Forum: Fahrzeugelektronik Amplitude (Plus / Minus) eines PWM Signals abtasten.


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von Hendrik L. (lbd)


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Hallo zusammen,

ich möchte eine PWM auf ihren Duty Cyle und ihre Amplitude abtasten. Die 
PWM hat 1 kHz - der Duty Cycle liegt zwischen 0% und 100%.

Solange die Amplitude postiv bleibt, ist beides kein Problem - die 
positive Amplitude ist z.B. über einen Spannungsteiler für mich am 
Analogeingang des uC messbar.

Wie aber messe ich die Höhe, wenn die Amplitude negativ wird? Gibt es 
dazu fertige Bausteieine, die ich dem uC vorschalte? Bzw. wie sähe die 
Schaltung aus?

Vielen Dank  im voraus

Gruesse

: Verschoben durch Moderator
von Lukas T. (tapy)


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Ein PWM-Signal "wackelt" meist zwischen 0V und Betriebsspannung. Wo da 
jetzt Negatives her kommt, bedarf der weiteren Erklärung.

Edit:
Ist gemeint, dass das "Messgerät" falsch herum angeklemmt sein kann?

: Bearbeitet durch User
von Hendrik L. (lbd)


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Lukas T. schrieb:
> Ein PWM-Signal "wackelt" meist zwischen 0V und Betriebsspannung. Wo da
> jetzt Negatives her kommt, bedarf der weiteren Erklärung.
>
> Edit:
> Ist gemeint, dass das "Messgerät" falsch herum angeklemmt sein kann?

Z.B. hier: (angehängter Snapshot)

Auch möglich, dass die negative Amplitude nicht immer gleichbeibend -12 
Volt ist, sondern der angeschlossene Verbraucher durch einen veränderten 
Innenwiderstand die Amplitude auf gestiegende -6 Volt "rückmelden" 
lässt. Dadurch erkennt der uC, der die PWM generiert, dass der Slave 
einen Fehler meldet.

Danke & Gruesse

von Udo S. (urschmitt)


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Hendrik L. schrieb:
> Z.B. hier: (angehängter Snapshot)

Das ist alles andere als ein einfaches PWM Signal.
Wie immer: Zu wenig Infos, schlechte Antworten.

Die Lösung ist einfach: Sorge dafür, dass der gewünschte 
Spannungsbereich innerhalb der Grenzen deines A/D Wandlereingangs liegt.
Siehe: Spannungsteiler ab Kap 4.

von Falk B. (falk)


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Hendrik L. schrieb:
> ich möchte eine PWM auf ihren Duty Cyle und ihre Amplitude abtasten. Die
> PWM hat 1 kHz - der Duty Cycle liegt zwischen 0% und 100%.

Im Normalfall macht man sowas nicht. Denn PWM hat ja den Vorteil, das 
die exakte Amplitude egal ist, es zählt nur das Tastverhältnis.

Sag doch einfach mal, was für ein Bus das ist. Dann kann man dazu 
gescheite Hinweise geben.

von Lukas T. (tapy)


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Generell könnte mal "null" auf das tiefste zu erwartende Potential (in 
dem Fall eben -12V gegen Erde) klemmen und den Rest eben als positiv 
behandeln (0 ist dann eben 12 und sollte etwa in der Mitte des ADC 
liegen, so 512 bei 10 bit) und passend teilen.

Ansonsten eben mit einem gehörigen Offset addieren und so knapp in die 
Mitte des ADC-Bereichs bringen.

Bei völlig unbekannten Spannungen geht der Schutz gegen unzulässige 
Spannungen ("irre großer" Offset mit ordentlichem Teiler dahinter, um 
die Spannung in jedem Fall im ADC-Fenster zu halten) massiv auf die 
Auflösung. Da könnte dann eine Bereichsumschaltung helfen, aber das geht 
auf die zeitliche Auflösung.

von Hendrik L. (lbd)


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Ich hatte vor, das PWM Signal (+12v / - 12V) mit einer H-Brücke zu 
erzeugen - ohne galvanische Trennung auf meiner Seite.

Dann wird ein Spannungsteiler  für die negative Amplitude nicht helfen , 
weil 0 Volt = common ground ...!

Ich habe das Stichwort Hüllkurvengleichrichter irgendwo gelesen - aus 
dem Stichwort "Gleichrichter" interpretiere ich, so etwas ähnliches 
könnte es für meinen Fall geben ?

Danke & Gruß

von Lukas T. (tapy)


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Wenn dir die negative Amplitude egal ist, kannst du das Signal natürlich 
gleichrichten. Eine Hüllkurve gibt das erst mit dem Filter, das die 
Hochfrequenz entfernt.

von Udo S. (urschmitt)


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Hendrik L. schrieb:
> Ich hatte vor, das PWM Signal (+12v / - 12V) mit einer H-Brücke zu
> erzeugen - ohne galvanische Trennung auf meiner Seite.

Wenn du es selbst erzeugst hast du doch alle Informationen.

Hendrik L. schrieb:
> Dann wird ein Spannungsteiler  für die negative Amplitude nicht helfen ,
> weil 0 Volt = common ground ...!

Du musst die Links schon lesen und verstehen.
Nochmal ausgeschrieben:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Spannungsteiler
Kapitel 4 und 5

: Bearbeitet durch User
von Achim M. (minifloat)


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Falk B. schrieb:
> Sag doch einfach mal, was für ein Bus das ist. Dann kann man dazu
> gescheite Hinweise geben.

Der Elefant im Raum ist eine Ladesäule nach IEC62196
https://de.wikipedia.org/wiki/IEC_62196_Typ_2#Signalisierung

Damit erübrigt sich...

Udo S. schrieb:
> das PWM Signal (+12v / - 12V) mit einer H-Brücke zu
> erzeugen

...weil die Signale bezogen auf PE des Typ2-Steckers vorliegen. Ein 
herumoszillierendes GND-Potential des PWM-Erzeugers ist jedenfalls nicht 
sehr zu empfehlen...

mfg mf

: Bearbeitet durch User
von Achim M. (minifloat)


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PS

Hendrik L. schrieb:
> Dadurch erkennt der uC, der die PWM generiert, dass der Slave einen
> Fehler meldet.

Das soll dazu dienen, einen Erdschluss des Signals zu erkennen. Aktive 
Fehlermeldung über die Höhe der negativen Spannung ist mir jetzt neu, 
aber ich lasse mich gern eines besseren belehren :)

von Udo S. (urschmitt)


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Achim M. schrieb:
> Udo S. schrieb:
>> das PWM Signal (+12v / - 12V) mit einer H-Brücke zu
>> erzeugen

Du zitierst falsch. Das war ein Zitat des TO! Richtig ist:

Hendrik L. schrieb:
> Ich hatte vor, das PWM Signal (+12v / - 12V) mit einer H-Brücke zu
> erzeugen - ohne galvanische Trennung auf meiner Seite.

von Achim M. (minifloat)


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Udo S. schrieb:
> Du zitierst falsch.

Danke, das scheint wohl ein Bug zu sein, dass doppelte Zitate nicht mit 
"Markierten Text zitieren" als solche erkannt werden.

Finde ich trotzdem keine so pralle Idee mit der unipolar versorgten 
H-Brücke, zumal sie das Messen von Spannungen am Ausgang unnötig 
verkompliziert. Wann ist jetzt welches Vorzeichen angesagt bzw. wie ist 
das als Spannung gegen welche virtuelle Masse  zu bewerten usw.

Eine aus +-12V versorgte Halbbrücke muss man sich auch nicht selber 
basteln, geschickterweise kann man das auch mit einem +-15V versorgten 
Opamp machen, der die 0V...+5V des Mikrocontrollers auf -12V...+12V 
abbildet.

Wenn man einen Doppelopamp nimmt, kann die Ausgangsspannung auch gleich 
von -12V...+12V auf 0V...+5V zurück wandeln, dann muss man nur den ADC 
im Mikrocontroller zu geeigneten Zeiten Triggern und hat so seine 
Spannungsmessung.

mfg mf

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Hendrik L. schrieb:
> Wie aber messe ich die Höhe, wenn die Amplitude negativ wird? Gibt es
> dazu fertige Bausteieine, die ich dem uC vorschalte? Bzw. wie sähe die
> Schaltung aus?

Ich sehe zwei Möglichkeiten:
1. Signal im Pegel reduzieren (Spannungsteiler) und mit einem Offset 
versehen, so dass es in den nur positiven Aussteuerbereich des ADC im µC 
passt, z.B.  mit einem Operationsverstärker.
2. Externen ADC verwenden, so z.B. den MAX1035 (es gibt sicher noch 
einige andere, die evtl. besser passen). Der kann ±Vref (ca. 4V); auch 
hier müsste man das Eingangssignal mit einem Teiler etwa dritteln. Er 
gibt das Ergebnis über I2C an den µC.

von Hendrik L. (lbd)


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Achim M. schrieb:
> PS
>
>...
> Das soll dazu dienen, einen Erdschluss des Signals zu erkennen. Aktive
> Fehlermeldung über die Höhe der negativen Spannung ist mir jetzt neu,
> aber ich lasse mich gern eines besseren belehren :)

Diesen Fall interpretiere ich aus dem beigefügten Snapshot ...

Dank & Gruesse

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Hendrik L. schrieb:
> Z.B. hier: (angehängter Snapshot)

Der Snapshot sieht exakt aus wie das CP-Signal von einer Ladesäule. Die 
positiven Spannungen werden mit Komparatoren ausgewertet. Bei der 
negativen Halbwelle kann entweder über die Amplitude oder über den Strom 
(1mA) der Erdschluss ausgewertet werden. Dazu sollte man aber wissen, 
dass der PWM-Ausgang eine genormte Impedanz von 1k haben muss.

von Achim M. (minifloat)


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Hendrik L. schrieb:
> Diesen Fall interpretiere ich aus dem beigefügten Snapshot ...
> Dank & Gruesse

Woher hast du den und stand da noch was an Text mit dabei?

Die Asymmetrische Belastung im Normalbetrieb ist gewollt, um Erdschluss 
zu erkennen.

Der rote Fall ist daher nicht "das Auto meldet einen Fehler" sondern "da 
ist ein Erdschluss oder sonstig parasitär resistiver Pfad zum PE-Pin der 
nicht normales Auto ist".

mfg mf

von Hendrik L. (lbd)


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Erst 'mal Danke an Alle!

Wie auch immer - ich sollte den Erdschluss aber dennoch auch auswerten 
und melden können!

Ich denke, die simpleste Lösung ist, ein Gleichrichter und ein 
zusätzlicher Analoger Input mit Spannungsteiler, über den ich den 
erwarteten Spannungswert  (12 Volt)  der negative Amplitude auswerte. 
Bei Abweichung einer Toleranz von 1 Volt Fehlermeldung ...!

Gruesse

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Hier kann man sehen, wie die einzelnen positiven Spannungen über 
Komparatoren LM2901 detektiert werden. Ein Spannungsteiler aus mehreren 
in Serie geschalteten Widerständen dient für die jeweiligen 
Referenzspannungen (nicht eingezeichnet).

Die Auswertung der negativen Halbwelle im Erdschlussfall wird hier auch 
über die Spannung detektiert. Je eine Diode pro Halbwelle zum 
Gleichrichten genügt. Für die gesamte Schaltung wird eine Dual Supply 
eingesetzt.

R15 kann für meinen Geschmack entfallen.

von Achim M. (minifloat)


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Michael M. schrieb:
> Hier kann man sehen,

Wo hast du denn die Schaltung her?

Kommen da wirklich unbelastet +-12V raus, weil Q1 und Q2 sind nur 
Emitterfolger?

Interessant finde ich den Einsatz des U5 LM2901 als Levelshifter.

U3 ist für meinen Geschmack etwas Overkill, wenn ein μC eingesetzt wird. 
Sieht so aus als käme diese Schaltung ohne μC aus. Ist das so?

mfg mf

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Achim M. schrieb:
> Wo hast du denn die Schaltung her?

Aus dem going electric Forum Stand: 2013

Achim M. schrieb:
> Kommen da wirklich unbelastet +-12V raus, weil Q1 und Q2 sind nur
> Emitterfolger?

Nein, das ist eine Fehlkonstruktion. Da kommen max. nur +-11,4V raus. 
Die meisten Fahrzeuge tolerieren das aber noch.

Achim M. schrieb:
> U3 ist für meinen Geschmack etwas Overkill

Genau! Im Prinzip benötigt man für's Laden nur den Sprung von 9V auf 6V. 
Alles andere ist "nice to have".

Achim M. schrieb:
> Sieht so aus als käme diese Schaltung ohne μC aus. Ist das so?

Da ist kein μC drin. Das 1kHz Signal wird mit einem freischwingenden 
Oszillator (U5D) erzeugt. Somit wird, je nach Temperatur, die geforderte 
Frequenzstabilität von +-10Hz nicht eingehalten. Auch da sind die 
meisten Fahrzeuge tolerant gewesen.

von Michael O. (michael_o)


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2013 habe ich das mit einem 12F683 gebaut und nur 0 - +12V erzeugt. 
Meine Kangoo ZE hat das nicht interessiert. Tesla mögen so nicht laden. 
Den Wert gleichzurichten und zu integrieren um ihn mit einem ADC Pin zu 
messen fand ich schnell genug um Relais zu öffnen...


MfG
Michael

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