Spannung eines Sensors verstärken um ihn direkt am Stellantrieb zu nutzen

Hallo,

ich habe am KFZ einen Höhensensor mit folgendem Ausgangspegel:
Stellung 0: 5,40 V
(Stellung 1: 5,20 V)
Stellung 2: 4,90 V
(einfach linearen Verlauf annehmen)

Damit will ich direkt den Stellantrieb folgendermaßen versorgen:
Stellung 0: 13,30 V
(Stellung 1: 11,10 V)
Stellung 2: 9,80 V
(einfach linearen Verlauf annehmen)

Betriebsspannung: 13,8 V
Stromaufnahme Signaleingang Stellantrieb:

Hallo David325,
zunächst mal „Danke“ für das entgegengebrachte Vertrauen. Zum Thema:
Die gestellte Aufgabe würde ich mit „analoger und digitaler Technik“ angehen:

  1. Eingangs-Signal-Behandlung: Signal des Höhensensors digitalisieren z.B. D/A Eingang eines Microcontrollers + analoge Anpassung mit Hilfe von Opamp’s wie z.B. LM324 (http://www.national.com/ds/LM/LM124.pdf)
  • 12Bit D/A Eingang
  • Spannungsteiler oder besser „analoger Addierer/Subtrahierer“ mit „Ausgang Höhensensor - 4,5 Volt“ (Siehe Datenblatt LM324.pdf S9 „DC Summing Amp“)
    Ein „Rail 2 Rail“ Opamp ist meines Erachtens nicht notwendig.
  1. Ausgangssignal für Stellantrieb mit PWM Regulierung (als Basis die Application-Note AVR450 ( http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/do… ) mit dem 8 Pin Micro ATTiny15 verwenden, denn hier kann die Sensorspannung relativ einfach mit der Stellantriebsspannung verglichen werden. S.39 beinhaltet die „Hauptschaltung“ für PWM (100kHz) und müsste für den Stellantrieb entsprechend modifiziert werden. Als MOSFET Ersatz dürfte fast jeder einfache P-Ch Mosfet geeignet sein z.B. IRFD9210 )
  2. Die Software-Flussdiagramme würde ich basierend auf der ATMEL (doc1659.pdf) mit „VISIO“ modifizieren.
  3. Die SM-Bus Funktionalität (I2C-Bus) ist meines Erachtens nicht notwendig.
  4. Mit vorstehend genannten Komponenten kann eine universelle Signalverarbeitung mit sehr gut erhältlichen Bauteilen aufgebaut werden. Designanpassungen und Änderungen sind durch den Einsatz von Software mit einfachen Mitteln effizient möglich.

Gruss
Wolfgang Rompel

PS Sie können mich unter der Telefon-Nummer 030-6226974 erreichen. Bei Google mit meinem Namen meinen Online Shop finden.

Hallo,

Dazu nimmt man sich einfach einen trafo, in dem fall 1:3 Wicklung, aber man muß Wechselspannung erzeugen und das kann aufwändig werden je nach frequenz, und am ende gleich richten ,ein Transistor als spannungs verstärker braucht auch Wechselspannung. Am besten du baust dir einen step up converter, es gibt schon fertige von 5 auf 12 v , um auf die richtige spannung und strom zu kommen , wirst du rechnen müssen

http://de.wikipedia.org/wiki/Aufwärtswandler, sieht machbar aus die schaltung! diodo spule und kondensator ,platine, hoffe du kannst löten!

http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html#up

da sind formeln für die richtige grösse der spule und des kondensators

Hallo David,

nichtinvertierender OP stimmt natürlich, aber Du brauchst 2 OPs.
Eingangsbereich von 4.9 bis 5.4 Volt, und Augangsbereich von 9.8 bis 13.3 Volt, das heißt 7-fache Verstärkung.

also vom invertierenden Eingang z. B. ein 20 kOhm-Widerstand hin zu einem Bezugspotential, und zwischen inv. Eingang und Ausgang 120 kOhm.

Den Sensor kannst Du direkt an den nicht-inv. Eingang legen.

Nun kann man berechnen, daß das Bezugspotential ca. 4.08 Volt betragen muß. Um dieses bereitzustellen, benötigst Du den zweiten OP, er hat die Verstärkung 1 (Spannungsfolger). Die 4.08 Volt kannst Du im einfachsten Fall mit einem Spannungsteiler erzeugen: z. B. aus zwei Widerständen mit 10 kOhm und 24 kOhm in Serie, an denen die Betriebsspannung von 13. 8 Volt anliegt. Bei höheren Ansprüchen an die Genauigkeit eventuell statt dessen eine Zenerdiode, oder eine Konstantspannungquelle, aus der dann die 4.08 Volt mit einem Spannungsteiler gewonnen werden (da es Zenerdioden oder dgl. mit 4.08 Volt kaum geben wird). Eventuell modifizieren mit einem Trimmer, um es genau einstellen zu können.

Ich versuche mal die Schaltung darzustellen:

 |-\>13.8 V
 |
 --- Eingang 4.9 - 5.4 V |- OP1
 | | -------| - \_\_\_\_
 | | |--| - |-\> Ausgang
 | | 24 k | |- | 9.8 -
 --- +|- OP2 | | 13.3 V
 |------| - \_\_\_\_\_\_|----|\_\_|\_\_|----|\_|
 | --| - | |----| |----|
 --- | |- | 20 k 120 k
 | | |\_\_\_\_\_\_\_| 
 | | 4.08 V
 | | 10 k
 ---
 |
 |-\> 0 V

Ich versuchte mittels pre-Tags einen Schaltplan zu improvisieren, das ist wohl nicht gelungen, wie ich mittels Vorschau bemerke. Aber vielleicht kannst Du aus dem Text dennoch den Prinzip-Schaltplan (2 OPs und 4 Widerstände) rekonstruieren.

Der OP2 muß kein Rail to Rail Verstärker sein, für den OP1 genügt einer mit Rail to Rail Output. 2 mA Ausgangstrom können sicher die meisten liefern. Schau einfach bei einem Distributor (reichelt, farnell, r-components uw.) im Internet nach (rs-components zeigt die Teile z. B. mit ihren Eigenschaften, Du kannst danach sortieren).

Grüße,

Egon

Hallo David,
was willst du denn damit steuern da kommen mehrer Möglichkeiten in Betracht wie man das angehen kann. entweder feste Wiederstände oder ein Potenziometer . Oder ein Pid regler

da bin ich der falsche für

Hallo,

ich habe am KFZ einen Höhensensor mit folgendem Ausgangspegel:
Stellung 0: 5,40 V
(Stellung 1: 5,20 V)
Stellung 2: 4,90 V
(einfach linearen Verlauf annehmen)

Damit will ich direkt den Stellantrieb folgendermaßen
versorgen:
Stellung 0: 13,30 V
(Stellung 1: 11,10 V)
Stellung 2: 9,80 V
(einfach linearen Verlauf annehmen)

Betriebsspannung: 13,8 V
Stromaufnahme Signaleingang Stellantrieb:

Hallo David,

ich kann mir deine Problemstellung zwar nicht ganz vorstellen, aber ich versuche mal dir weiter zu helfen.

Wenn du eine Verstärkerschaltung aufbaust, bleibt die Verstärkung über den gesamten Spannungsbereich annähernd gleich.
Bei deinen Spannungsbeispielen von Sensor und Aktor ändert sich der Faktor, von 2,46 über 2,13 zu 2.
Das kann so garnicht funktionieren.
Du musst dich für eine Verstärkung entscheiden.

Freundliche Grüße

Bernd

ich habe am KFZ einen Höhensensor mit folgendem Ausgangspegel:
Stellung 0: 5,40 V
(Stellung 1: 5,20 V)
Stellung 2: 4,90 V
(einfach linearen Verlauf annehmen)

Damit will ich direkt den Stellantrieb folgendermaßen
versorgen:
Stellung 0: 13,30 V
(Stellung 1: 11,10 V)
Stellung 2: 9,80 V
(einfach linearen Verlauf annehmen)

Guten Tag,

die Sache wäre eigentlich mit einer einfachen Verstärkerschaltung (Dimensionierung: Ua/Ue = Vu = 1+ Rk/Re) getan. Allerdings ist weder der von Ihnen angegebene Eingangsspannungsanstieg noch der Ausgangsspannungshub linear. Sie geben aber an, daß ein linearer Verlauf angenommen werden soll. Was ist nun richtig? Sollte der Verlauf wirklich linear sein, wäre die Berechnung der zu verwendenden Bauteile wie oben angegeben. Wichtig wäre noch der der gewünschte Eingangswiderstand der Schaltung, um Re vorzugeben. Der Abstand der Betriebsspannung zum Aussteuermaximum ist recht klein. Sie sollten einen OP mit großem Aussteuerbereich wählen.

ich habe am KFZ einen Höhensensor mit folgendem Ausgangspegel:
Stellung 0: 5,40 V
(Stellung 1: 5,20 V)
Stellung 2: 4,90 V
(einfach linearen Verlauf annehmen)

Damit will ich direkt den Stellantrieb folgendermaßen
versorgen:
Stellung 0: 13,30 V
(Stellung 1: 11,10 V)
Stellung 2: 9,80 V
(einfach linearen Verlauf annehmen)

Betriebsspannung: 13,8 V
Stromaufnahme Signaleingang Stellantrieb:

Hall David325,

da Du ja in allen erdenklichen Foren damit rum bist, wirste das sicher selber rausfinden.
Kleiner Tip, Du kennst (laut Deiner eigenen Angabe) den LM324, den gibt es auch als LMV324, dann suchste „nichtinvertierender Verstärker“ und eine Handvoll Spindeltrimmer auf nem Steckbord, haste ein Wochenende Spass mit und findest selbst raus,
wie es funktioniert.
Ich wünsche Dir viel Spass und Erfolg beim experimentieren und basteln,
beste Grüsse
ANDY

Hallo Egon,

perfekt, danke!!!
Die einzig überhaupt brauchbare Antwort (meistens wird mir zu µP geraten, einer will es mit Transformator umsetzen!!)

Du hast den Schnittpunkt der beiden Kennlinie berechnet (wüsste nichtmal mehr wie das geht, muss ich mal nachschlagen) und dann die Verstärkung ohne den „Offset“ berechnet.

Ich habe die Schaltung mal gezeichnet und hier hochgeladen: http://img715.imageshack.us/img715/9135/op3.gif

Ich schau morgen wg. der OPs bei RS, kenn die Seite recht gut (bestelle dort C-Teile für die Firma).

Falls Du zufällig BMW fährst und dafür Infos braucht kann ich mich revancieren, ansonsten fällt mir grad nichts ein womit ich dienen könnte.

Gruß aus Oberbayern,
David

Hallo David
Leider schreibst Du nicht woran Du scheiterst.
Ich gehe jetzt mal davon aus, das Dir die Grundschaltung nichtinvertierter Verstärker beim OP bekannt ist. Für einen Versuch fehlt mir auf die Schnelle die Zeit, da könnte ich erst am Wochenende eine Lösung bieten. Rein aus dem Kopf würde ich folgenden Lösungsansatz bieten: Verstärkung berechnen, damit man aus dem Spannungsunterschied Eingang = 0,5 V einen Spannunghub um 3,5 V (13,3 - 9,8) aus dem Ausgang bekommt.
Mittels Spannungsteiler wird der Eingang und der Ausgang jeweils auf die erforderliche Spannung gehoben.
Nochmal zum Verständnis, der OP ist für die Spreizung der Spannung zuständig, mit den Spannungsteiler am Ausgang wird der Offset auf minimal 9,8 V bei 0 V OP Eingangsspannung (entspricht 4,9 V Ausgang Sensor). Der Spannungteiler am Eingang gaukelt dem OP 0V am Eingang vor (liegt gegenüber Masse bei 4,9V).

Als Typ würde ich einen singlesupplyTyp verwenden, die kommen mit der unsymetrischen Spannung besser zurecht, da muss man nicht noch erst für eine künstliche negative Spannung sorgen/alle Pegel nochmals um den Faktor UB/2 berechnen.

Bin ich einigermassen klar rübergekommen? Vielleicht kannst Du mir mal eine Skizze schicken, wie Dein Stand ist ([email protected])

Schöne Grüsse
Axel

Hallo David,

freut mich. Ich bin von einem linearen Zusammenhang ausgegangen, das Bezugspotential ergibt sich als Schnittpunkt zweier Geraden. Ich weiß nicht, wie konstant die 13.8 Volt Betriebsspannung sind, und wie genau die Ausgangspegel (9.8 - 13.3 Volt) stimmen müssen. Vielleicht zahlt es sich daher aus, Maßnahmen zur Spannungsstabilisierung vorzunehmen.

Noch zu beachten: nicht jeder OP ist bei 1:1-Verstärkung stabil. Eventuell empfiehlt sich noch ein 0.1 uF-Kondensator am +Eingang des OP2.

Nein, habe keinen BMW, bin Radfahrer.

Viel Erfolg beim Bauen!

Grüße aus Graz,

Egon

Hallo David,
Du brauchst einen Verstärker mit der Übertragungsfunktion Uout = v(Uin - Offset), also einen Subtrahierer. Am positiven Eingang Dein Sensorsignal, am negativem 3,5 V Offset. Die Verstärkung v = 7 ist R2/R1 = R4/R3 mit R2 = R4 und R1 = R3.
Den Offset kannst Du mit Zenerdiode und Spannungsteiler plus Trennverstärker erzeugen.

Rail-to-Rail OPs kenne ich nur für max. 5,5V Versorgungsspannung, scheint mir aber nicht notwendig, wichtiger ist Single Supply. Versuch’s doch mal mit LM324.

Gruß
Gert

PS: Wenn Du ein Schaltbild brauchst, auf meiner Visitenkarte ist meine Homepage mit Kontaktadresse.

Hallo Fuxx08,

der Tipp war nicht wirklich ernst gemeint oder?

Ich baue es jetzt mal so auf:
http://img715.imageshack.us/img715/9135/op3.gif
Als OP müsste der OPA2251 geeignet sein.
http://www.ti.com/lit/gpn/opa2251

Gruß
David

Hallo Wolfgang,

danke für die Rückmeldung.

µP finde ich zu viel Aufwand für das Vorhaben.

Ich baue es jetzt mal so auf:
http://img715.imageshack.us/img715/9135/op3.gif
Als OP müsste der OPA2251 geeignet sein.
http://www.ti.com/lit/gpn/opa2251

Gruß
David

Hallo Phil,

danke für die Rückmeldung!

Ich baue es jetzt mal so auf:
http://img715.imageshack.us/img715/9135/op3.gif
Als OP müsste der OPA2251 geeignet sein.
http://www.ti.com/lit/gpn/opa2251

Gruß
David

Hallo David,
was willst du denn damit steuern da kommen mehrer
Möglichkeiten in Betracht wie man das angehen kann. entweder
feste Wiederstände oder ein Potenziometer . Oder ein Pid
regler

Trotzdem danke für die Rückmeldung!

Ich baue es jetzt mal so auf:
http://img715.imageshack.us/img715/9135/op3.gif
Als OP müsste der OPA2251 geeignet sein.
http://www.ti.com/lit/gpn/opa2251

Gruß
David

da bin ich der falsche für

Hallo Alexander,

Ich baue es jetzt mal so auf:
http://img715.imageshack.us/img715/9135/op3.gif
Als OP müsste der OPA2251 geeignet sein.
http://www.ti.com/lit/gpn/opa2251

Gruß
David

Hallo Bernd,

die Verstärkung ist ca. 7, linear wenn man von Offset 4,08V ausgeht.

Ich baue es jetzt mal so auf:
http://img715.imageshack.us/img715/9135/op3.gif
Als OP müsste der OPA2251 geeignet sein.
http://www.ti.com/lit/gpn/opa2251

Gruß
David