Problem: PWM-Signal-Spannungen messen (12V/-12V)

Hallo Leute,
ein kleiner Teil meiner Bachelorarbeit befasst sich mit der Messung eines PWM-Signals.
Das PWM-Signal wechselt je nach Fahrzeugstatus.

Fahrzeugstatus A: 12V /-12V
Fahrzeugstatus B: 9V / -12V
Fahrzeugstatus C: 6V / -12V
Fahrzeugstatus D: 3V / -12V

PWM-Signal-Frequenz: 1kHz

Die positive Signal-Spannung ,ich nenne sie mal obere PWM-Signal-Spannung, messe ich ganz einfach über einen Spannungsteiler. Das funktioniert soweit. Jedoch bekomme ich leider nicht die negative Signal-Spannung, ich nenne sie mal untere PWM-Signal-Spannung.
Meine Idee war, einfach für beide einen Spannungsteiler zu verwenden und jeweils eine Gleichrichterdiode in den Pfad zu schalten. Einmal in Durchlassrichtung für die positiven Spannungen und einmal in Sperrrichtung für die negativen Spannungen.

Im Anhang findet ihr eine kleine schnelle Skizze zur Messung.

Liegt es evtl. an der hohen Frequenz?

Würde mich über eure Lösungsansätze freuen.

mit freundlichen Grüßen

Gerrit

Wenn du nur den Duty cicle brauchst, reicht doch eine Diode, dass statt -12V nix durchkommt. Und das andere mit Spannungsteiler, wie du es hast.

Und entsprechend deinem Schaltbild läuft es Gefahr den Arduino zu killen. Die -Spannung gelangt ja über eine der beiden Dioden an den Eingang und das mag dieser nicht.

@ElEspanol : Naja der Duty Cycle ist ja der Tastgrad, also -> Impulsdauer/Periodendauer -> Hilft mir jedoch nicht bei der Messung der negativen Spannung.

@HotSystems: Dann könnte ich ja einfach bei dem Pfad der negativen Spannung GND und A3 umtauschen. dann misst er es wie eine positive Spannung und ich müsste nur ein "Minus-Zeichen vorsetzen".

oder liege ich da irgendwie falsch?

mit freundlichen Grüßen

Gerrit

Hi

Da Du GND mit -12V verbindest, wird die negative Spannung mit ziemlich genau 0V zu messen sein.
Allerdings wackeln die 0V und die +9/+12V ebenso - denke, Das willst Du so nicht.

Man sollte die Spannung per OpAmp ‘umdrehen’ können - 0V wird zu GND und Du hättest zwei positive Spannungen, Denen Du per Spannungsteiler zu Leibe rücken könntest.

MfG

Warum willst du die negative Spannung messen?

Hallo,

das ist doch nur eine Frage des Bezugspunktes. Wie kommst Du den darauf das es -12V sind, wo hast Du das denn gemessen. Ich sehe das ebenso wie Postmaster-ino . Du hast doch GND des Arduino immer mit -12V verbunden.Damit ist das der Bezugspunkt für den Arduino.

damit hast Du es eigendlich mit 4 verschieden positiven Spannungen zu tun :

24V, 21V, 18V, 15V dafür musst du die Spannungsteiler auslegen. Zusätzlch würde ich eine Z Diode 5,1V parallel zum Eingang schalten, damit da nichts passieren kann wenn man den falschen Eingangsteiler erwischt hat. Man müsste das mal genau rechnen, eventuell kommt man ja auch mit einem Spannungsteiler und einer Z-Diode aus und baut eine Spannung-Stabilisator Schaltung auf.

Wenn Du das mittels Analogeingang des UNO messen willst wirst Du noch einen Kondensator benötigen oder wolltest Du das Tastverhältniss des PWM messen.

Heinz

Vielleicht erklärt das Bild meine Annahme.

Das Pilotsignal (PWM-Signal) sieht genau so aus.

Bild im Anhang.

Ab Punkt 7 verändert sich die Pulsweite, dass ist aber für die Messung an sich erstmal zu vernachlässigen. Das passiert nur wenn der maximal zur Verfügung gestellte Ladestrom durch den Energieversorger reduziert wird. Dann passt das Fahrzeug den Ladestrom ans PWM-Signal an.

mit freundlichen Grüßen

Gerrit

ist nun der Arduino mit Gnd der zu messenden Einrichtung verbunden oder nicht? Wenn ja, sollte meine o. a. Lösung gehen.

Ich gehe inzwischen davon aus daß es sich um eine Ladekurve eines Akus handelt und das Negative Entladepulse (refresh) sind.

Dann kommt er nicht an den Bezugspunkt dran.

Ist aber Glaskugel der TO verschweigt uns was Heinz

Nein, das ist die Ladestromsteuerung für einen stationären oder Autoakku. Meine Glaskugel. Aber warten wir ab.

ElEspanol: Nein, das ist die Ladestromsteuerung für einen stationären oder Autoakku. Meine Glaskugel. Aber warten wir ab.

Solche Ladekurven (Hochstromladen, kurzer Entladeimpuls ) sind bei NiCd bzw NiMH Akkus bei Schnellladen üblich, Da wird aber keine verschiedenen positiven Spannungspegel verwendet.

Uwe

Moin, erstmal danke fürs Interesse. Ich versuche es mal zu erklären.

Das PWM-Signal liefert ein Ladesteuerung, die sich in einer Ladeinfrastruktur (Ladesäule) befindet und dient nur zur Erkennung des Fahrzeugladestatus. Das heißt das PWM-Signal geht von der Ladeinfrastruktur zum Elektrofahrzeug und wieder zur Infrastruktur zurück. Im Elektrofahrzeug befinden sich Widerstände, die je nach Fahrzeugladestatus zugeschaltet werden.

Status A: Kein Fahrzeug an der Ladestation -> Klemmen sind offen -> Es liegt 12V Gleichspannung an. Status B: Fahrzeug an der Ladestation -> Widerstand von 2,7 kOhm -> Es ligt ein PWM-Signal an 9V/-12V Status C: Fahrzeug an der Ladestation und lädt -> Widerstand von 880 Ohm -> PWM-Signal: 6V/-12V Status D: Fahrzeug an der Ladestation und lädt aber Belüftung ist erfoderlich ->R = 250 Ohm -> 3V/-12V

mfG

Gerrit

Hallo,

ok, was mir immer nicht ganz klar ist.

  1. bei der negativen Spannung handelt es sich um einen Entlade Impuls ?

  2. kommt die unterschiedliche Spannung durch die Widerstände zustande weil diese als Strombegrenzung dienen und die Spannung zu +12 V daran abfällt ?

  3. Was willst Du eigendlich messen , soll das der (ein) Mittelwert,( Effektivwert) der Spannung aus der Ladekurve sein ?

  4. Geht es eigendlich um die Impulslängen ? PWM Zeitmessung ?

Heinz

Es handelt sich dabei um die Kommunikation zwischen Elektroauto und Ladestation!

Beschreibung: https://de.wikipedia.org/wiki/SAE_J1772#Signalisierung

Je nachdem ob das Fahrzaug nicht angeschlossen ist, angeschlossen ist und bereit ist oder Ladung angefordert wird, ändert sich das High Signal. Das Low Signal in dem Fall -12V wird vor allen zur Fehlersignalisierung verwendet.

Ich werde nachher mal kurz zuhause meinen Rechner anwerfen. Ich bin gerade dabei eine Ladestation selbst zu bauen. Da habe ich das Problem eigentlich schon gelöst.

Gruß, Jürgen

Gemessen wird also nur Vmax der positiven Amplitude. Nix weiter. Also keinesfalls glätten. Also da würde ich sogar per 2. Spannungsteiler auf einen Digitalpin gehen und die Analogmessung erst auslösen, wenn die positive Amplitude anliegt. Die negative Spannung einfach per Diode sperren, wie ich bereits weiter oben geschrieben habe.

ElEspanol:
Die negative Spannung einfach per Diode sperren, wie ich bereits weiter oben geschrieben habe.

Dann kann nur die Fehlermeldung des Fahrzeugs nicht erfasst werden, der Rest geht. Kurzschluss auf der Leitung und Fehlermeldung vom Fahrzeug wäre eben 0V am Eingang.

Eine andere Möglichkeit wäre die Schaltung die ich für meine Ladestation aufgebaut habe:

R5, R6 und R7 passen die Spannung so an das sie innerhalb von 0-5V bleibt. Auch die -12V!!
Unten Rechts stehen die Schwellwerte für den AD-Wandlerwert.

Gruß, Jürgen

Hallo Interessantes Thema,

Ja sehe ich ebenso wie EIEsoanol. Mit einem Digital Eingang messen wann der Analoge Eingang gemessen werden soll. Damit kommt man dann an die Höhe des positiven Pegels. Der AD Wandler muss halt nur schnell genug sein.

Eventuell geht ja noch nur Werte akzeptieren die > 2.5 Volt sind , der nächste Messwerte muss gleich sein , dann könnte man damit 4 verschiedene Statuslevel der positiven Spannungen bilden.

Ist aber immer noch offen was er überhaupt messen will.

Heinz

Die OP Lösung finde ich noch besser

Rentner: Eventuell geht ja noch nur Werte akzeptieren die > 2.5 Volt sind , der nächste Messwerte muss gleich sein , dann könnte man damit 4 verschiedene Statuslevel der positiven Spannungen bilden.

Wenn bei der analogen Messung ein Flankenwechsel stattfindet, misst du Mist. Von 1 kHz PWM war die Rede. Das sollte füd den ADC kein Problem darstellen. Ausser bei 0,000001% High im Cycle ;D

Von meiner Schaltung werden für die Auswertung nur R5, R6 und R7 benötigt.
Der Rest ist die Treiberstufe um das 1kHz Signal das vom ATmega kommt zu verstärken.

Also das reicht:

Habe ich zuerst mit LTspice simuliert und dann mal aufgebaut. Leider ist bei der Ladestation bisher nur die Hardware fertig, die Software nur zu rund 50%. Wenn die fertig ist, werde ich das auch mal bei “Zeigt her eure geilen Projekte!” einstellen.

ElEspanol:
Wenn bei der analogen Messung ein Flankenwechsel stattfindet, misst du Mist. Von 1 kHz PWM war die Rede. Das sollte füd den ADC kein Problem darstellen. Ausser bei 0,000001% High im Cycle ;D

Kein Problem. Theoretisch zwischen 10% und 97% High! Siehe IEC 62196 Typ 2 – Wikipedia
Da sind die Ladeströme inklusive der Pulsweiten angegeben. Frequenz bleibt aber immer 1kHz. Nur das Tastverhältnis ändert sich.

Gruß, Jürgen