Proportionalventilsteuerung mit PWM und Dithering über PWM

[Peter R. (author)]

Hallo Leute,

ich habe mir beigefügte Schaltung (Schaltplan-1) als portable 
Ventilsteuerung aufgebaut.
Es geht hierbei um eine Schaltung zum testen und einstellen von 
Hydraulikventilen und Anlagen. Die Schaltung wird nicht im 
Produktivbetrieb eingesetzt.
Ich möchte mit dieser Schaltung möglichst flexibel sein.

Zum Testen habe ich hier ein einstellbares Druckbegrenzungsventil.
Die Grundschaltung als solches funktioniert so weit gut. Saubere 
Rechtecke, PWM und Frequenz recht stabil und gut einstellbar

Betriebsspannung 24V=, Ventile bis 1,5 A Spulenstrom.
Die Ventilstromeinstellung erfolgt über PWM mit einem Poti (P2/P1) 
einstellbar.
PWM Frequenz habe ich auf  1 KHz eingestellt, lässt sich über P4 und C1 
in weiten Bereichen verändern.
Das Puls/Pausenverhältnis lässt sich mit P1 und P2 von 0 bis 100% 
einstellen.

Die Schaltung nach Schaltplan-1 hat noch kein Dithering.

In der Schaltung nach Schaltplan-2 habe ich das Dithering über T2, 
R13,14,15 realisiert.
Hier speise ich an E1 mit einem Funktionsgenerator , zunächst nur zum 
Testen, ein Sinus oder Dreiecksignal mit einer Ditherfrequenz von z.B. 
160 Hz ein.
Über die Amplitude dieser Spannung stelle ich den Ditherhub ein (P5) 
hier solte ein Hub vom 1-10 % ausreichen.

Anstelle des Funktionsgenerators wollte ich mit einem weiteren OPV ein 
einstellbares Dreiecksignal zum einspeisen erzeugen.

Mir gefällt diese Möglichkeit selber nicht so recht.

Ich möchte das Dithering lieber direkt auch mit einem PWM Rechtecksignal 
erzeugen.
Ich komme leider selber nicht darauf wie ich die beiden Signale zusammen 
führen muss.
Mir fällt dazu immer nur so was wie die Frequenzmodulation ein, weis 
aber nicht wie ich das hier umsetzen kann.

Habt ihr dazu ein paar Ideen oder Vorschläge ?
Auch das einspeisen der Ditherspannung mit T2 gefällt mir selbst nicht.
Würde das gerne über den 4ten OP machen, hab das aber bisher nicht 
hinbekommen.

Für Vorschläge und Änderungsideen bin ich Dankbar.

Gruß
Peter

[Anja (Gast)]

Hallo,

normalerweise würde man einen Dreiecksgenerator mit konstantem 
Tastverhältnis und konstanter Amplitude bauen. (z.B. zwischen 25+75% der 
Versorgung).

Das Tastverhältnis läßt sich dann ganz leicht über R9 + R10 (als Poti) 
einstellen.

Wenn man jetzt an R9 + R10 die Ditherspannung addiert hat man den 
gewünschten Effekt.

Gruß Anja

[Praktiker (Gast)]

Peter R. schrieb:
> Für Vorschläge und Änderungsideen bin ich Dankbar.

Ach wenn's nervt, so schön die Analog-Technik ist: Mit einem uC wärst Du 
schon fertig.

[Michael W. (Gast)]

Praktiker schrieb:
> Ach wenn's nervt, so schön die Analog-Technik ist: Mit einem uC wärst Du
> schon fertig.

... weil ja Digitaltechnik per se immer besser und einfacher, ist ja,ja 
...

Der Ansatz ist an sich ok, kann zumindest kein SW-Problem machen ...

[Lurchi (Gast)]

Das Dithering Signal sollte man schon besser im analogen Bereich dazu 
mischen. Am PWM Signal nachträglich oder gar mit einem 2. PWM Signal 
wird es nur komplizierter.

Der LM324 ist als Gate Treiber recht langsam. Auch bei nur 1 kHz sollte 
man da ggf. schon einen etwas schnelleren Typen verwenden, oder halt 
einen echten Komparator. Für die 2 Dreiecksignale (PWM und Dithering) 
reicht je 1 OP. Für ein mehr sinusförmiges Dithering könnte man filtern.

p.s. Die 1N4007 ist als Freilaufdiode eher zu langsame.

[fft (Gast)]

Lurchi schrieb:
> Das Dithering Signal sollte man schon besser im analogen Bereich dazu
> mischen. Am PWM Signal nachträglich oder gar mit einem 2. PWM Signal
> wird es nur komplizierter.

Jetzt ernsthaft???

Lurchi schrieb:
> Für ein mehr sinusförmiges Dithering könnte man filtern.

Das macht die Induktivität schon selber.

Praktiker schrieb:
> Peter R. schrieb:
>> Für Vorschläge und Änderungsideen bin ich Dankbar.
>
> Ach wenn's nervt, so schön die Analog-Technik ist: Mit einem uC wärst Du
> schon fertig.

Sehe ich genauso. STM32F030 mit dem internen Oszi + PLL 48MHz laufen 
lassen, PWM, Frequenz, etc. über Poti+ADC-Kanal einstellen, Dithering 
per DMA drübermodulieren. Fertig...

Geht aber analog genauso, ist nur wesentlich weniger flexibel.

[Peter R. (author)]

Zunächst mal ein großes Danke schön für eure schnellen Antworten :)


Anja schrieb:
> Wenn man jetzt an R9 + R10 die Ditherspannung addiert hat man den
> gewünschten Effekt.


Im grunde habe ich das ja zwischen R1 und R3 realisiert.
Ich habe das trotzdem auch mal nach deinem Vorschlag ausprobiert.
Das Problem bei der Addition ist das die niedrige Frequenz die hohe 
Frequenz in den Tälern auch auf null zieht, so das das hohe PWM Signal 
in diesen Lücken nicht wirksam ist.
Das möchte ich vermeiden.

Also ich versuche das mal etwas genauer auszudrücken.
Also ich habe die Schaltung extra mit 3 OP's aufgebaut da ich so 
vermeide das sich die PWM Freguenz verändert wenn das 
Puls-Pausenverhälnis verändert wird.
Zweitens wollte ich die Frequenz verstellen können ohne das sich dabei 
das Puls-Pausenverhälnis ändert.
Und die Signale sollen möglichst sauber aussehen und stabil sein.

Das Dithering das auch einstellbat sein soll ca. zwischen 1-10% der 
Pulsweite von dem Höherfrequenten Signal.
Und natürlich muss die Ditherfrequenz einstellbar sein.

Nach einigen experimentieren, ändern der Schaltung und mit hilfe deiner 
Hinweise, habe bin ich meinem gewünschten Ergebnis schon sehr nahe 
gekommen.

In der Schaltung nach 1, steuer ich ja über P2 als Spannungsteiler die 
Eingangsgleichspannung des ersten OP's, hier kann ich auch eine Fremde 
Gleichspannung einstellbar anlegen und damit das Pulsweitenverhältnis 
der Ventilspannung steuern.

Wenn ich an diesem Eingang, eine in Frequenz und Amplitude einstellbare
Dreieckspannung anlege, pulsiert mein Pulsweitenverhältnis in dem 
vorgegebenen Bereich.


Ich habe das mal im Schaltplan-3 so geändert, bin aber noch nicht 
fertig.
Es fehlen noch die Einstellbarkeit der Ditherfrequenz und -amplitude.
So funktioniert das schon fast wie gewünscht.
Ich werde da weiter dran arbeiten um das ganze noch zu verbessern.


Praktiker schrieb:
> Ach wenn's nervt, so schön die Analog-Technik ist: Mit einem uC wärst Du
> schon fertig.

Ja da habe ich auch schon drüber nachgedacht, ich habe ein paar Versuche 
mit meinem Raspberry gemacht, wollte das ganze aber erstmal Analog und 
Konventionell entwickeln.

Denkst du das es mit einem geeigneten PIC möglich ist?
Ich habe mich mit diesen bisher nur theoretisch ein bischen befasst.


Markus W. schrieb:
> Der Ansatz ist an sich ok, kann zumindest kein SW-Problem machen ...

Hehe, ja das stimmt ;)


Lurchi schrieb:
> Am PWM Signal nachträglich oder gar mit einem 2. PWM Signal
> wird es nur komplizierter.

Ich finde es sehr Reizvoll beides mit PWM zu machen, schon wegen der 
einfachen Veränderbarkeit. Und ja, das das doch aufwändiger wird als ich 
zunächst dachte habe ich inzwischen gemerkt.

Den LM324 habe ich eigentlich nur benutzt weil ich hier noch ein paar 
rumliegen habe und dachte mir, na ist ja nur 1 KHz :). Siehst aber 
trotzdem noch recht gut aus, sind die Flanken nicht so steil.

Warum ich für die Dreiecksignale mehrere OP's verwende habe ich oben 
nochmal versucht zu beschreiben, ich hoffe das es so verständlicher ist.

Auch für die Freilaufdiode hatte ich hier nur noch 1N4007 rumliegen.
Habe auch noch ein paar BY133 und BY255. Meinst du die würden reichen ?

fft schrieb:
> Sehe ich genauso. STM32F030 mit dem internen Oszi + PLL 48MHz laufen
> lassen, PWM, Frequenz, etc. über Poti+ADC-Kanal einstellen, Dithering
> per DMA drübermodulieren. Fertig...

Da werde ich sicherlich noch drauf zurück kommen, möchte aber erstmal 
die aktuelle Schaltung fertig bekommen.

So, das ganze zusammen zu tippen ist ja bald mehr Arbeit als die 
Schaltung g
Also noch mal vielen dank an euch.

Ich habe die bisher geänderte Schaltung schon mal angehangen.
Sorry, für das, nach den änderungen nicht mehr so schöne Layout, aber 
mitten in der Nacht wird das immer schwerer.

Wenn euch noch etwas ein- oder auffällt, ich bin für alles offen.

Gruß und gute Nacht
Peter

[Lurchi (Gast)]

Die BY133 und BY255 sind nicht wesentlich anders als die 1N4007. 
Passender wäre so etwa wie UF4003 (d.h. eine schnelle 
Gleichrichterdiode) oder eine Schottkydiode wie SB140 / 1N5819. Als 
Übergangslösung ggf. etwa 5-10 Ohm in Reihe zur 1N4007. Da begrenzt 
wenigstens mögliche reverse recovery Ströme. Mit dem langsamen LM324 ist 
es ggf. auch nicht so dramatisch weil die Flanken schon von sich aus 
langsam sind.

Die Einstellung der Amplitude des Ditherring mit P5 sieht noch komisch 
aus. Das kann Rückwirkungen auf die Frequenz bzw. den PWM Wert haben. 
Vor der Tendenz her eher Pins 1 und 2 Tauschen und Pin 3 des Potis an 
den Schleifer von P3 bzw. die halbe Versorgungsspannung. Ggf. noch ein 
Widerstand dazu um den Einstellbereich kleiner zu machen.

Der Poti P3 sollte eigentlich nicht nötig sein - einfach auf die Mitte 
sollte reichen. Für die PWM Signal-erzeugung ist die Symmetrie beim 
Dreieck unwesentlich.

[Peter R. (author)]

Lurchi schrieb:
> Die Einstellung der Amplitude des Ditherring mit P5 sieht noch komisch
> aus.

Ja da hattest du recht, sieht nicht nur komisch aus, funktionierte auch 
nicht so richtig.

Ich habe nun die gesamte Schaltung noch mal überarbeitet und den 
Schaltplan angepasst und Ordentlicher gezeichnet.

Verwende nun einen weiteren OP, damit das Dithersignal beim verstellen 
der Frequemz auch stabil bleibt.
Ich werde noch ein paar Widerstandswerte anpassen um die 
Einstellbereiche zu optimieren bzw. einzuschränken.

So funktioniert die Schaltung, zwar wird die Einsetllung der 
Dithreramplitude jetzt nicht per PWM verändert, sondern durch verstellen 
der Amplitude an P5, erfüllt aber seinen Zweck.

Ich werde mich dann im laufe der Woche an der Bau der Platine (wird wohl 
erstmal zum Testen eine Streifenrasterplatine) und des Gehäuses machen.
Den entgültigen Test der Schaltung kann ich erst nach 2 Wochen 
durchführen, habe zur Zeit noch Urlaub :)

Lurchi schrieb:
> Der LM324 ist als Gate Treiber recht langsam.

Was würdest du anstatt des LM324 empfehlen ?

Ich bedanke mich nochmals für eure Unterstützung und werde über den 
weiteren Fortschritt hier berichten.
Als Anhang noch der letzte Entwurf meiner Schaltung.

Nette Grüße an alle
Peter

[Lurchi (Gast)]

Ein etwas schnellerer OP als der LM324 wäre etwa ein TL084.

Der Generator für das PWM Signal muss kein sauberer Dreieck sein - da 
reicht eigentlich auch die Variante mit 1 OP. Das Dithering signal ließe 
sich vermutlich besser hinter dem Generator einkopplen - so hat man dann 
auch keine Rückwirking auf die Frequenz.

Die Ditherring Amplitude kann man so wie gezeigt nicht ganz bis auf 0 
runter regeln.

Mit 24 V ist man ggf. schon recht hoch mit der Spannung für das Gate des 
MOSFETs am Ausgang. Moderne Typen vertragen das nicht mehr unbedingt.