Bereichsumschaltung H-Brücke

Hallo,

in unserer Applikation wird eine Induktivit=E4t mit einer spannungsgesteuerten Stromquelle (unipolar) angesteuert. Die Schaltung ist nach Tietze-Schenk mit einem OP und einem MOSFET aufgebaut. Die Eingangsgr=F6=DFe (U) wird mit einem PWM-Ausgang des Mikrocontrollers mit einer Aufl=F6sung von 10 Bit und einem darauffolgenden Tiefpa=DF erzeugt. Um einen gro=DFen Bereich der Ausgangsgr=F6=DFe (I) zu =FCberstreichen, schalten wir per Relais verschiedene Sense-Widerst=E4nde (zwischen Source und GND) um. Damit erreichen wir drei Bereiche 10..100 mA, 100..1000 mA, 1..10 A und die Aufl=F6sung von 10 Bit bleibt erhalten.

Da wir nun bipolare Ausgangsstr=F6me erzeugen und die W=E4rmeentwicklung reduzeiren m=F6chten, wollen wir nun eine (digitale) H-Br=FCcke einsetzen. Diese wird dann direkt vom PWM-Signal des MC angesteuert. Der TP-Filter sitzt am Ausgang. Der gr=F6=DFere Platzbedarf des TP-Filters wird von der Reduktion des erforderlichen K=FChlk=F6rpers kompensiert.

Das Problem ist nun die Bereichsumschaltung. Wir k=F6nnen nat=FCrlich den Bereich des PWM-Werts im MC durch 10 oder

100 teilen, verlieren dann aber entsprechend an Aufl=F6sung. Z=2EB. beim kleinsten Bereich haben wir statt 2048 nur mehr 20 Werte zur Verf=FCgung! Das ist zu ungenau.

Gibt es eine andere M=F6glichkeit, eine Bereichsumschaltung f=FCr eine digitale H-Br=FCcke zu realisieren?

Gru=DF, Alois

Reply to
alois.huber
Loading thread data ...

Hallo Alois,

Ist denn die Taktfrequenz des uC so klein, dass der Timer nicht schnell genug laeuft? Dann gaebe es natuerlich auch noch die Moeglichkeit, einen externen PWM Timer vorzusehen. Dieser koennte mit so hohem Takt laufen, dass die Genauigkeit auch im untersten Bereich noch genuegt.

Ich kenne Eure Anwendung nicht. Leuft das ganze in Gegenkopplung, wobei der Wert am Shunt gemessen wird und der uC dann korrigiert? Dafuer gaebe es noch etliche andere Varianten.

Gruesse, Joerg

formatting link

Reply to
Joerg

Wenn es weiterhin eine Stromquelle sein soll braucht man den Sense-Widerstand immer noch, muß ihn digitalisieren und dann entsprechend den PWM steuern. Diese Regelschleife hat bisher der OP gemacht. Vermutlich wäre es am einfachsten den OP weiter machen zu lassen, aber er sollte nicht linear den Schalttransistor ansteuern, sondern da sollte PWM dazwischen rein. Vermutlich sind Schaltregler-ICs geeignet umfunktionierbar.

MfG JRD

Reply to
Rafael Deliano

Hallo Rafael,

Ganz edel waere das mit einem LM331 mit anschliessendem One-Shot. Geht allerdings auch erheblich billiger.

Gruesse, Joerg

formatting link

Reply to
Joerg

Hallo ,

Bevor das Sorgen macht, muß erst mal gewährleistet sein, daß die Brücke diese Genauigkeit auch umsetzt. Ein Auflösung von 1ppm bei extrem kurzen Impulsen macht nicht jede Brücke mit.

Solange der TP mitmacht, kann in der PWM die Pausenzeit vervielfacht werden, womit die digitale Auflösung steigt.

Siegfried

--
http://www.schmidt.ath.cx
Reply to
Siegfried Schmidt

Der uC ist ein Atmel AVR, dessen Z=E4hler/Timer sich auf PWM konfigurieren l=E4=DFt. Man kann bis zu 10 Bit einstellen. D.h. das Tastverh=E4ltnis des Rechtecksignals kann 1024 Werte annehmen.

Damit w=E4re alles schon digital und kann mir den PWM-Modulator sparen.

Genau: Bei der H-Br=FCcke m=FC=DFte ich =FCber einen Sense-Widerstand gegen Masse und TP das Signal digitalisieren und die Regelung in den uC verlagern.

Applikation bisher: PWM-Ausgabe =FCber uC -> TP-Filter -> spannungsgesteuerte Stromquelle mit OP, MOSFET und lokaler R=FCckkopplung vom Sense-Widerstand Durch Umschalten des Sense-Widerstands habe ich eine sehr einfache Bereichsumschaltung.

Iout =3D Uin / Rsense

Ist sch=F6n einfach gewesen aber Kunde will jetzt bipolaren Ausgangsstrom ...

Gru=DF, Alois

Reply to
alois.huber

Soweit man nicht sanft durch Null fahren will: noch ein Relais ( 2x 2um ) das den Ausgang verpolt wäre ein lowtech-Lösung. ( Hitech-Lösungen bei low volume Anwendungen erhöhen das Selbstwertgefühl aber senken den Kassenstand ).

MfG JRD

Reply to
Rafael Deliano

Relais zu langsam, da periodisches Signal mit Bandbreite 250 Hz.

Gru=DF, Alois

Reply to
alois.huber

Wenn das Signal einen Nulldurchgang hat ( I=0mA ) kann man Umschalten. Muß man nicht mit Relais machen. Man kann oben einen P-Kanal Fet als Schalter machen und unten den N-Fet als lineare Stromquelle weiterverwenden. Gleiche Schaltung dann noch mal komplementär aufbauen ( N-Fet = Schalter , P-Fet = Linearregler ).

Die "digital" Ansteuerung der Induktivität erzeugt einen Ripple der abhängig von der Anwendung unangenehmer sein kann als die Verlustleistung des Linearreglers.

MfG JRD

Reply to
Rafael Deliano

Das w=E4re eine sehr einfache Variante!

Verstehe die Zusammenschaltung noch nicht ganz. Ist das so gemeint:

Eine Br=FCcke in H-From Links oben PFET Schalter Links unten NFET Stromquelle Rechts oben NFET Schalter Rechts unten PFET Stromquelle Verbraucher "h=E4ngt quer" in der Br=FCcke Strom flie=DFt immer =FCber Kreuz

K=F6nnte dann eignetlich 4 NFET verwenden. Bezugspunkt f=FCr Eingangssignal ist _beide_ male gleich GND. Bei Nulldurchgang Umschaltung der Schalt-FET und gleichzeitig Umschaltung Signal an linker bzw. rechter Stromquelle. uC kann neg. Halbwelle auf pos. spiegeln.

Gru=DF, Alois

Reply to
alois.huber

Wenn man die beiden P-Fets durch high-side Schaltungen wegen der 10 Ampere ersetzen will ja.

Man könnte auch versuchen sie nicht nur als Schalter zu benutzen, sondern per OP so zu beschalten, daß die Verlustleistung nicht nur von den unteren Fets verheizt werden muß, sondern am oberen und unteren Fet jeweils gleich viel Spannung abfällt. Muß man allerdings aufpassen, daß sich beide Regler nicht zu Schwingungen aufschaukeln.

Die unteren beiden N-Fets der Stromquellen kann man leicht abwürgen ( d.h. von linear auf digial-off schalten ), wenn man vors Gate Widerstand macht und direkt am Gate open-collector Transistor der es auf 0V zieht. Der Transistor muß dann die 20mA schlucken die der OP der Stromquelle liefert.

MfG JRD

Reply to
Rafael Deliano

Hallo Alois,

Am besten waere ein Schaltplan. Aber im Prinzip habe ich das so auch immer gemacht. Der Stromesswiderstand blieb dabei an Masse und weil er damit "ausserhalb des Kreuzes" lag, wurde in beiden Halbwellen immer positiv gemessen. Damit ergab sich dort kein zusaetzliches Geraffel.

Gruesse, Joerg

formatting link

Reply to
Joerg

Hallo Alois,

10bit ist etwas schlapp, ich hatte eher an 16bit gedacht. Doch vielleicht haben die Dinger einen Pre-Scaler, mit dem man die Taktrate am Eingang dieses Zaehlers fuer jeden der drei Bereiche in einen vorteilhaften Rahmen setzen koennte.

Aber schoen mit der Stabilitaet und den Polen aufpassen. Besonders IIR Filter koennen uebel zuschlagen oder sogar instabil werden, wenn sich Stoerungen ins Signal geschlichen haben.

Fall Du noch nicht viele PID Regler in digital gemacht hast, gibt es hier etwas Lesestoff eines Bekannten aus einer anderen NG:

formatting link

Das erfrodert aber eben eine sehr feine PWM und damit einen langen Timer. Mit 10bit Timer und drei Bereichen ist da nicht viel gebacken.

Frage: Hat so ein AVR noch einen zweiten Timer? Da gibt es einen Trick, mit dem man die grobe Taststellung mit dem normalen Timer macht und dann einen zweiten als Feineinstellung hintendran haengt. Sozusagen ein digital einstellbares One-Shot an den groben PWM Puls drangehaengt. Kostet ein wenig Assembler, aber koennte Hardware sparen. Wenn der AVR sonst nicht allzuviel zu tun hat, koennte man diesen zweiten Timer wahrscheinlich innerhalb einer Interrupt Routine ganz in Assembler erledigen, ohne interne oder externe Hardware.

Sonst ginge vielleicht der externe Timer. Wenn die ganze Chose ordentlich Traegheitsmoment hat, kann eine Loesung mit I2C, SPI oder sonstwelcher Seriell-Programmierung ausreichen. Das spart Port Pins.

Hach, kommt mit das nicht bekannt vor? Eines Morgens lag da ein Fax im Buero "Now we would like to migrate to an AC unit". Also einen dicken Pott Kaffee gekocht und die Aermel hochgekrempelt.

Gruese, Joerg

formatting link

Reply to
Joerg
10 Bit, na ja ...

Die PWM ist eben ein Hardware-Modul des AVR. Vorteil: Kein zus=E4tzliche Rechenleistung (IRQ). =C4nderung des Tastverh=E4ltnisses erfolgt durch Beschreiben zweier (8 Bit-) Register, fertig.

PID-Regler w=E4ren als Library vorhanden, nimmt aber schon etwas Rechenleistung in Anspruch. Da ist ein DSP vorteilhafter.

Insofern ist mir eine analoge Regelung lieber. Die kann auch nicht abst=FCrzen :-)

Gru=DF, Alois

Reply to
alois.huber

ElectronDepot website is not affiliated with any of the manufacturers or service providers discussed here. All logos and trade names are the property of their respective owners.