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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Galvanische Trennung


Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hey,

Ich hatte vor eine Art Voltmeter mit nem normalen A/D Wandler zu
realisieren. Dabei gibts aber ja auch Probleme. Wenn das Ding zB
geerdet ist, dann muss die (-) Leitung ja immer auf Masse liegen, sonst
gibts einen Kurzen!.

Wie kann ich eine galvanische Eingangsstufe einfach realisieren?
Dabei sollte das Signal so wenig wie möglich verfälscht werden.
(Benutze 16Bit Wandler, mit vorraussichtlich 4,096V. das wären
0,0000625Volt auflösung (Schaff ich eh nicht so genau, aber besser
Reserve..). Aber nur um die Genauigkeit anzugeben)

Ich habe das Gefühl, dass ich mit analogen Optokopplern hier falsch
bedient bin. Es gibt doch diese Übertrager. Allerdings kann ich mir
nicht vorstellen dass die großartig was taugen?!

Wie wird das bei kaufbaren (Tisch-)DMMs gemacht?

Autor: Sven Johannes (Gast)
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Moin...

DMMs haben normalerweise kein Problem mit der Trennung da sie entweder
mit Batterien betrieben werden oder selbst mit einem Trenntrafo
versorgt werden. Wäre also mein Vorschlag. Notfalls einen Trafo mit
vielen unabhängigen Wicklungen und viele Netzteile. Dazu müßte man aber
wissen, was du eigentlich planst.

Übertrager funktionieren natürlich nur bei Wechselstrom und Optokoppler
sind nicht wirklich linear.

--
 Sven Johannes

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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>>Übertrager funktionieren natürlich nur bei Wechselstrom

ARGS stimmt ja. Hehe

>>Optokoppler sind nicht wirklich linear.

Hab ich mir schon in etwa gedacht. Hmmm..

Wenn ich aber meinen analog Teil, vielleicht sogar das ganze DMM nicht
Erde, also an einen Trafo hänge und keine Erdung auf den Nulleiter
anschließe, dann geht das. Das klingt logisch. Aber wenn ich bei (-)
dann 5V anlege und bei (+) dann 6V. dann liegt ja die Masse auf 5V.
Kann das irgndwelche Probleme machen?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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So siehts bis jetzt aus.

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo Simon,

ich benutze den 12Bit Typ ADS7844 und bin auch recht zufrieden damit.
Wenn du eine hohe Auflösung willst, wäre evtl. ein Delta-Sigma-Wandler
günstiger, da der ggf. eine 100 Hz Unterdrückung realisieren kann. Bei
einem Voltmeter hast du i.A. längere Messstrippen dran, die dann leicht
50/100Hz Brummen einfachen können. Du kannst z.B. den Wandler mit nem
DCDC Wandler trennen und nur die digitalen Signale über eine
galvanische Trennung anpassen. Bei Eingangspannungen von "vielen"
Volts allerdings auf Sicherheit achten !!!!!

Gruß Thomas

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hi Thomas.
Ich hatte mir schon überlegt für die Regler von Va und Vd (Also Analoge
und Digitale Versorgungsspannung) einen eigenen Abgriff zu machen, aber
dann müsst ich doch den Regler Vref auch an die Windung von Vd hängen
oder?

Autor: TravelRec. (Gast)
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Versorge doch den A/D und die ganze Multiplexer- / Treiberschaltung für
den A/D aus einem Netzteil mit galvanischer Trennung, also ´nen Trafo
mit Graetzbrücke und Linearregler dahinter. Die Datenausgänge des A/D
koppelst Du über entsprechend viele Optokoppler (bei seriellen A/Ds
lediglich 3) an die Auswerte-Prozessorik, die wiederum an einem anderen
Trafo mit Graetzbrücke und Linearregler hängt, während beide Massen
nicht verbunden werden. Die Prozessorik und die eventl. Ausgabe über
RS232 kann dann geerdet sein und der A/D floatet quasi auf eigener
Masse, die gegenüber Erde sonstwelches Potential haben kann. Da beide
Schaltungen wahrscheinlich eher wenig Strom verkonsumieren, kann man
mit recht kleinen Trafos und sparsamen Stabilisatoren auskommen. Viel
Spaß!

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Jap, das ist ein guter Tipp.

Aber theoretisch brauche ich 3 Sekundärabgriffe. Denn ich habe Vd, die
Spannung für µC und Taster etc.., dann Va, Spannung für die
Stromversorgung des ADCs und Vref, die Referenzspannung für den ADC.

Oder soll ich Va und Vref zusammenfassen?, und evtl nur über
Linearregler trennen ? Dann habe ich nur 2 Windungen.

Über diese Möglichkeit habe ich schon nachgedacht.

Wie ist das denn, wenn ich eine negative Spannung messen will?
Ich habe mir gedacht, zu gucken, ob das Eingangssignal negativ ist.
Wenn ja -> dem µC an einem Pin sagen (dann macht er ein - vor den
Messwert). Und den negativen Wert ins positive umdrehen. und dann
digitalisieren.

Nunja, mit nen paar OPAMPs dürfte das zu machen sein, allerdings habe
ich dann noch ein paar Probleme. Ich brauche eine symmetrische
Spannungsversorgung von +5/-5V, und genaue Wandler, und einen Trick wie
ich negative Spannung einfach ins positive hochziehe.

Autor: TravelRec. (Gast)
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Ja, kommt eben alles auf die Bauelemente an. Es gibt auch Single-Supply
A/Ds, die negative Spannungen messen können. Ansonsten mußt Du halt
´nen Trafo mit Mittelanzapfung nehmen und die positive und negative
Betriebsspannung generieren. Ich würde auch deshalb lieber mit 2 Trafos
gegenüber einem mit mehreren Wicklungen arbeiten, weil sich dann die
verschiedenen Baugruppen auch gut räumlich getrennt aufbauen lassen.
Die Ausgabe negativer A/D Meßwerte wird von A/D zu A/D unterschiedlich
gemacht, teils als Zweierkomplement oder mit direktem Vorzeichen. Dann
gibt es auch noch A/Ds mit Differenzeingang, da ist dann wieder alles
anders. Am besten, Du suchst Dir einen passnden A/D aus dem großen
Sortiment aus und dann sehen wir weiter. Die Referenzspannung wird im
Allgemeinen über Filter oder aktive Stromquellen aus der
Betriebsspannung für den A/D abgeleitet, noch eine getrennte
Versorgungsspannung ist also nicht notwendig.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hi,
Also ich wollte einen ADS8344 verwenden. Ist ein normaler 16Bit
Wandler.

D.h. ich müsste den ganzen negativen Eingangsteil manuell machen. Ich
habe jetzt eine einzelne Netzteiplatine (ist doch auch Okay, oder?).

Die einzelnen Elemente werden per Metallplatte abgeschirmt sein (Soll
ich die Platte erden?)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hups da ist bei der Netzteilplatine am Regler von Windung S2 ausversehen
Va. soll Vd sein

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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so.

Autor: TravelRec. (Gast)
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Hab´ mir mal das Datenblatt angesehen, also ´ne echte Negativmessung
kann das Ding nicht. Mittels eines 2-poligen Relais könntest Du die
Meß-Eingänge umschalten, um negativ zu messen. Dies kannst Du entweder
automatisch tun, wenn der Prozessor ständig 00000 mißt, oder halt
manuell, wenn Du weißt, daß Du ´was angeschlossen hast, aber trotzdem
nur 00000 mißt. Eine negative Versorgungsspannung brauchst Du aber
nicht (wenigstens ´was), es sei denn, für zusätzliche OVs, wenn´s keine
Rail to Rail typen sind.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Dann kann ich zwar kein Wechselstrom mehr messen, aber klingt gut.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Wobei, ich muss ja irgndwie erkennen, dass da ein negatives Signal
kommt. Wenn ichs einfach auf den Wandler prallen lasse, kann es ja sein
dass er kaputt geht... Da bräuchte man dann wieder ein OPAMP der bei
kleiner 0V umschaltet am ausgang -> wieder 2 versorgungssspannungen

Autor: TravelRec. (Gast)
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Naja, Schu5tzdioden und Spannungsteiler vor dem A/D wären in jedem Fall
´ne gute Wahl. Es ginge natürlich auch, die Meßspannung im Potential
auf halbe A/D-Spannung anzuheben (Stichwort: virtuelle Masse), dann
hast Du in jede Richtung 15 Bit Auflösung (32768 Stufen). Wenn Dir das
reicht. Dazu brauchst Du einige schnelle Rail-To-Rail OPs und dann bist
Du einige Probleme los und hast dafür ein paar neue.

Autor: Schoaschi (Gast)
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Achja... es gibt OPVs mit galvanischer Trennung. Agilent hat solche im
Sortiment.


Ich will mir jetzt selbst auch ein Multifunktionsmessgerät bauen und
hab mir auch schon ein paar gedanken darüber gemacht. Hast du vl schon
einmal darüber nachgedacht ob du nicht auch noch vl einen
TRUE-RMS-Wandler integrieren willst? Dann kannst du nämlich sowohl DC
als auch AC mit dem selben Programm messen(da der TRUE-RMS-Wandler eine
Gleichspannung ausgibt) und du ersparst dir einiges an
Programmierarbeit... fallst du beide Spannungsarten messen willst.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hey

@TravelRec.:

Ich habe mich doch jetzt einfach umentschieden.

Ich möchte gerne einen "Bipolar" ADC nehmen, aber vieles ist mir sehr
unklar.

Meistens finde ich Varianten, wo ich einen einfachen differenziellen
Eingang habe, wo ich (V-) auf 2,5V (virtuell Masse) legen kann und dann
kann 2,5+Vref bis 2,5-Vref gemessen werden.

Allerdings finde ich nichts, wo ich 2V mit + an (V+) und - an (V-) UND
andersherum anschließen kann, und beides mal gibt es ein Ergebnis.
Kannst du mir da vielleicht einen Tip geben?


Ich glaube übrigens hier doch noch was gefunden zu haben:
http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/28...

Allerdings auch komisch: "The part accepts an analog input range of
±10 V (AD7894-10)[...]" Referenzspannungseingang steht maximal 2,7V ?!
Dann nützen mir doch auch ±10 V nichts.
bei Absolute Max. Ratings steht nun "Reference Input Voltage to GND .
. . . –0.3 V to VDD + 0.3 V". Ist das mit den 2,7V nur ein von diesen
Testangaben die der Hersteller angibt?
Aber später steht wiederrum wieder "The
nominal reference voltage for correct operation of the AD7894 is +2.5Ê
V."

Hilfe, Bitte :D

Autor: TravelRec. (Gast)
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Hmm - keine Ahnung jetzt, weil ich´s noch nicht brauchte. Ich weiß nur,
daß die C520-LED-Voltmeter Wandler aus DDR-Zeiten das konnten,  0->
999mV in positiver Richtung und 0-> -99mV in negativer Richtung. Aber
das wird dich jetzt auch nicht umhauen. Wie wär´s denn, wenn Du einen
Audio A/D-Wandler mit I2S-Interface nimmst, so z.B. den Crystal CS5331,
der kann 18 Bit, ist 48kHz schnell, wenn Du willst, und kommt mit 5V
aus. Bezugspotential ist 2,5V virtuelle Masse und mit einem
invertierenden 1:1 OP kannst Du das Ding ansteuern. Nachteil: der mißt
keine Gleichsspannung! Aber da muß es doch noch andere geben! Haben
Analog Devices oder National Semiconductors nix?

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hmpf, nenenene. Ich will schon einen ADC haben der negative Spannungen
ohne Probleme misst. Ich habe hierzu mal RS-Components auf Samples von
LM4140 und AD7894 angefragt.

Irgndwie muss das ja möglich sein.

Auf anderen Seiten werde ich eigentlich nicht so wirklich fündig. Oder
da heißt es dann nicht mehr "bipolarer" ADC sondern irgndwie anders.

Autor: Thomas (Gast)
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Hallo Simon,

der AD7894 wird schon funktionieren. Die Frage wäre warum du ein so
schnelles Teil nehmen willst ? Möchtest du die RMS Rechnerei digital
machen ? Ansonsten ist es auch kein Problem einen "unipolaren" ADC zu
nehmen, wenn du im Eingang über einen OP den Offset in die Mitte der
Eingangsspannung legst. Es ist ja kein Problem, das ganze digital zu
kalibrieren....

Gruß THomas

Autor: TravelRec. (Gast)
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Das hatten wir doch oben schon, mit der virtuellen Masse in der Mitte
von Ub, aber das willer ja nich, der Simon ;-).

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Hehe, ich hab irgndwie ne Abneigung gegen Symmetrische Spannunsquellen
;)

Ich möchte so einen "schnellen" nehmen (nutze ihn eh nicht ganz aus)
um eventuell Vmax und Vmin von dem Signal anzeigen zu lassen. (Soll
auch nich bis 100Mhz funktionieren, sondern reicht schon, wenn ich so
1khz messen kann..

RMS braucht man doch nur für wechselspannung oder mischspannung, brauch
ich auch nich. Mittelwert reicht. mir (vorerst)

PS:
>>der AD7894 wird schon funktionieren.

Da gehe ich ja auch von aus, aber wie schafft er es, ein Signal von +/-
10V mit einer Referenz von 2,5V zu messen?

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