Filter design Frage

[R. F. (rfr)]

Hallo allerseits,

ich will ein PWM-Signal mit 500 Hz in eine Gleichspannung wandeln und 
stehe etwas auf dem Schlauch.

Die gewünschte Gleichspannung soll nach 10 ms anliegen, unabhängig vom 
vorhergehendem Wert. Dieses bedeutet, dass eine Änderung von 0 auf 100 % 
in 10 ms erfolgen muss.

Ich habe in Filter entworfen, dass passt, aber es erfüllt die 10 ms 
nicht.

Welchen Rechenweg muss ich nehmen, um die Komponenten eines geeigneten 
Filters zu bestimmen?

Gruss

Robert

[ArnoR (Gast)]

R. F. schrieb:
> Welchen Rechenweg muss ich nehmen

Du musst noch weitere Angaben machen:

Mit welcher Genauigkeit muss die Spannung nach 10ms vorliegen?
Welches Überschwingen ist erlaubt?
Welche Welligkeit darf die Spannung haben?

Daraus ergibt sich der Filtertyp, die Ordnung und die Grenzfrequenz. Es 
kann sein, dass deine Forderungen zu keinem Ergebnis führen. Dann musst 
du irgendwo Abstriche machen. Ich kenne keine Koeffiziententabellen, die 
auf deine Wünsche ausgerichtet sind.

[R. F. (rfr)]

ArnoR schrieb:
> R. F. schrieb:
>> Welchen Rechenweg muss ich nehmen
>
> Du musst noch weitere Angaben machen:

Gerne...
>
> Mit welcher Genauigkeit muss die Spannung nach 10ms vorliegen?
+/- 5%

> Welches Überschwingen ist erlaubt?
einmalig +10%

> Welche Welligkeit darf die Spannung haben?
möglichst wenig, die Spannung wird verstärkt und treibe eine 0-10V 
Schnittstelle eines Netzteiles. Jeder Brumm taucht da verstärkt auf.
>
> Daraus ergibt sich der Filtertyp, die Ordnung und die Grenzfrequenz. Es
> kann sein, dass deine Forderungen zu keinem Ergebnis führen. Dann musst
> du irgendwo Abstriche machen. Ich kenne keine Koeffiziententabellen, die
> auf deine Wünsche ausgerichtet sind.

Das schreit nach einem DA-Wandler. Da ich nur noch einen Ausgang habe, 
brauche ich also einen R2R wandler und eine Sipo.

[R. F. (rfr)]

Mir fehlt momentan die Kenntnis, zu unterscheiden, was geht und was 
nicht.
kann man auch ein RLC-Filter einsetzen?

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Hast also 5 Perioden Zeit und kannst 10% Überschwingen tolerieren, 
klingt gar nicht so anspruchsvoll und sollte mit einem Filter 3. oder 
4.Ordnung erledigt werden können.

Bei TI gibts nen schönen Filterdesigner, spiel mal damit.

[Eins der drei ??? (Gast)]

10 ms entspricht ungefähr einer Grenzfrequenz von 30 Hz. Es wird für 
deine Anforderung wahrscheinlich etwas höher sein. Welche Ordnung ein 
Bessel-TP (ganz geringes Überschwingen) haben muss, um bei 550 Hz 
ausreichend zu filtern, kann man aus leicht bestimmen. Im Tietze-Schenk 
oder The Art of Electronics dürften solche Diagramme stehen, aber noch 
mehr im Internet. Simulieren kann man das auch sehr leicht.

Was ausreichend ist, musst du bestimmen. "Möglichst wenig" ist für die 
NASA mit einem Millionen-Budget weniger als du wirklich brauchst.

Für RLC werden die Induktivitäten zu groß, ansonsten ist es möglich.

[ArnoR (Gast)]

R. F. schrieb:
> Ich habe in Filter entworfen, dass passt, aber es erfüllt die 10 ms
> nicht.

Ich habe mal ein wenig mit einem Simulator rumgespielt. Das Ergebnis im 
Anhang. Die Kurven zeigen die Sprungantwort bei Tastverhältnis 50% und 
100%. Die Welligkeit bei 50% ist <1%.

[R. F. (rfr)]

Sprungantwort ist ja ganz nett, vorliegen tut aber ein PWM-Signal mit 
500 Hz und Umax =5 V. Kannst du das auch simulieren?

Gruss

Robert

[ArnoR (Gast)]

R. F. schrieb:
> Sprungantwort ist ja ganz nett, vorliegen tut aber ein PWM-Signal mit
> 500 Hz und Umax =5 V. Kannst du das auch simulieren?

Na was glaubst du wohl ist da oben gezeigt???

[R. F. (rfr)]

ArnoR schrieb:
> R. F. schrieb:
>> Sprungantwort ist ja ganz nett, vorliegen tut aber ein PWM-Signal mit
>> 500 Hz und Umax =5 V. Kannst du das auch simulieren?
>
> Na was glaubst du wohl ist da oben gezeigt???

nach Schaltbild ein Einheitssprung. Oder?

[ArnoR (Gast)]

R. F. schrieb:
> nach Schaltbild ein Einheitssprung. Oder?

Am Eingang liegt einmal ein 500Hz-5V-Signal mit 50% Tastverhältnis 
(untere Kurve) und einmal ein ebensolches Signal mit 100% TV. Wie solle 
ich sonst eine Welligkeit angeben können?

[R. F. (rfr)]

Nun weisst du, woher ich meine Fragen habe.  :-)

[W.S. (Gast)]

R. F. schrieb:
> Die gewünschte Gleichspannung soll nach 10 ms anliegen, unabhängig vom
> vorhergehendem Wert. Dieses bedeutet, dass eine Änderung von 0 auf 100 %
> in 10 ms erfolgen muss.

Das kannst du aus prinzipiellen Gründen vergessen. Jedes Filter in der 
analogen Welt ist vom Prinzip her ein IIR-Filter und das hat immer einen 
Restfehler, auch noch nach 5 tau. Frage dich also lieber, wieviel 
Restfehler du nach welcher Zeit tolerieren kannst.

W.S.

[Jobst M. (jobstens-de)]

Versuch mal dies:

                                                                   ,--------------,
                          ,--------------,                         |    ______    |
                          |    ______    |                1µ       |   |      |   |
                900n      |   |      |   |            ,---||-------+---| -    |   |
             ,---||-------+---| -    |   |            |                |      |---+---o
             |                |      |---+---[10kΩ]---+---[10kΩ]---+---| +    |
o---[10kΩ]---+---[10kΩ]---+---| +    |                             |   |______|
                          |   |______|                        440n =
                     800n =                                        |
                          |                                       GND
                         GND

900nF = 680nF+220nF
800nF = 330nF+470nF
440nF = 2x 220nF
OP TL072

Habe ich in einem Netzteil. Anforderung war ebenso möglichst schnell und 
kein Überschwingen. PWM liegt bei 400Hz.
Tut es gut. Ob 10ms eingehalten werden, kann ich so aus dem Handgelenk 
nicht sagen. Kannst Du ja mal simulieren ;-)


Gruß

Jobst

[Joe F. (easylife)]

Obwohl ich ja ein großer Fan von Analogschaltungen bin, würde ich in 
diesem Fall einen uC mit DAC empfehlen. Das hat dann eine Reaktionszeit 
von 2 ms.

[Jobst M. (jobstens-de)]

Joe F. schrieb:
> 2 ms

2µs ;-)

Man könnte auch einen SPI oder I²C DAC benutzen ...


Gruß

Jobst

[H.Joachim S. (crazyhorse)]

Jobst M. schrieb:
> 2µs ;-)

ne, Minimum eine Periode (2ms) musst du schon warten. Besser gehts nicht 
bei 500Hz.

[Jobst M. (jobstens-de)]

H.Joachim S. schrieb:
> ne, Minimum eine Periode (2ms) musst du schon warten. Besser gehts nicht
> bei 500Hz.

Ja, man ist dann nur gar nicht mehr an die 500Hz gebunden! ;-)


Gruß

Jobst

[Joe F. (easylife)]

Jobst M. schrieb:
> 2µs ;-)

H.Joachim S. schrieb:
> ne, Minimum eine Periode (2ms)

Ihr habt beide recht. Jobst meint, die PWM gar nicht erst zu erzeugen, 
sondern direkt den DAC anzusteuern.

H.Joachim geht davon aus (wie ich auch), dass die PWM als Eingangssignal 
unveränderlich ist, und eben über die Periode von 2ms ausgemessen werden 
muss, bevor ein DAC das analoge Signal ausgeben kann.

[Thomas E. (picalic)]

R. F. schrieb:
> Das schreit nach einem DA-Wandler. Da ich nur noch einen Ausgang habe,
> brauche ich also einen R2R wandler und eine Sipo.

Was für einen Ausgang? Wenn es evtl. ein µC-Pin ist, auf dem auch ein 
A/D-Wandler Eingang liegt, reicht das evtl., um über ein simples 
RC-Glied eine Steuerspannung zu erzeugen.