Poblem pulsweitenmoduliertes Signal filtern

[Christoph H. (chrisgn)]

Und zwar will ich 12V die von einem Netzteil kommen pulsweitenmoduliert 
mit einem n kanal Mosfet schalten. Diese Spannung geht dann über einen 
fixen Widerstand. Dadurch habe ich dann einen bestimmten Stromfluss.

Das durchschalten funktioniert bestens nur beim filtern hackt es..

Wenn ich den Tiefpass dazuschalte hebt sich die Spannung. Das Problem 
dabei ist das ich dadurch den Strom nicht exakt einstellen kann. Sprich 
wenn die PWM voll durchschaltet hab ich zum beispiel 200mA. Wenn sie 
halb durschaltet was dann 6V entsprechen sollte hab ich 125mA.. (Die 
Messwerte entsprechen jetzt nicht den Werten aus dem Schaltplan)

Warum hebt sich also die Spannung und was könnte ich dagegen tun?

Bin für jede Idee und Tipp dankbar :D

[Sascha W. (sascha-w)]

Hallo,

das die Spannung mit Kondensator höher ist als ohne ist erst mal 
logisch.
Überleg mal:
Ohne Last am Ausgang entspricht die Spannung am Ausgang der am Eingang 
unabhängig von der PWM (0% Einschaltzeit mal nicht berücksichtigt) da 
der C die Ausschaltzeit überbrückt.
Belastest du den Ausgang wie in deinem Beispiel, dann wird der C während 
der Einschaltzeit aufgeladen und entlädt sich während der Ausschaltzeit 
über die Last - aber natürlich nicht wieder auf 0V. Damit ist die 
Ausgangsspannung und damit der Strom höher als ohne C.
Dir bleibt also nur die Spannung zu messen und die PWM entsprechend zu 
regeln.
Oder bei Konstanter Last sollte sich das auch berechnen lassen.

Sascha

[Christoph H. (chrisgn)]

Danke erstmals für die Antwort:D

gibt es noch andere Wege wie ich mein kleines Projekt realisieren 
könnte? Also wo ich jetzt die Spannung linear regeln könnte ohne 
nebenbei immer zu rechnen oder die Spannung zu messen?

Traumlösung wäre für mich das der Wert OCR für den Timer z.B
255 --> 12V
128 --> 6V
wäre...

Noch kurz meine Anforderungen an die Schaltung:
Sie soll bei 12V bis zu 300mA schaffen..

Falls nicht: wie könnte man die Berechnung oder Regelung am besten 
angehn?
Die Spannung nebenbei über einen ADC zu messen und die Werte solange zu 
erhöhen/verringern bis die gewünschte Spannung erreicht ist kommt mir 
dabei noch am einfachsten vor.

Und nochmals vielen Dank für jede Antwort und Tipp :D

[Horst V. (hoschti)]

Hallo Christoph,

der Zusammenhang zwischen Einschaltdauer/Tastverhältnis und der 
Ausgangsspannung (Effektiveert) ist nicht linear. Es folgt einer 
Wurzel-Funktion. D.h. Bei kleinem Tastverhältnis steigt die 
Ausgangsspannung deutlich schneller an als bei großem Tastverhältnis. 
Daher wirst Du um eine Berechnung des benötigten Tastverhältnisses aus 
der gewünschten Ausgangsspannung nicht herumkommen. Ggf. Kann auch eine 
Tabelle und eine lineare Interpolation ausreichen.

Grüße
Hoschti

[Harald W. (wilhelms)]

Christoph H. schrieb:

> Die Spannung über einen ADC zu messen kommt mir
> dabei noch am einfachsten vor.

Noch einfacher wäre es, die von Dir gewünschte Spannung gleich mit
einem DA-Wandlerzu erzeugen.

[Christoph H. (chrisgn)]

Ich dachte das das Verhältnis linear ist weil ich das hier gesehen hab:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation

Auf einen DA Wandler wäre ich nicht gekommen^^
Jedoch wird I2C und die serielle Schnittstelle sind leider schon 
belegt..
Und leider habe ich mich damit nicht so viel beschäftigt und weiß nicht 
ob die Wandler mal eben so 300mA schaffen.

Wie würde den die Berechnung des Tastverhältnisses am besten 
funktionieren? Sodass der µC dies dann erledigt. Also unter 
berücksichtigung des Tiefpasses.

Verlange jetzt keinen Programmcode nur der Rechenvorgang wäre toll :D

[Christoph H. (chrisgn)]

Und wie läuft das eigentlich bei µC gesteuerten Netzteilen? Also 
programmierbare Netzteile? Wird da auch ständig gerechnet oder gemessen 
und nachgeregelt?

[Jakob (Gast)]

Wenn deine PWM zwischen V+ und V- schalten würde, könntest du
die Ausgangsspannung TP-filtern und bekämst eine genau dem
duty cycle proportionale Spannung.

Der Clou dabei ist, dass für den Kondensator gleiche Bedingungen
beim Laden und Entladen vorliegen.

Es sollte eigentlich einleuchten, dass das bei einer
Open-Collector-, oder Open-Drain-Schaltung nicht der Fall
sein kann.

[Christoph H. (chrisgn)]

Warum es bei bei einer open collector schaltung nicht funktioniert 
versteh ich jetzt leider nicht.
Nur warum funktioniert es bei so einer einfachen Schaltung?
Also das ich bei der halben pulsbreite die hälfte der Spannung und bei 
einer viertelten pulsbreite ein viertel der Spannung hab?

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Christoph H. schrieb:
> Warum es bei bei einer open collector schaltung nicht funktioniert
> versteh ich jetzt leider nicht.

Dann lern es!

> Nur warum funktioniert es bei so einer einfachen Schaltung?
> Also das ich bei der halben pulsbreite die hälfte der Spannung und bei
> einer viertelten pulsbreite ein viertel der Spannung hab?

Hast du nicht. R1 und R2 bilden einen Spannungsteiler 100:1. Du kriegst 
an R2 maximal 1/101-tel von V1. Und der Grund, warum der Zusammenhang 
linear ist, wurde oben schon genannt: der effektive Lade- (respektive 
Entlade-) Widerstand für den Kondensator ist konstant. R1 lädt den 
Kondensator nicht nur, er entlädt ihn auch. In deiner Ausgangsschaltung 
ist das nicht so.

Aber auch sonst ist diese neue Schaltung für deine Zwecke nicht 
brauchbar, denn sie funktioniert nur, wenn der Lastwiderstand (hier: R2) 
konstant ist. Wenn sich der Widerstand ändert, dann ändert sich die 
Ausgangsspannung. Auch bei gleichem Tastverhältnis.

Wenn du den von dir oben zitierten Artikel zur Pulsweitenmodulation 
aufmerksam gelesen hättest, dann wäre dir nicht entgangen, daß der Punkt 
nach dem Tiefpaßfilter nicht belastet werden darf. Da gehört ein 
Impedanzwandler, z.B. mit einem OPV dahinter. Der stellt dann eine 
belastbare Spannung für die Last bereit.

[Christoph H. (chrisgn)]

Danke für die Aufklärung.
Hab mir den Artikel nochmal genau durchgelesen..

Könnt ihr mir einen geeigneten OPV empfehlen?
Also für 12V und 300mA

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Christoph H. schrieb:
> Könnt ihr mir einen geeigneten OPV empfehlen?
> Also für 12V und 300mA

12V schafft so ziemlich jeder OPV. Bei 300mA wird es enger. Es gibt zwar 
entsprechende Leistungs-OPV, aber die sind teuer. Am sinnvollsten wäre 
es wohl, einen Wald-und-Wiesen OPV wie LM358 oder 1/4 LM324 mit einem 
npn-Transistor als Emitterfolger zu kombinieren:

                         +12V
                  |\       o 
PWM o--[R]--*-----|+\      |
            |     |  |---|<  z.B. BD135
         C ===  .-|-/     e|
            |   | |/       |
            |   `----------*--o Ausgang
       GND ---

Wenn du in die Gegenkopplung zum (-) Eingang des OPV noch einen 
Spannungsteiler schaltest, dann kannst du die Gleichspannung auch noch 
passend verstärken. Denn der Tiefpaß aus R und C liefert ja maximal den 
Spitzenwert deinen PWM-Signals. Also z.B. 5V, wenn es aus einem 5V µC 
kommt. Aus 12V Versorgungsspannung kann man mit etwas Augen zudrücken 
vielleicht bis 10V generieren. Eine Verstärkung von 2 wäre dann passend.