Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Normsignal in PWM und variable Frequenz wandeln


von Dennis P. (seedman)


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Hallo,

ich besitze einen elektronischen Regler von der Firma Jumo mit 
Analogausgang (Normsignal) entweder 0(4) bis 20 mA oder 0(2) bis 10 V.

Ich brauche eine Elektronik mit der ich das Normsignal in ein 
PWM-Signal, mit beliebig einstellbarer Frequenz, umwandeln lassen kann.

Die Pulsweite sollte sich dabei proportional zum Stellgrad (Normsignal) 
verändern.

Beispiel:

Wir nehmen das Normsignal 4 bis 20 mA entsprechend soll dann bei
4 mA das Tastverhältnis 0% betragen und bei 20 mA eben 100 %, die 
Frequenz des PWM-Signals sollte der Applikation angepasst werden können.

Zur Not könnte ich ja auch das 0 bis 10 Volt Ausgangssignal vom Regler 
verwenden, wenn es sich damit einfacher realisieren lässt.

Gibt es entsprechende fertige Geräte für das Hutschienensystem oder muss 
ich mir alleine eine Schaltung bauen?

Ich habe schon einen Signalwandler gefunden aber bei dieser Ausführung 
kann man nicht jede Frequenz beliebig einstellen.


Für hilfreiche Ratschläge wäre ich sehr dankbar :-)

Gruß
Dennis

von John P. (Gast)


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Du könntest eine Dreieckgenerator mit nachgeschaltetem Komparator 
benutzen.
Der Dreieckgenerator sollte einstellbar sein damit du damit die Frequenz 
ändern kannst. Das so entstehende Dreiecksignal geht an den einen 
Eingang des Komparators. An den anderen legst du den 0-10V Ausgang 
deines Reglers.
Der Komparator erzeugt dir daraus eine Rechteckfunktion wobei die 
Frequenz des Dreiecksignals die Ausgangsfrequenz ist und die Höhe der 
0-10V Spannung dir das Tastverhältnis erzeugt.

Eine 2. Möglichkeit wäre ein Kleiner Controlerbei dem du an dem Ad-Kanal 
die 0-10V (entsprechend runtergeteilt) anlegst und den Vergleich und die 
PWM-Ausgabe im Controller realisierst.

von hinz (Gast)


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Dennis P. schrieb:
> Wir nehmen das Normsignal 4 bis 20 mA entsprechend soll dann bei
> 4 mA das Tastverhältnis 0% betragen und bei 20 mA eben 100 %, die
> Frequenz des PWM-Signals sollte der Applikation angepasst werden können.
>
> Zur Not könnte ich ja auch das 0 bis 10 Volt Ausgangssignal vom Regler
> verwenden, wenn es sich damit einfacher realisieren lässt.

Wenn 5..100% oder 0..95% reichen, dann gibts das als fertigen IC: TL494.

von Dennis P. (seedman)


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John P. schrieb:
> Eine 2. Möglichkeit wäre ein Kleiner Controlerbei dem du an dem Ad-Kanal
> die 0-10V (entsprechend runtergeteilt) anlegst und den Vergleich und die
> PWM-Ausgabe im Controller realisierst.

Vielen Dank für Deine Ideen. Würdest Du die 0 bis 10V Ausgang vom Regler 
mittels 1:1 Spannungsteiler auf 0 bis 5V runterteilen und dann mit dem 
Controller abgreifen ?

Verringert man dadurch nicht auch die Schrittweite ?

Also nehmen wir mal ein Atmel Atmega, dann können wir am AD-Kanal mit 
10Bit, sprich 1024 Schritte abtasten richtig? Nur 10 Volt direkt können 
die ja nicht messen glaube ich.

hinz schrieb:
> Wenn 5..100% oder 0..95% reichen, dann gibts das als fertigen IC: TL494.

Auch Dir vielen Dank. Das hört sich erstmal gut an. 5 bis 100 % würden 
mir genügen wenn man die Frequenz variabel gestalten kann. Ich werde mal 
das Datenblatt studieren.

von LuXXuS 9. (aichn)


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Das ist ja generell kein Problem. Klar musst du das Eingangssignal am 
AD-Wandler anpassen, aber das ist ja nicht weiter schwer.

0 - 10V entsprechen 0 - 100%.
Nach dem Spannungsteiler sind es eben 0 - 5V. Da solltest du halt genaue 
Widerstände nehmen, ich weiß ja nicht, wie genau deine Geschichte werden 
soll.

Jedenfalls kannst du in einem Mikrocontroller ja per Set/Reset die 
Pulsweite einstellen. Also auch 0 - 100%.

Hängt jetzt davon ab, wie gut du mit uCs zurechtkommst. Fertige Geräte 
gibt es sicherlich, aber für den minimalen Aufwand bestimmt eher eine 
Kosten-Nutzen-Sache, die sich für privat nicht rentiert.

Wenn du 4-20mA hast, dann nimmste einen 250R und hast einen 
Aussteuerbereich von 1-5V für den ADC. Hängt auch wieder von der 
geforderten Genauigkeit ab, die du brauchst.

von Dennis P. (seedman)


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LuXXuS 909 schrieb:
> Das ist ja generell kein Problem. Klar musst du das Eingangssignal am
> AD-Wandler anpassen, aber das ist ja nicht weiter schwer.
>
> 0 - 10V entsprechen 0 - 100%.
> Nach dem Spannungsteiler sind es eben 0 - 5V. Da solltest du halt genaue
> Widerstände nehmen, ich weiß ja nicht, wie genau deine Geschichte werden
> soll.
>
> Jedenfalls kannst du in einem Mikrocontroller ja per Set/Reset die
> Pulsweite einstellen. Also auch 0 - 100%.
>
> Hängt jetzt davon ab, wie gut du mit uCs zurechtkommst. Fertige Geräte
> gibt es sicherlich, aber für den minimalen Aufwand bestimmt eher eine
> Kosten-Nutzen-Sache, die sich für privat nicht rentiert.
>
> Wenn du 4-20mA hast, dann nimmste einen 250R und hast einen
> Aussteuerbereich von 1-5V für den ADC. Hängt auch wieder von der
> geforderten Genauigkeit ab, die du brauchst.

Okay dann nehme ich 0,1% Metallfilm-Widerstände.

Weil es wäre ja sinnlos wenn man einen teuren und hochgenauen Regler 
nimmt und nachher ist das Ausgangssignal ungenau.

Wie groß würdest Du die Widerstände dimensionieren? 2* 1 GOhm in Reihe ?

Je weniger Strom fließt desto besser oder?

von LuXXuS 9. (aichn)


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Dennis P. schrieb:
> Okay dann nehme ich 0,1% Metallfilm-Widerstände.

Du sagst wenig über die Ergebnisse, die du dir von der ganzen Sache 
erhoffst. Es ist ja immer ein Unterschied, ob du die Sache als Bastelei 
einmalig aufbaust, oder das Ding z.B. in Serie bauen willst.

Bei einem einmaligen Aufbau kannste z.B. auch (jetzt mal übertrieben) 
die krummsten Widerstände nehmen, da du das Ding quasi kalibrieren 
kannst. Bei einer mehrfachen Produktion will man eher das Ding nehmen, 
dranstecken und dann sollte das laufen - und das am besten noch genau.

Daher ist es manchmal wichtiger, möglichst Widerstände mit einem 
niedrigen Temperaturkoeffizienten zu nehmen, aber auch das ist abhängig 
von der Art der Anwendung.

Da solltest du mal etwas mehr Auskünfte geben. Generell wäre es 
interessant zu wissen, was du dir an Genauigkeit wünscht, da uCs ja auch 
nicht unbedingt die weltklasse AD-Wandler integriert haben. 10 Bit 
ergeben eine Auflösung von 1024 Werten. Für die Messung der Temperatur 
sicherlich ausreichend, da hier in einem relativ begrenztem Raum 
gemessen wird, also vielleicht -50 bis +200° oder was auch immer. Wenn 
du z.B. Druck messen wollen würdest und der Bereich von 0 - 10bar gehen 
würde, dann wäre deine maximal erreichbare (und das heißt nicht, dass du 
die auch bekommst) Auflösung knapp 10mbar. Für manche Anwendungen wäre 
das miserabelst.

Also auch hier gilt die Frage der gewünschten Genauigkeit und Auflösung.

Dennis P. schrieb:
> Wie groß würdest Du die Widerstände dimensionieren? 2* 1 GOhm in Reihe ?

Auf garkeinen Fall! Solche Widerstände verwendet man in der Messtechnik 
eher grundsätzlich nicht. Rechne dir mal allein die Toleranz aus bei den 
Größen. Selbst bei 0,1%. Gibt es das überhaupt bei Widerständen in der 
Größenordnung?

Also du solltest einen Wert wählen, der dir möglichst geringe Toleranzen 
produziert. Und wie gesagt - bei einer einmaligen Geschichte würde ich 
die ganze Sache eher auf deine Gegebenheiten "kalibrieren".

Dennis P. schrieb:
> Je weniger Strom fließt desto besser oder?

Nicht unbedingt. Je größer der Strom ist, desto weniger fallen auch 
Störungen ins Gewicht.

von Dennis P. (seedman)


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Gut dann werde ich mal konkreter,

ich möchte gerne eine Temperaturregelung mit meinem Jumo Regler 
realisieren, als Stellglied soll ein 120mm 12DC Lüfter verwendet werden, 
der auf einen Radiator befestigt ist.

Dieser Lüfter hat jedoch keine eingebaute PWM-Drehzahlsteuerung.

Eckdaten: 12DC 2,25A 4,8m³/min.

Problem: Der Regler hat keinen PWM-Ausgang sondern nur einen 
Analogausgang entweder Strom 4 bis 20 mA oder Spannung 0 bis 10V.

Ich dachte an eine PWM-Schaltung mit sagen wir 20kHz Frequenz?

Man legt doch die Frequenz bei Lüfter und Motoren ausserhalb des 
hörbaren Bereiches oder?

Die Schaltung sollte dann möglichst bei 4 mA oder 0 V den Lüfter mit 0% 
ansteuern und bei 20 mA oder 10V mit 100%

So dass durch die stetige Drehzahlregelung über den PID eine konstante 
Temperatur gehalten werden kann.

Naja soweit zu meinem Vorhaben...

von hinz (Gast)


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Dennis P. schrieb:
> ich möchte gerne eine Temperaturregelung mit meinem Jumo Regler
> realisieren, als Stellglied soll ein 120mm 12DC Lüfter verwendet werden,
> der auf einen Radiator befestigt ist.
>
> Dieser Lüfter hat jedoch keine eingebaute PWM-Drehzahlsteuerung.

Und verträgt wohl auch keine.

von Dennis P. (seedman)


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hinz schrieb:
> Dennis P. schrieb:
>> ich möchte gerne eine Temperaturregelung mit meinem Jumo Regler
>> realisieren, als Stellglied soll ein 120mm 12DC Lüfter verwendet werden,
>> der auf einen Radiator befestigt ist.
>>
>> Dieser Lüfter hat jedoch keine eingebaute PWM-Drehzahlsteuerung.
>
> Und verträgt wohl auch keine.

Wieso sollte der Lüfter keine PWM vertragen? Wäre mir neu wenn man ein 
Lüfter nicht mit PWM steuern kann. Gäbe es dafür einen Grund ?

von LuXXuS 9. (aichn)


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Na ganz falsch ist das nicht. Es verträgt nicht jeder Lüfter eine PWM.

von Dennis P. (seedman)


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LuXXuS 909 schrieb:
> Na ganz falsch ist das nicht. Es verträgt nicht jeder Lüfter eine PWM.

Darf ich nachdem technischen Grund fragen? Oder noch wichtiger wäre 
woran erkenne ich ob der Lüfter PWM verträgt?

von hinz (Gast)


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Dennis P. schrieb:
> Darf ich nachdem technischen Grund fragen?

BLDC-Motor


> Oder noch wichtiger wäre
> woran erkenne ich ob der Lüfter PWM verträgt?

Hersteller fragen, oder halt ausprobieren.

von Dennis P. (seedman)


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hinz schrieb:
> Dennis P. schrieb:
>> Darf ich nachdem technischen Grund fragen?
>
> BLDC-Motor
>
>
>> Oder noch wichtiger wäre
>> woran erkenne ich ob der Lüfter PWM verträgt?
>
> Hersteller fragen, oder halt ausprobieren.

Okay,

ja in der Tat es ist ein BLDC Lüfter.

Bestimmt würde dann das externe PWM-Signal die Schaltung stören, welche 
ja die Phasensteuerung übernimmt richtig ?

Also würde das externe PWM-Signal jedesmal ein Softstart veranlassen bis 
Drehfeld und Rotor die gleiche Drehzahl haben, was sich in Murks äußern 
würde. Erkenne ich das Problem richtig ?


Gut dann habe ich noch eine Möglichkeit, es gibt Lüftersteuerungen, die 
ein analoges Ausgangssignal zwischen 7 und 12 Volt an den Lüfter abgeben 
(kein PWM).
Verstellbar sind diese über ein Poti.
Ich müsste die Schaltung so umbauen, dass mein Regler-Ausgangssignal das 
Poti ersetzt.

Leider können diese Schaltungen nicht 30 Watt ab....von Hause aus.

von hinz (Gast)


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Dennis P. schrieb:
> Gut dann habe ich noch eine Möglichkeit, es gibt Lüftersteuerungen, die
> ein analoges Ausgangssignal zwischen 7 und 12 Volt an den Lüfter abgeben
> (kein PWM).

Einen spannungsgesteuerten Abwärtsschaltregler kann man ebenfalls mit 
dem TL494 realisieren.

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