Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 30 kHz PWM-Sinussignal für H-Brücke mit TL494?


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von Jonas D. (dschones42)


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Hallo zusammen!
Ich beschäftige mich gerade mit der Ansteuerung eines Piezoaktors und 
benötige dafür ein pulsweitenmoduliertes Sinussignal mit dem ich eine 
MOSFET-Vollbrücke schalten kann.

Das Problem an der Sache: Das PWM Signal soll in einem Frequenzbereich 
von 25-30 kHz liegen. Die Frequenz soll je nach Bedarf in irgendeiner 
Form (Poti, strom- oder spannungsgesteuert,...) möglichst genau 
einstellbar sein.

Ich hab schon ein bisschen mit LTSpice herumexperimentiert und 
simuliert. Eine einfache Schaltung mit einem Wald-und-Wiesen Komparator 
zusammen mit einer Dreiecks- und einer Sinusspannung schafft laut 
Simulation die Frequenz nicht...

Ich bin hier in einem anderen Beitrag über den TL494 gestolpert und 
werde mir den nun etwas genauer anschauen. Hat vielleicht jemand von 
euch mit dem Bauteil schon eine Sinus-PWM erzeugt und hat vielleicht 
eine Schaltung oder andere Tipps, die er/sie hier teilen möchte?

Über andere Vorschläge bin ich natürlich auch offen und dankbar! Ich 
habe auch schon darüber nachgedacht, die PWM per Mikrokontroller zu 
erzeugen, allerdings ist auch hier die hohe und zugleich variabel 
einstellbare Frequenz ein Problem.

Im Voraus vielen Dank für eure Antworten und Hilfe!

Viele Grüße,
Jonas

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Für Sinusansteuerung ist der TL494 alleine nicht in der Lage, er kann 
aber natürlich eine PWM mit 25-30kHz erzeugen. Aber die Modulation mit 
Sinus kann er so nicht, dafür benötigt man noch einen Sinusgenerator.

Viele von uns würden einen Mikrocontroller einsetzen, weil das am 
vielseitigsten ist und sich mal z.B. mit einem STM32 der kleinen Sorte 
beschäftigen. Dessen Timer sind recht vielseitig einstellbar und da die 
Periodendauer exponiert ist, auch in der Frequenz leicht einzustellen.

Mann kriegt das auch mit den AVR8 (oder XMega) hin, aber da leidet evtl. 
die Granularität der Frequenzeinstellung.

Jonas D. schrieb:
> Eine einfache Schaltung mit einem Wald-und-Wiesen Komparator
> zusammen mit einer Dreiecks- und einer Sinusspannung schafft laut
> Simulation die Frequenz nicht

Das wundert mich allerdings. Wenn du die Simu mal hochlädst, könnte man 
mal drüberschauen.

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Matthias S. schrieb:
> Mann kriegt das auch mit den AVR8 (oder XMega) hin, aber da leidet evtl.
> die Granularität der Frequenzeinstellung.

Können die keinen RC-Oszillator mehr?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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hinz schrieb:
> Können die keinen RC-Oszillator mehr?

Achso, daran habe ich gar nicht gedacht. Klar, man könnte den Mastertakt 
einstellbar machen, allerdings wäre dann schon schön, wenn man das 
unterbrechungsfrei hinkriegt. Ehrlich gesagt habe ich noch nicht mit 
externem RC Oszillator und Poti experimentiert.

von Jonas D. (dschones42)


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Hi Matthias!

Vielen Dank für die Antwort.

Die Komparatorschaltung ist nicht der Rede wert... ^^ war nur ein erster 
Test, den ich nicht weiter verfolgt habe. Da kann man mit Sicherheit 
noch dran herumschrauben.

Ja für die Idee mit dem TL494 bräuchte man noch einen Sinusgenerator. 
Aber dafür gibt es ja auch vorgefertigte ICs. Aber prinzipiell 
funktioniert er doch nach dem selben Prinzip wie die 
Komparatorschaltung, oder?

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Hm, wie hieß der... XR2206?

Was die Vollbrücke angeht, schau Dir mal Class-D-Verstärker-ICs an, 
sowas wie den IRS2092. Der läuft an einer symmetrischen 
Spannungsversorgung mit Halbbrücke, vielleicht ist das eine bessere 
Lösung als die Vollbrücke. Oder zwei davon nehmen und als 
Vollbrückenverstärker betreiben. Diese ICs würden Dir jedenfalls 
sämtliche Problem wie die Pulsweitenmodulation und dead-time-control 
abnehmen.

Welche Frequenz hat das Sinussignal eigentlich und welche 
Leistung/Ausgansspannung wird gebraucht? Um eine hohe Frequenz sinnvoll 
mit einem Class-D-Verstärker zu verstärken braucht man eine noch viel 
höhere PWM-Frequenz und das wird dann schnell schwierig bzw. die hohe 
Effizienz hinzukriegen wird schwierig.

von Jonas D. (dschones42)


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Hi Ben!

Den XR2206 hab ich mir auch schon angeschaut. Der kann, so wie ich das 
verstanden habe, allerdings nur einen reinen Sinus generieren.
Was ich haben möchte ist sowas wie im Bild im Anhang.
Meine anfängliche Idee war es zwei XR2206 zu benutzen. Einer davon 
erzeugt einen Sinus, der andere ein Dreieck. Das zusammen auf einen 
Komparator und man bekommt bei niedrigen Frequenzen das raus, was im 
Bild zu sehen ist.
Für die Vollbrücke habe zwei IR2110 geplant. Den IRS2092 schaue ich mir 
aber auch mal an.

Der Sinus soll eine einstellbare Frequenz von ca. 25 - 30 kHz haben. Die 
Ausgangsspannung sollte idealerweise so hoch sein, dass ich sie direkt 
auf die MOSFET-Treiber geben kann und die MOSFETs voll durchschalten. 
Also ca. 10 V aufwärts.

von hinz (Gast)


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Jonas D. schrieb:
> Das PWM Signal soll in einem Frequenzbereich
> von 25-30 kHz liegen.

Jonas D. schrieb:
> Der Sinus soll eine einstellbare Frequenz von ca. 25 - 30 kHz haben.



Was denn nun?

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Aha. 30kHz Ausgangssignal bedeutet so 500..600kHz PWM-Frequenz, als 
unterste Grenze. Das wird noch lustig.

Welche Spannung und welche Leistung braucht dein Piezo-Dingsbums?

Edit: Der IRS2092 läuft mit etwa 800kHz für Audiosignale.

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Jonas D. schrieb:
> Hi Ben!
>
> Den XR2206 hab ich mir auch schon angeschaut. Der kann, so wie ich das
> verstanden habe, allerdings nur einen reinen Sinus generieren.

Ist auch so.

> Was ich haben möchte ist sowas wie im Bild im Anhang.
> Meine anfängliche Idee war es zwei XR2206 zu benutzen. Einer davon
> erzeugt einen Sinus, der andere ein Dreieck. Das zusammen auf einen
> Komparator und man bekommt bei niedrigen Frequenzen das raus, was im
> Bild zu sehen ist.

Das ist voll 70er! Die Lösung wurde schon genannt. Nimm einen 
Mikrocontroller deiner Wahl und mach mit dem die PWM. Der kann auch 
problemlos den Sinus draufmodulieren. Arduino & Co sind deine Freunde. 
Willkommen im digitalen Zeitalter.

> Ausgangsspannung sollte idealerweise so hoch sein, dass ich sie direkt
> auf die MOSFET-Treiber geben kann und die MOSFETs voll durchschalten.
> Also ca. 10 V aufwärts.

Unsinn. Die meisten MOSFET-Treiber können mit 5V sauber angesteuert 
werden.

von Falk B. (falk)


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Ben B. schrieb:

> Aha. 30kHz Ausgangssignal bedeutet so 500..600kHz PWM-Frequenz, als
> unterste Grenze. Das wird noch lustig.

Mit dem sinnerfassenden Lesen hast du es nicht so, oder?

von Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)


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Ach Falk... nimm doch mal den anderen Fuß beim Aufstehen und sieh 
gefälligst mal ein, daß es auch andere Lösungen gibt als die, die Dir 
einfallen. Immer das gleiche Rumgemecker, aber das ist man ja von Dir 
gewohnt.

von Ralf (Gast)


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ich kann diese Schaltung empfehlen, L und C müssen für die 25-30kHz 
passen. Mittels lohi kann man die Amplitude einstellen

von Jonas D. (dschones42)


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Hi Ralf!
Danke für die Schaltungsidee.
Ich hab auch schon probiert mein Rechtecksignal, das ich von meiner 
Vollbrücke bekomme, auf einen LC-Glied zu geben und damit das Signal 
zweimal zu integrieren. So interpretiere ich zumindest das LC Glied vor 
dem Piezo in deiner Schaltung.
Für eine konstante Frequenz kann man L und C sehr gut einstellen. Im 
oberen Bereich der großen Frequenzbandbreite wird das Signal aber sehr 
stark gedämpft. Wie meintest du, kann man L und C auf 25-30kHz 
einstellen?

von Jonas D. (dschones42)


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Ben B. schrieb:
> Aha. 30kHz Ausgangssignal bedeutet so 500..600kHz PWM-Frequenz, als
> unterste Grenze. Das wird noch lustig.
>
> Welche Spannung und welche Leistung braucht dein Piezo-Dingsbums?
>
> Edit: Der IRS2092 läuft mit etwa 800kHz für Audiosignale.

Sorry Ben, dass ich erst jetzt antworte.

Der Piezo soll mit bis zu 200V betrieben werden.

von Jonas D. (dschones42)


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Falk B. schrieb:
> Das ist voll 70er! Die Lösung wurde schon genannt. Nimm einen
> Mikrocontroller deiner Wahl und mach mit dem die PWM. Der kann auch
> problemlos den Sinus draufmodulieren. Arduino & Co sind deine Freunde.
> Willkommen im digitalen Zeitalter.

Ja, ich bin auch zu dem Schluss gekommen, dass ich um die 
Mikrocontroller-Lösung nicht herum kommen werde. Aber schafft es der 
Arduino von Haus aus eine so schnelle PWM zu erzeugen? Wie genau 
moduliere ich den Sinus denn auf die PWM? Gibt es da schon irgendwelche 
vorgefertigten Funktionen oder Skripte die ich benutzen könnte?

Viele Grüße,
Jonas

von Falk B. (falk)


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Jonas D. schrieb:

> Ja, ich bin auch zu dem Schluss gekommen, dass ich um die
> Mikrocontroller-Lösung nicht herum kommen werde.

Gut.

> Aber schafft es der
> Arduino von Haus aus eine so schnelle PWM zu erzeugen?

Problemlos.

> Wie genau
> moduliere ich den Sinus denn auf die PWM?

Mit einem DDS-Algorithmus.

> Gibt es da schon irgendwelche
> vorgefertigten Funktionen oder Skripte die ich benutzen könnte?

;-)

Beitrag "Re: H-Bridge 50Hz Sinus - LC Filter dimensionieren"

: Bearbeitet durch User
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