Beschreibung des Stromverstärkers anhand des aktuellen Schaltplans
Voraussetzungen:
Der PWM- Modulator arbeitet mit einer Periode von 120 us.
Der Einstellbereich soll von 1% bis 99% gehen, die kürzeste Pulsdauer ist dabei 1,2 us.
Für die PWM soll ein DC- Mittelwert erzeugt werden, der vom AD- Wandler ausgewertet wird.
Das Stromsignal wird mit dem Shunt von 0,005 Ohm erzeugt.
Bei 20A haben wir daran 0,1 V.
Durch den Tiefpass von der Größe einer Periodendauer (100us mit R12 (1K) /C6 (100n)) wird das Signal von Spannungsspitzen befreit. Es entsteht eine genaue Mittelwertbildung mit ca. 5% Brummanteil.
Um eine hohe Genauigkeit zu erzielen, soll der Messbereich des AD-Wandlers gut genutzt werden.
Mit einer Verstärkung von 20 erreichen wir 2V bei 20A.
Der LM358 kann ab 0V Eingangsspannung verstärken, der Spannungshub am Ausgang beträgt ca. VB-1V, bei 5V Betriebsspannung also maximal 4V. Mit einer Verstärkung von ca. 20 haben wir 2V für 20A.
Also steht das Poti auf ca. 20 kOhm. (Eingestellt mit R23/C11).
Mit 100nF (C11) ist die Zeitkonstante R23/C11 2ms für Stromimpulse von max.0,12ms. Die Mittelwertbildung also >12fach. Dabei hat der Gleichspannungswert einen Brummanteil von ca. 1%.
Dieser Wert ist für einen AD-Wandler im AVR sehr gut geeignet und der Zeitverzug von 2ms für eine Regelung nicht störend.
Der nachfolgende OP ist durch die Diode am Ausgang zum Komparator mit Open Collector ausgeführt:
An Pin 3 steht im H-Status die Refenzspannung von ca. 4V an.
Übersteigt der Pegel an Pin 2 die Referenz an Pin 3, schaltet der Ausgang SD/ auf Low. Die Pulse werden gesperrt und durch den Hysteresewiderstand R18 hat die Refernz im L-Status nur noch 0,5V. Erst wenn an Pin 2 0,5V (entsprechend 5A) unterschritten werden, wird die PWM über SD/ = High wieder freigegeben.
Diesen Teil habe ich mit LTSpice (SwitcherCad) simuliert und die Screenshots beigefügt:
bild 1 links zeigt die ideale Spannung am Shunt,
Bild 1 rechts zum Vergleich mit einem realen Shunt, die rote Kurve ist die reale Spannung am Shunt. Diese muss so gefiltert werden, das alle Störnadeln verschwinden und der Mittelwert nicht verfälscht wird.
Bild 2 zeigt die Signale an der kompletten Auswerteschaltung
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