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PWM-Booster

Da wir in unserem Quadcopter einen ATXmega verwenden, welcher mit 3,3V betrieben wird, während die Motorcontroller ein 5V-PWM Signal erwarten muss das Signal entsprechend verstärkt werden. Natürlich hätte es eine weniger reißerische Überschrift als ‚Booster‘ getan, gerade wenn es sich um eine Pegelwandlung handelt, aber das Thema gestaltet sich doch ein wenig größer als gedacht.

Zunächst noch einmal kurz zu den grundlegenden Parametern:
Wir wollen auf Grund der Größe und Komplexität auf einen TTL-Chip verzichten, von 3,3V auf 5V wandeln, die Frequenz ist dabei nicht größer als 16kHz, der Duty-Cycle bei 5-10%. Die Rise- und Fall-Zeiten des Signals am AVR waren nicht im Datenblatt von Atmel dokumentiert, weshalb dafür eine Messung an unserem Oszilloskop zu Rate gezogen wurde.

Ich habe zunächst mal eine einfache Transistorschaltung in LTspice eingeklickt, ein paar Parametter angepasst und simuliert. Natürlich muss da auch der Innenwiderstand der Quelle, also dem ATXmega und der Lastwiderstand des Motorcontrollers berücksichtigt werden, was sich gar nicht einfach gestaltete. Der Lastwiderstand wurde mit 20kOhm als ausreichend klein angenommen, sollte soweit passen, der Innenwiderstand des Output-Pin am ATX war in keinem Datenblatt von Atmel angegeben, sodass ich den Maximalstrom am Pin und die Versorgungsspannung des AVR dafür nutzte, den Widerstand zu berechnen. Dieser ergibt sich aus 8mA und 3,3V als 412Ohm und liefert in der Simulation ein wirklich verwertbares Ergebnis. Selbst der Strom durch Rb ist mit 3.5mA im absolut verträglichen Bereich.

In Realitas gibt es mal wieder Probleme und es dürfte daran liegen, dass der Innenwiderstand des Pin doch nicht den Wert besitzt, den man theoretisch errechnen kann. Die Schaltung tuts am AVR einfach nicht. Alle softwarespezifischen Probleme wie Pullup und sonstiges können ausgeschlossen werden, da wir alles durchprobiert haben, morgen geht es dann weiter mit einer Bestimmung des Innenwiderstandes per Ausgleichgerade. Mal sehen, was das so bringt…