Hallo zusammen, mit dem angehängten Schaltplan möchte ich einen durch PWM (V1)geregelten Spannungsabfall v_ab erzeugen, um eine Tankanzeige zu steuern. Der Spannungsabfall soll zwischen 0,143 und 0,835 V liegen. Die Simulation funktioniert soweit innerhalb der gewünschten Parameter. Nur was mich stört ist, dass sich der Spannungsabfall nicht linear zum Tastgrad des PWM verhält. Das liegt daran, dass U1 zu R3 parallel geschaltet ist und damit sich reziprok verhält. Um den Spannungsabfall innerhalb der gewünschten Parameter zu erhalten, muss der Teiler (welcher R2 ergänzt) einen Widerstand von ca. 8,5 bis 73 Ohm darstellen. Wie muss ich die Schaltung gestalten, damit sich der Tastgrad linear zum Spannungsabfall verhält? Ich habe hier irgend einen Denkfehler... lg Frank
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Ich habe dazu keinen Lösungsvorschlag, sehe aber noch ein weiteres Problem: Die Schaltung hängt sehr stark vom Übertragungsfaktor des Optokopplers ab und der ändert sich im Laufe der Zeit.
Stefan ⛄ F. schrieb: > Ich habe dazu keinen Lösungsvorschlag, sehe aber noch ein weiteres > Problem: Die Schaltung hängt sehr stark vom Übertragungsfaktor des > Optokopplers ab und der ändert sich im Laufe der Zeit. So geht das nicht, der optokoppler muß als schalter benutzt werden
Frank K. schrieb: > Der Spannungsabfall soll zwischen 0,143 und 0,835 V liegen. Im Ernst jetzt? Auf 3 Nachkommastellen genau? Das schafft so eine Billigschaltung niemals. > um eine Tankanzeige zu steuern. Was ist sonst an dieser Tankanzeige angeschlossen? > Wie muss ich die Schaltung gestalten, damit sich der Tastgrad linear zum > Spannungsabfall verhält? Du hast da Ursache und Wirkung verwechselt... seis drum. Um eine Ausgangsspannung zu erhalten, die sich linear zum TV verhält, musst du eine Push-Pull-Endstufe nehmen und dann ein RC-Glied als Filter dahinterschalten. Denn dann wird der Kondensator mit der selben Zeitkonstante geladen und entladen.
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Der bekloppte Frosch schrieb: > So geht das nicht, der optokoppler muß als schalter benutzt werden Wenn er wirklich voll durch schalten würde, hättest du am Ausgang Null Volt. Das war aber nicht gewollt, denke ich.
Lothar M. schrieb: > Frank K. schrieb: >> Der Spannungsabfall soll zwischen 0,143 und 0,835 V liegen. > Im Ernst jetzt? Auf 3 Nachkommastellen genau? Nein ;-), das war nur der Wertebereich, den ich am Tankgeber abgenommen habe (min / max). >> um eine Tankanzeige zu steuern. > Was ist sonst an dieser Tankanzeige angeschlossen? Ein Magnetschwimmer um ein Rohr. Im Rohr sind wohl Reedkontakte, welches je nach Füllstand die Reihenschaltung von Widerständen zwischen zwei benachtbarten Widerständen zum Eingang brückt. Also ganz Oben ist nur ein Wiederstand im Stromkreis aktiv: 8,6 Ohm. Fährt man den Magnet langsam tiefer, kommt ein Sprung von 4,7 Ohm auf 13,3 Ohm usw. Ab Mitte des Weges (in Richtung leer) ist der Sprung nicht mehr 7,4 sondern 3,9 Ohm. Insgesamt sind es 16 verschiedene Widerstandswerte, die angefahren werden können, also 16 Bit. Das grundlegende Problem ist, dass sich die Tankgeometrie geändert hat. Daher die Idee, die gemessenen Werte über einen µC zu korrigieren. Problem: Der µC, den ich verwenden darf, kann nur 2 PWM Kanäle ausgeben. Sonst hätte ich einen Arduino genommen und das Widerstandsnetzwerk mit den Outputs geschaltet.
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Frank K. schrieb: > Nur was mich stört ist, dass sich der Spannungsabfall nicht linear zum > Tastgrad des PWM verhält Kein Wunder, dein Elko lädt sich über 20k auf und wird über 0 Ohm (na ja, eingeschalteter Optokoppler) entladen, stark asymmetrisch. Wenn du vor C1 noch einen Widerstand von 10k in die Leitung schaltest, kannst du einerseits die 1000uF verringern z.B. auf 10uF, andererseits bekommst du eher den Mittelwert (immer noch nicht ganz linear weil 2k gegenüber 10k noch nicht vernachlässigbar sind). ABER: man kann dann nichts niederohmiges mehr direkt an den Elko schalten, sondern muss erst mal mit einem Operationsverstärker als Buffer die Belastbarkeit erhöhen. Insgesamt macht deine Schaltung keinen sinnvollen Eindruck, die Ungenauigkeit der 24V fliessen direkt in die Ausgangsspannung und damit die Tankanzeige ein. Es scheint, als ob du nun deinen Tankinhalt anders misst als ehemals, und nun eine Ausgangsspannung zwischen 0,143 und 0,835V für die alte Tankanzeige haben willst. Kurios, fast dieselbe Spannung wie meine ehemalige Tankanzeige im Volvo. Wozu da noch die 24V einfliessen sollen, weiss ich nicht, aber alte Tankanzeigen arbeiteten ggf. auch nur mit Spannungsteiler an der schwankenden Alkuspannung, zeigen aber als Messinstrument einen Strom an z.B. mit 1mA für 100% und enthielten dazu eine Kompensation der Akkuspannung damit sowohl bei 8V als auch 15V ein voller Tank immer zu 1mA also 100% Messinstrumentestrom führte, und wenn bei dir die Kompensation im Instrument noch drin ist, die übrigens den Eingangswiderstand des Sensors mitbenutzt um kompensieren zu können, musst du nun ENTGEGEN kompensieren, also die Akkuspannung messen und die PWM und damit Messinstrumentespannung anpassen damit 100% auch 100% bleiben.
Ja, die Tankform hat sich geändert. Das Volumen ist gleich geblieben. Vorher war der Tank Quaderförmig, nun hat er 3 unterschiedliche Querschnitte über die gemessene Höhe, das möchte ich durch ein im µC hinterlegtes "Kennfeld" korrigieren.
Kannst du nicht die Tankanzeige direkt mit dem PWM Signal ansteuern, anstatt von der vorhandenen Spannung/Strom etwas zu subtrahieren?
Frank K. schrieb: > Insgesamt sind es 16 verschiedene Widerstandswerte, die angefahren > werden können, also 16 Bit. Es sind zum Glück nur 4 Bit, mit denen sich 16 unterschiedliche Schaltstufen darstellen lassen. Mit 16 Bit könntest du 65536 unterschiedliche Schalterstellungen abbilden. > Also ganz Oben ist nur > ein Wiederstand im Stromkreis aktiv: 8,6 Ohm. Fährt man den Magnet > langsam tiefer, kommt ein Sprung von 4,7 Ohm auf 13,3 Ohm usw. Ab Mitte > des Weges (in Richtung leer) ist der Sprung nicht mehr 7,4 sondern 3,9 > Ohm. Wenn sich das alles im einstelligen Ohmbereich abspielt, dann ist der OK aber schnell am Ende seiner Leistungsfähigkeit. Denn der spielt sonst eher in der Liga im tausendmal höheren kOhm-Bereich. Wenn schon, dann solltest du dir mal PhotoMos-Relais anschauen. > Daher die Idee, die gemessenen Werte über einen µC zu korrigieren. > Problem: Der µC, den ich verwenden darf, kann nur 2 PWM Kanäle ausgeben. Aber der µC muss doch sowieso irgendwas "liniearisieren". Dann kann er doch auch die Unsymmetrie der ausgangsstufe da mit reinpacken.
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Stefan ⛄ F. schrieb: > Kannst du nicht die Tankanzeige direkt mit dem PWM Signal ansteuern, > anstatt von der vorhandenen Spannung/Strom etwas zu subtrahieren? Leider nicht, das Problem ist aus dem LKW Bereich, ich komme nur an den Tankgeber heran. Es kann sein, dass das analoge Signal von einem Steuergerät digitalisiert wird und dann per CAN Bus an das Dashboard übertragen wird. Da möchte ich auf keine Fall rein.
Frank K. schrieb: > Stefan ⛄ F. schrieb: >> Kannst du nicht die Tankanzeige direkt mit dem PWM Signal ansteuern, >> anstatt von der vorhandenen Spannung/Strom etwas zu subtrahieren? > > Leider nicht, das Problem ist aus dem LKW Bereich, ich komme nur an den > Tankgeber heran. Es kann sein, dass das analoge Signal von einem > Steuergerät digitalisiert wird und dann per CAN Bus an das Dashboard > übertragen wird. Da möchte ich auf keine Fall rein. Dann nimm vier kleine Reedrelais, die brauchen 10mA/5V, kann man direkt mit einem Mikrocontroller schalten. Diese schalten 4 Widerstände, welche entsprechende Werte haben. Fertig.
Falk B. schrieb: > Frank K. schrieb: >> Stefan ⛄ F. schrieb: >>> Kannst du nicht die Tankanzeige direkt mit dem PWM Signal ansteuern, >>> anstatt von der vorhandenen Spannung/Strom etwas zu subtrahieren? >> >> Leider nicht, das Problem ist aus dem LKW Bereich, ich komme nur an den >> Tankgeber heran. Es kann sein, dass das analoge Signal von einem >> Steuergerät digitalisiert wird und dann per CAN Bus an das Dashboard >> übertragen wird. Da möchte ich auf keine Fall rein. > > Dann nimm vier kleine Reedrelais, die brauchen 10mA/5V, kann man direkt > mit einem Mikrocontroller schalten. Diese schalten 4 Widerstände, welche > entsprechende Werte haben. Fertig. Leider nicht so einfach, die ersten 8 Widerstandswerte des Füllstands haben ein Inkrement von 3,9 Ohm, die zweiten 8 dann 4,7 Ohm. Das aus 4 Bit heraus zu bauen dürfte schwierig werden. Oder - Moment, ich muss mir das mal in Excel darstellen.
Frank K. schrieb: > Leider nicht so einfach, die ersten 8 Widerstandswerte des Füllstands > haben ein Inkrement von 3,9 Ohm, die zweiten 8 dann 4,7 Ohm. Das aus 4 > Bit heraus zu bauen dürfte schwierig werden. Oder - Moment, ich muss mir > das mal in Excel darstellen. Mit 4 Widerständen in binärer Abstufung kann man 16 gleichmäßige Stufen darstellen. Eine Emulation eines Widerstands mittels PWM und Elektronik ist deutlich aufwändiger, als es die meisten glauben. Außerdem ist es Unsinn, hier irgendwelche exorbitanten Genauigkeiten anzustreben. Selbst 10% Abweichung sind für eine popelige Tankanzeige kein Problem. Es ist kein Flugzeug!
Falk B. schrieb: > Frank K. schrieb: >> Leider nicht so einfach, die ersten 8 Widerstandswerte des Füllstands >> haben ein Inkrement von 3,9 Ohm, die zweiten 8 dann 4,7 Ohm. Das aus 4 >> Bit heraus zu bauen dürfte schwierig werden. Oder - Moment, ich muss mir >> das mal in Excel darstellen. > > Mit 4 Widerständen in binärer Abstufung kann man 16 gleichmäßige Stufen > darstellen. Eine Emulation eines Widerstands mittels PWM und Elektronik > ist deutlich aufwändiger, als es die meisten glauben. Außerdem ist es > Unsinn, hier irgendwelche exorbitanten Genauigkeiten anzustreben. Selbst > 10% Abweichung sind für eine popelige Tankanzeige kein Problem. Es ist > kein Flugzeug! Aber leider ist wie vorher beschrieben die Abstufung nicht linear. Daher funktioniert das für die binäre Darstellung von Stufe 8 bis 15 nicht mehr, da dann die 2 LSBs nur 3,8 Ohm statt der dann benötigten 4,7 Ohm darstellen können.
Zwischenstand: Über die 4 Ausgangsbits habe ich mir ein schaltbares Widerstandsnetzwerk gebaut, mit welchem ich in 16 Stufen die Widerstandswerte von 8,6 bis 71,8 in Schritten á 4,2 Ohm simulieren kann. Nun die Frage zum Eingang: Die Steuerung, welche ich verwende verarbeitet einen Spannungswert von 0 - 11,4 V. Der Eingangswiderstand wird mit 22,6 kOhm angegeben. Da ich den originalen Geber verwenden muss, der 8,6 bis 72,6 Ohm liefert, würde ich einen 12V Festspannungsregeler in Verbindung mit einer Diode (Spannungsabfall 0,7V = 11,3V) für die Messspannung nehmen, da ich ein 24 V Bordnetz habe. Wie muss ich bitte den Spannungsteiler auslegen, um den Eingang von 0 bis 11,3 V dann nutzen zu können? vlg Frank
Frank K. schrieb: > Die Steuerung, welche ich verwende Frank K. schrieb: > da ich immer noch zuviel Prosa liefere fehlt das Schaltbild
Joachim B. schrieb: > immer noch zuviel Prosa liefere fehlt das Schaltbild In der Tat. Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte.
Frank K. schrieb: > Da ich > den originalen Geber verwenden muss, der 8,6 bis 72,6 Ohm liefert, würde > ich einen 12V Festspannungsregeler in Verbindung mit einer Diode > (Spannungsabfall 0,7V = 11,3V) für die Messspannung nehmen, Nö, denn deren Spannung ist einigermaßen Temperaturabhängig. > da ich ein > 24 V Bordnetz habe. Da brauchst du so oder so einiges an Schutzbeschaltung, damit dir der Dreck auf dem Bordnetz weder die Messung versaut noch deine Schaltung beschädigt. > Wie muss ich bitte den Spannungsteiler auslegen, um > den Eingang von 0 bis 11,3 V dann nutzen zu können? Gar nicht, denn bei einem so niederohmigen Sensor wird man kaum mit diesen Spannungen arbeiten können. P = U^2 / R = 12V^2 / 8,5Ohm = 16,7W Ich würde vermuten, daß der Sensor bestenfalls 0,5W verträgt. D.h. beim Minimalwert darf man max. 2V anlegen. Beim Maximalwert darf man max. 82mA durchschicken, wenn man einen Konstantstromquelle nutzt. Ich würde die nehmen, sagen wir mit 50mA, ggf. auch weniger. Die Ausgangsspannung ist dann max. 73R * 50mA = 3,6V. Die kann man per OPV x3 verstärken und hat 11V. Damit ist dein Meßbereich voll ausgenutzt.
Falk B. schrieb: > Ich würde vermuten, daß der Sensor bestenfalls 0,5W verträgt. D.h. beim > Minimalwert darf man max. 2V anlegen. Beim Maximalwert darf man max. > 82mA durchschicken, wenn man einen Konstantstromquelle nutzt. Ich > würde die nehmen, sagen wir mit 50mA, ggf. auch weniger. Die > Ausgangsspannung ist dann max. 73R * 50mA = 3,6V. Die kann man per OPV > x3 verstärken und hat 11V. Damit ist dein Meßbereich voll ausgenutzt. Danke für den Tipp mit dem Strom. In der Originalschaltung fließt ein Strom (je nach Füllstand) zwischen 11,2 und 13,6 mA, was wohl auch darauf schließen lässt, dass man da keine Konstantstromquelle verwendet oder ist so etwas noch in der Toleranz? Werde das mal mit dem OPV in LTSpice simulieren.
Frank K. schrieb: > Danke für den Tipp mit dem Strom. In der Originalschaltung fließt ein > Strom (je nach Füllstand) zwischen 11,2 und 13,6 mA, was wohl auch > darauf schließen lässt, dass man da keine Konstantstromquelle verwendet Man nimmt dort vermutlich einfach einen Spannungsteiler, der als Konstantstromquelle für Arme funktioniert. Bei ~12mA ist die Meßspannung halt noch kleiner hier ca. 100-900mV. Die muss man dann auf ca. 11V verstärken, Faktor 11 klingt brauchbar.
Wie wäre es, wenn man die PWM mittels Tiefpass in DC umwandelt und dann mit einem OP-Amp als Spannungsfolder belastbar macht:
1 | 24 V |
2 | o |
3 | | |
4 | |~| R2 = lästige Last |
5 | |_| aber egal |
6 | | |
7 | PWM o---[===]---+-----[Verstärker]------+ |
8 | | | |
9 | === (Anzeige) |
10 | | | |
11 | GND GND |
Wenn der Verstärker stark genug ist, kann R2 dessen Ausgangsspannung nicht mehr beeinflussen. Er wäre dann nur noch eine lästige Last ohne Auswirkung auf die Funktion.
Falk B. schrieb: > Man nimmt dort vermutlich einfach einen Spannungsteiler, Nö, normalerweise geht der Tankgeber (als Strom) an ein Kreuzspulinstrument. Die 2. Wicklung ist die Versorgungsspannung die dann herauskompensiert wird. Gruß Anja
Anja schrieb: > Falk B. schrieb: >> Man nimmt dort vermutlich einfach einen Spannungsteiler, > > Nö, > > normalerweise geht der Tankgeber (als Strom) an ein Kreuzspulinstrument. > Die 2. Wicklung ist die Versorgungsspannung die dann herauskompensiert > wird. > Ja, so kenne ich das auch noch aus meiner KfZ Studienzeit ;-) Bei meinem aktuellen Projekt kann man beobachten, dass bei eingeschalteter Zündung die/der Spannung/Strom am Tankgeber innerhalb von 10 Sekunden von 0 auf ein Maximum steigt und dann wieder innerhalb von 10 Sekunden auf 0 fällt. Dann 20 Sekunden Pause und die Messung geht wieder los. Die Tanknadel bleibt unverändert, bis man tatsächlich einen anderen Wert am Geber simuliert. Dann stellt sich die Nadel auf den neuen Wert innerhalb einer Sekunde ein. Nun suche ich nur noch einen Kfz tauglichen Messwertverstärker, welcher den niederohmigen Geberwert in eine 0-11 V Spannung umwandelt.
Frank K. schrieb: > Nun suche ich nur noch einen Kfz tauglichen Messwertverstärker, welcher > den niederohmigen Geberwert in eine 0-11 V Spannung umwandelt. MC34071 Der kommt nicht ganz auf 0 Volt runter aber ich denke er sollte trotzdem reichen.
Frank K. schrieb: > Das grundlegende Problem ist, dass sich die Tankgeometrie geändert hat. Frank K. schrieb: > Leider nicht so einfach, die ersten 8 Widerstandswerte des Füllstands > haben ein Inkrement von 3,9 Ohm, die zweiten 8 dann 4,7 Ohm. Das aus 4 > Bit heraus zu bauen dürfte schwierig werden. Oder - Moment, ich muss mir > das mal in Excel darstellen. Kann es daran liegen, das dieser Sprung / diese Nichtlinearität durch die Tankgeometrie bedingt ist?
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