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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik +-12V OPV Spannungen überwachen


Autor: T. C. (tripplex)
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Hallo,

Ich suche eine möglichkeit die Spannungsschienen( +-12V ) zu
überwachen.

Hintergrund dieser Geschichte ist das ich gerade ein Netzteil
baue und sich nun ein "Problem" aufmachte.
Man stelle sich vor man hat das Netzteil eingeschaltet und hat eine
Last angehangen - alles funktioniert super, und macht es wieder aus.

Nun schaltet man es später wieder ein - Bumm! In der Schaltung ist der
µC in Rauch aufgegangen und die Tantalelkos sind explodiert.
Der Magic Smoke hat zurückgeschlagen.

Was ist passiert? :
Der Mikrocontroller im Netzteil hat die Leistungsstufe eingeschaltet
und die Spannung(en) für die Regelung waren noch nicht da.
Die Stromquelle im Leistungsteil hat den Treibertransistor gefuttert und 
voll durchgesteuert und am Ausgang lagen 30Van.
Grund dafür war nur das ich das ich kurz etwas im Netzteil überprüfen 
wollte und das Versorgungskabel von der Regelunsplatine nicht Richtig 
eingesteckt hatte und die -12V nicht vorhanden waren.

Es gibt solche Murkslösungen wie 2 Sekunden warten und dann erst den
Leistungsteil einschalten aber das reicht mir nicht.
Das ganze Geärt wird aus 3 Platinen bestehen und es soll einfach 
Fail-Safe
sein. Somit brauche ich eine möglichkeit bei bestimmten Spannungsgrenzen
die Stromquelle kurzzuschließen damit nichts passiert.
Das gleiche würde ja auch passieren wenn eine Versorgungspannung aus
irgendeinen Grund kurzgeschlossen wird.

Meine Grundüberlegung ist diesen Überwachungschaltungteil wird mit den
5V von den µC Versorgt, allein aus den Grund da nur dieser im Stande
ist alles einzuschalten. Gleichzeitig spricht bei etwa 4V die Brown Out
Detection und der µC geht "aus" somit ist der Leistungsteil abgeschaltet
und es kann nichts passieren, gleichzeitig liegen diese 4V in einen 
Arbeitsbereich wo moderne R2R OPV etc. vernüftig arbeiten können und
man auch noch einen Transistor durchschalten kann.
Die Abschaltgrenzen sollten bei +-10V liegen sobald eines von den beiden
Unterschritten wird soll dicht gemacht werden.

Mein Problem:
Alle vermeintlichen Lösungen ähneln einen Fuhrpark.
a) Inventierer für die -12V ,einen Addierer und dann ein Komparator
b) 3 Komparatoren -> Fensterkomparator
c) Diverse Murkslösungen welche bei genauerer Betrachtung nicht tauglich
   sind.

So Ideen wie das die 5V für den µC von einen 24V Relais geschaltet 
werden,
was aber Mist ist da das Relais zu langsam sein kann und der 
Abschaltmoment
sehr ungenau ist.

0603/0805 und IC's in SOT-5/6 MSOP8/10 sind zwar nicht groß aber es sind
einfach eine Menge Bauteile für eine blöde Abschaltung.
Habt Ihr vielleicht Anregungen,Vorschläge um dieses Problem
zu lösen?

Liebe Grüße
TrippleX

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Hintergrund dieser Geschichte ist das ich gerade ein Netzteil
> baue und sich nun ein "Problem" aufmachte.
Lass doch erst mal den Schaltplan von deinem Netzteil sehen, vor wir 
hier irgendwelche Würg-Arounds diskutieren...

> Es gibt solche Murkslösungen wie 2 Sekunden warten...
... und deine Sache mit der Messerei der internen Spannungen ist m.E. 
nicht weit davon weg.

> Es gibt solche Murkslösungen wie 2 Sekunden warten...
... und es gibt Designs, die quasi "eigensicher" sind.

Autor: MaWin (Gast)
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Du brauchst ein anderes Konzept, nicht eine Überwachung damit du nach 
dem Bumm weisst warum der Bumm kam.

> und die -12V nicht vorhanden waren

Dagegen hilft meist eine Diode, verhindert zumnindest schädliche 
Verpolung.

Autor: T. C. (tripplex)
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@Mawin:
Es ging nicht um Verpolung. Zumal ich dafür eine Lösung habe :D

@Lothar:
Ja genau das ist mein Problem -.-
Ich gehe da irgendwie viel zu kompliziert daran - sonst
würde ich ja auch hier nicht um Rat fragen.

Autor: Ronny (Gast)
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http://www.engcyclopedia.de/files/uniprojekt.pdf
Bei diesem Netzteil wird der Basisstrom des Leistungstransistors aus der 
OPV-Versorgungsspannung erzeugt. Wenn da die -12V fehlt steuert der 
Leistungstransistor nicht durch.

Autor: Route_66 (Gast)
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> Bei diesem Netzteil wird der Basisstrom des Leistungstransistors aus der
> OPV-Versorgungsspannung erzeugt. Wenn da die -12V fehlt steuert der
> Leistungstransistor nicht durch.

Quatsch mit Soße!
Der Leistungstransistor erhält den Basisstrom aus der 
Konstantstromquelle  mit T1 (wobei der 22K Widerstand wohl falsch 
gezeichnet ist). Der OPV "klaut" diesen Strom nach -12V wenn die 
Ausgangsspannung den Sollwert erreicht hat.

Autor: Peter R. (pnu)
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Ein Hinweis:

Es gibt auch Initialisierungsroutinen, die nach einem reset erst einmal 
alle Ausgänge des Kontrollers so schalten, dass es nicht zu den oben 
beschriebenen Katastrophen kommt.

Wenn dann die brown-out-Überwachung aktiv ist, und bei Unterspannung ein 
reset auslöst, kann auch vor Unterspannungsschäden geschützt werden.

Oder: 10kOhm an +12V  und 22 kOhm an -12V anlegen. Die Mitte zwischen 
den beiden Widerständen an einen analog-Eingang des Kotrollers anlegen. 
Sobald dort ein zugelassener Spannungsbereich verlassen wird, auf 
"Sicherheit" steuern.

Autor: T. C. (tripplex)
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@Peter:
Die +5V sind getrennt von den +-12V, somit wirkt sich ein
Unterspannungproblem nicht auf die +5V vom Controller aus.

Wie schalte ich nun die Leistungsteil ab wenn die +12V fehlen?
-> Externer Interrupt bei fallender Flanke
Aber jetzt kommts: Wie erkenne ich das die -12V fehlen?
Bei fehlender -12V würde der µC denken das alles ok ist und das wäre
dann wäre eine Fehlfunktion.


Allgemein soll der "Start" des Netzteiles so aussehen:
µC geht an, wartet ein bisschen , Sollwertvorgabe , Relais
für die Versorgung des Leistungsteil anschalten, Stromquelle
einschalten.


---
Die Einschaltung der Stromquelle ist im Plan noch gar nicht realisiert
vielleicht hast das den ein oder anderen verwirrt.So wie es jetzt ist
würde ja gar nichts passieren.
Die Einschaltung ist nur ein Widerstand und ein Transistor welcher die
Diode und die 22k gegen Masse Schaltet. Sonst ist ja Ube vom 
Stromquellen
Transistor 0V und es passiert gar nichts.

---
Diese Abschaltung die ich vorhabe zu realisieren soll die Stromquelle
im besten Fall kurzschließen - so das der µC fröhlich rumschalten kann
wie er möchte aber einfach nichts passiert weil im Treibertransistor
kein Strom reinfließt und dieser völlig sperrt.

@Ronny:
Route66 hat mit seiner Erklärung recht.
In der Netzteilschaltung ist es so ähnlich, nur da wird keine Negative
Spannung gebraucht, da reichen schon 0.7V am Ausgang vom LM358
und am Ausgang zeigt sich eine Spannung von 0V.
(Also die Schaltung von der Uni )
Wenn dieser OP aber keine Spannung hat, kann da auch kein Basisstrom
"geklaut" werden und die Ausgangspanung läuft auch gegen Maximum.

@Route66:
Wie muss der Basiswiderstand denn eingezeichnet werden?
Ein Collektorwiderstand ist nicht nötig da die Stromquelle einen so 
großen
Innenwiderstand hat das der Innenwiderstand der Stromquelle und der 
Emitterwiderstand die Spannungsverstärkung einstellt.

Der Widerstand war dafür gedacht das wenn der Transistor anfängt 
durchzutsteuern ein kleiner Teil des Strom sofort über die Basis Emitter
Diode abfließt und nicht über den Kollektor.
Ich könnte mir vorstellen das dass NT im Leerlauf es dann einfacher hat.
Ist aber auch nur eine wilde Überlegung.
( Um mal zu Erklären was ich mir dabei gedacht habe )

---

Ich entschuldige mich für der Stromquellen Diskussion da ich die 
einschaltung dieser Vergessen habe, das Rot eingekreiste wird der Teil
sein womit der µC den Leistungsteil einschalten wird.

Liebe Grüße
TrippleX

Danke Für Eure Antworten =)

Autor: Route_66 (Gast)
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>Wie muss der Basiswiderstand denn eingezeichnet werden?

Die Basisbeschaltung von T1 ist jetzt (Bild von 13:36) O.K.

Autor: T. C. (tripplex)
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Route_66 schrieb:
>>Wie muss der Basiswiderstand denn eingezeichnet werden?
>
> Die Basisbeschaltung von T1 ist jetzt (Bild von 13:36) O.K.

Oh, hab mich beim Transistor im Schaltplan vertauscht :D

Autor: arno nyhm (Gast)
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Ich habe mir nicht alles durchgelesen, nur eine kurze 
Straight-Forward-Antwort zur Grundthematik:

Eine einfache Spannungsüberwachung lässt sich mittels Optokoppler und 
Komparator realisieren, durch den Einsatz von Optokopplern stellt auch 
das negative Vorzeichen einer zu überwachenden Spannung dar - Es 
empfielt sich der Einsatz eines Optokopplers mit relativ eng toleriertem 
Übertragungsfaktor, damit die Spannungsschwelle des ausgangsseitig 
angeschlossenen Komparators einen guten Bezug zur tatsächlichen Spannung 
besitzt.

Autor: oszi40 (Gast)
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Nur "Überwachung" hilft nicht.

Besser wäre der Betreff "sinnvolle Einschaltreihenfolge" gegen flüssiges 
Silizium und Schutzdioden gegen rückwärtige Verpolung :-)

Autor: T. C. (tripplex)
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@Arno nyhm:
Das mit den Optokoppler ist nicht schlecht - sogar genial!
Leider hab ich keine vernüftigen Optokoppler miteng tolerierter
CTR gefunden. Und Analogoptokoppler wie der IL300 sind ziemlich
teuer und die passende Zusatzbeschaltung ist auch nicht ohne.

@Oszi40:
Gegen Verpolung nehm ich einen H-Brücken Mosfet, dann hab ich auch
keine Probleme gegen verpolung.

---

Natürlich kann man das ganze auch lassen und sagen dann warte
ich einfach. Ein gutes Netzteil muss ohne 'Überwachung' funktionieren,
und wenn es sowas braucht dann ist es Mist.
Dann hätte man das Problem aus dem Weg geräumt, aber wirklich
zufrieden bin ich damit nicht.

Autor: oszi40 (Gast)
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Die Kunst ist: die EIGENsicherheit der Schaltung herzustellen unabhängig 
davon, ob zufällig eine Netzteil-Sicherung defekt ist oder der Prozessor 
heute mal keine Lust hat.

Evtl. findet sich eine einfache Lösung mit Kfz-MOSFETs + Optokopplern?

Autor: arno nyhm (Gast)
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Man kommt prinzipiell auch mit jedem beliebigen Optokoppler aus, auch 
wenn der Übertragungsfaktor weit gestreut ist - er bleibt ja 
deterministisch, dh. tut es auch ein Poti am Komparator, wenn man damit 
leben kann, dass zur Inbetriebnahme des Gerätes ein Abgleich gehört, was 
bei Einzelstücken oder Kleinserie ja durchaus vertretbar ist...

Ich hab' eine ähnliche Spannungsüberwachung mit dem ILD205 
implementiert, sie soll allerdings nur rein qualitativ beurteilen, das 
reicht in meinem Anwendungsfall aus und erstpart mir einstellbare 
Widerstände/den Abgleich.

Mit einer Z-Diode seriell zur Optokoppler-LED verbrät man noch ein 
bisschen Spannung um mit der Flussspannung am Arbeitspunkt näher an die 
Betriebsspannung zu kommen, dazu halt noch ein Widerstand zur 
Strombegrenzung.

In meinem Fall (angehängtes Bild) kommt mit dem zusätzlichen Transistor 
und dessen Beschaltung noch eine steilere Schaltcharakteristik zustande, 
ist aber noch nicht getestet, dh. wäre ich, was die Dimensionierung der 
kritischen Bauteile angeht, vorsichtig! Ist, wie man sieht, für eine 
positive Spannung (bezogen zur Masse) aufgebaut, lässt sich ja 
allerdings einfach auch für eine negatives Potential ändern - den 
Transistor und dessen Beschaltung kann man sich, wie gesagt, prinzipiell 
auch sparen.

Autor: T. C. (tripplex)
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@Arno nym:
Es ist keine Kleinserie oder Sonstiges... also nicht das du was
falsches von mir denkst :D
Das Problem ist das ich bei Segor und RS Bestelle und die genannten
Optokoppler 5,- kosten was es mir einfach nicht wert ist.
Ich bin bereit 5,- für einen µC oder ADCs auszugeben aber nicht für
einen Optokoppler.

Es ist halt rein Kosten-Nutzen empfindung.

---

Mir ist gerade eine Simpele Sache eingefallen ohne Komparator rein 
diskret.
2 Transistoren. Am Collektor von T2 ist die Stromquelle
Der T1 erhält seine Basispannung aus den Spannungsteiler R1/R2,
je größer diese Spannung V+/V- umso größer ist diese.
Wenn diese größer wird leitet dieser besser. Somit fällt mehr Spannung
an R3 ab und T2 speert langsam - Die Stromquelle ist freigegeben.
Das ganze habe ich so dimensioniert das bei meinen gewünschten +-12V ( 
24V
Gesamt ) 1mA durch R3 fließen und mehr als die vollen 5V an diesen 
abfallen,
und dieser sperrt.

Eine Nachrechnung bei +-10V haben ergeben das der Transistor T2 schon 
längst wieder durchschaltet.
Das ganze hat zwar eine weiche Schaltschwelle, ergibt aber einen
Softanlauf für die Regelung wenn alles stimmt.

Wenn die -12V fehlen kann der Transistor T1 nicht leitend werden,
bzw. es kann kein Kollektorstrom fließen -> Stromquelle kurzgeschlossen
über T2 da R3 als "Pullup wirkt" und leitend ist

Wenn die +12V fehlen kann der Transistor T1 nicht leitend werden
da Ube niemals Positiv werden kann -> Stromquelle kurzgeschlossen über
T2 da R3 als "Pullup" wirkt.

Wenn die +5V nicht da sind ist der µC nicht an und es passiert absolut 
gar nichts. Da die Stromquelle gar nicht eingeschaltet wird.

Was meint Ihr?

Autor: T. C. (tripplex)
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Edit2:
Hab gesehen das ich die 3k3 und die 33k vertausch habe -.-

Autor: oszi40 (Gast)
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Hab noch nicht so genau nachgeprüft.

Es gibt aber auch eine zeitlichhe Reihenfolge und Spannungsspitzen die 
beim Einschalten evtl. beachtet werden sollten falls noch keine 
ausreichende Belastung der Spannungen stattfindet.

Autor: T. C. (tripplex)
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@Arno nym:

Vielen Dank für deinen Tipp mit den Optokoppler welche bei mir
den finalen Groschenfall ausgelöst hat, das mit den Transistoren
was ich hier hochgeladen habe funktioniert richtig gut!

@Oszi40:
Man kann es übertreiben :D
So ganz ist mir nicht bewusst was du meinst.

Autor: oszi40 (Gast)
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>Man kann es übertreiben
Ja, stimmt!
Wenn die nötige Last fehlt, übertreibt es machmal auch ein Netzteil und 
läuft hoch.

Autor: T. C. (tripplex)
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Die +-12V und 5V kommen von Feststpannungsregler welche Leerlauffest
sind. Der Negativregler hat seinen eigenen Leerlaufwiderstand,
weil die 79xx Serie einen kleinen Mindeststrom braucht.

Das eigentliche "Netzteil" hat einen eigenen Leerlaufwiderstand damit 
der
Elko nicht vollgepumpt wird und die Spannung dort hochläuft.
Ist somit eigentlich auch vorgesorgt.

Es ist kaum zu glauben wie viel Arbeit das ganze ist, ich sitze schon
ziemlich lange an dem ganzen Konzept dabei fehlt ist die Display-Taster
Platine noch gar nicht geroutet, und die Spannungserzeugung für die 
Regelung
auch nur auf Plänen vorhanden.

Aber zum Glück kann ich jetzt einen Punkt von meiner "Was 'muss' ich 
noch
realisieren?" -Liste streichen :)

Autor: T. C. (tripplex)
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@Arno Nym:

Kleiner Nachtrag, nach diversen Unstimmigkeiten welche mir nicht
gefallen haben habe ich folgendes Ausprobiert.

Und es funktioniert gut.
Der Widerstand ist an den Collektor vom Optokoppler weil ich ein
Active-Low Signal brauche.

Grün: Die Gesamtspannung
Blau: Ausgangspannung
Rot : Spannung an R1

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