Hochspannung galvanisch getrennt messen

@ Dominik G. (grosdode)

>-Einfacher Spannungsteiler (dadurch habe ich leider keine galvanische
>Trennung mehr)

Wozu brauchst du die? Die Sicherheit der Quelle wird dadurch nicht 
erhöht.

>-Einfacher Spannungsteiler mit Optokoppler

Ist Unsinn, weil die nicht linear sind bzw. nur mit einer 
Zusatzschaltung.

>-Ein Widerstand intern parallel zur Last und dann mit einem Hall Sensor
>den Strom messen

Mein Gott, man kann auch zum MOnd flieen und von dort mit einem Fernrohr 
ein Multimetr ablesen.

>-Ein Widerstand intern parallel zur Last und dann mit einem Feldplatten
>Sensor (MDR) den Strom messen U=R*I

Oh Gott^2

>Für weiter Idee oder Anregungen der Messung wäre ich sehr Dankbar (sie
>sollte galvanisch getrennt

Warum? Weil du Angst hast! Dann lass die Finger davon. Die meisten 
Hochspannungsquellen messen NICHT galvanisch getrennt, wozu auch?
Bei passender Dimensionierung des HV-Messteilers ist das vollkommen OK.

schau mal in die AN118 von linear technology in Figure 1.
Das ist nicht galvanisch getrennt funktioniert aber sehr gut.
Habe nach dem Schema ein Netzteil bis 2000V gebaut.

Gruss Klaus

Kurzes Update:
Die galvanische Trennung ist ein Wunsch meines Betreuers und 
Nichtlinearitäten sind nicht weiter tragisch solange sie nicht 
stochastisch auftreten.
Ja und wie trenne ich die geteilte Spannung galvanisch?

Dominik G. schrieb:
> Für weiter Idee oder Anregungen der Messung wäre ich sehr Dankbar (sie
> sollte galvanisch getrennt ...)

der IEC 60601 Klassiker mit patient application also.

>
> -Einfacher Spannungsteiler (dadurch habe ich leider keine galvanische
> Trennung mehr)

Einfacher spannungsteiler, hochomig, und das geteilte Signal galv. 
getrennt auf die "Eingangsseite" übermitteln.
Über Ok oder per U/F Wandlung und Übertrager: letztlich beides gangbar.
Erfordert zwar eine weiteren übertrager zur Hilfsspanungsversorgung,
ist aber letztlich der einzig zuverlässig gangbare Weg.
Und ist erprobt.

>
> -Einfacher Spannungsteiler mit Optokoppler

korrekt erkannt das dies nicht leistungsarm geht.

>
> -Ein Widerstand intern parallel zur Last und dann mit einem Hall Sensor
> den Strom messen U=R*I

geht nicht zuverlässig, da bei Strömen im µA Bereich kaum sensibel und 
deutlich temperaturabhängig.
>
> -Ein Widerstand intern parallel zur Last und dann mit einem Feldplatten
> Sensor (MDR) den Strom messen U=R*I

dito, temp. abhängigkeit und wenig sensibel.

> Danke schonmal im vorraus!

du kommst (sofern Du keine Abstriche bei Deinen Forderungen machst) 
nicht um den unter 1.) geschilderten Aufwand drumrum.

Dominik G. schrieb:
> Kurzes Update:
> Die galvanische Trennung ist ein Wunsch meines Betreuers und
> Nichtlinearitäten sind nicht weiter tragisch solange sie nicht
> stochastisch auftreten.
> Ja und wie trenne ich die geteilte Spannung galvanisch?

optokoppler
u/F wandlung und HV-geprüfter Übertrager.
bluetooth


nur mal so 3 Bespiele.

0100 schrieb:
> IL300?

Das ist auf den ersten Blick bestimmt der richtige Gedanke wenn es dann 
lt. Vorgabe wirklich galvanisch getrennt sein soll. Allerdings würde ich 
mal auf die Verlustleistung achten wenn man mit den 1000V die Led im 
Optokoppler zum leuchten bringen will.

Ich würde in diesem Falle eher mal über eine Hilfswicklung am Trafo 
nachdenken..

Gruss Klaus

Dominik G. schrieb:

> ich bin gerade dabei eine Hochspannungsquelle zu entwerfen

> -Einfacher Spannungsteiler (dadurch habe ich leider keine galvanische
> Trennung mehr)

Normalerweise ist es üblich, einen Pol der Hochspannung zu erden.
Nahe der Erde kann man dann sowohl die Spannung als auch den Strom
problemlos messen.

> -Einfacher Spannungsteiler mit Optokoppler

Normalerweise nimmt man in Schaltnetzteilen eine typische Schaltung
bestehend aus TL431 plus OK. Die würde sich m.E. auch für Dein Netz-
Teil eignen.Um Strom zu sparen, könnte man auch den TLV431 nehmen.

> die Optokoppler die ich bis jetzt gefunden habe benötigen etwa 1mA

OKs funktionieren auch mit kleineren Strömen, wenn Du die Sek.-Seite
weniger belastest.

> -Ein Widerstand intern parallel zur Last und dann mit einem Hall Sensor
> den Strom messen

Zu aufwändig und ungenau.

> mit einem Feldplatten Sensor (MDR) den Strom messen

Noch ungenauer.

> Achso geregelt wird dann mit einem µC.

Das wäre mir speziell für HV zu unsicher. Nimm eine analoge Regelung.
Gruss
Harald

@ Dominik G. (grosdode)

>Die galvanische Trennung ist ein Wunsch meines Betreuers und

Dan sag ihm einen schönen Gruß von mir uns dass dieses Ansinnen unsinnig 
ist. Man gewinnt dadurch rein GAR NICHTS, ausser Aufwand und Probleme.

Nach dem Vorschlag von Uwe, ist mir folgende Idee gekommen: Warum nicht 
bereits meine Primärseite galvanisch entkoppeln mit einem DC/DC Wandler 
spricht da etwas dagegen?

Falk Brunner schrieb:

>>Die galvanische Trennung ist ein Wunsch meines Betreuers und
> Dan sag ihm einen schönen Gruß von mir uns dass dieses Ansinnen unsinnig
> ist. Man gewinnt dadurch rein GAR NICHTS, ausser Aufwand und Probleme.

Naja, das man an Schulen o.ä. lernt, wie man praxistaugliche
Schaltungen baut, dürfte eher die Ausnahme sein. Schliesslich
haben die meisten Lehrer noch nie praktisch gearbeitet.
Gruss
Harald

Thomas schrieb:

> Außer die Möglichkeit, durch Umstöpseln -1000V zu bekommen. Dass man
> sowas niiiiie braucht, sieht man daran, dass bei allen Labornetzgeräten
> Minus mit PE verbunden ist.

Nun, u.a. für Piezo-Aktoren gibts auch Netzteile mit negativer
Spannung gegen Masse.

@ Thomas (Gast)

>> ist. Man gewinnt dadurch rein GAR NICHTS, ausser Aufwand und Probleme.

>Außer die Möglichkeit, durch Umstöpseln -1000V zu bekommen. Dass man
>sowas niiiiie braucht, sieht man daran, dass bei allen Labornetzgeräten
>Minus mit PE verbunden ist.

Ist mein Ironiedetektor kaputt? Die allermeisten Labornetzteile für 
Schutzkleinspannung SIND potentialfrei und haben meist eine zusätzliche 
PE-Buchse, da kann man beliebig erden oder auch nicht.

Die MEISTEN HV-Netzteile sind NICHT potentialfrei, u.a. aus 
Sicherheitsgründen und des Schaltungsaufwands wegen. Denn bei einer 
potentialfreien HV-Quelle muss ggf. der HV-Trafo die volle 
Ausgangsspannung isolieren, wenn man den "anderen" Pol auf Erde klemmt. 
Das mögen nicht alle HV-Trafos.

>Durch den müssen die ganzen 5W plus Verluste. Das wird sicher größer als
>ein winziger DC-DC-Wandler und uC, Hühnerfutter und Optokoppler auf der
>Sekundärseite.

WENN man schon einen Trafo hat, kann man ja eine 2. Wicklung für die 
Stromversorgung der Messwerterfassung spendieren. machbar, aber mit 
zweifelhaftem Sinn. Man vergesse bitte auch nicht, das für eine 
dynamische Regelung die Messwerterfassung ausreichend schnell und mit 
nicht zu viel Phasendrehung arbeitet, sonst wird der Regelkreis instabil 
oder muss deutlich verlangsamt werden.

Falls sich noch jemand dafür interessiert:
Ich werden mit einem DC/DC 5V galvanisch getrennt auf die Sekundärseite 
bringen, damit wird ein kleiner ADC versorgt. Der ADC hat einen I2C Bus 
der  über einen Chip von Texas Instruments ISO1540D zu meinem µC geht.
Der Trafo ist von NASCENTechnology der 95075 und sieht so aus 
[http://www.nascentechnology.com/pdf/95075_r4_Glossy.pdf] also nichts 
mit extra Wicklung.

Vielen Dank für die Kreativen Anregungen ;)

@ Dominik G. (grosdode)

Noch akademischer hätte man das Problem kaum lösen können. Naja, 
vielleicht doch, mit Bluetooth oder so . . .

Wir sind mal gespannt, wie die Regeleigenschaft dieser 
Hochspannungsquelle aussehen ;-)

Falk Brunner schrieb:

> vielleicht doch, mit Bluetooth oder so . . .

Hmm, mein Multimeter (Agilent U1253) gibts mit 
Bluetooth-Schnittstelle...

Moin Zusammen,

mit dem AVAGO ACPL-C87x ist eine galvanische Trennung zum Messen der 
Hochspannung problemlos realisierbar und der Bauteileaufwand hält sich 
in Grenzen, die Krux bei dem Baustein ist, das er auf jeder Seite eine 
5V Spannungsversorgung haben will.

Datenblatt anbei...

Dominik G. schrieb:
> ISO1540D

TI schrieb im ISO5140-Datenblatt:
> VDE
> Basic Insulation
> Maximum Transient Overvoltage, 4000 VPK
> Maximum Surge Voltage, 4000 VPK
> Maximum Working Voltage, *566 VPK*

@Boris Hahn
Ja den hab ich auch gefunden sowas gibts auch von TI aber die arbeiten 
mit Sigma Delta Modulation wofür ich dann noch den (digitalen) Filter 
mit einplanen müsste. Da war mir der eine Baustein mehr und dafür I2C 
lieber ;)

@Tom K.
Ja? was willst du mir damit sagen stehe gerade auf'm Schlauch ohne 
Kontext
[http://www.mouser.com/ds/2/405/sllseb6b-261049.pdf]
[http://www.ti.com/general/docs/datasheetdiagram.tsp?genericPartNumber=ISO1540&diagramId=40104]

> Maximum Working Voltage, *566 VPK*

Dominik G. schrieb:
> Ja? was willst du mir damit sagen

Dass das Teil  auf Dauer nicht soviel Spannungsdifferenz zwischen den 
isolierten Seiten verträgt, wie man gerne hätte. Wie leider alle dieser 
praktischen I²C- oder SPI-tauglichen Isolatoren, die mir bei der 
Recherche für etwas sehr ähnliches (High-Side-Strommessung bei 
100..800V) bisher begegnet sind.

Aber die muss er doch auch nicht dauerhaft isolieren sondern nur die 
maximal 5V vom Spannungsteiler und selbst die gehen erst durch den ADC. 
Oder habe ich da was übersehen?
Oben mal nen kurze "Übersicht"

@ Dominik G. (grosdode)

>Aber die muss er doch auch nicht dauerhaft isolieren sondern nur die
>maximal 5V vom Spannungsteiler und selbst die gehen erst durch den ADC.

Und wozu brauchst du das Ding dann noch? ;-)

Eine galvanische Trennung die mein Betreuer gefordert hat ;)
4000-VPK Isolation per DIN EN 60747-5-2
2500-VRMS Isolation for 1 minute per UL 1577

Mit dem Ding sollen Taxel von Taktilen Displays angesteuert werden wie 
genau wird gerade in einer anderen Arbeit ermittelt.

Dominik G. schrieb:
> @Boris Hahn
> Ja den hab ich auch gefunden sowas gibts auch von TI aber die arbeiten
> mit Sigma Delta Modulation wofür ich dann noch den (digitalen) Filter
> mit einplanen müsste. Da war mir der eine Baustein mehr und dafür I2C
> lieber ;)

Ich habe den ACPL-C87x schon eingesetzt, Filter ist nicht notwendig und 
wenn Du an deinem µC zwei ADC Kanäle frei hast, brauchst Du das 
differenzielle Signal nicht mal mittels OP auf Singleendet wandeln. 
Einfach wie im Applikationsbeispiel beschalten und das Ding vollrichtet 
seine Arbeit.

@Boris H.
hab mir den gerade nochmal genauer angeschaut und musste feststellen das 
der doch ganz gut aussieht dachte erst das wäre sowas :
[http://www.farnell.com/datasheets/1634073.pdf] für die benötigt man 
noch nen Filter ;)