Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Filter für PWM DAC // Motorphasenspannungen filtern und messen


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von Jens E. (ppq)


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Moin,

ich möchte zu Forschungszwecken die drei "Sinus"-Motorphasenspannungen 
messen, die die Controllerbox einer Synchronmaschine erzeugt. Diese wird 
per PWM (20 kHz) erzeugt. Dazu plane ich, mit Differentialtastköpfen 
(https://www.amazon.de/dp/B074K4XPW3) jeweils zwischen zwei Motorphasen 
zu messen. Allerdings läuft das Messsystem nur mit 20 kHz 
Abtastfrequenz.

Um keine Informationen durch Unterabtastung zu verlieren, wäre es doch 
sinnvoll, ein steiles 10 kHz Hardware-Tiefpassfilter einzusetzen, oder? 
Weitere Filterung (um nachher das saubere Sinussignal rauszukriegen) 
würde ich dann in Software machen, falls überhaupt nötig. Eine tiefere 
Grenzfrequenz möchte ich für das Hardware-Filter nicht wählen, um das 
Signal nicht noch stärker zu verzögern (mittelfristig möchte ich mit 
verschiedenen Online-Identifikationsalgorithmen experimentieren).

Meine Fragen:
1. Ist dieses Vorgehen sinnvoll?
2. Habt ihr Tips für eine fertige Filterlösung? Der Ausgang des 
Differentialtastkopfes liegt im Bereich -2,6 V bis 2,6 V. Ich habe bspw. 
die MAX7400 bzw. MAX7403 Tiefpassfilter gefunden, aber wenn ich das 
richtig verstehe, unterstützt dieser IC nur positive 
Eingangsspannungen(?).
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/1100000-1199999/001120642-da-01-en-IC_TIEFPASSFILTER_MAX7400EPA__DIP_8_MAX.pdf

Wenn ihr Denkfehler findet, freue ich mich über Hinweise ;-)

Danke für eure Tipps!

le ppq

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Jens E. schrieb:
> Diese wird
> per PWM (20 kHz) erzeugt.

Jens E. schrieb:
> Allerdings läuft das Messsystem nur mit 20 kHz
> Abtastfrequenz.

Kannst du diese beiden 20 kHz synchronisieren?

Gruss
WK

von Jens E. (ppq)


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Moin WK,

irgendwie ginge das sicherlich. Aber die 20 kHz sind nur die 
Grundfrequenz des PWM-Signals, je nach duty cycle sind da ja noch viel 
höherfrequente Anteile im Signal... Mit der Abtastrate von 20 kHz kann 
ich nur Signale bis 10 kHz messen, ohne Aliasingprobleme zu bekommen.

Oder verstehe ich womöglich deine Frage falsch?

Danke, LG
ppq

von Jürgen S. (engineer) Benutzerseite


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Das so zu filtern wird in keinem Fall funktionieren. Man braucht 
entweder eine analoge Filterung mit genügend geringer GF, die man dann 
auch zuverlässig abtasten kann, oder ein vollkommen digital arbeitendes 
Filter.  Das erfordert noch höhere Abtastraten.

Wenn du dich, wie W.K. es andeutet, auf eine Flanke synchen kannst, wäre 
es möglich, eine gewisse Zahl von Flanken zu sampeln und daraus die 
P-Weite zu messen. Ohne eine ausreichende Messperiode geht das aber auch 
nicht und die würde eine untere GF definieren.

Da kommst du mit der analogen Methode und einem DAC wahrscheinlich 
weiter.

von Jens E. (ppq)


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Moin Jürgen,

> Man braucht
> entweder eine analoge Filterung mit genügend geringer GF, die man dann
> auch zuverlässig abtasten kann,

nach dieser Lösung wollte ich eigentlich gefragt haben, ja. Gibt es wohl 
analoge 10 kHz Filter-ICs für genau solche Zwecke? Oder muss ich das "zu 
Fuß", passiv oder aktiv, selbst aufbauen? Für ein schön steiles Filter 
stelle ich mir das sehr aufwändig vor.

Danke, LG
ppq

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Jens E. schrieb:
> irgendwie ginge das sicherlich. Aber die 20 kHz sind nur die
> Grundfrequenz des PWM-Signals, je nach duty cycle sind da ja noch viel
> höherfrequente Anteile im Signal... Mit der Abtastrate von 20 kHz kann
> ich nur Signale bis 10 kHz messen, ohne Aliasingprobleme zu bekommen.

Die synchronen 20kHz solltest du auf jeden Fall anstreben. Sonst werden 
deine saemtlichen Messwerte mit der Differenzfrequenz der beiden Takte 
froehlich vor sich hinwabern.
Du wirst mit einem gewissen Aliasingfehler leben muessen, eben weil 
deine analogen Tiefpaesse nur endliche (und immer viel zu geringe) 
Flankensteilheit haben werden.

Deine vorgeschlagenen MAX wuerd' ich dafuer keinesfalls hernehmen (oder 
hoechstens, wenn deren Takt phasenstarr aus den 20kHz gewonnen werden 
kann), denn das sind switched-capacitor Filter, die machen dir auch 
sowas wie eine Abtastung mit den damit verbundenen Alias-Sauereien.
Fertige Tiefpassfilter kenn' ich keine, aber von Analog Devices gibts so 
ne Online-Filterdesignsoftware:
http://www.analog.com/designtools/en/filterwizard/

Gruss
WK

von Jens E. (ppq)


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Sehr praktisch, danke!

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