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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik PWM Signal mit hoher Frequenzauflösung


Autor: Eike T. (eike416)
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Moin,

ich habe eine Vollbücke mit 50:50 Duty-Cycle aufgebaut. Das Problem ist, 
dass sie "durchschießt" und so hohe Kurzschlussströme entstehen. Es 
liegt bei also ein Timingproblem, deshalb muss eine Totzeit, wo alle 
Mosfets geschlossen sind, hinzugefügt werden.

Dazu brauche ich zwei, 180° zueinander Phasenverschobene 
Rechtecksignale. Der Haken ist jedoch das die Frequenz der Signale von 
1MHz bis 2,5Mhz in max. 10kHz Schritten aufgelöst werden soll. Und der 
Duty-Cycle soll in 5% Schritten varieren.

Kennt zufällig einer einen passenden µC?

Gruß
Eike

Für den schnellen Überblick die Anforderungen:
1. zwei PWM Signal
2. 180° Phasenverschoben
3. Frequenz von 1MHZ bis 2,5MHz
4. Frequenzauflösung 10kHz
5. Duty-Cyle in 5% Schritten

: Verschoben durch Moderator
Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Eike T. schrieb:
> ich habe eine Vollbücke mit 50:50 Duty-Cycle aufgebaut. Das Problem ist,
> dass sie "durchschießt" und so hohe Kurzschlussströme entstehen.
Frage: Warum willst du das mit uC lösen.
Das korrekte Timming wird normal vom Brückentreiber erledigt.
Gruß Öletronika

Autor: Eike T. (eike416)
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Moin Öletronika,

ja normalerweise schon, aber ich finde keine Brückentreiber die mit bis 
zu 2,5MHz arbeiten. Bei den meisten kann man die Totzeit nur in 
µs-Bereich einstellen und nicht wie man für MHz braucht in ns-Bereich.

Autor: Ingo Less (Gast)
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Was di willst ist eine Timer mit ~625GHz Takt...

Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Eike T. schrieb:
> ja normalerweise schon, aber ich finde keine Brückentreiber die mit bis
> zu 2,5MHz arbeiten. Bei den meisten kann man die Totzeit nur in
> µs-Bereich einstellen und nicht wie man für MHz braucht in ns-Bereich.
Hallo,
hier z.B. bei diesem IC liegen die Delays im Bereich von 60ns.
https://www.infineon.com/dgdl/irs2011pbf.pdf?fileI...
Gruß Öletronika

Autor: Rattn (Gast)
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Autor: Jakob (Gast)
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Um eine 2,5 MHz Periode in 5% Schritten aufzulösen,
brauchst du einen Grundtakt von 20 x 2,5 MHz = 50 MHz.
Sind 20 ns.

An was für Totzeiten von wieviel ps hast du denn so gedacht?
Besonders in Relation zu den Umschaltzeiten mittelteurer
MOSFETs und Brückentreiber?

Bist du dir sicher, was du da machst?
Oder haste das GAAANZ anders gemeint???

Autor: Falk B. (falk)
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@ Eike T. (eike416)

>Dazu brauche ich zwei, 180° zueinander Phasenverschobene
>Rechtecksignale. Der Haken ist jedoch das die Frequenz der Signale von
>1MHz bis 2,5Mhz in max. 10kHz Schritten aufgelöst werden soll. Und der
>Duty-Cycle soll in 5% Schritten varieren.

>Kennt zufällig einer einen passenden µC?

Der PICCOLO kann das.

Autor: Carsten R. (kaffeetante)
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Was soll es denn werden?

Für bestimmte Anwendungn warst du mit den Begriffen schon sehr dicht 
dran. Bei einem phase shift PWM controller erolgt die PWM-Modulation 
durch Pasenverschiebung. Dadurch hast du auch automatich deine Totzeit. 
Du kannst nur nicht 100% duty-cycle wählen, was du bei Totzeiten 
generell nicht kannst.

Nur ist es kein µC und es wäre zu klären ob das Bauteil für deine 
Anwendung geeignet ist.

Autor: Eike T. (eike416)
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Danke erstmal für die Antworten

U. M. schrieb:
> bei diesem IC liegen die Delays im Bereich von 60ns.
> 
https://www.infineon.com/dgdl/irs2011pbf.pdf?fileI...

Es geht mir nicht um die Treiberschaltung, die steht schon. Und das ist 
nur ein Halbbrückentreiber, ändert nichts an meinem Problem.

Jakob schrieb:
> An was für Totzeiten von wieviel ps hast du denn so gedacht?
> Besonders in Relation zu den Umschaltzeiten mittelteurer
> MOSFETs und Brückentreiber?

Der Bereich der Totzeit ist noch nicht ganz klar, denke so zwischen 10ns 
und 50ns. Und ja ich meine das genau so.

Falk B. schrieb:
> Der PICCOLO kann das.

Ja den habe ich mir schon angeguckt, bin mir nur nicht sicher, ob der 
die Frequenzauflösung schafft.

Rattn schrieb:
> PIC12F1572

Schafft nicht die Frequenzauflösung.

Carsten R. schrieb:
> phase shift PWM controller

Gibt es die für 2,5MHz?

Autor: Dieter W. (dds5)
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Eike T. schrieb:
> Der Haken ist jedoch das die Frequenz der Signale von
> 1MHz bis 2,5Mhz in max. 10kHz Schritten aufgelöst werden soll.

Stimmt, denn das geht sowieso nur vernünftig mit einer PLL.

Wenn man ausschließlich durch Teilung diese Auflösung erreichen will 
dann braucht es einen Grundtakt von mindestens 625MHz und außerdem sind 
die Frequenzsprünge alle unterschiedlich groß.

Autor: Carsten R. (kaffeetante)
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Eike T. schrieb:
> Gibt es die für 2,5MHz?

Die gehen schon bis in den Mhz-Bereich. Aber bevor man nun konkret 
danach schaut, ob man was mit der passender Frequenz findet, wäre erst 
zu klären ob so etwas prinzipiell in Frage käme.

Die sind eigentlich für Netzteile und derartige Dinge gedacht. 
Halbbrückentreiber ist da eine zu allgemeine Zweckbeschreibung. Wenn du 
die Frequenz Variieren willst, benötigst du an dem Ding ohnehin 
"Anbauten".

Enn du was anderes nimmst, z.B. µC dann scheint mit aber trotzdem das 
Konzept als vielversprechend, da es die Totzeit im Konzept schon gelöst 
hat, je nachdem was du machen willst.

Autor: Eike T. (eike416)
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Dieter W. schrieb:
> Stimmt, denn das geht sowieso nur vernünftig mit einer PLL.

Das will ich ja grade vermeiden.

Carsten R. schrieb:
> Enn du was anderes nimmst, z.B. µC dann scheint mit aber trotzdem das
> Konzept als vielversprechend, da es die Totzeit im Konzept schon gelöst
> hat, je nachdem was du machen willst.

Ich werde mir die Chips mal etwas genauer angucken, ob es bei mir passt.

Autor: Falk B. (falk)
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@Eike T. (eike416)

>> Der PICCOLO kann das.

>Ja den habe ich mir schon angeguckt, bin mir nur nicht sicher, ob der
>die Frequenzauflösung schafft.

Schon mal den Artikel gelesen? Schon mal ins Datenblatt geschaut?
Der kann mit seiner High Resolution PWM 150ps Zeitauflösung.

Autor: Meister Röhricht (Gast)
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> Der kann mit seiner High Resolution PWM 150ps Zeitauflösung.

Ja, bei der Ein-/Ausschaltzeit der PWM.
Nicht bei der Periode.

Ob er:
> 3. Frequenz von 1MHZ bis 2,5MHz
> 4. Frequenzauflösung 10kHz
schafft, sollte Elke wohl selber im Datenblatt herausfinden.

- SPRUGE8.PDF Piccolo High-Resolution Pulse-Width Modulator (HRPWM)
- SPRAAI1.PDF Using Enhanced Pulse Width Modulator (ePWM) Module for 
0-100% Duty Cycle Control

Autor: Eike T. (eike416)
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Falk B. schrieb:
> Schon mal den Artikel gelesen? Schon mal ins Datenblatt geschaut?
> Der kann mit seiner High Resolution PWM 150ps Zeitauflösung

Ja habe ich und da steht das das Duty-Cycle in 150ps Schritte aufgelöst 
werden kann. Und bei der High Resolution Period habe ich ein Jitter von 
min. +/- einen Clockzyklus. Das ist ja irgendwie auch nicht der Sinn der 
Sache.

Autor: Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite
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Wenn man zwei Halbbrückentreiber ansteuert, hat man dann nicht das 
Potenzial aus zwei Halb- eine Vollbrücke zu machen? (Das musst du dir 
nicht patentieren lassen, das wurde schon gemacht.)

Wenn du schon ausreichend Geheimniskrämerei betrieben hast, welche 
Ströme schaltest du da/ was genau macht das? Abhängig von der 
Gate-Kapazität und der Source-Induktivität schaffst du gar nicht, was du 
vorhast. (Gate-Source-Potenzial abbauen ist eine Funktion der 
Source-Induktivität.)

Einige Treiber haben auch eine adaptive Shoot-Through-Protection, in dem 
sie entweder das Gate-Potenzial oder den Strom am Knotenpunkt messen. 
Vielleicht hilft dir das mehr (wenn es ordentlich wackelt), als ein 
fester Nanosekundenwert. (Was viell. darauf hinausläuft, dem Aufbau 
weitere Induktivität zu nehmen, weil es bisher nicht schnell genug das 
Gate schließt. Low Side wird ja oft langsamer geöffnet als High Side 
geschlossen.)

Autor: Falk B. (falk)
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@Eike T. (eike416)

>Ja habe ich und da steht das das Duty-Cycle in 150ps Schritte aufgelöst
>werden kann. Und bei der High Resolution Period habe ich ein Jitter von
>min. +/- einen Clockzyklus. Das ist ja irgendwie auch nicht der Sinn der
>Sache.

Dir kann es wohl selbst der liebe Gott nicht recht machen . . .

Autor: Eike T. (eike416)
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Boris O. schrieb:
> Wenn man zwei Halbbrückentreiber ansteuert, hat man dann nicht das
> Potenzial aus zwei Halb- eine Vollbrücke zu machen?

Ja genau das mache ich aktuell auch. Ich nehme zwei HIP2101 und steuere 
damit meine Mosfets in der Vollbrücke an. Bei den Mosfets habe ich 
mehrere zur Auswahl (z.B. IRF630N) und die schalten schon ziemlich gut 
durch.

Das alles ist im Rahmen meiner Bachelorarbeit und deshalb kann ich 
leider nichts zu der Last und dem Zweck sagen.

Boris O. schrieb:
> Einige Treiber haben auch eine adaptive Shoot-Through-Protection

Ja habe mir auch schon viele Gatedriver angeguckt, aber die meisten mit 
so schönen Features steigen laut Datenblatt bei 1MHZ aus.

Autor: Eike T. (eike416)
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Falk B. schrieb:
> @Eike T. (eike416)
>
>>Ja habe ich und da steht das das Duty-Cycle in 150ps Schritte aufgelöst
>>werden kann. Und bei der High Resolution Period habe ich ein Jitter von
>>min. +/- einen Clockzyklus. Das ist ja irgendwie auch nicht der Sinn der
>>Sache.
>
> Dir kann es wohl selbst der liebe Gott nicht recht machen . . .

Mir brigt es aber nichts, wenn ich z.B. 2MHz als Frequenz haben will und 
ich dann mal 1,938MHz und dann wieder 2,075MHz habe. Dafür brauche ich 
mir die Mühe nicht machen.

Autor: Falk B. (falk)
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@Eike T. (eike416)

>Mir brigt es aber nichts, wenn ich z.B. 2MHz als Frequenz haben will und
>ich dann mal 1,938MHz und dann wieder 2,075MHz habe. Dafür brauche ich
>mir die Mühe nicht machen.

Eine PWM mit Leistungsendstufe bei 2,5 MHz ist mehr als sportlich. Was 
soll das denn werden? Und warum meinst du, daß +/-150ps Jitter 
inakzeptabel sind?

Autor: Eike T. (eike416)
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Falk B. schrieb:
> Eine PWM mit Leistungsendstufe bei 2,5 MHz ist mehr als sportlich. Was
> soll das denn werden? Und warum meinst du, daß +/-150ps Jitter
> inakzeptabel sind?

Nein das PWM soll nur das Eingangssignal der Gatedriver liefern. Ein 
Jitter von +/- 150ps wäre voll ok, aber der Jitter liegt bei +/- 1 
SYSCLK Periode. Und die SYSCLK Periode ist bei 60MHz 16,67ns, damit 
liegt der Jitter bei +/- 16,67ns. Damit komme ich auf die genannten 
Frequenzen.

Autor: Siggi L. (Gast)
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Falk B. schrieb:
> Eine PWM mit Leistungsendstufe bei 2,5 MHz ist mehr als sportlich.

Vielleicht hilft es Dir, wenn Du mal nach C3M SiC MOSFET Technology 
googelst.

Mit dieser Technologie werden im G-S-Steuerkreis die Induktivitäten 
deutlich verringert.

Autor: Eike T. (eike416)
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Siggi L. schrieb:
> Vielleicht hilft es Dir, wenn Du mal nach C3M SiC MOSFET Technology
> googelst.

Die Mosfets sehen ganz gut aus. Grade die fast identischen An- und 
Ausschaltzeiten sind interessant.

Autor: Falk B. (falk)
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@Eike T. (eike416)

>Nein das PWM soll nur das Eingangssignal der Gatedriver liefern.

Schon klar.

> Ein
>Jitter von +/- 150ps wäre voll ok, aber der Jitter liegt bei +/- 1
>SYSCLK Periode.

Wo steht das?

Autor: Dieter W. (dds5)
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Die Standard-PWM Module in den Controllern sind halt nicht auf diese 
Anforderungen ausgelegt.
"Normal" ist die Frequenz nur recht grob, das Tastverhältnis aber 
mindestens mit 10 Bit Auflösung einstellbar.
Hier muss es eher umgekehrt sein - Tastverhältnis reicht 5 Bit aber 
Frequenz sehr fein.

Autor: Eike T. (eike416)
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Falk B. schrieb:
> Wo steht das?

Unter 2.3.4 in diesem Dokument 
http://www.ti.com/lit/ug/spruge8e/spruge8e.pdf

"When high-resolution period control is enabled, the ePWMxB output will 
have +/- 1 TBCLK cycle jitter in up-count mode and +/- 2 TBCLK cycle 
jitter in up-down count mode."

Autor: Eike T. (eike416)
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Dieter W. schrieb:
> Hier muss es eher umgekehrt sein - Tastverhältnis reicht 5 Bit aber
> Frequenz sehr fein.

Genau das ist mein Problem und die Frage, ob es sowas überhaupt gibt.

Autor: Jakob (Gast)
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Wie ich es mir dachte:

Völlig unrealistische Vorstellungen und NULL Bewusstsein für
Größenordnungen!

5% PWM-Auflösung bei einer 2,5 MHz-Periode = 20 ns
Totzeiten? "... denke so zwischen 10ns und 50ns ..."

Tschüs

Autor: Ajdjd (Gast)
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Jakob schrieb:
> Wie ich es mir dachte:
> Völlig unrealistische Vorstellungen und NULL Bewusstsein für
> Größenordnungen!
> 5% PWM-Auflösung bei einer 2,5 MHz-Periode = 20 ns
> Totzeiten? "... denke so zwischen 10ns und 50ns ..."
> Tschüs

Das muss sich nicht unbedingt widersprechen - vorausgesetzt man weiss 
was man tut.

Autor: Eike T. (eike416)
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Jakob schrieb:
> 5% PWM-Auflösung bei einer 2,5 MHz-Periode = 20 ns

Wenn du dir die vorherigen Beiträge durchgelesen hast, wüsstest du das 
5% PWM Duty-Cycle Auflösung gar kein Problem sind. Nur die 
Frequenzauflösung ist der Knackpunkt.

Aber danke für deinen Beitrag

Autor: Eike T. (eike416)
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Ich habe nun eine Lösung gefunden und schon getestet. Ich verwende nun 
den dsPIC33FJ von microchip. Super Doku und einfach in der 
Programmierung.


Meine Anforderungen und die tatsächlichen Parameter:

1. zwei PWM Signal
     -drei PWM Module mit insgesammt 6 Ausgängen

2. 180° Phasenverschoben
     -Phasenverschiebung in 1,04ns Schritte

3. Frequenz von 1MHZ bis 2,5MHz
     - gar kein Problem

4. Frequenzauflösung 10kHz
     -Frequenzauflösung bei 2,5MHz = 6,48kHz

5. Duty-Cycle in 5% Schritten
     -Duty-Cycle-Auflösung bei 2,5MHz = 0,26%

Ich hoffe das kann irgendwann irgendwem weiterhelfen.

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