Schrittmotor Versorgungsspannung glätten

[Smu]

Hallo liebe RN-Gemeinde,

folgendes Problem: Ich würde gerne einen Schrittmotor und ein 12V TFT Display an einem gemeinsamen Bleiakku betreiben. Das Display hat einen analogen composite Video Eingang. Sobald ich jetzt den Schrittmotor anwerfe, gibt es eine Störung im Bild. Die Bildstörung nimmt ab, je höher die Stepperfrequenz wird. Wenn ich allerdings für das Display einen zweiten Bleiakku benutze, funktioniert das Ganze störungsfrei.

Ich vermute es liegt daran, dass der Schrittmotor eben impulsartig Strom zieht. Dadurch kommt es ja auch zu Spannungsschwankungen am Akku, die sich dann irgendwie negativ auf das Videosignal auswirken. Doch wie bekomme ich diese Schwankungen geglättet?

Der eine Pol des Videosignals liegt auf Masse und somit ist das Videosignal zwangsweise mit dem Rest der Schaltung gekoppelt. Ich kann mir das Problem eigentlich nur so erklären, dass es da irgendwelche Unregelmäßigkeiten im Masselayer gibt.

Ich habe schon viel ausprobiert.... mit verschiedenen Kondensatoren rumexperimientiert, hat leider nichts geholfen. Selbst wenn ich mit einem Festspannungsregler die Versorgungsspannung des Displays einigermaßen konstant halte, tritt die Störung auf.

Habt ihr ne Idee wo die Ursache für die Bildstörung liegen könnte? Was könnte ich noch probieren? Kann auch sein, dass ich völlig auf dem falschen Dampfer bin und der Fehler ganz woanders liegt....

Ich verwende übrigens den Toshiba TA8435HQ als Motortreiber im Achtelschrittbetrieb. Am Eingang für die Motorspannung hängt ein 470uF Elko (etwa 15mm Leiterbahn-Entfernung, ich hoffe, das ist nicht zu weit weg). Genaue Angaben, was man da hinhängen soll, machen sie ja im Datenblatt nicht....

Grüße
Samuel

[PICture]

Hallo Smu!

Um eine Störung erfolgreich zu beseitigen, muss man den Weg dessen Übertragung experimentiell rausfinden, da es rein theoretisch nicht möglich ist (Massenführung, Magnetfeld des Motors, usw.). Dafür ist ein Oszilloskop äusserst nutzlich. Ich habe die Signale in deiner Schaltung nicht gesehen und deswegen kann ich nur allgemain beantworten.

Wenn du sicher bist, dass die Störungen von der Versorgungspannung stammen, würde ich mit einem Tiefpass (RC bzw. LC) die Spannung für den Zweig, der weniger Strom braucht, filtern.

MfG

[molleonair]

Häng doch mal Dioden in die Plus Zuleitungen dann kann die Induktionsspannung des Motors weniger Spikes auf den Pluspol des Monitors übertragen.

[PICture]

Die Idee von molleonair finde ich sehr gut. Vieleicht reicht nur eine Diode plus Elko von + Akku zum + des Displays.

MfG

[molleonair]

zum Display wird wenig sinn machen,da die Spikes durch die Diode immer noch zum Display wandern.
Die die Diode gehört vor die Schrittmotorkarte.

[PICture]

Na ja ich bin eher ein Praktiker und habe vor allem an negative Spikes gedacht. Man müsste eben ausprobieren, was am besten ist. :)

[molleonair]

als Praktiker hättest du aber eigentlich mehr Positive Spikes haben müssen denn die sind wesentlich häufiger anzutreffen (Induktivität)
Aber probiers halt aus ...

[Achim S.]

Hallo Freunde
bei diesem Prpblem gigt es mehrere Sachen zu beachten. Bei einer gemeinsamen Betriebsspannung von 12V und einer Quelle kann es durchaus vorkommen das sich beide beinflussen. Ein Spannungsstabi ist nicht. Dieser braucht einen bestimmten Regelfaktor bzw einige Volt zum regeln. Diese fehlen dann in der Betriebspannung. Es werden wahrscheinlich spikes auf der Leitung auftreten. Spikes sind an dieser Stelle hochfrequente Schwingungen bzw ein znd ausschaltvögänge. Dies am besten mit einem Tiefpass bekämpfen. Also eine UKW Drossel in beide Leitungen also plus und minus und dann noch ein paar C so zwischen 10pF und 1nF vielleicht sogar doppelt geschirmt. Damit sollte es dann klappen
Achim

[Smu]

Erstmal vielen Dank für die Tipps.

Leider besitze ich kein Oszi.... ich hoffe das Problem lässt sich doch irgendwie ohne lösen.

Dioden habe ich jetzt mal an allen möglichen Stellen ausprobiert - hat leider nichts gebracht.

@Achim: Könntest du mir das mit dem Tiefpass evtl. noch ein bisschen erläutern? Wo genau meinst du soll ich den schalten? Und wie berechne ich die benötigte Induktivität und Kapazität?

Kann man den Tiefpass nicht auch irgendwie mit nem RC-Glied lösen (hab grad keine Spule da...)?

[PICture]

Hallo!

Hoffentlich hast du einen Multimeter, mit dem du Strom messen kannst. Dann musst du den Strom von Display messen und den Widerstand (R) so wählen, dass bei dem Spannungsabfal an ihn das Display noch einwandfrei arbeitet. Danach kannst du experimentiell rausfinden was für ein Kondensator (C1) nötig ist, um die Störungen zu eliminieren. Es kann auch nötig sein, das es ein Elko (C2) seien muss. Dann wäre ein vielschicht Keramikkondensator (C1) paralell zum Elko (C2) notwendig. Ich habe das im Code skizziert.

MfG

R
___
+-|___|-+----+---> Display
| | |
+ | | |+
Akku - C1 --- === C2
--- --- /-\
- | | |
| | |
=== === ===
GND GND GND

[Smu]

Jo klar, Multimeter hab ich. Das Display zieht 300 mA. Bei R = 5 Ohm läuft das Display noch. Hab dann mit 3.3nF, 100nF, und 470uF rumexperimentiert und alle möglichen Kombinationen ausprobiert... hat sich leider überhaupt nichts geändert am Signal.

Daraufhin habe ich den Tiefpass statt an die Display-Versorgungsspannung ans Videosignal gehängt und mit verschiedenen Widerstands- und Kapazitätswerten hantiert. Zwar konnte ich so die Störung ein kleines Bisschen reduzieren, allerdings hat sich damit auch die Bildqualität verschlechtert (sprich eine andere Störung ist aufgetreten ^^). Das kann doch nicht sein, dass die Störung das Videosignal derart überlagert, dass sie nicht rauszufiltern ist...

Leider hab ich auch keine Ahnung mit welcher Frequenz dieses Videosignal arbeitet... das ist ja wahrscheinlich noch nicht mal ein Sinus sondern komplexer. @Achim: Warum nimmst du an, dass die Störung im UKW-Bereich liegt?

Evtl. kann ich mal ein Bild von der Störung posten, vielleicht hat jemand eine derartige Überlagerung schon einmal gesehen....

Ansonsten bin ich für den Moment erst mal ratlos :(

[PICture]

Das bedeutet, dass die Störung sich nicht durch die Versorgungspannung überträgt, was du in deinem erstem Beitrag so stark sugeriert hast.

Jede Störung lässt sich nur dann beseitigen, wenn man genau den Übertragungsweg kennt. Möglicheweise hilft eine totale Abschirmung des Displays, da die CMOS Bauteite sehr hochen Eingangswiderstand haben und jede Leitung als "Antenne" wirken kann.

MfG

[Besserwessi]

Wenn die Störungen erst mal im Videosignal drin sind kann man da schwer was rausfiltern, denn das Videosignal ist recht Breitbandig (DC oder ca.50 Hz bis ca. 5...20 MHz). Da werden die meisten Störungen vom Schrittmotor (vermutlich 10...100 kHz, ggf. noch ca. 100 Hz) genau drin sein.

Man muß aufpassen wo die Ströme, besonders auch in der Masseleitung fließen. Da wo die Motorströme fließen, darf die Masse für das Videosignal nicht langgehen. Dabei muß man aber sehen, das die Störungen ja auch Ströme durch die Kondensatoren an der Versorgungsspannung erzeugen können. Es ist also auch schon wichtig wo die Masse der Kondesatoren angeschlossen ist.

Wenn der Filter beim Videosignal was hilft, sprocht das schon mal dafürm das es nur die Einkopplung auf das Eingangssignal ist.

[Smu]

Hmmm.... echt verflixt das Ganze.

Also der Übertragungsweg über die Luft scheidet aus. Hab Schrittmotorsteuerung und Display jeweils an einen eigenen Akku gehängt, wodurch die Störung ja behoben ist. Sobald ich aber jetzt die Massepole der beiden Akkus verbinde tritt die Bildstörung auf. Übertragungsweg kann also nur die Masseleitung sein.

Die Motorströme fließen im Prinzip nicht da, wo die Masse für das Videosignal langgeht, da ich beides direkt am Akku abgreife. Gibt's da denn keine Möglichkeit, das Massesignal für den Motor von der Masse des Displays zu entkoppeln oder die Masse irgendwie zu glätten?

So ganz verstehe ich auch nicht, warum der Spannungsregler nicht hilft, auch wenn ich als Versorgungsspannung 24 V nehmen, was ja genug für den Regler sein dürfte. Wenn ich die Spannung ohne Spannungsregler messe, sackt sie beim Einschalten des Motors um etwa 0,05 V ab.... mit Regler passiert das nicht. D.h. der Regler regelt zwar brav, aber bekommt die Störung trotzdem nicht raus. Ist er zu langsam? Spricht das doch dafür, dass es sich hierbei um eine hochfrequente Störung handelt (deutlich höher als die Motorfrequenz)?

[PICture]

Hallo Smu!

Dann ist es eindeutig die Masse für Übertragung der Störungen verantwortlich. Sind die Massen vom Motor und Display wirklich an dem Punkt zusammenverbunden, wo auch die Massen von den beiden Akkus verbunden sind ?

Das ganze scheint für mich unmöglich, dass mit zwei getrennten und richtig zusammenverbundenen Akkus Störungen gibt.

MfG

[Smu]

Ja, die Störung wird auch übertragen wenn ich alle vier Masseleitungen (Akku 1, Akku 2, Display, Motor) in einem Punkt sammle....

[PICture]

Dann bleibt dir nichts mehr übrig als zwei Akkus zu benutzen. Du kannst weiter experimentieren, dabei aber leider nur auf glücklichen Zufall zählen... :)

Mir fällt nur noch eine Methode ein: Mit dickem Stück Draht die Massen an verschidenen Stellen kurzschliessen und beim Erfolg den Draht dort festanlöten. Es scheint sinnlos zu sein, habe ich aber auch schon mehrmals erfolgreich gemacht z.B. um Brumm in gekauftem Audioverstärker zu beseitigen, was sogar mit einem Oszilloskop unmöglich war.

Manchmal waren es mehrere Drahten, weil jeder hat die Störrug nur verrigert. Mit jedem weiterem Draht war die Störung kleiner bis zum Verschwinden. Man muss es so lange machen, bis man zufrieden ist.

MfG

[Achim S.]

Hallo Freunde
nun bleibt mal ruhig, werde versuchen auf alle Fragen einzugehen. Fangen wir erst mal mit UKW an. Sehr viele schaltregler usw, arbeiten mit einer bestimmten schaltfrequenz. es ist leichter und auch beser digital zu beeinflussen wenn ich mit rechtecksignalen arbeite. das heisst der regler zb. für drehzahl schaltet kurz ein und aus. technisch betrachte das pwm (Pulsweitenmodulation). je kleiner die drehzahl ist des to kürzer sind die schaltzeiten wenn die zeiten länger werden sind die Impulse breiter. das Problem liegt in den schaltzeiten. je steiler die schaltflanken sind des to höher sind die Freuquenzen. es gibt also keinen richtigen rechteck sondern nur eine unendlicje folge von sehr hohen (Sinus) Frequenzen. Diese Schaltflanken können je nach Leistung und Regler Typ einige MHz annehmen, daher Auch UKW Drossel. Dies sollen doch auch bei anderen Motortypen drin sein. Aufbau von solchen Teilen ist einfach. Widerstand bzw Ferrit Stab in Baoform Widerstand ist mit draht umwickelt. Dadurch lassen sie DC ohne Probleme durch und sind ein sehr hoher R für Frequenzen. Dies Teil muss je in Masse und Plus geschaltet werden. Mit einegen C kann die Frequenz dazwischen gefiltert weren. Zum TV. Bei einer Übertrag zb. auf Scart wird eine Bild übertragen. diese Besteht aus einer Unendlichen Anzahl von Frequenzen die in einem bestimmten System übertragen werden zb. FBAS. Jeder Spike oder Störfrequenz liegt irgendwo mit drin und verursacht streiefn und Störungen im Bild. Sind diese dinger erst mal drin bekommt man sie so gut wie nicht raus. Hilft also nur Massnahmen vorher. also die Betriebsspannung richtig verdrosseln. der Einzige gemeinsame Punkt für alles ist die Masse. muss die Masse also auch gründlich schützen. bei einem Fest IC wird die Mase nicht geregelt oder geschützt. dadurch gelangen die Impulse über jeden cm Leitung irgendwo hin. Jetzt kommen wir langsam in andere Regionen. werde an dieser Stelle erst mal abbrechen. wenn weitere Fragen kann ich weitermachen. Dies ist aber der weg . es gibt keine andere Lösung
Achim

[Smu]

Vielen Dank für deine Erläuterungen, Achim. Das ist alles sehr einleuchtend und weckt Hoffnung ;)

Jetzt muss ich mir nur noch zwei Drosseln zulegen. Wieviel uH würdest du denn empfehlen oder ist das relativ unkritisch? Motortreiber ist ja wie gesagt der Toshiba 8435H im Achtelschritt-Betrieb. Der Motor frisst ca. 300 mA.

Hatte an sowas hier gedacht: http://de.rs-online.com/web/search/searchBrowseAction.html?method=getProduct&R=2131881

Und wie rechne ich C dann aus, hängt das von der Störfequenz ab? Oder einfach ausprobieren? Hab momentan nur 3,3nF und 100nF da.... was würdest du da noch mitbestellen?

[Besserwessi]

Das Display und der Motortreiber bekommen die daten bzw. Befehle ja irgendwo her. Könnte es sein, das darüber eine weitere Verbindung der Masse entsteht, bzw. Störungen in die Masse eingekoppelt wird.
Wenn in der Schaltung (z.B. Video Eingang) Kondensatoren sind für die Entkopplung der Versorgungssspannung, werden da Störungen aus der Versorgungsspannung mit ein die Masse Eingekoppelt. Dagegen sollte man schon vor der eigentlichen Schaltung die Versorgungsspannung für das Dispaly per LC filter Entspören. Der Kondensator muß dann direkt an den einen gemeinsamen Massepunkt. Ein ähnlicher Filter auf der Motorseite kann dafür sorgen das weniger Störungen zum Akku kommen.

Ohne Oszilloskop, oder wenigstens ein Bild der Störungen ist es aber schwer zu sagen in welchem Frequenzbereich die sind. Der UKW Bereich scheint da eher unwahrscheinlich, eher schon Frequenzen um 1 MHz.

Im datenblatt zum Motorteiber werden externe Shottky-dioden als Freilaufdioden empfohlen, sind die dran und auch richtig angeschclossen ?

[Smu]

Ja, die Freilaufdioden sind alle korrekt angeschlossen.

Das Display bekommt sein Signal von einem Camcorder. Aber auch wenn ich eine andere Videoquelle anhänge... die Störung bleibt die gleiche... vom Gerät kommt das bestimmt nicht. Der Motortreiber bekommt sein Signal von einem Atmel Mega8....

Hab mal ein Bild von der Störung drangehängt. Das Display ist nicht aus, sondern das Videobild ist einfach schwarz (geschlossene Kameralinse ;).

[PICture]

Hallo Smu!

Bevor ich das Bild beurteilen könnte, möchte ich zuerst das gleiche Bild sehen, was du als gut bezeichnest. Es sind sicher die Synchroimpulse gestört und das schwarze Bild kann man deswegen nicht bewerten.

MfG