Moinsen liebe Leute! Ich habe ein Problem. Aber hoffentlich auch eine Lösung. Folgende Ausgangssituation: Ich hab ein altes Strand Lighting Dimmerpack mit 6 Kanälen. Zur Steuerung hätte das gerne eine Spannung von -10 bis 0V pro Kanal. Aus dem Dimmer kommen also die 6 Steuerleitungen raus, einmal +15V und einmal Ground. Soweit sogut. Das soll jetzt per DMX angesteuert werden. Den für mich leichteren Teil hab ich schon erledigt, ich hab einen Arduino mit einem MAX485,der DMX decodet und an 6 Pins eben ein PWM-Signal um die 490Hz rausschmeißt, was die Dimmerkanäle regeln soll. Soweit so gut, allerdings sind das da dann nur 5V mit PWM drin. Deswegen hab ich folgende Sache mir ausgedacht, aber Elektronik ist nicht so meine Stärke, deswegen bin ich mir nicht ganz sicher ob das so funktioniert, und ob ich das alles richtig verstehe. Der Ausgang vom Arduino geht erstmal in einen Hochpass, als C hab ich 100nF gewählt, als R 8.2kOhm. Wenn ich das richtig verstehe, schneidet der dann alles über ich meine rund 200Hz ab, womit das PWM Überbleibsel wegfallen sollte und ich dann eine schöne Spannung von 0-5V habe. Diese 0-5V jage ich in einen Op-Amp mit einem Gain von 2, vielleicht auch noch ein wenig mehr für eine Leicht höhere Ausgangsspannung, sodass ich dann 0-10V ca dort stehen hab. Jetzt brauche ich eine negative Spannung, also muss meine 0-10V invertieren, ich würde dafür einen OpAmp mit einem Gain von "-1" quasi hernehmen, frei nach dieser Beschaltung hier (https://www.electronics-tutorials.ws/de/operationsverstarker/invertierender-verstaerker.html). Dadurch, dass ich eine negative Spannung haben will muss auch meine Versorgungsspannung symetrisch sein wenn ich das richtig verstehe, daher würde ich einen ICL7662 hernehmen und die OpAmps mit +-15V versorgen. Was ich mich jetzt frage: Funktioniert das Prinzipiell so? Hab ich noch was vergessen? Muss ich irgendwas isolieren / galvanisch trennen? Und zu guterletzt: Kann ich meine 2 OpAmp Stufen, also erst verdoppeln und dann invertieren mit einer Erschlagen? Sodass diese quasi eine Verstärkung von -2 dann hat? Fragen über Fragen ^^ Danke und LG im Vorraus schonmal Lukas EDIT: Ich hab grad nochmal nachgelesen, die Sache mit den OpAmps: Das geht natürlich, als ich das mir überlegt hatte, hatte ich scheinbar ein Brett vorm Kopp ...^^ EDIT 2: Ich hab mir mal Gedanken gemacht und einen Schaltplan gezeichnet, so wie ich mir das Vorstelle, nur die Sektion von Arduino zum Dimmer. Man Verzeihe mir, dass der Schaltplan nicht der schönste ist, das hab ich das erste mal gemacht ^^
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Lukas E. schrieb: > Der Ausgang vom Arduino geht erstmal in einen Hochpass, als C hab ich > 100nF gewählt, als R 8.2kOhm. Tiefpass meintest du bestimmt. Lukas E. schrieb: > Wenn ich das richtig verstehe, schneidet > der dann alles über ich meine rund 200Hz ab, womit das PWM Überbleibsel > wegfallen sollte und ich dann eine schöne Spannung von 0-5V habe. Schon mal keine schlechte Idee. Leider hat ein Tiefpass erster Ordnung keinen unendlich steilen Abfall im Sperrbereich. Bei 490 Hz hast du also einen massiven Ripple auf deiner Ausgangsspannung. Siehe Bild TP1. Wenn du nun die Grenzfrequenz des Tiefpasses herabsetzt, wird die Ausgangsspannung zwar schön glatt, aber leider steigt die Einschwingzeit an. Als Beispiel: Mit einer Grenzfrequenz von ca. 2 Hz hast du eine Einschwingzeit von ca. 200 ms. Wenn das für deine Anforderung in Ordnung ist, kannst du das so lassen. TP2 zeigt einen Sprung von 39 % Tastverhältnis auf 88 % Tastverhältnis. Wenn du die Einschwingzeit verringern willst, kannst du mit der PWM-Frequenz hochgehen und die Grenzfrequenz entsprechend erhöhen (TP3). Mit einem Filter höherer Ordnung wird die Spannung noch wesentlich glatter (TP4 und TP5). Anbei die Simulationsdatei für LTSpice, zum ausprobieren. Lukas E. schrieb: > Dadurch, dass ich eine negative Spannung haben will muss auch meine > Versorgungsspannung symetrisch sein wenn ich das richtig verstehe, daher > würde ich einen ICL7662 hernehmen und die OpAmps mit +-15V versorgen. Ladungspumpen mögen für eine Opamp-Schaltung funktionieren, ich würde aber eher zu einem der integrierten DC/DC Wandler mit symmetrischem Ausgang tendieren. Die sind mit höherem Strom belastbar.
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Tiefpass natürlich, mein Fehler. Doof gefragt: Die Einschwingzeit ist die Zeit, die es dauert, bis das PWM Signal als glatte Ausgangsspannung ansteht? 200ms sind da schon ein bisschen viel, das Licht kann sich auch manchmal recht schnell ändern, das würde ich gerne kleiner haben. Wenn ich jetzt das PWM des Arduino auf 62.5kHz umschalte, und meinen Tiefpass mit 33k und 10n wähle liegt f bei ca 480Hz, das sollte dann ja funktionieren oder? Und desto höher die Grenzfrequenz, desto kleiner die Einschwingzeit? Lohnt sich denn so ein DC-DC? Wenn ich das richtig im Kopf hab sind die teurer und die OpAmps ziehen doch nicht allzuviel Strom oder? Die Ladungspumpe fand ich hier im Forum als Tipp für symetrische Spannungsversorgungen für OPs.
Lukas E. schrieb: > Die Einschwingzeit ist die Zeit, die es dauert, bis das > PWM Signal als glatte Ausgangsspannung ansteht? Das ist die Zeit, die es dauert, bis sich die Ausgangsspannung stabilisiert hat. Lukas E. schrieb: > Und desto höher die Grenzfrequenz, desto kleiner die > Einschwingzeit? Ja.
T_E = Einschwingzeit f_g = Grenzfrequenz
Danke dir für die Erläuterung :) Eine Frage noch: Wenn sich die PWM Spannung ändert, während der Filter noch am Einschwingen ist, was passiert dann? Wenn ich z.B. eine Lampe langsam hochfade, ändert sich für die gesamte Fadedauer (z.B. 1 Sekunde) ja immer der Duty Cycle des PWMs, wie verhält sich die Ausgangsspannung des Filters dabei?
Lukas E. schrieb: > Wenn sich die PWM Spannung ändert, während der Filter > noch am Einschwingen ist, was passiert dann? Wenn ich z.B. eine Lampe > langsam hochfade, ändert sich für die gesamte Fadedauer (z.B. 1 Sekunde) > ja immer der Duty Cycle des PWMs, wie verhält sich die Ausgangsspannung > des Filters dabei? Schauen wir uns das doch einfach mal in der Simulation an. ;-) Das Konstrukt aus A1, V1 und V2 dient nur zur Erzeugung des PWM-Signals mit variablem Tastverhältnis. LTSpice bietet scheinbar keine Funktion dafür an. Du siehst, bei 1 s und selbst bei 100 ms Fadezeit kann der Filter noch recht gut folgen. Du siehst hier auch, dass 50 % Duty-cycle hinsichtlich des Ripples am kritischsten sind. Da wäre ein Tiefpass 2. Ordnung wahrscheinlich keine schlechte Idee.
LTSpice hab ich noch nicht ganz verstanden, danke fürs Simulieren :D Ich werde aber vermutlich sowieso einen Großteil nochmal neu designen mit einem STM32 anstelle des Arduino, da ich alle 3 Timer anpassen müsste um die PWM Frequenz zu erhöhen -> Dann funktionieren meine Delay Funktionen nicht mehr richtig, das ist doof, der STM32 schafft bis zu 36MHz PWM Wimre, das sollte reichen ^^
Lukas E. schrieb: > guterletzt: Kann ich meine 2 OpAmp Stufen, also erst verdoppeln und dann > invertieren mit einer Erschlagen? Sodass diese quasi eine Verstärkung > von -2 dann hat? Ja. Mehr noch: man kann sogar einen wesentlich besseren Tiefpass auch gleich noch mit in den Opamp legen.
Moin, Bei den unbenutzten OpAmps sollte noch ein Draht zwischen Out und -In gezogen werden, damit die keine Faxen machen. Die Filterdimensionierung ist bisschen daneben, der inv. Verstaerker hat ja einen Eingangwiderstand, der mit in die Grenzfrequenz einfliesst. Wenn die Filtersteilheit mit dem popeligen RC Glied nicht aussreicht, koennte man a.) pro Kanal mit 2 OpAmps arbeiten und dann jeweils ein Filter bis zu 4. Ordnung verwenden oder b.)- wenn man schwaebischer Schotte ist - mit einem OpAmp/Kanal und etwas Huenerfutter noch ein inv. Filter 2. Ordnung. Das koennte dann so aussehen, wie in Kapitel 7, sloa49b.pdf Grenzfrequenz wuerd' ich bei 100 Hz ansiedeln. Schneller kann ein Dimmer eh' nicht dimmen... Gruss WK
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c-hater schrieb: > Ja. Mehr noch: man kann sogar einen wesentlich besseren Tiefpass auch > gleich noch mit in den Opamp legen. Coole Sache, aber wie mach ich das? Dergute W. schrieb: > Bei den unbenutzten OpAmps sollte noch ein Draht zwischen Out und -In > gezogen werden, damit die keine Faxen machen. > Die Filterdimensionierung ist bisschen daneben, der inv. Verstaerker hat > ja einen Eingangwiderstand, der mit in die Grenzfrequenz einfliesst. > Wenn die Filtersteilheit mit dem popeligen RC Glied nicht aussreicht, > koennte man a.) pro Kanal mit 2 OpAmps arbeiten und dann jeweils ein > Filter bis zu 4. Ordnung verwenden oder b.)- wenn man schwaebischer > Schotte ist - mit einem OpAmp/Kanal und etwas Huenerfutter noch ein inv. > Filter 2. Ordnung. Das koennte dann so aussehen, wie in Kapitel 7, > sloa49b.pdf Danke für die Ausführliche Antwort! Inwiefern fließt der Eingangswiderstand des OPs da mit rein? Kannst du mir das genannte PDF Kapitel 7 hier nochmal verlinken? Ich finde nur ein PDF mit dem Namen mit einem Kapitel 3 im Netz. Mit den 2 OPs pro Kanal meinst du einen zum Verstärken und den anderen zur Nutzung als aktiver Filter wie Beispielsweise hier (https://www.electronics-tutorials.ws/de/filtern/aktiver-tiefpassfilter.html) ganz unten gezeigt?
Moin, Huups, sorry vertippt. Das hier mein' ich: http://www.ti.com/lit/an/sloa049b/sloa049b.pdf Lukas E. schrieb: > Inwiefern fließt der > Eingangswiderstand des OPs da mit rein? Bei deiner Schaltung im ersten Post hast du einen Tiefpass mit 8.2k und 10nF. Der nachgeschaltete OpAmp hat aber in deiner Beschaltung einen Eingangswiderstand von 10k. Diese 10k veraendern die Grenzfrequenz deines Tiefpasses so, als haette der 8.2k Widerstand nur noch (8.2k || 10k) = 4.5k. Lukas E. schrieb: > Mit den 2 OPs pro Kanal meinst du einen zum Verstärken und den anderen > zur Nutzung als aktiver Filter wie Beispielsweise hier Ja, da hast du viele Optionen - je nach dem wie rechenfreudig du bist. Du kannst Filter und (invertierenden) Verstaerker sauber auf die 2 OpAmps aufteilen, d.h. einer filtert, der andere invertiert und verstaerkt (das wird am einfachsten zu berechnen sein), oder auch beide filtern und ggf. verstaerken lassen und nur einen davon als invertierenden Filter/Verstaerker beschalten. Das wird zum Rechnen am umfangreichsten, aber der Filter wird ordentlich steil... Gruss WK
Verstehe ich es richtig, dass ich auch z.B. zwei der Tiefpässe aus dem angehängten Bild hintereinanderschalten kann, sodass die Kurve steiler abknickt und ich einen Tiefpass höherer Ordnung erreiche?
Moin, Lukas E. schrieb: > Verstehe ich es richtig, ... Prinzipiell ja. Aber wenn du 2 von den MFB Tiefpaessen hintereinander schaltest, ist's insgesamt nicht mehr invertiert. Also solltest du einmal ein Filter in Sallen/Key Verschaltung und ein MFB hintereinanderschalten. Nur das MFB invertiert. Beide Filter sollten auch nicht die (betragsmaessig) gleiche Uebertragungsfkt haben, sondern eben Teilfilter eines z.B. Butterworthfilter 4. Ordnung sein. Das sind alles ziemlich dicke Bretter, die man da bohren kann/muss... Gruss WK
Lukas E. schrieb: > 200ms sind da schon ein bisschen viel, das Licht kann sich auch manchmal > recht schnell ändern, das würde ich gerne kleiner haben. Hallo Lukas, wenn du 0-10V Technik hast hängen bestimmt keine LEDs dran, 100-500Watt sind schon recht träge. Ein 10 Hz Takt wird es bestimmt nicht ergeben. Mit Vorglühgen der Lampen wird es besser. Aber das zirpen ist in diesem Bereich am größten, trotz Netzfilter. MfG
Lukas E. schrieb: > c-hater schrieb: >> Ja. Mehr noch: man kann sogar einen wesentlich besseren Tiefpass auch >> gleich noch mit in den Opamp legen. > > Coole Sache, aber wie mach ich das? Ungefähr so (siehe Anhang).
So, ich hab jetzt mal versucht, aus euren Vorschlägen das beste zu machen, siehe den angehängten Schaltplan. Der erste Filter sollte bei ~60Hz dichtmachen, der Zweite bei ca 110Hz. Man verzeihe mir wenn ich eure Erklärungen falsch verstehe / nicht richtig umsetze, auf dem Gebiet der OPs bin ich noch recht neu^^ EDIT: Falsches Bild angehängt, jetzt richtig, lowpass2.png ist das richtige. Ich weiß nicht, wie ich das andere löschen kann. @Mods: Könntet ihr vielleicht das falsche rauslöschen?
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Lukas E. schrieb: > Man verzeihe mir wenn ich eure Erklärungen falsch verstehe / nicht > richtig umsetze, auf dem Gebiet der OPs bin ich noch recht neu^^ Scheint so. Vergleiche einfach.
Also du hast da jetzt in Spice einen MFB Tiefpass konstruiert, wo ein 5V PWM Signal mit 100HZ bei 50% Dutycycle reinkommt und dann der Graph zeigt den Ausgang des OPs, wo dann -2.5V mit einer Restwelligkeit von +- 40mV rauskommen? Ich hatte versucht, den Vorschlag von WK umzusetzen, erst einen Sallen-Key Tiefpass zu verwenden und dann dahinter den auch von dir vorgeschlagenen MFT Tiefpass.
Lukas E. schrieb: > Also du hast da jetzt in Spice einen MFB Tiefpass konstruiert, wo ein 5V > PWM Signal mit 100HZ bei 50% Dutycycle reinkommt und dann der Graph > zeigt den Ausgang des OPs, wo dann -2.5V mit einer Restwelligkeit von +- > 40mV rauskommen? Öhm, nicht ganz, nein. Ich habe deine Schaltung in dieselbe Umgebung versetzt wie meine. Deine *1.* Schaltung (zu dem Zeitpunkt als ich das Posting gelesen habe, war das noch die einzige Schaltung).
Jetzt seh ichs auch. *Kopf -> Tisch*. Kann die 2. bzw. richtige Variante denn so funktionieren, wie ich mir das ausgedacht hab?
Die kenne ich, ja, aber ich würde gerne selbst etwas entwickeln, erstmal aus dem Grund, was zu lernen, die Lernkurve über OpAmps und Filter geht bei mir recht steil hoch, und ich würde gerne in der Software mehr Freiheiten haben, ich will nicht nur DIP Schalter, ich möchte da ein Display mit einem richtigen Userinterface dranhängen, sodass man z.B. die Kanäle auch Lokal am Dimmer regeln kann, DMX Softpatching betreiben kann, individuelles Preheat einstellen usw. Und wenn ich dafür eine neue Software schon entwickele, kann ich auch nach neuer Hardware schauen.
Nachtrag: Laut dem "Everycircuit" Simulator, sollte meine Schaltung aus meinem Post von Vorhin "lowpass2.PNG" meine Bedürfnisse erfüllen. Wär aber Klasse, wenn da nochmal wer drüberschauen könnte :)
Lukas E. schrieb: > Laut dem "Everycircuit" Simulator, sollte meine Schaltung aus meinem > Post von Vorhin "lowpass2.PNG" meine Bedürfnisse erfüllen. Wär aber > Klasse, wenn da nochmal wer drüberschauen könnte :) Passt. Ist natürlich etwas träger, aber ich denke mit einer maximalen Updatefrequenz von 38Hz kann man bei einer Lichsteuerung sehr gut leben.
Klasse, danke euch allen! Dann bastel ich mal einen Schaltplan dazu und hoffe, dass das Endprodukt funktioniert. Wenn alles ferit ist, lass ich es euch wissen!
Lukas E. schrieb: > Dann bastel ich mal einen Schaltplan dazu und hoffe, dass das Endprodukt > funktioniert. Wenn alles ferit ist, lass ich es euch wissen! Nicht so voreilig... Was hältst du davon (siehe Anhang). Bedenke: nur ein OV und auch sonst deutlich weniger Hühnerfutter...
Moin, c-hater schrieb: > Nicht so voreilig... Hmm - und so ein Arduino hat dermassen kraeftige Ausgangstreiber, dass die locker, flockig einen 33µF ueber 100 Ohm auf- und entladen? Gruss WK
Dergute W. schrieb: > Hmm - und so ein Arduino hat dermassen kraeftige Ausgangstreiber, dass > die locker, flockig einen 33µF ueber 100 Ohm auf- und entladen? Würde ich sagen, ja. Siehe Anhang.
c-hater schrieb: > Würde ich sagen, ja. Siehe Anhang. Naja, also ehrlich...Wenn du den armen Pin sogar im eingeschwungenen Zustand immer 15mA pushen und pullen laesst, fuer nix und wieder nix ... Und das auch noch bei 6 Pins. Lass das mal nicht Greta hoeren. Und Dreck auf der Versorgung macht's auch. Das olle Filterchen wird doch wohl auch noch mit z.B. 10x so grossen Rs und 10x so kleinen Cs gehen, oder? Gruss WK
Ich versuche nochmal zusammenzufassen: Mein Entwurf funktioniert theoretisch, ist aber unnötig kompliziert mit zuvielen Komponenten. Der Entwurf von c-hater ist schöner, braucht weniger Teile und macht das ganze kompakter, aber zieht unnötig viel Strom (15mA, wobei das aber noch im Rahmen ist, der Arduino kann theoretisch bis zu 40mA pro Pin) Der Vorschlag von WK die Caps und Rs in c-haters Design anzupassen hat also die gleichen Vorteile, nur zieht weniger (ein Zehntel?) Strom vom Arduino -> Macht das ganze also effizienter und behält die Vorteile von c-haters ursprünglichem Design bei. Daraus würde ich schließen, dass damit wohl letzteres am sinnvollsten ist und so implementiert werden sollte...?
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Dergute W. schrieb: > Naja, also ehrlich...Wenn du den armen Pin sogar im eingeschwungenen > Zustand immer 15mA pushen und pullen laesst, fuer nix und wieder nix ... > Und das auch noch bei 6 Pins. Lass das mal nicht Greta hoeren. Und Dreck > auf der Versorgung macht's auch. > Das olle Filterchen wird doch wohl auch noch mit z.B. 10x so grossen Rs > und 10x so kleinen Cs gehen, oder? Niemand hat dir verwehrt, deinen Greta-kompatiblen Gegenentwurf zu posten. Der TO wäre vermutlich sogar hocherfreut, einen noch besseren Filter verwenden zu können. Also Butter bei die Fische...
Moin, c-hater schrieb: > Niemand hat dir verwehrt, deinen Greta-kompatiblen Gegenentwurf zu > posten. Der TO wäre vermutlich sogar hocherfreut, einen noch besseren > Filter verwenden zu können. > > Also Butter bei die Fische... Muss dich enttaeuschen. Ich hab' keinen "Gegen"entwurf. Ich moser nur unqualifiziert rum. Lukas E. schrieb: > araus würde ich schließen, dass damit wohl letzteres am sinnvollsten > ist und so implementiert werden sollte...? Was am "sinnvollsten" ist, musst du fuer dich entscheiden. Jenachdem, nach was dir der Sinn steht. Wenn's um moeglichst wenige Bauteile geht, nimm so ein MFB Design mit einem Tiefpass 1. Ordnung vorweg, wie c-hater skizziert hat. Ist halt zum selberberechnen und nachvollziehen etwas umstaendlich, aber eben bauteilesparsam. So ne getrennte Schaltung mit 2 OpAmps, wo der eine filtert, der andere invertiert, ist vom Schaltbild her eher zu durchschauen und simpler zu berechnen. Aber halt mehr Bauteile / schlechtere Filtercharakteristik. Gruss WK
Lukas E. schrieb: > Ich hab ein altes Strand Lighting Dimmerpack mit 6 Kanälen. Zur > Steuerung hätte das gerne eine Spannung von -10 bis 0V pro Kanal. Aus > dem Dimmer kommen also die 6 Steuerleitungen raus, einmal +15V und > einmal Ground. Nicht ganz richtig. Aus dem Dimmer kommen 6 Steuerleitungen, Ground und -15V heraus. Mit einem negativ-Spannunsregler, z.B. 7905, und echten Rail-to-Rail Opamps geht das ganze ohne Invertiererei und Single-Ended. Einzig unschön ist, dass das DMX-Signal galvanisch getrennt werden sollte. Das machen aber professionelle Demuxer auch so.
Ich hab nur einen Scan des Handbuchs des Dimmers hier, ist ein alter ACT6, dieser Scan ist zugegebenermaßen nicht soo besonders toll, da war das meiner Meinung nach eher als ein Plus zu erkennen. Wenn das -15V sein sollten, dann könnte ich im Endeffekt ja die Ladungspumpe weglassen, müsste dann aber einen anderen Weg finden, positive 5V zu erzeugen, beispielsweise mit so einem isolierten DCDC Wandler. Den Rest kann ich aber doch beibehalten oder nicht?
Dergute W. schrieb: > Muss dich enttaeuschen. Ich hab' keinen "Gegen"entwurf. Ahnte ich's doch. Alles muss man alleine machen...
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