Spannungsspitzen / Einbrüche mittels Komparator und ATtiny erkennen

[Torrentula]

Hallo RNler!

Nach längerer Zeit poste ich mal wieder eine Frage hier.

Es geht darum, dass ich mit Hilfe von zwei Komparatoren (im Schaltplan LM386) und einem ATtiny2313 Spanungsspitzen bzw. Spannungseinbrüche erkennen möchte. Ich habe mir gedacht, dass ich jeweils einen Komparator für Spannungsspitzen und einen für Spannungseinbrüche verwenden kann.

Der invertierende Eingang der Komparatoren (oder OPV's in diesem Fall) wird an eine geglättete PWM vom ATtiny gehängt und somit kann dan per serieller Schnittstelle die Referenzspannung für den Minimal und den Maximalwert gesetzt werden.
Die Ausgänge der Komparatoren werden jeweils an einen Interruptpin des tiny angeschlossen.

Nun habe ich zwei Probleme:

1. Ich möchte nicht nur Spannungen von bis zu 5V testen, sondern eher bis 15V sonst hat das Ding ja keinen wirklichen Nutzen für Netzteile. Welche Methode könnt ihr Vorschlagen um eine variable Referenzspannung von 0 bis 15V zu erzeugen (kann auch 1.25V sein muss also nicht ganz bis auf 0V)?

2. Die Ausgänge der Komparatoren werden ja auf die max. 15V Versorgungsspannung (vom zu testenden Netzteil) "springen", wenn die Spannung am nicht-invertierenden Eingang größer ist als die Referenzspannung. Wie kann ich diese wieder zu den 5V TTL Pegel kompatibel machen? Ein einfacher Widerstand wird da wohl nicht reichen :)
Beitet sich hier möglicherweise eine feste 15V Versorgungsspannung für die OPVs an? Welchen boost converter von 9V auf 15V könnt ihr empfehlen?


Hier mal ein Schaltplan vorab (wahrscheinlich rennen jetzt alle schreiend davon bei dieser Aufteilung):

Siehe hier (http://torrentula.to.funpic.de/wp-content/uploads/2012/04/PS-checker-attiny-3.png)

[021aet04]

Welche Spannungen hat du zur Verfügung? Wenn du die 15V nur für den Komparator/OP verwenden willst kannst du einen DCH010512D oder DCH010515D verwenden. Dieser erzeugt eine Spannung von +/-12 oder +/-15V aus 5V (galvanisch getrennt, GND musst du notfalls verbinden).

http://www.ti.com/sitesearch/docs/universalsearch.tsp?searchTerm=dch01&Submit=&linkId=1

Eine Erklärung zur Typenbezeichnung:
DCH01 => H steht dafür das dieser bis 3kV isoliert ist, 01 steht für 1W Ausgangsleistung
05 => steht für 5V Eingangsspannung
12 oder 15 => Ausgangsspannung
S oder D => Unipolarer oder Bipolarer Ausgang
Somit kommst du beim Komparator auf 0V.
Für die Referenz würde ich mit einem Pullup auf die 15V gehen. Mit einem Transistor/Fet schaltest du diesen auf GND. Ich würde nicht ein sondern 2 RC Glieder nehmen (Spannung ist gleichmäßiger)

Damit du am µC statt den 15V nur 5V hast kannst du einen Spannungsteiler verwenden.

Wenn du immer das gleiche "Spannungsfenster" haben willst könntest du einen Fensterkomparator verwenden.

MfG Hannes

[Torrentula]

Für die Referenz würde ich mit einem Pullup auf die 15V gehen. Mit einem Transistor/Fet schaltest du diesen auf GND

Danke Hannes für die Tips mit dem DCH010514D und dem Spannungsteiler, manchmal hakts an den einfachsten Dingen :)

[Torrentula]

So hier ist der Schaltplan mit den Änderungen *click* (http://torrentula.to.funpic.de/wp-content/uploads/2012/05/PS-checker-attiny-3_2.png)

Welchen P-Channel MOSFET kann ich mit den 5V ansteuern habe nämlich keine Idee welchen "standard" P-Channel es gibt, der mit TTL Pegel ansteuerbar ist :confused:

Danke!

[021aet04]

Du brauchst einen N-Kanal Fet. Ich würde einen kleinen wie z.B. BS170 o.Ä. nehmen.
Ich würde die Schaltung nicht so aufbauen wie du es gemacht hast, sondern die PWM direkt (oder über einen Widerstand bis max. 100Ohm) auf den Fet (Gate) geben. Anschließend mit 2 RC gliedern glätten. Somit hat man eine schöne Gleichspannung. Im Anhang ein Bild wie ich es machen würde. Im Plan habe ich einen Widerstand eingezeichnet, gleichzeitig habe ich eine Leitung neben den Widerstand vorbeigeführt. Dies soll verdeutlichen das du einen Widerstand einbauen kannst oder das du den Fet direkt an den Ausgang anschließen kannst.

MfG Hannes

[Besserwessi]

Wenn die zu messende Spannung größer ist kann man die einfach per Spannungsteiler runter skalieren, so dass man unter der Versorgung des µC (z.B. 5 V) ist. Es gibt auch Komparatoren die mit 5 V arbeiten. Dabei muss man auf den Gleichtaktbereich achten und ggf. weiter runter Teilen, z.B. auf 3 V, oder den Komparator mit etwas mehr als 5 V Versorgen, sofern man die zur Verfügung hat. Damit spart man sich die ganze 2. Versorgung und auch die Erzeugung der Spannung für den Vergleich geht einfacher. Einen Komparator hat der Tiny2313 übrigens schon mit drin.

[021aet04]

Der Tiny2313 hat aber nur einen Komparator eingebaut. Er will aber Über und Unterspannung erkennen. Somit braucht er 2 Komparatoren. Eine weitere Möglichkeit wäre einen anderen µC zu nehmen der einen ADC besitzt. Die Auswertung Über- bzw Unterspannung wird dann im Programm erledigt.

MfG Hannes

[Torrentula]

So hier nochmal eine (hoffentlich letzte :) ) Version des Schaltplans: Schaltplan (http://torrentula.to.funpic.de/wp-content/uploads/2012/05/PS-checker-attiny-3_3.png)

Anstatt den DCH01 zu verwenden (bekomme ich nur bei RS) habe ich mal einen MC34063 als Boost-Converter für die Versorgungs- und Referenzspannung der Komparatoren eingezeichnet. Gerechnet wurde mit 100mV ripple pp, vielleicht kommen da auch 200mV pp rum. Denkt ihr das kann man so machen oder sind die 100-200mV ripple des MC34063 im Gegensatz zu den 22mV des DCH01 eher nicht zu empfehlen?

Danke!

[Besserwessi]

Es ist eher zu empfehlen gar keinen Wandler für eine höhere Spannung einzusetzen. Der ist nicht nötig und erzeugt nur Störungen.

Die einfachere Wahl wäre es das Eingangssignal per Teiler (Widerstände+ ggf. auch Kondensatoren dazu) zu reduzieren, auf etwa 5 V. Den Komparator (z.B. LM393) kann man direkt mit den 9 V versorgen, damit sind dann Spannungen bis etwa 6 V möglich. Der Ausgang der Komparatoren ist Open Kollkektor und bekommt den Pullup Widerstand dann von den 5 V. Damit ist der Ausgang des Komparators auch gleich passsend zum µC. Für eine Ref. Spannung von 0-5 V braucht man auch die FETs nicht mehr, das geht direkt vom PWM Ausgang des µC. Nur für den Eingang des Komparators darf das auch recht hochohmig sein.

[Torrentula]

So habe den Schaltplan jetzt so angepasst, dass durch den Spannungsteiler die max. 15V auf 5V runtergeteilt werden. Allerdings verliere ich doch so auch Auflösung was das setzen der Grenzwerte betrifft, oder habe ich da einen Denkfehler?

Schaltplan (http://torrentula.to.funpic.de/wp-content/uploads/2012/05/PS-checker-attiny-4.png)

[PICture]

Hallo!


Es geht darum, dass ich mit Hilfe von zwei Komparatoren (im Schaltplan LM386) und einem ATtiny2313 Spanungsspitzen bzw. Spannungseinbrüche erkennen möchte.

Auflösung verstehe ich nur bei Messungen, sonst ändert sich natürlich Empfindlichkeit. Wenn du, laut Schaltplan, den Referenzpegel für Komperatoren verringerst, könntest du 3-fach kleinere, als ohne Teiler, Spitzen und Einbrüche der Spannung erkennen. ;)

[021aet04]

Der Plan sollte so passen. Den DCH hätte ich als Dualversion genommen (+/-15V), damit der Komparator auf 0V schalten kann. Da der LM393 einen OC-Ausgang hat (hatte nicht im DB geschaut) entfällt das natürlich. Warum sollte eigentlich die Auflösung darunter leiden? Du bekommst die Referenz sowieso nur in 256 (8Bit) oder 65536 (16Bit) Stufen. Beim Komparator ist es eigentlich egal, dieser hat eine unendliche Auflösung (da er Analog arbeitet). Wenn du die 15V nimmst und 8Bit PWM hast du ca. 58mV/PWM-Stufe. Bei 5V wären das ca. 19mV. Du musst nur den Spannungsteiler beim 2ten Snschluss des Komparators an die Quelle (5V oder 15V) anpassen.

Ich würde den 16Bit PWM nehmen.

MfG Hannes

[Torrentula]

Welcher 2te Anschluss? Meinst du einen Schalter mit dem zwischen <= 5V (ohne Spannungsteiler) und >= 15V (mit Spannungsteiler) umgeschaltet werden kann?

[Besserwessi]

Durch den Teiler verliert man etwas an Empfindlichkeit - allerdings ist das noch weniger als die Reststörungen vom PWM oder die Störungen, die die meisten der Spannungswandler verursachen.

Beim Filter für das PWM Signal sollte der 2. Widerstand, also der zwischen den beiden Kondensatoren besser noch etwas größer werden - das gibt weniger Reststörungen vom PWM Signal. Die 16 Bit PWM Ausgänge (Timer1) wären auch besser.

p.s. gerade gesehen : es sind schon die 16 Boit PWM Ausgänge genutzt.

[Torrentula]

Achso ja das hatte ich gant übersehen, weil ich mit LTspice immer mit 10µF anstatt mit 1µF simuliert hatte. Also 1k als 1. Widerstand, 10k beim 2. und die beiden Kondensatoren haben 10µF, sollte passen oder?

[021aet04]

Welche Widerstände/Kondensatoren du nimmst bzw du nehmen solltest weiß ich nicht. Bei mir ist das mehr versuchen.

Wollte nur etwas schreiben zum "2ten Anschluss". Ich habe nur geschrieben das du den Spannungsteiler R13/R14 an die Spannung des PWM Signals anpassen musst. Das hast du aber schon gemacht.

MfG Hannes

[Torrentula]

Ich würde den 16Bit PWM nehmen.

Ich kann leider keine 16bit PWM nehmen, da ich sonst nur auf ca. 122Hz komme. Eine andere Möglichkeit wäre, die Filter anzupassen aber bei 10k und 100k dauert es 6 Sekunden bis die eingestellte Spannung erreicht ist (natürlich nur am Anfang)

[021aet04]

Warum muss es eigentlich ein Attiny2313 sein? Wenn du einen anderen µC mit ADC nimmst kannst du dir das alles sparen. Es wäre einfacher zu realisieren.

Eventuell kannst du einen Kondensator paralell zum Kondensator schalten, damit du schneller auf der Spannung bist, die du benötigst (am Anfang). Wenn der Kondensator geladen ist, ist dieser hochohmig. Das wäre aber zu testen ob es so funktioniert.
Ansonsten den Filter anpassen.

Was ich auch schon gemacht habe (und es funktioniert) eine PWM mit einem NE555 erzeugen, indem du den PWM Ausgang mit 2 RC Gliedern glättest und diesen mit dem Control Eingang (Pin 5) verbindest. Zwischen RC-Glieder und NE555 muss man noch einen OP hängen (Spannungsfolger).
Das wäre aber ein zu großer Aufwand. Es ist aber möglich. Ich habe so eine PWM mit über 100kHz erzeugt (mit dem ~32kHz Signal vom PWM).

MfG Hannes

[Besserwessi]

Mit dem 16 Bit timer kann man auch etwas weniger als 16 Bit Auflösung nutzen (z.B. 12 Bit oder 14 Bit) das ist dann schon deutlich schneller aber trotzdem noch besser als 8 Bit PWM.
Eine andere Möglichkeit für mehr Auflösung aus dem PWM Signal wäre eine halb Softwarelösung: Etwa 8 Bit als normales PWM, und dann in der ISR das unterste Bit Modulieren - nicht unbedingt als PWM mit relativ langem Zyklus, sondern mehr wie beim Sigma-Delta Wandler. Die gesamt Frequenz bleibt dabei zwar bei 120 Hz für 16 Bit Auflösung, aber Amplitude bei der niedrigen Frequenz ist viel niedriger. Die meiste Energie ist bei der 256 fachen Frequenz und wird damit sehr gut vom Filter unterdrückt. Der Nachteil ist dabei natürlich, dass der µC schon relativ stark (vielleicht 1/8-1/2 der Zeit) beschäftigt ist.

Bei einfachen passiven Filter sollten die beiden RC Zeitkonstanten schon etwa gleich sein, die Widerstände aber etwa 1:10 gestuft und damit auch die Kondensatoren. Also z.B. 1 K und 10 µF für die erste Stufe und dann 10 K und 1 µF dahinter.