.


Mein erster Ansatz war die PWM-Frequenz zu messen.
Das hat sich aber leider nicht als zielführend erwiesen.

Eine Betrachtung des PWM-Signals hat gezeigt, das man den Grad der 
Belastung sehr gut abschätzen kann wenn man überwacht in wie weit die 
Spannung einbricht.

Da ich der Potentialtrennung der Versorgung nicht sehr traue und 50VDC 
für ein ungeschütztes Arbeiten zu viel sind, möchte ich gerne die 
Spannung potentialgetrennt messen um auch im Betrieb an meiner Schaltung 
ohne Gefärdung arbeiten zu können.

Der Strom wird bereits galvanisch getrennt gemessen.
Diese Messung alleine reicht aber leider noch nicht aus um die Belastung 
zuverlässig abschätzen zu können.


Da der Aufbau portabel ist, möchte ich die Spannung zuerst mit einer 
Analogschaltung aufbereiten und mittels Mikrocontroller auswerten.

Ich hoffe ihr könnt mir Tipps geben wie man diese Spannung am 
praktikabelsten galvanisch trennen kann.

Ich habe schon Google und andere Suchmaschinen befragt.
Doch wie es aussieht habe ich nicht die richtigen Fragen gestellt um die 
Antworten zu bekommen die ich suche.

Danke Herr / Frau MiWi für ihre Ausführung.

Aktuell bin ich noch in der Planungsfase in der ich die für mich 
unklaren Bereiche abklähre.

Im konkreten Fall ist es die Frage wie ich die Spannung zwischen 
Leistungkreis und Mess- bzw. Steuerkreis potentialfrei übertrage.

Solange diese Frage für mich nicht geklärt ist, sehe ich keinen Sinn 
darin mit dem Schaltungsentwurf fortzufahren.

Ich weis das dies für euch merkwürdig klingen mag.
Aber da meine Ausbildung nicht in diesem Fachbereich erfolgte, arbeite 
ich mich immer Schritt für Schritt voran um an mein Ziel zu gelangen.

Aus Neugierde würde ich gerne den Signalverlauf bei verschiedenen 
Lastfällen sehen.

Handelt es sich um eine Einzelanwendung oder um eine höhere Stückzahl?

Eine Lösungsvariante könnte wie folgt aussehen: Eine Vorverarbeitung des 
Signals auf der "High-Seite" mit anschliessender "(quasi) digitaler" 
Übertragung (zB PWM) mittels einem Optokoppler an die Steuerseite. Ein 
kleiner uP oder eine analoge Schaltung sind denkbar. Welche 
Signalverzögerung ist erlaubt?

Jobst M. schrieb:
> Zwei Tastköpfe, und am Scope MATH auf A-B einstellen.
> Masseklemmen nicht anschließen.

Nicht jeder hat so ein Wunder-Oszilloskop mit unendlichem Common Mode 
Bereich

Siegfried Z schrieb:

> Ich habe hier ein PWM-Signal mit einer Spitzenspannung von
> 30V bis 50V. Die PWM-Frequenzen sind 10KHz, 20KHz und 30KHz
> mit einem Tastverhältnis von 10% bis 50%
>
> [...]
> würde ich gerne diese Spannung galvanisch getrennt messen.

Hmm, das ist blöd.

Eine reine Gleichspannung könnte man in eine PWM umwandeln
und per Optokoppler trennen. Alternative: A/D-Wandeln und
den seriellen Datenstrom über Optokoppler.

Reine Wechselspannung könnte man in der Tat mit einem
Übertrager potenzialtrennen.

Allerdings ist eine PWM i.d.R. ein Misch-Signal, so dass
keine der obigen Methoden gut funktioniert. Das Einfachste
ist noch, direkt auf der potenzialführenden Seite zu
digitalisieren und die Binärdaten über Optokoppler zu trennen.
Das gibt aber eine ziemliche Datenflut.

Theoretisch geht auch eine Art Trägerfrequenztechnik, aber
das will man als Laie WIRKLICH nicht aufbauen.

Ich würde in Deinem Falle auf die Potenzialtrennung verzichten
und einen stinknormalen 10:1-Teilertastkopf für den Oszi
verwenden. Anschließend kommt ein Vorverstärker mit OPV, der
die erforderlichen 1MOhm/30pF bereitstellt und den Überspannungs-
schutz enthaelt.
Je nach Auslegung kann die Schaltung bis über 100V messen und
ist bis über 1000V spannungsfest.

Siegfried Z schrieb:
> Danke Herr / Frau MiWi für ihre Ausführung.
>
> Aktuell bin ich noch in der Planungsfase in der ich die für mich
> unklaren Bereiche abklähre.
>
> Im konkreten Fall ist es die Frage wie ich die Spannung zwischen
> Leistungkreis und Mess- bzw. Steuerkreis potentialfrei übertrage.
>
> Solange diese Frage für mich nicht geklärt ist, sehe ich keinen Sinn
> darin mit dem Schaltungsentwurf fortzufahren.
>
> Ich weis das dies für euch merkwürdig klingen mag.
> Aber da meine Ausbildung nicht in diesem Fachbereich erfolgte, arbeite
> ich mich immer Schritt für Schritt voran um an mein Ziel zu gelangen.

Siegfried

ich denke Du machst es Dir zu kompliziert. Aus Deinen Ausführungen 
verstehe ich, daß der Leistungskreis grundsätzlich auf dem selben 
Potential wie der Mess und Steuerkreis liegt, es also keine 
grundsätzliche galvanische Trennung gibt.

50V Versorgungsspannung sind kein Problem.

Du willst die Spitzenspannung messen. Daher die Frage, da ich vermutlich 
unter Spitzenspannung was anderes verstehe als Du: kannst Du ein 
Oszibild einstellen und anhand dessen beschreiben, was Du genau messen 
willst?

Denn wie gesagt: schon die Grundschaltung eines Differenzverstärkers mit 
4 Widerständen löst - wenn keine galvanische Trennung nötig ist - alle 
Deine Probleme mit Leichtigkeit. Ein mit 3 OPVs aufgebauter 
Differenzverstärker macht das Messergenis noch besser.

Und ein INA117 erlöst Dich von dem Problem, das alles zu Fuß 
aufzubauen.... denn der geht bis +/- 200V Eingangsspannung, Deine 50V 
sind also definitiv kein Problem. Die "galvanische" Trennung ist bei 50V 
auch nicht nötig, da es zu keiner Verschleppung von Potnentialen kommt.

Wenn Du dann immer noch eine galvanische Trennung haben willst: nimm 
einen kleinen DCDC-Wandler, der dir die Versorgung für den INA117 macht, 
nimm einen analogen Isolationsverstärker wie den bereits genannten von 
Analog Devices (auch Avago hat schöne Teile, zb. ACPL-C79) und auf der 
anderen Seite hängst Du einen uC dran. 1-2% Messgenauigkeit sind so ohne 
großen Aufwand erreichbar, mit Kalibrierung solltest Du auf 0,5% kommen 
können.

Und mobil ist das auch... der ganze analoge und ggfs auch digitle Aufbau 
paßt problemlos auf eine 80x80mm Platine - auch galvanisch getrennt. 
Versorgung erfolg mit einem USB-Netzteil...

MiWi

MiWi schrieb:
> ich denke Du machst es Dir zu kompliziert. Aus Deinen Ausführungen
> verstehe ich, daß der Leistungskreis grundsätzlich auf dem selben
> Potential wie der Mess und Steuerkreis liegt, es also keine
> grundsätzliche galvanische Trennung gibt.

Da die meißten Standard-Spannungsregler nicht durch ein 50V Netzteil 
versorgt werden können, ist ein eigener Transformator zur Versorgung des 
Mess- bzw. Steuerkreises geplant.

Für die ersten Strommessungen habe ich einen Allegro Stromsensor 
verwendet.
Ich bin mir aber nicht sicher ob ich bei der späteren Schaltung nicht 
besser auf einen Lem-Stromsensor zurückgreifen soll.

Dadurch ist eine galvanische Trennung durchaus ohne großen Aufwand 
machbar.

Ich weis das eine galvanische Trennung bei dieser Anwendung nicht 
notwendig ist.
Sie dient rein dazu mir ein besseres Gefühl zu verschaffen.


MiWi schrieb:
> Du willst die Spitzenspannung messen. Daher die Frage, da ich vermutlich
> unter Spitzenspannung was anderes verstehe als Du: kannst Du ein
> Oszibild einstellen und anhand dessen beschreiben, was Du genau messen
> willst?
Ich verstehe unter Spitzenspannung die Spannung, die zwischen dem 
Minimum
(Aus-Zustand) und dem Maximum (Ein-Zustand) gemessen wird.
Die Spannungsspitzen / Überschwinger die normalerweise zur 
Spitzenspannung zählen möchte ich in diesem Fall ausblenden / 
ignorieren.

Ich habe versucht ein Foto vom Signalverlauf auf meinem Osziloskop zu 
erstellen.
Leider ist der Strahl selbst bei höchster Intenzität so schwach, das man 
davon am Foto nichts erkennen kann.


MiWi schrieb:
> Wenn Du dann immer noch eine galvanische Trennung haben willst: nimm
> einen kleinen DCDC-Wandler, der dir die Versorgung für den INA117 macht,
> nimm einen analogen Isolationsverstärker wie den bereits genannten von
> Analog Devices (auch Avago hat schöne Teile, zb. ACPL-C79) und auf der
> anderen Seite hängst Du einen uC dran. 1-2% Messgenauigkeit sind so ohne
> großen Aufwand erreichbar, mit Kalibrierung solltest Du auf 0,5% kommen
> können.
Danke für ihre Lösungsbeispiele.
Damit kann ich mit der Planung fortfahren.

Ich danke ihnen allen für eure geduldige Hilfestellung.