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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Negative Anteuerung in positive Ansteuerung ändern


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von Jens B. (jens_b336)


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Liebe Wissende,

ich benötige Unterstützung beim Wechsel von einer negativen Ansteuerung 
in eine positive Ansteuerung. Elektrische Kenntnisse sind vorhanden, 
Messgerät etc. ebenfalls. Die Kenntnisse bzgl. elektronischer Bauteile 
sind jedoch überschaubar.

Zum Sachverhalt:
Es geht um die Modifikation eines 3D-Druckers. Das Gerät wurde um eine 
Lasereinheit für Gravurzwecke erweitert. Diese Lasereinheit soll nun 
angesteuert werden.

Rahmenbedingungen:
Der Drucker verfügt über ein Netzteil, welches unter anderem 12V DC 
ausgibt. Diese Spannung wird u. A. genutzt, um einen Lüfter anzusteuern 
und den Laser mit Spannung zu versorgen. Beide Bauteile hängen aktuell 
am gleichen Netzteil. Ler Lüfter wird über das Board des 3D-Drucker 
angesteuert.

Problem:
Der Laser hat einen analogen Steuereingang. Mit einer Spannung von ca. 
1-12 Volt soll die Leistung des Lasers über eine Steuerleitung geregelt 
werden. Die Spannungsversorgung des Lasers erfolt aktuell vom gleichen 
Netzteil mit 12V. Die Steuerung muss über die Leitungen des vorhandenen 
Lüfters erfolgen. Dieser Lüfter wird jedoch über die Masser geregelt. 
Das heißt, dass er eine Spannung von 1,3 Volt bis 12 Volt (je nach 
Drehzahl) hat, wenn man dabei jedoch die Plus-Leitung des Lüfters gegen 
die Netzteilmasse misst liegen immer 12 Volt an. Messe ich die 
Minus-Leitung des Lüfters gegen Plus am Netzteil, erhalte ich je nach 
Leistungseinstellung 1,3 bis 12 Volt.

Nun habe ich statt des Lüfters die Steuerleitung vom Laser 
angeschlossen. Der Laser läuft immer auf 100%. Das liegt daran, dass 
dieser am gleichen Netzteil hängt und stets mit 12V Masse versorgt wird. 
Diese 12V Masse findet sich auch am Steckereingang zur Lasersteuerung. 
Da der Lüfter über die Masse geregelt wird, liegen an der Plus-Leitung 
des Lüfters immer 12 Volt an. Der Laser kann also nicht geregelt werden, 
denn die Massen von Lüfter und Laseransteuerung sind verbunden, sobald 
man die Steckverbindung verbindet bekommt er Plus 12 Volt Plus von der 
Lüfterleitung und hat ja als eigene Masse 12 Volt Minus.

Frage
Wie bekomme ich eine Ansteuerung des Lasereingangs hin? Gibt es ein 
Bauteil, welches mir aus aus der variablen Minus-Spannung eine 
entsprechende Plus-Spannung erzeugt? Oder muss ich dafür ggf. ein 
weiteres Netzteil für den Laser nutzen, welches getrennt von dem 
Netzteil für den Lüfter ist?

Bitte entschuldigt den langen Text, aber hoffentlich sind dafür alle 
Informationen enthalten, die für einen Denkanstoß bzw. Lösungsansatz 
reichen.

Danke für eure Hilfe und viele Grüße

Jens

von Theor (Gast)


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@ Jens

Ich schlage vor, das Du zwei Schaltpläne zeichnest. Einmal der 
Ist-Zustand und dann den Soll-Zustand mit einer Black-Box, welche die 
Inversion erledigen soll, wo Du sie Dir vorstellst.

Dann nenne die beteiligten Geräte und Baugruppen mit Hersteller und Typ 
und poste dazu noch Links zu den Datenblättern.

von Jens B. (jens_b336)


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Als Anlage eine schematische Darstellung der aktuellen Situation und der 
Anforderung.

von Theor (Gast)


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Jens B. schrieb:
> Als Anlage eine schematische Darstellung der aktuellen Situation und der
> Anforderung.

Ich bedaure, aber das ist, für meine Begriffe, ungenügend.

von Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite


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Ja, die Darstellung ist völlig unzureichend. Wie willst Du so die 
Problematik verstehen?

Zu Deinen Problemen: Dein Analogsignal ist in Wirklichkeit ein 
PWM-Signal, und ja, Du musst es wohl invertieren! Kann z.B. Mit einem 
nachgeschalteten PNP Transistor erfolgen. Danach glätten mit RC-Glied.

Gruss Chregu

von Jens B. (jens_b336)


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Ich bedaure, dass meine Darstellungen offenbar nicht den Anforderungen 
einiger Spezialisten genügen bzw. wohl nicht ausreichend sind, um das 
Problem direkt zu lösen. Wenn ich die Kenntnisse hätte, eine derartige 
Darstellung anzufertigen, könnte ich das Problem wahrscheinlich selbst 
lösen.

Es fielen die Begriffe PNP-Transistor und RC-Glied. Der PNP-Transistor 
scheint erstmal das wichtige Bauteil zu sein, denn damit scheint die 
"Umwandlung" des negativen in ein postives Steuersignal möglich zu sein.

Ich habe mal ein Bild von der Beschaltung eines PNP-Transistors 
beigefügt und beschreibe, wie ich den anschließen würde.

An den Emitter (+Vcc) kommt die Plusleitung des Lüfters (führt immer 12 
Volt Plus).
An die Basis (Steuerleitung) kommt Minus vom Lüfter. Diese Leitung führt 
je nach Lüfterdrehzahl -1,3 bis -12 Volt.
An den Collector wird die Plusleitung des Lasers (Steuereingang) 
angeschlossen. DIese Steuerleitung hat dann je nach Eingangssignal an 
der Basis des Transistors +1,3 bis +12 Volt.

Passt das soweit?

Viele Grüße

Jens

von Elektrofurz (Gast)


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Jens B. schrieb:
> Passt das soweit?

Ja, die PNP Schaltung funktioniert gut für PWM, aber für analoge Signale 
benötigst du dann doch wieder einen Operationsverstärker.

von Jens B. (jens_b336)


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Hallo,

danke für die Hilfe.

Es handelt sich jedoch nicht um eine PWM-Steuerung. Der Lüfter hat nur 
Plus und Minus. Er wird über die Spannung geregelt (über Minus).

Ich habe jetzt mal das geregelte Minus an den Pluspol des Lasereingangs 
angeschlossen. Die Steuerung funktioniert, allerdings verkehrt herum. 
Läuft der Lüfter voll, ist der Laser fast aus. Ist der Lüfter aus, läuft 
der Laser auf voller Leistung.

Klappt das trotzdem oder was meinst Du mit analogen Signalen? Ich hatte 
gehofft, dass es etwas fertiges gibt.

Danke und viele Grüße

Jens

von Jens B. (jens_b336)


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Nachtrag:
Hier noch das Anschlusschema vom Laser. Ich habe die Minus-Leitung vom 
Lüfter jetzt an "Analog+" angeschlossen. Der Schalter steht auf Analog. 
Damit ergibt sich das im vorherigen Post beschriebene Verhalten, also 
Steuerung "verkehrt herum". Auf dem anderen Anschluss (Analog -) liegen 
immer konstant 12 Volt an. Dieser ist jetzt unbelegt. Ist offenbar eine 
gemeinsame Masse von der Spannungsversorgung des Lasers (kommt direkt 
vom Netzteil des Druckers).

Blau/grau geht zum Laser selbst, rot/schwarz zum Lüfter für den Laser.

von Elektrofurz (Gast)


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Ist das evtl. so gemeint?

von Jens B. (jens_b336)


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Hallo Elektrofurz,

Ich bin mir nicht sicher, glaube aber eher nicht.

Der Laser ist im Prinzip fertig angeschlossen und betriebsbereit. Zur 
Steuerung seiner Leistung benötige ich nur eine Spannung von ca. +2 bis 
+12 Volt.

Ich muss die Steuerung über die Anschlüsse des Lüfters vornehmen, denn 
nur dieser Anschluss lässt sich über den G-Code steuern.

Messe ich mit dem Messgerät am Lüfter, erhalte ich je nach Drehzahl eine 
Spannung von 2-12 Volt. Sieht also erstmal gut aus, funktioniert aber 
nicht.

Denn der Lüfter erhält drehzahlunabhängig ständig +12 Volt. Das habe ich 
gegen die Masse vom Netzteil gemessen, wo auch der Laser dranhängt.

Messe ich die Minus-Leitung des Lüfters gegen Plus am Netzeil, erhalte 
ich je nach Drehzahl eine Spannung von 2-12 Volt. Also genau wie an den 
Lüfterleitungen selbst.

Entspricht das Deiner Zeichung? Oder ist das etwas ganz anderes?

Messe ich die Minus-Leitung des Lüfters gegen GND (Minus-Leitung Lüfter 
an rote Messspitze, GND Netzteil an schwarze) erhalte ich eine positive 
Voltzahl zwischen 2 und 12 Volt. ABER: Je höher die Drehzahl des Lüfters 
ist, desto geringer ist die Spannung und umgekehrt.

Dadurch funktioniert der Laser igendwie, aber eben genau umgekehrt. 
stelle ich den auf volle Leistung, geht er fast aus, Drehe ich den 
Lüfter auf Null, hat er volle Leistung.

Ich habe einen DC-DC-Wandler gefunden. Macht es Sinn, sowas mal zu 
probieren. Ggf. regelt der dann ja die Spannung an der Plus-Leitung?

von ZUIOPÜ (Gast)


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Ein Drama...

Er braucht einfach nur einen invertierenden Operationsverstärker:
https://elektroniktutor.de/analogverstaerker/invert.html

Nur seine Steuerspannung will er "umdrehen" -weiter nichts.

von Christian H. (netzwanze) Benutzerseite


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Jens B. schrieb:
> Es handelt sich jedoch nicht um eine PWM-Steuerung. Der Lüfter hat nur
> Plus und Minus.

Auch das kann trotzdem ein PWM sein und Du misst Mist.
Der Transistor wird im Takt des PWM ein- und ausgeschaltet und steuert 
damit den Lüfter.

von Elektrofurz (Gast)


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Jens B. schrieb:
> Ich habe einen DC-DC-Wandler gefunden

Ich glaube der versucht die eingestellte Spannung konstant zu halten?

Bei meiner neuen Schaltung wird die minus 2 Volt Eingangsspannung auf 
etwa +11 Volt am Ausgang angehoben und eine Eingangsspannung von minus 
12 Volt, wird am Ausgang zu etwa Null Volt.

von Elektrofurz (Gast)


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ZUIOPÜ schrieb:
> Er braucht einfach nur einen invertierenden Operationsverstärker

Ja, wenn das wirklich so ist, dann ist das die Lösung.

von Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite


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Er hat aber keine "Minus-Spannung", sondern ein Open-Drain Ausgang - ein 
Low-Side-Switcher...
Und ziemlich sicher PWM. Fraglich ist, was der Lasereingang für ein 
Signal will? Echt-Analog oder PWM.

Gruss Chregu

von Elektrofurz (Gast)


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Christian M. schrieb:
> Und ziemlich sicher PWM

Dann schließ doch mal provisorisch einen Piezo-Lautsprecher mit einem 
10k Widerstand in Serie an. Wenn es piepst, dann ist es PWM.

von Jens B. (jens_b336)


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Hallo,

vielen Dank für die Antworten.

Ich werde in den nächsten Tagen ermitteln, ob es sich bei der variablen 
Lüfterspannung um ein PWM-Signal handelt. Anbei ein Bild des Anschlusses 
des Lüfters auf dem Druckerboard. Eingekreist ist ein Transistor. Ggf. 
ist das ein Hinweis auf die Art des Signals.

Ob PWM oder nicht: Mit dem Signal der Minus-Leitung des Lüfters lässt 
sich der Laser ja steuern - nur eben falsch herum.

Ich melde mich, sobald ich die Art des Signals ermittelt habe.

: Bearbeitet durch User
von Jens B. (jens_b336)


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Hier nun die Bilder der Lüfteransteuerung. Sieht dann wohl doch nach PWM 
aus.

Die Bilder sind bei 20, 50 und 100% Lüfterleistung (eingestellt über die 
Druckersteuerung) gemacht worden.

Was bedeutet das jetzt für mein Vorhaben, die Plus-Leitung regeln zu 
wollen? Der Eingang des Lasers lässt sich zwischen "Analog" und "TTL" 
umschalten. Eine Spannungsangabe findet sich nicht, auf der Stellung 
"Analog" erwartet das Gerät offenbar max. 12V.

Aktuell habe ich ja die Minus-Leitung des Lüfters an die Plus-Leitung 
des Laser-Eingangs angeschlossen und der Laser regelt - eben nur 
verkehrt herum. Das müsste bedeuten, dass er mit dem PWM-Signal auf der 
Stellung "Analog" klarkommt. Macht es Sinn, den Lasereingang mal auf 
"TTL" zu schalten um zu probieren, wie er sich verhält?

Danke!!

Viele Grüße

Jens

von Elektrofurz (Gast)


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Je nach Phasenlage kannst du den Inverter auch weglassen und den 
Integrierer direkt an den BC327 anschließen.

von Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite


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Du invertierst doppelt. Sonst:

Christian M. schrieb:
> Dein Analogsignal ist in Wirklichkeit ein PWM-Signal, und ja, Du musst
> es wohl invertieren! Kann z.B. Mit einem nachgeschalteten PNP Transistor
> erfolgen.

Ist das so schwer?!

Kannst noch TTL ausprobieren. Aber wahrscheinlich nicht mit 12V! Es 
steht sicher iwo, kommt dann in der nächsten Salamischeibe...

Gruss Chregu

von Jens B. (jens_b336)


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Hallo Chregu,

was meinst Du mit Salamischeibe?

Etwa, dass ich nach dem Hinweis auf ein PWM-Signal ein kleines DSO 
gekauft habe und dann das Ergebnis hier kommuniziert habe? Es tut mit 
schrecklich leid, dass ich bis zu Deinem Post nicht wusste, was ein 
PWM-Signal ist und das nicht von vornherein abgeklärt habe.

Ich bin kein Elektroniker und suche hier Hilfe, um ein Problem zu lösen. 
Wenn mein Vorgehen für Dich nach Salamitaktik ausschaut, dann bemühe 
Dich nicht weiter.

Wenn ich jetzt den TTL-Eingang probiere und das Ergebnis mitteile ist es 
wahrscheinlich auch nicht richtig. Meine Sorge war einfach, dass ich mit 
den 12V in der TTL-Stellung etwas beschädige, da in Zusammenhang mit TTL 
oft von 5V gesprochen wird. Da das nicht der Fall zu sein scheint, werde 
ich das probieren und dann berichten.

Und ja, es ist so schwer. Denn sonst würde ich hier nicht diskutieren 
und mir mit den ganzen Kram einfach zusammenlöten!

@Elektrofurz: Vielen Dank für die Zeichnung! Mit den 
Bauteilbezeichnungen kann ich sowas zusammenlöten. Im Ergebnis kommt 
dann sicherlich der Ausgang an den Plus-Eingang des Lasers. Und die 3 
waagerechten Striche sind alle zu verbinden und gehen dann an den 
Minus-Eingang des Lasers? Denn dort liegen ja bereits dauerhaft -12V 
(Masse) an.

Danke für die Hilfe und viele Grüße

Jens

von Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite


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Jens B. schrieb:
> was meinst Du mit Salamischeibe?

Ich meine damit, dass vielleicht iwo auf dem Target die Daten stehen, 
welche verarbeitet werden. "TTL" meint ziemlich sicher 0/5V Pegel, also 
Dein PWM Signal, das Du mit einem PNP-Transistor, einem Vorwiderstand 
und einem Pull-Up invertieren kannst. Wenn Du den Analog-Eingang 
benutzt, brauchst Du eine Glättung; ich kann mir vorstellen, dass der 
Laser sonst die PWM weitergibt, also Pulse der vollen Leistung. Ist 
vielleicht für die Augen nicht gesund, aber da muss ein Experte seine 
Meinung abgeben.

Gruss Chregu

von Christian H. (netzwanze) Benutzerseite


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Christian M. schrieb:
> Laser sonst die PWM weitergibt, also Pulse der vollen Leistung

Ich wüsste nicht, wie die Laserleistung sonst beschränkt werden kann.

von Christian M. (Firma: magnetmotor.ch) (chregu) Benutzerseite


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Christian H. schrieb:
> Ich wüsste nicht, wie die Laserleistung sonst beschränkt werden kann.

Z.B. den Strom regeln... Man könnte den Strom beim fokussieren soweit 
runterregeln, dass nur der ungefährliche LED Modus ist.
Würde ich jetzt so machen. Ob gepulste volle Leistung auch so 
ungefährlich ist und wie die Chinesen das Modul umgesetzt haben, weiss 
ich nicht.

Gruss Chregu

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