www.mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Potentialtrennung zwischen 74HC595 und ATMega128


Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich habe folgendes Problem:
Ein ATmega128 soll ein 74HC595 Schieberegister ansteuern. Ok, das ist 
normalerweise nicht kompliziert, es gibt jedoch ein potentialproblem. 
Zwischen den Schaltungen herrschen je nach Belastung der Elektronik die 
nach dem Schieberegister kommt wegen eines Inverters ca. 50V 
Spannungsdifferenz. Wenn der Mega die auf seine Pins bekommt denke ich 
mal der findet das ziemlich Scheisse :D
Wie bekomme ich eine Potentialtrennung zwischen den Schaltungsteilen 
hin, ich dachte da in Richtung Optokoppler. Von den LTV356 als SMD hätte 
ich noch mehrere 100 Stück da. Meine Frage ist nur, sind die Dinger 
Schnell genug? Ein paar CNY17 wären auch noch vorhanden falls die LTV 
ungeeignet sind.
Das Bitschubsregister :) hat folgende Pins die von mir beschaltet 
werden.
-Clock - Takteingang
-Data - Dateneingang
-Output Enable - Ausgangstreiber Einschalten
-Storage - Reingeschobene Daten ins Ausgangslatch übertragen

Alle Signale wandern also vom uC in Richtung Schieberegister.
Der uC wird mit vollen 16MHz getaktet und ich möchte die 
Datenübertragung möglichst schnell laufen lassen, habe aber den Verdacht 
daß ungeeignete Optokoppler mir die Impulsflanken versauen.

Hat jemand ein konkretes Schaltbeispiel oder einen Tip wie ich vorgehen 
muß?

Mein Ansatz war daß ich den EingangsPins Clock, Data und Storage 
Pull-Downs verpasse und der Optokoppler mit dem Kollektor an die 
Versorgung kommt und der Emitter an den betreffenden Eingangspin. Output 
Enable bekommt nen Pull-Up da dieser Eingang invertiert ist und der 
Optokoppler zieht in Kollektorschaltung bei Bedarf das Potential runter. 
Nur die Geschwindigkeit macht mir bedenken...

MfG
Roland

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

ich schon wieder :)

Also wenn ich mit dem Optokoppler eine Frequenz von ca 50-100KHz 
übertragen könnte wäre das schon ok, habe grade noch mal schnell in den 
Plan meiner Schaltung geschaut. Schneller wäre natürlich auch ok :) 
Hintergrund ist daß ich wenn möglich nicht extra andere Optokoppler 
beschaffen möchte, Sprich ich würde gerne die LTV oder die CNY 
verwenden.

Roland

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Haste ein Datenblatt zu dem LTV?

Autor: Peter Dannegger (peda)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Fototransistor-Optokoppler (z.B. CNY17) gehen mit 2,2k Pullup nur bis 
etwa 5..10kHz, die Flanken sind dann schon deutlich verschliffen.

Wenn Du mehr willst, mußt Du höheren Aufwand treiben (100 Ohm Last + 
Verstärker) oder teuere Koppler nehmen.


Peter

Autor: katapult_ohne_feder (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Könnte man nicht einfach Reihenwiderstände vorsehen und die Pins am 
ATmega mit Surpressordioden absichern?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nur mal als Schnapsidee: wenn man hinreichend kurze Impulse generiert,
müsste man dann nicht solche Übertrager aus Ethernetkarten als
Potenzialtrenner nehmen können?  Hat jemand mal die technischen Daten
von diesen Dingern parat?

Autor: crazy horse (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Optokoppler:
-wie schon gesagt, Feld-,Wald- und WIesenoptokoppler sind schnarchlahm
-es gibt schnelle Optokoppler, liegen allerdings nicht unbedingt in 
jeder Bastelkiste. Ich nehme dann lieber welche mit etwas eingebauter 
Elektronik (H11L1)
-Alternative: diverse iCoupler von AnalogDevices (ADuMxxx), sehr schön.

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@katapult_ohne_feder,

die idee hatte ich auch schon, nur muß die Trennung sauber sein da 
Sicherheitsrelevant, ich möchte daran keinen meiner Kollegen aus 
versehen rösten wenns mal auf der Ausgangsseite knallt. Deine Idee ist 
zwar gut aber fällt dadurch trotzdem leider raus. :)

@Travel Rec.,
das Datenblatt des LTV ist im Anhang.

@Jörg Wunsch,

die Ethernetübertrager haben aber soweit ich weiß keine so gute 
isolation, außerdem sind die ja dann auch nicht so einfach anzusteuern 
da ziemlich induktiv. Optokoppler wären mir ehrlich gesagt lieber :)

@crazy horse,
kennst du eine Beszugsquelle für die Teile von Analog und den H11L1? Am 
Besten sollten die Dinger in SMD erhältlich sein.

Roland

Autor: crazy horse (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
H11L1 kannst du von mir haben (Fairchild H11L1SR2M, SMD).

Autor: Andreas K. (a-k)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mit 10Mbps besser geeignet als die langsamen LTV und CNY17, und gut 
erhältlich (z.B. Reichelt): 6N137 (1fach) / HCPL-2630 (2fach).

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Roland Z. wrote:

> die Ethernetübertrager haben aber soweit ich weiß keine so gute
> isolation, außerdem sind die ja dann auch nicht so einfach
> anzusteuern da ziemlich induktiv.

Ich habe mal nach "ethernet isolation" gegugelt, und war unter anderem
auf das hier gestoßen:

http://www.rhombus-ind.com/datashts/t-10803.pdf

Das dürfte ein typischer Kandidad sein.  500 V[rms]
Spannungsfestigkeit dürften doch für deine Belange gut ausreichend
sein.  (Für 100baseT finde ich bei der gleichen Firma sogar 1500 Vrms
als Spezifikation.)

Naja, bei dieser Induktivität fließen bei 5 V nach ca. 250 ns
nennenswerte Ströme.  Das ist wirklich ziemlich knapp für einen AVR,
schade.  Die 100baseT-Übertrager sind mit 350 µH spezifiziert, das
würde die Sache entspannen, aber die werden irgendwie symmetrisch
angesteuert und haben ein Gleichtaktfilter drin, weiß nicht, ob einem
das hier auf die Füße fallen würde...

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Jörg Wunsch,

danke für deine Informationen aber die Isolationsspannung der Übertrager 
(die mit 1500V) würde reichen nur haben die keine VDE Zulassung d.H. ich 
darf diese nicht verwenden da diese als Sicherheitsrelevantes Teil 
verwendet werden sollen. Ich gehe in Solchen Sachen immer sehr auf 
nummer sicher da die  damit entwickelte Steuerung ja schließlich keinen 
im Fehlerfalle Umbringen soll.
Übrigends die Symmetrischen Ethernet-Transformatoren kann man sehr gut 
mit einem DAC0800 Ansteuern, es gibt so gar eine Appnote dazu, Stichwort 
"Driving Symmetrical Transformer". Ist aber wie du Sagst nich ganz ohne 
und ziemlich viel Aufwand.

Etwas zu meinem Projekt:
Über den Optokoppler soll das Schieberegister "befüllt" werden, dieses 
ist mit einem DAC (DAC0800) verbunden. Dieser erzeugt mir die gewünschte 
Analogspannung. Diese Analogspannung dient als Sollwert für einen großen 
Mitsubishi-Frequenzumrichter der einen 32KW Drehstrommotor einer 
Großdrehmaschine Steuert. Für den Fall das der Umrichter durch einen 
dummen Zufall einmal zerstört wird, benötige ich die Optokoppler damit 
unter allen Umständen der Maschinenbediener (einer oder mehrere meiner 
Arbeitskollegen) nicht gefährdet wird. Die Installationsanleitung des 
Umrichters sagt zwar daß dieser Fall nicht eintreten kann, schweigt sich 
jedoch darüber aus ob es eine wirksame Potentialtrennung in dem Gerät 
gibt die so etwas verhindert oder ob das anderweitig realisiert wurde. 
Da ich nach Fertigstellung der Maschine der "Errichter" der Anlage bin 
muß ich für eventuelle Fehler auch geradestehen.

Der Grund dafür warum ich auch hier im Forum schon als "übervorsichtig" 
bezeichnet wurde:
Meine Arbeitskollegen sagen teilweise auch daß ich manchmal 
Übervorsichtig wäre, ich kann jedoch behaupten daß an meinen Steuerungen 
trotz Wasser oder Überspannung durch Blitzschlag, noch nie jemand zu 
Schaden gekommen ist. Als bei uns im Sommer 2006 das Unwetter in 
Baden-Württemberg wütete wurde das Dach der Automatenhalle schwer 
beschädigt und es regnete stark rein. Zugegeben der Umrichter an einer 
anderen Maschine war naher Schrott, da das Regenwasser durch die 
Kühlungslüfter in den Schaltschrank gesogen wurde (als feine Spritzer) 
und der Umrichter mit einem lauten Knall durchschlug, was mich 
allerdings anschließend nicht wunderte (Welcher Umrichter mag schon 
Wasser im Geräteinneren bei den vielen Volts g). Die Optokoppler der 
von mir Entwickelten und gefertigten Adapterplatine über welche der 
Freigabekreis des Umrichters nebst den verschiedenen Statusanzeigen vom 
Umrichter her kommen geführt wurde war total im Eimer, einige 
Optokoppler waren nur noch mit viel Mühe zu erkennen, Leiterbahnen 
fehlten (weggebrannt), branntlöcher in der Leiterplatte, das Übliche bei 
solchen Wasserschäden eben. Der Steuercomputer hatte außer daß ich den 
Fehlerspeicher mittels Laptop löschen mußte da der vor Fehlern der 
Klasse 1  fast Platzte, keinen Schaden erlitten. Der betreffende 
Maschinenbediener übrigends auch nicht der mußte nur mit viel Kaffee 
gefüllt werden und war etwas weiß um die Nase :D
Schaltschrank trockenlegen, ein paar Schaltschütze nebst Leitungen und 
ein neuer Umrichter und eine neue Adapterplatine und das Ding lief 
wieder.
Wir haben naher mal die ganze Sache rekonstruiert, wären die Optos nicht 
gewesen hätten die 550VDC der geladenen Zwischenkreiskondensatoren den 
Steuerrechner zerstört und einen eventuellen daran Arbeitenden Menschen 
unter Umständen schwer verletzt oder getötet (dicke geladene Elkos sind 
was ziemlich gemeines, besonders die Teile ab "Bierkruggröße").
Seit diesem Vorfall haben sich die "übervorsichtig" Bemerkungen mir 
gegenüber stark reduziert. :D
Zugegebenermaßen ich war natürlich auch sehr froh das sich meine 
Sicherheitsvorkehrungen in diesen Dingen bewährt haben.

Was ich mir noch dachte, um der Beschaffung spezieller Optokoppler aus 
dem Weg zu gehen. Ich setze die Optos zwischen das Schieberegister und 
den DAC0800, ich brauche dann zwar 8 Stück pro DAC-Ausgang, dafür aber 
keine speziellen die ich aufwendig beschaffen muß. Der Wert ändert sich 
maximal zwei mal in der Sekunde, normalerweise jedoch viel langsamer. 
Ich muß mal schauen wie ich vom Platzverbrauch auf der Leiterplatte dann 
liege.
Was ich noch da hätte wären einige MAX517BCPA+. Diese haben aber ja nen 
I2C Bus, nur habe ich da ja noch immer das problem das ich schnelle 
Optos brauche (und das auch noch bidirektional)....

Hat jemand noch Vorschläge, hab ich vielleicht eine möglichkeit 
übersehen?

MfG
Roland

Autor: Dieter Werner (dds5)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Als Optokoppler mit VDE Zulassung sind mir nur CNY21 sowie CNY64 und 65 
bekannt, die sind aber wirklich langsam.

VDE Zulassung ist IMHO nicht das Problem wenn die Luft- und 
Kriechstrecken groß genug sind, für SELV Kreise sind das 8mm.

Das stellt aber dann schon eine doppelte Sicherheit dar, denn der 
Niederspannungskreis der Steuerung dürfte wohl kaum berührbar 
offenliegen
und häufig ist dann noch GND mit PE verbunden.


Wenn es nur ein Analogkanal ist wäre auch ein Isolierverstärker möglich,
z.B. aus der ISO... Baureihe von TI.

Autor: Ekschperde (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Nimm doch TORX/TOTX173.
Dazwischen nen Stück Plastelichtleitkabel.
Das sollte sowohl von der Geschwindigkeit, als auch von der zu 
erreichenden Isolation nicht so schlecht sein ;-)

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Dieter Werner,

das Stimmt der Niederspannungs-Steuerkreis ist selbstverständlich nicht 
irgendwie berührbar und wild rumhängende Kabel gibts bei mir nicht das 
ist alles Sauber im Schaltschrank untergebracht und der ist 
Abgeschlossen. :)
Mein Ansatzpunkt ist nur daß wenn z.B. der Umrichter durchdonnert und 
die 550V liegen schlagartig an der uC-Steuerung dann ist die natürlich 
sofort hinüber. Ok das ist ärgerlich aber auch kein Weltuntergang, das 
Problem ist daß diese uC-Steuerung um das Programm des zu Produzierenden 
Werkstückes einzugeben über eine Folientastatur bedient wird und ob die 
500V gegenüber dem Benutzer isoliert wage ich zu bezweifeln.... :D 
Weiterhin bin ich ja in solchen Sachen zur galvanischen Trennung 
aufgrund der Sicherheit verpflichtet. Als Kriechstrecke zwischen den 
verschiedenen Stromkreisen verwende ich mindestens 10mm. GND und PE sind 
nur bei den Schaltschützen im Schrank verbunden, so ist es ja auch 
Vorgeschrieben. In der uC-Steuerung ist das nicht der fall dadurch fange 
ich mir sonst Störungen ein durch die Schaltschütze. Die uC-Steuerung 
hat ihren eigenen Transformator (als Printtrafo auf der Platine) und die 
ganzen externen Sachen wie Schaltschütze werden über Optokoppler 
gesteuert. Der Grund warum ich so auf Potentialtrennung auch gegenüber 
dem 24VAC-Steuerkreis für die Elektromagnete und die Schützspulen achte 
ist daß die Steuerung in jedem Fall immer Zuverlässig laufen muß. Unsere 
Maschinen laufen rund um die Uhr und von 23Uhr abends bis 6Uhr morgends 
unbeaufsichtigt. Am Wochenende noch länger ohne Aufsicht. Wenn die 
Steuerung aufgrund eines Schaltschützes mit "flatterschaltung" Abstürzt 
sind trotz anspringendem Watchdog unter Umständen schon die Werkzeuge 
zerstört. Wenn die Maschinenspindel stehen bleibt und die Werkzeugservos 
weiterlaufen gibts (teuren) bruch. :( Da auch die Werkzeugservos recht 
große Kaliber sind können die auch nicht innerhalb von 
Sekundenbruchteilen gestoppt werden, Stichwort masseträgheit....
Ich benötige übrigends nur zwei Analogkanäle, die Abstufung muß nicht so 
fein sein, deshalb nehme ich ja auch die DACs als 8-Bitter.

@Ekschperde,
Der Ideenansatz ist gut, die Dinger sind auch sicherlich leicht zu 
bekommen, nur ist mir die Lösung ein wenig, nun ja........ zu 
Unprofessionell. :) Isolationsprobleme hat man aber sicherlich keine, 2m 
Faserleitung dazwischen und man kann Hochspannung isolieren :)

Roland

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ekschperde wrote:
> Nimm doch TORX/TOTX173.
> Dazwischen nen Stück Plastelichtleitkabel.
> Das sollte sowohl von der Geschwindigkeit, als auch von der zu
> erreichenden Isolation nicht so schlecht sein ;-)


Bei Hochspannungsanlagen wird das auch so gemacht! Schnell und isoliert 
gewaltig gut xP

Autor: Ekschperde (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Der Ideenansatz ist gut, die Dinger sind auch sicherlich leicht zu
> bekommen, nur ist mir die Lösung ein wenig, nun ja........ zu
> Unprofessionell. :) Isolationsprobleme hat man aber sicherlich keine, 2m
> Faserleitung dazwischen und man kann Hochspannung isolieren :)

Kein Wunder das Kraftwerkstechnik so teuer ist ;-)



>> Nimm doch TORX/TOTX173.
>> Dazwischen nen Stück Plastelichtleitkabel.
>> Das sollte sowohl von der Geschwindigkeit, als auch von der zu
>> erreichenden Isolation nicht so schlecht sein ;-)
> Bei Hochspannungsanlagen wird das auch so gemacht! Schnell und isoliert
> gewaltig gut xP

Mein Reden...

Autor: JÜrgen Grieshofer (Firma: 4CKnowLedge) (psicom) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ekschperde wrote:
>> Der Ideenansatz ist gut, die Dinger sind auch sicherlich leicht zu
>> bekommen, nur ist mir die Lösung ein wenig, nun ja........ zu
>> Unprofessionell. :) Isolationsprobleme hat man aber sicherlich keine, 2m
>> Faserleitung dazwischen und man kann Hochspannung isolieren :)
>
> Kein Wunder das Kraftwerkstechnik so teuer ist ;-)
>
>
>
>>> Nimm doch TORX/TOTX173.
>>> Dazwischen nen Stück Plastelichtleitkabel.
>>> Das sollte sowohl von der Geschwindigkeit, als auch von der zu
>>> erreichenden Isolation nicht so schlecht sein ;-)
>> Bei Hochspannungsanlagen wird das auch so gemacht! Schnell und isoliert
>> gewaltig gut xP
>
> Mein Reden...


Oh sry... ich wollt nur mal die Idee untersteichen ^^

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Roland Z. wrote:

> danke für deine Informationen aber die Isolationsspannung der Übertrager
> (die mit 1500V) würde reichen nur haben die keine VDE Zulassung d.H. ich
> darf diese nicht verwenden da diese als Sicherheitsrelevantes Teil
> verwendet werden sollen.

Gut, das hättest du natürlich gleich schreiben können.

> Ich gehe in Solchen Sachen immer sehr auf
> nummer sicher da die  damit entwickelte Steuerung ja schließlich keinen
> im Fehlerfalle Umbringen soll.

Ich finde deinen Ansatz komplett vernünftig.

> Übrigends die Symmetrischen Ethernet-Transformatoren kann man sehr gut
> mit einem DAC0800 Ansteuern, es gibt so gar eine Appnote dazu, Stichwort
> "Driving Symmetrical Transformer". Ist aber wie du Sagst nich ganz ohne
> und ziemlich viel Aufwand.

Es war für mich auch mehr ein Gedankenexperiment.  Danke mit dem Tipp
für die Appnote, falls ich wieder einmal sowas gebrauchen kann, sehe
ich mir das mal an.

Autor: Frank Mayer (frankm)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Roland Z:

Warum kaufst Du nicht einfach zwei fertige Isolierverstärker von Knick 
oder Phoenix? 10V -> 10V oder auch andere Spannungen...
Die übertragen Signale bis zu 10kHz und Isolieren bis zu 2kV.
Die kosten ggf. 200 Euro, was aber einem Ausfall einer Maschine mit 
einigen 10.000 Euro wohl nicht in gegenübersteht.

Wir verwenden Knick bei der Modernisierung von alten 
Gleichstromantrieben mit Strom-Shunt bei 1,6kV im Stromregler mit 
200µsec Zeitscheibe.

Problem gelöst?

Frank

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.