Hallo Zusammen! Ich bin auf der Suche nach einer Lösung um mit ein paar wenigen Komponenten ein 5kHz PWM Signal welches mittels open Collector Signals erzeugt wird in ein 0-10V DC Signal zu wandeln. Das PWM Signal kommt aus einer CNC Steuerung und das "Gegenstück" zum Open Collector Ausgang ist eine 24V Spannung. Das DC Ausgangssignal sollte einen Frequenzumrichter ansteuern. Zum Eingang des Frequenzumrichters habe ich leider keine zusätzlichen Infos wie Stromverbrauch oder ähnliches. Es handelt sich um einen Klinger Born PI8100 mit 2.2kW. Ein Datenblatt habe ich falls erwünscht. Aber der FU würde ein Versorgung von 10V für eine solche Steurung bieten (damit man die ansonsten zur Verfügung stehenden 24V nicht mit Spannungsteiler oder etc. begrenzen müsste). Kurzum habe ich schon einiges versucht (wer will kann gerne unten weiterlesen) aber ich möchte meine "Versuchsschaltungen" gar nicht erst hochladen, da ich denke, dass ich grundsätzlich auf dem Holzweg bin... Ich suche also eher nach einer "Best Practice" Lösung die mit wenigen einfachen Bauteilen zu schaffen sein müsste, als nach Verbesserungsvorschlägen für meinen Murks :) Für alle die am Werdegang interessiert sind: Ich habe es bereit mit Optokoppler und dahinter geschaltetem RC Tiefpass versucht. Dabei habe ich von einem 2 bis 47µF Kondensator schon einiges probiert und mit einem 100kOhm Poti "stufenlos" verschiedene Werte versucht. 5kOhm waren mein erster Versuch. Ich habe aber nach langem Probieren festgestellt dass der Optokoppler nicht das passende "Ansprechverhalten" hat, denn er schaltet zu träge ab und liefert zum einen über den gesamten PWM Verlauf einen höheren Ausgang (zB 30% Duty Cycle aber 50% Spannung am Ausgang). Gleichzeitig schafft aber meine Schaltung es nicht ansatzweise bei 100% Duty Cycle die 10V zu liefern. Bei etwa 7V ist stets Schluss. Ich habe es dann mit einem Arduino der mir ein vergleichbares PWM Signal bei ~4kHz und einem NPN Transistor (muss später natürlich ein PNP werden mit meinem open Collector Ausgang an der CNC Platine) aber ich wollte es einmal einfach halten. Der hat natürlich ein viel besseres Ansprechverhalten als der Optokoppler. Mein Problem ist nun aber, da der Eingang am FU keine "Last" hat, sich der Kondensator bis zur Versorgungsspannung auflädt. Nun habe ich einen 47kOhm Widerstand vom Tiefpass als Pull-Down auf Masse gelegt, aber da fließt natürlich dauerhaft Strom weg und ich erreiche nicht mehr die vollen 5V Versorgungspannung meiner Arduino Schaltung. Ich würde mich sehr über Hilfe freuen. Ich denke ich habe etwas an Grundverständnis, aber da hört es dann schon auf. Danke schon mal vorab!
Erstmal brauchst du dein PWM Signal von einer Push-Pull Stufe. Also schaltest du hinter deinen Open-Kollektor Ausgang einen Pull-Up Widerstand und einen digitalen Buffer. Dahinter kommt ein Tiefpass mit einer Grenzfrequenz weit unterhalb von 5 kHz. 10kΩ und 1µF wären ein guter Anfang. Dahinter kommt ein Operationsverstärker, damit die Spannung unabhängig vom Laststrom ist. Der kann die Spannung auch gleich von 5V auf 10V verdoppeln. Bedenke, dass nicht alle Operationsverstärker rail-2-rail Eingänge und Ausgänge haben. Eine Versorgungsspannung von +/- 15V macht die Sache einfacher.
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Hallo Steve! Danke schon mal für die Antwort! Leider ist mir das stellenweise etwas zu schnell. Ich hab mal ein Schaltbild gezeichnet und hier meine Fragen/ Antworten: Steve van de Grens schrieb: > Erstmal brauchst du dein PWM Signal von einer Push-Pull Stufe. Also > schaltest du hinter deinen Open-Kollektor Ausgang einen Pull-Up > Widerstand und einen digitalen Buffer. Das mit Push-Pull ist mir noch klar. Hier ist mir noch eingefallen dass ich da max 100mA schalten darf. Sollte kein Problem sein, aber der vollständigkeit halber... Aber das mit dem Puffer ist mir noch nicht klar. Ich kannte das bis dato nicht aber ich denke mal der sollte das Signal dann "wideraufbereiten"? Kannst du mir einen passenden Chip sagen damit ich mir das Datenblatt ansehen kann und das mal in die Schaltung einbinde? Steve van de Grens schrieb: > Dahinter kommt ein Tiefpass mit einer Grenzfrequenz weit unterhalb von 5 > kHz. 10kΩ und 1µF wären ein guter Anfang. Das ist mir denke ich klar (siehe Bild). Steve van de Grens schrieb: > Dahinter kommt ein Operationsverstärker, damit die Spannung unabhängig > vom Laststrom ist. Der kann die Spannung auch gleich von 5V auf 10V > verdoppeln. > > Bedenke, dass nicht alle Operationsverstärker rail-2-rail Eingänge und > Ausgänge haben. Eine Versorgungsspannung von +/- 15V macht die Sache > einfacher. Das mit dem OPV ist mir grundsätzlich klar, aber auch hier wäre eine Type hilfreich, dann kann ich mich in das Datenblatt einlesen. Am liebsten wäre es mir gewesen die beiden Seiten galvanisch getrennt zu haben (Optokoppler) und auf einer Seite mit den 10V vom FU zu arbeiten. Die 24V von der CNC Steuerung zu nehmen und die beiden GND zu verbinden geht auch noch, aber +-15V möchte ich ehrlich gesagt nicht generieren müssen.
Daniel K. schrieb: > Am liebsten wäre es mir gewesen die beiden Seiten galvanisch getrennt zu > haben (Optokoppler) Dann solltest du das Digitalsignal, gleich aus den open collector Ausgang, per Optokoppler trennen. Der hat dann wieder einen open collector Ausgang :-)
1 | +10V +10V |
2 | +24V | | |
3 | | 4k7 | |
4 | 2k2: | | LMC6482 |
5 | _|_ +----|+\ +--100k--+----|+\ |
6 | \_/ | | >--+ | | >--+-- 0-10V |
7 | | |< +-|-/ | 1uF +-|-/ | |
8 | OC --+ |E | | | | | |
9 | GND +-------+ GND +-------+ |
Zuerst würde ich sowas einfaches versuchen, bevor ich gleich eine Schaltung mit Buffer und OPAMP aufbaue:
1 | .-----------------------< 10V Speisung |
2 | | |
3 | | |4.7k |
4 | | |
5 | SPS PWM >----+-----[100k]---+--------> FU AnalogIn |
6 | | |
7 | SPS GND >--. === 1uF |
8 | | | |
9 | '----------------+--------< FU GND |
Wenn der FU Eingang genügend hochohmig ist sollte das doch auch funktionieren.
von Daniel K. schrieb: >schafft aber meine >Schaltung es nicht ansatzweise bei 100% Duty Cycle die 10V zu liefern. >Bei etwa 7V ist stets Schluss. 100% Duty Cycle ist ja reine Gleichspannung, wenn bei 10V Betriebsspannung dann nur 7V rauskommt, bedeutet daß dann, daß die Quelle kein idealer Schalter ist. Ein OPV kann bei 10V Betriebsspannung keine 10V am Ausgang ausgeben. Das schaft kein OPV, bis an die Betriebsspannung herann auszugeben, da ist die 7V ganz normal. Erhöhe die Betriebsspannung des OPV.
Du hast eine PWM von 5khz und willst die mit potentialtrennen. Wie du schon gemerkt hat gibt es da schnell ungenauigkeiten durch den Optokoppler. Wir wissen jetzt leider nicht welche Ansprueche du an die Aufloesung deiner Analogspannung stellst, also wieviel Bit hat deine PWM? Generell sollte du aber davon ausgehen das du mindestens 50khz durch deinen Optokoppler bekommen musst. Vielleicht sogar 500khz damit die Flanken und ihre Position stimmt. Damit bist du in Bereichen wo es viel klueger ist digitale Koppler zu verwenden. z.B Analog: Adum Denn wenn du nur eine schlappe Flanke hast und die mit einem Gatter aufbereitest dann kann es dir passieren das am Ausgang deine Ausgangspannung einen boesen Temperaturfehler bekommst. Es ist wichtig zu wissen welche Aufloesung du brauchst und auch wie schnell sich die Analogspannung aendern muss. Ein einfacher RC-Filter ist da ziemlich schlecht. Da du sowieso noch einen OPV am Ausgang brauchst empfiehlt es sich da mit Filtern hoeherer Ordnung zu arbeiten. Wie schon bemerkt wurde brauchst du am Ausgang einen R2R OPV. Denkbar waere da vielleicht TLV2231. Das ist jetzt der einzige der mir so eingefallen ist. R2R und mindestens 10V Betriebsspannung ist eher exotisch weil moderne OPVs auch in modernen Prozessen gefertigt werden und die koennen dann keine hohen Spannungen mehr. Vanye
Vanye R. schrieb: > R2R und mindestens 10V Betriebsspannung ist eher exotisch weil moderne > OPVs auch in modernen Prozessen gefertigt werden und die koennen dann > keine hohen Spannungen mehr. Auch in modernen Prozessen kann man gröbere Strukturen ätzen, und so viel teurer sind z.B. die OPA990/OPA991/OPA992 mit 40 V dann auch nicht.
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Daniel K. schrieb: > Ich hab mal ein Schaltbild gezeichnet Ja genau so hatte ich das gemeint. Bei deinem Verstärker fehlt die Gegenkoppelung zur Einstellung des Verstärkungsfaktors. Ich nehme an, das kommt daher, dass du den Verstärker vereinfacht darstellen wolltest. > Aber das mit dem Puffer ist mir noch nicht klar. Ich kannte das bis dato > nicht aber ich denke mal der sollte das Signal dann "wideraufbereiten"? > Kannst du mir einen passenden Chip sagen. Dazu taugt eigentlich jedes Logikgatter, das dein Signal 1:1 durch reicht. Zum Beispiel zwei Inverter hintereinander, oder ein nicht-inverter (buffer genannt). Ein Klassiker wäre der CD4050B. > Das mit dem OPV ist mir grundsätzlich klar, aber auch hier wäre eine > Type hilfreich, dann kann ich mich in das Datenblatt einlesen. Zum Beispiel kannst du den TS912 nehmen, der kann Rail-to-Rail, braucht also keine negative Versorgungsspannung. > Am liebsten wäre es mir gewesen die beiden Seiten galvanisch getrennt zu > haben (Optokoppler) Das kannst du ganz vorne vor dem Buffer machen. Tipp: Der TS912 enthält zwei Operationsverstärker. Einen davon kannst du als Buffer verwenden.
Man kann den OpAmp auch gleich integrieren lassen. Ist dann ein aktiver Tiefpass. Dazu legt man in den Gegenkopplungszweig einen C und R parallel. Mit ein wenig rumprobieren und/oder simulieren kommt man schnell auf einen kompakten Entwurf, der auch gleich die Verstärkung übernimmt. Speisung holste dir am besten aus der SPS (oder aus dem FU, wenn der sowas zur Verfügung stellt).
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Das Thema D/A-Wandlung mittels PWM wird auch hier https://www.mikrocontroller.net/articles/Pulsweitenmodulation#DA-Wandlung_mit_PWM kurz beschrieben. Der dort als integrierte Lösung genannte LTC2644 wurde weiter oben auch schon genannt. Siehe dazu auch die AN https://www.analog.com/media/en/reference-design-documentation/design-notes/dn538f.pdf Wie hoch der Ripple mit einfachem Tiefpass sein kann zeigt z.B. die AN https://ww1.microchip.com/downloads/en/Appnotes/90003250A.pdf
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Alexander S. schrieb: > Der dort als integrierte Lösung genannte LTC2644 wurde weiter oben auch > schon genannt Vor allem adressiert der passgenau die Aufgabenstellung Daniel K. schrieb: > mit ein paar wenigen > Komponenten ein 5kHz PWM Signal welches mittels open Collector Signals > erzeugt wird in ein 0-10V DC Signal zu wandeln. in bestmöglicher Qualität und gerade nicht mit den Verlusten und Makeln einer primitiven R/C PWM Konvertierung.
Hallo zusammen! Erstmals frohe Weihnachten miteinander! Mit so vielen fachlichen Antworten hab ich nicht gerechnet! Bezüglich der Anforderung an die Auflösung der Schaltung: Die ist relativ gering. Ich möchte lediglich die Drehzahl der Spindel steuern. Ich denke das PWM Signal wird schon seine 9 oder 10 bit haben aber das ist überflüssig. Die Spindel ist auf 22.000 U/min begrenzt und mit dem Override des Handrads kann ich in 1% Schritten höher und niedriger drehen und das ist völlig ausreichend. Also +- 200 U/min sind mir komplett egal. Realistisch gesehen gibt es da 20 andere Paramater mit denen man mehr rausholen kann als dass es an der Genauigkeit der Drehzahl scheitert. Falls das Kennfeld nicht perfekt linear ist ist mir das auch noch relativ egal da ich mittels Lookup Table den PWM Verlauf an gemessene Werte anpassen kann. Aber eine hohe Ungenauigkeit wegen Temperaturschwankungen, wie es angemerkt wurde, will ich eher nicht haben. Mir ist auch noch aufgefallen dass ich am FU ohnehin auch 24V hätte. Also schließt sich die höhere Versorgungsspannung und galv. Trennung nicht aus, aber Optokoppler hat eher nicht funktioniert, kann aber auch an der Type oder mir liegen... war ein PC817 den ich rumliegen hatte. Grundsätzlich hatte ich nach einer einfachen Schaltung wie der von Andiy gesucht, aber es wird ja dann immer doch etwas komplexer als anfangs gedacht :) Hier sehe ich schon das erste Problem dass mit steigendem PWM Duty Cycle die Ausgangsspannung sinkt - keine Ahnung ob ich das in der CNC oder FU Steuerung invertieren kann. Ich werde mich mal hinsetzen und eine Schaltung aufzeichnen und würde mich freuen wenn ich nochmals Feedback bekomme. Dann würde ich die Komponenten bestellen und hoffe dann "Im Tun" auch noch auf Unterstützung :D
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20231224_141236.jpg
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Daniel K. schrieb: > Mir ist auch noch aufgefallen dass ich am FU ohnehin auch 24V hätte. Dann klappt es evtl. auch mit zwei Transistoren. Der erste Transistor BC327 (PNP) arbeitet als Inverter, damit das Signal phasenrichtig an den FU weitergegeben wird und der zweite Transistor BC337 (NPN) arbeitet als Impedanzwandler. Bei einer Versorgungsspannung von 24V muss am Ausgang sogar noch ein Spannungsteiler vorgesehen werden um auf 0 bis ca. 10V zu kommen.
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