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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Multifunktionale I/O Schnittstelle Galvanisch getrennt


Autor: Boris Henn (abschaedler)
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Hallo zusammen!
Ich beabsichtige eine möglichst flexible I/O Schaltung zu erstellen, die 
folgende Eigenschaften haben sollte:
-Anschluss über zwei Klemmen
-galvanisch getrennt
-Spannungen bis zu 30V sollten schaltbar sein
-Strom bis 5A
-Schnell sollte es auch sein (PWM 10KHz)
-Masse- oder Plusgeschaltet sollte möglich sein
-das Ganze soll bei nicht geschalteten Ausgang auch als Eingang 
fungieren
Kurz: die eierlegende Wollmilchsau
Ist das mit angehangener Schaltung denkbar? Sollte ich vielleicht besser 
auf einen Mosfet gehen? Was denkt ihr?
Vielen Dank im Voraus.
Gruß,
Boris
Ist das

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Sag doch besser mal, was Du mit dem Ding machen willst. So ein bisserl 
umschreiben vielleicht? Prinzipiell geht alles, was Du in Stichpunkten 
aufgeführt hast, aber die Ausführung hält viele Wege bereit.

Autor: Zefix (Gast)
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Mh, du wirst um eine aktive Stufe auf der Sekundärseite (Leistungsseite)
nicht rumkommen. Wobei, die AQZ Typen weisen Turn-On Zeiten kleiner 10ms
auf ... könnte also gehen

Autor: Boris Henn (abschaedler)
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Was ich damit am Ende Schalten möchte sollte offen bleiben. Halt 
multifunktional. Beispielsweise Magnetventile, Lampen, Motoren, Relais 
oder vielleicht auch nur ein Signal an oder von einer über-... 
tschuldigung untergeordneten SPS.
Das Ganze wollte ich dann als eine Baugruppe zusammenfassen, die 64 
digitale Ein- und Ausgänge hat, und über einen CAN-Bus mit der Außenwelt 
kommuniziert.
Die Optokoppler will ich dann mittels eines 16Ch Led Driver über SPI 
ansteuern, über die Eingänge hab ich mir noch nicht soviel Gedanken 
gemacht.
Wollte mich erstmal von euch inspirieren lassen. ;-)
Gruß,
Boris

Autor: Boris Henn (abschaedler)
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Hallo Zefix:

> nicht rumkommen. Wobei, die AQZ Typen weisen Turn-On Zeiten kleiner 10ms
> auf ... könnte also gehen

Das sind dann aber 100Hz, oder? Da wirds mit PWM ein bisschen eng.
Gruß,
Boris

Autor: Zefix (Gast)
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Ah, klar ... ein klassischer ms mit us verwechsler ...

Autor: Boris Henn (abschaedler)
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Hmmm... keiner ne Idee zu der Schaltung?
Hatte ja auch mal zwischendurch mal mit dem IPS521 von IR geliebäugelt, 
aber der ist nicht mehr lieferbar, und nen Ersatztypen hab ich auch 
nicht mehr gefunden. Außerdem ist das nur ein High-Side-Switch. Ich 
hätte aber eigentlich gerne beides, also High und Low in einem.
Gruß,
Boris

Autor: Sesam (Gast)
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Wofür braucht man sowas?

In Deutschland ist i.A. alles p-schaltend. Such Dir dazu eine passende 
Treiberschaltung und schon hast Du 99,5% aller Anwendungsfälle 
abgedeckt. Technisch ist natürlich einiges mehr möglich. Nur wird kaum 
jemand teure Ausgangsstufen bezahlen, wenn er mit preiswerten 
p-schaltenden Ausgängen auch hinkommt. Auch scheint die Forderung nach 
5A-Schaltstrom an den üblichen Anforderungen voll vorbei zu schießen.

Bei einer sinnvoll aufgebauten Schaltung solltest Du lieber darauf 
achten, daß sie auch bei Verdrahtungsfehlern nicht kaputt geht. 
Eigenschaften wie Rückspeisefähigkeit (möglichst bis dauerhaft +/-40VDC) 
und Dauerkurzschlußfestigkeit sind da viel wichtiger. Auch sollte die 
Schaltung mit EMV-Störungen (siehe Normung) gut zurechtkommen.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Für 5A oder PWM brauchst Du spezielle Treiberstufen.

Für normale 24V-Ausgänge benutze ich den VN330 (max 0,7A):

http://de.farnell.com/stmicroelectronics/vn330sp-e...

Für galvanisch getrennte Ausgänge benutze ich AQY212 (60V/0,5A) mit 
PTC-Sicherung in Reihe.


Peter

Autor: Sesam (Gast)
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@ Peter Dannegger

Der VN330 ist in der Praxis als Ausgangstreiber absolut problemlos. Er 
läßt sich leider nur schlecht löten.

Autor: Boris Henn (abschaedler)
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Anscheinend doch nicht so einfach alles unter einen Hut zu bekommen. Der 
VN330 ist zwar ganz nett, aber sowas hab ich natürlich auch schon in 
anderer Form gefunden, wie z.B. den UDN2982. Der kann sogar 8 Kanäle, 
dafür aber nur 500mA, aaaaber... ich brauch mehr. Außerdem sollten die 
Kanäle auch untereinander galvanisch getrennt sein, da schon mal 
Spannungen verschiedener Systeme durchgeschaltet werden.
5A ist in meinem Fall auch nicht wirklich an der Realität vorbei, da 
auch schon mal Lüftermotoren zu schalten sind o.Ä. und somit auch die 
Kombination mit PWM ganz nett wäre. Ok, 10KHz müssen jetzt nicht sein, 
aber die Mosfet-Relays kommen auch nicht in Frage (50Hz bei 50%).
Wegen der galvanischen Trennung  hab ich auch nicht unbedingt eine 
Versorgungsspannung auf der Leistungsseite.
@Sesam: Ja, die Eigenschaften wie Kurzschluss- und Überspannungsfest 
sind natürlich auch willkommen, aber ich wollte ja nicht unverschämt 
sein;-)
Bei der Kostenfrage ist es natürlich im ersten Moment vielleicht ein 
bisschen teurer eine solche Stufe zu bauen, aber wenn man in der 
Industrie, nur weil man gerade mal eine etwas andere Anforderung hat 
wieder was neues bauen muss, wirds schnell in ein vielfaches gehen.
Aber ich glaube schon dass ich Abstriche bei der n-schaltenden 
Möglichkeit machen könnte.
Gruß,
Boris

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Boris Henn schrieb:
> @Sesam: Ja, die Eigenschaften wie Kurzschluss- und Überspannungsfest
> sind natürlich auch willkommen, aber ich wollte ja nicht unverschämt
> sein;-)

Es kann mir ja egal sein, ob Du gerne rauchende ICs magst, aber ich 
halte Schutzschaltungen, wie sie z.B. der VN330 bietet, für unabdingbar.

Deshalb ist der billige UDN2982 für mich ungeeignet. Und auch seine 2V 
Abfall sind unangenehm, 24V sollten auch annähernd 24V bleiben.
Ich glaube auch nicht, daß der 8*0,5A kann, 4A über einen einzigen Pin 
halte ich für gewagt.


Peter

Autor: chris (Gast)
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@ Peter Dannegger (peda)
Und was nimmst du für Eingänge ?

Autor: Sesam (Gast)
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> Ja, die Eigenschaften wie Kurzschluss- und Überspannungsfest
> sind natürlich auch willkommen, aber ich wollte ja nicht unverschämt
> sein;-)

Spätestens wenn jemand mit Deinem Ausgang eine Spule mit Windungsschluß 
schaltet, die zudem über ein Netzteil mit 24VDC und 40A Maximalsrom 
betrieben wird, wirst Du über die Dauerkurzschlußfestigkeit sehr 
intensiv nachdenken.
Auch wird immer wieder mal gerne 24V (beliebig gepolt) versehentlich an 
die Ausgänge angeschlossen. Natürlich merkt man das erst nach Stunden, 
bzw. kurz vor der Abnahme.

So, und jetzt zu Deinen 5A-Ausgängen:
5A x 24V x 64 Ausgänge = 7,68kW, die Du schalten möchtest. Dazu müssen 
Deine 24V-Netzteile 320A liefern. Also, entweder müssen nicht alle 
Ausgänge 5A schalten können, oder Dein Kunde sieht sein höchstes Glück 
darin, möglichst viel Geld in Netzteile zu investieren.

Hast Du schon mal daran gedacht, Dich zuerst über die grundlegenden 
Anforderungen im industriellen Bereich schlau zu machen, bevor Du ein 
Gerät mit fantstischen Eigenschaften definierst?
Was hälst Du übrigens davon, ein Turntable zu bauen, das statt mit 
langweiligen 45 oder 33,33 Umdrehungen/Minute sogar mit fantastischen 
200 Umdrehungen/Minute läuft?

Autor: Boris Henn (abschaedler)
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Hallo Sesam,
>> Ja, die Eigenschaften wie Kurzschluss- und Überspannungsfest
>> sind natürlich auch willkommen, aber ich wollte ja nicht unverschämt
>> sein;-)
Das meinte ich ernst. Ich hab diesen Punkt nur in meinem ertsten 
Lastenheft vergessen.

> Spätestens wenn jemand mit Deinem Ausgang eine Spule mit Windungsschluß
> schaltet, die zudem über ein Netzteil mit 24VDC und 40A Maximalsrom
> betrieben wird.....
> Auch wird immer wieder mal gerne 24V (beliebig gepolt) versehentlich an
> die Ausgänge angeschlossen.
Alles schon da gewesen

> So, und jetzt zu Deinen 5A-Ausgängen:
> 5A x 24V x 64 Ausgänge = 7,68kW, die Du schalten möchtest. Dazu müssen
> Deine 24V-Netzteile 320A liefern. Also, entweder müssen nicht alle
> Ausgänge 5A schalten können...
Richtig!

> oder Dein Kunde sieht sein höchstes Glück...
Kein Kunde Eigenbedarf

> Hast Du schon mal daran gedacht, Dich zuerst über die grundlegenden
> Anforderungen im industriellen Bereich schlau zu machen, bevor Du ein
> Gerät mit fantstischen Eigenschaften definierst?
Selbst seid jahrezehnten im Anlagen- und Prüfstandsbau tätig. Glaub mir, 
ich kenn die Anforderungen und Bedürfnisse.
Also, fahr Deinen Plattenspieler mal wieder von 78 auf 33 zurück und 
versuch mir zu helfen oder lass es.
Gruß,
Boris

Autor: Sesam (Gast)
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@ Boris Henn

Ok, dann nimme den VN330, damit kannst Du galvanisch getrennte 
4er-Ausgangsgruppen aufbauen. Auch läßt sich mit ihm eine PWM oder 
ähnliches realisieren. Immer wenn Du mehr als 0,7A benötigst, laß ihn 
ein optionales Relais schalten. Wenn Du es besonders gut machen 
möchtest, dann nimm Relais mit Wechslerkontakten.

Die Eingänge sind unproblematisch. Versehe die integrierten LEDs von 
Optokopplern mit einer vorgeschalteten Schutzbeschaltung, die eine 
übliche SPS-Eingangsdefinition besitzt. Dazu gibt es unzählige Beispiele 
im Internet.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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chris schrieb:
> @ Peter Dannegger (peda)
> Und was nimmst du für Eingänge ?

Spannungsteiler 20k/4,7k auf CMOS-Eingang (74HC165 an 5V).

Galvanische Trennung braucht man nur selten, 1..2V Rippple auf nem 
24V-Signal stören nicht.


Peter

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