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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AVR: Netzspannung messen / 200V erkennen (linear-Optokoppler / Trafo)


Autor: Veit H. (veith)
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Problemstellung: ich möchte auf einem PCB mit einem Atmega galvanisch 
entkoppelt messen, ob die anliegende Netzspannung (230V AC) unter 200 V 
sinkt.

Nebenbedingung: Layout klein und Bauteile günstig.

Ansatz1
Klassicher Weise mit einem Blocktrafo -> Gleichrichtung -> Glättung -> 
Spannungsteiler -> ADC (siehe Anhang).
Klappt so weit super. Allerdings verbrät der Trafo BLOCK - VB0.35/2/6 - 
TRAFO, 0.35VA 2X 6V (Datenblatt: 
http://www.farnell.com/datasheets/65263.pdf) mit einem Wirkungsgrad von 
30% knapp 1,6 W Verlustleistung und wird sehr warm, fast heiß. Also 
nicht gerade das Gelbe vom Ei. Ein Trafo mit geringerer Verlustleistung 
ist im Layout wieder eine Ecke größer.

Ansatz2
Linearer Optokoppler
Habe ich bisher noch keine Erfahrung mit. Habe mich in IL300, SFH620A 
und AppNote von Vishay eingelesen.
Prinzip: L1 -> (Gleichrichtung) -> Vorwiderstände -> Optokoppler -> N.
Andere Seite: Vcc (5V) -> Widerstand -> Transistor von Optokopppler -> 
GND. Idealerweise steigt der durch den Transistor fließende Strom mit 
der (AC)-Spannung am Eingang des Optokopplers linear. Spannungsabfall 
über Widerstand per ADC messen (z.B.).
Verbrate ich da über den Daumen gepeilt nicht fast wieder die gleiche 
Verlustleistung wie beim Trafo, um Strom und Spannung der 
Optokoppler-LED (1,25V, 60mA) zu begrenzen?

Frage1
Diese Koppler sind meist nur im DIP4-Gehäuse (oder SMD) erhältlich, der 
Leiterbahnabstand scheint mir da für 230V mit 2,54 mm Pinabstand etwas 
gering. Da nützt es ja auch nichts, wenn ich L1 auf top und N auf bottom 
verlege. Nach intensiver Recherche ließ sich erkennen, dass der nötige 
Abstand von vielen Faktoren wie Einsatzbereich (möglicherweise in 
Hutschienengehäuse im IP55-Gehäuse draußen) sowie Isolation (normaler 
Stopplack reicht nicht aus) und Vorsicherung (Sicherungsautomat, 
eventuell noch extra Sicherung auf Board) abhängt. Hat dazu jemand 
Erfahrungswerte? Mit den Trafos ist der Leiter-Abstand auf der Platine 
ja groß genug für ca. 8mm.

Frage2
Kennt nicht noch jemand einen besseren Ansatz / passenderes Bauteil? Ich 
möchte ja eigentlich nicht die Spannung exakt messen, sondern ungefähr 
feststellen, ob sie unter 200 V sinkt.
Hatte noch an einen direkt verbundenen Spannungsteiler -> Comparator -> 
optische Signaltrennung gedacht. Aber dann habe ich entweder keine 
galvanische Trennung, wenn ich den Comparator über das Board-Vcc 
versorge oder zusätzliche Stromversorgungsbauteile für ihn.

Alles so von hinten durch's Knie in den Rücken geschossen. Dafür muss es 
doch effiziente und erprobte Lösungen geben.

Autor: Veit H. (veith)
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Nachtrag: ginge es vielleicht so ähnlich wie hier mit dem 4N35? 
Beitrag "Re: Netzspannung überwachen"

Autor: Frank K. (fchk)
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Veit H. schrieb:

> Alles so von hinten durch's Knie in den Rücken geschossen. Dafür muss es
> doch effiziente und erprobte Lösungen geben.

Glimmlampe und Fotodiode/-transistor? Wenn ich mich recht entsinne, 
haben Glimmlampen so um die 180V Zündspannung. Probiere es einfach mal 
an einem Stelltrafo aus.

fchk

Autor: Ingo (Gast)
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> Ansatz1
> Klassicher Weise mit einem Blocktrafo -> Gleichrichtung -> Glättung ->
> Spannungsteiler -> ADC (siehe Anhang).
> Klappt so weit super. Allerdings verbrät der Trafo BLOCK - VB0.35/2/6 -
> TRAFO, 0.35VA 2X 6V (Datenblatt:
> http://www.farnell.com/datasheets/65263.pdf) mit einem Wirkungsgrad von
> 30% knapp 1,6 W Verlustleistung und wird sehr warm, fast heiß. Also
> nicht gerade das Gelbe vom Ei. Ein Trafo mit geringerer Verlustleistung
> ist im Layout wieder eine Ecke größer.

Wenn der Trafo, quasi im Leerlauf schon sehr warm wird, ist er sowieso 
schon in der magnetischen Sättigung und daher die Ausgangsspannung nicht 
mehr proportional zur Eingangsspannung.
Was aber jetzt gut gehen würde, wäre ein Vorwiderstand vor der 
Primärwicklung, der die Primärspannung halbiert (der Gegenpart ist dann 
die Induktivität der Primärwicklung). Damit bist Du weit unter der 
Sättigungsgrenze, der Ruhestromverbrauch und damit die Wärmeentwicklung 
wären deutlich niedriger. Ich würde mal in die Kramkiste schauen, ob da 
noch ein Widerstand um die 10kOhm und 1/2 Watt zu finden ist.
mfG ingo

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