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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AVR Eingangspin galvanisch trennen von externen Geräten


Autor: Thomas S. (thomass)
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@all,

ich habe folgendes Problem mit der Steuerung meines MEGA128 durch 
externe Steuerungen/Geräte.
Im folgenden sieht es so aus ich habe diverse externe Geräte deren 
Ausgänge teilweise schon galvanisch getrennt sind (Relai) und teilweise 
anscheinen nicht, da ich auf der Platine kein Relai erkennen kann muss 
ich das galvanische trennen selbst machen.
Ein weiteres gibt ein Versorgungsspannung von 12 Volt aus.

Nun wollte ich nicht für jeden Eingang eine andere Beschaltung wählen 
sondern immer einen Optokoppler verwenden egal ob schon galvanisch 
getrennt oder nicht und mittels stecken von Jumpern die passenden 
Beschaltung des Optokoppler Eingangsseitig vornehmen.

Da ich jedoch bei einem Relaikontakt keine Spannung zur verfügung habe 
und ich nicht die Versorgungsspannung meines µC Boards für die LED 
nehmen will  habe ich an einen DC/DC Wandler gedacht der 5 Volt 
galvanisch in 5 Volt trennt für die Spannungsversorgung der LED des 
Optokopplers.

Ich habe mich nun noch nicht so mit diesen Wandlern beschäftigt und bin 
daher nicht sicher ob ich diese zur galvanischen Trennung verwenden 
kann!?!?!
Ist der Ausgang nicht betätigt, ist der Ausgang des Wandlers nicht 
belastet, muss ich hier Schutzmassnahmen planen (Kondensator etc) oder 
ist die Spannung konstant ob belastet oder nicht.

Ich hänge hier mal meine Schaltungsvorschläge an.
Ich habe noch keine Junper etc. hier verwirklicht es geht mehr nur um 
die funktionalität der Schaltung.

Die obere ist für Relaikontakt oder NPN Transistorausgang.
Die untere ist für das schalten per Spannung habe ich im Internet 
gefunden sollte also funktionieren.

Gruß und Danke

Thomas

Autor: Jadeclaw Dinosaur (jadeclaw)
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Die untere Schaltung geht natürlich, wenn das Gerät bereits eine mit 
5-20mA belastbare Spannung liefert, der Übertrager rechts oben geht 
natürlich nur für Impulse, Spannungsbegrenzung nicht vergessen, damit 
der AVR nicht stirbt. Bleibt noch links oben: DC/DC-Wandler geht dafür, 
diese brauchen meist, (nicht alle, Datenblatt konsultieren, auch wegen 
der maximalen Isolationsspannung), eine gewisse Mindestlast, damit die 
Spannung nicht hochläuft. Kleine Wandler gibt's bei Reichelt für ein 
paar Euro fuffzich. Oder alte BNC-bestückte 10MBit-Netzwerkkarten 
zerlegen, da ist sowas auch drauf.

Gruß
Jadeclaw.

Autor: Thomas S. (thomass)
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Hallo Jadeclaw Dinosaur,

Danke für Deine Antwort.

Auf der Zeichnung ist Vcc die Versorgungsspannung des µControllers 5 
Volt stabilisiert also OK.
Für den Wandler habe ich ein falsches Sybol genommen ist mein Fehler. es 
sollte kein Übertrager für Impulse darstellen sondern einen DC/DC 
Wandler.
Ich habe die Zeichnung nochmals überarbeitet.
Die Isolierspannung ist 1000 Volt DC sollte eigentlich reichen.
Nur bei der Mindestlast wie Du beschrieben hast bin ich mir nicht sicher 
laut Datenblatt soll entweder der Eingang oder Ausgang stabilisiert 
sein.
Die Eingangsseitig ist ja stabilisiert oder ist da noch etwas anderes 
gemeint.
Ich poste mal noch den Link zum Wandler den ich verwenden will, 
vielleicht kannst Du mir dann mal Deine Meinung noch posten.

http://www.reichelt.de/?;ACTION=3;LA=4;GROUP=D481;...

Thomas

Autor: Felix (Gast)
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Wie kommt Vcc über denTrafo zu Vcc/2?

Cheers
Felix

Autor: HildeK (Gast)
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>Nur bei der Mindestlast wie Du beschrieben hast bin ich mir nicht sicher
>laut Datenblatt soll entweder der Eingang oder Ausgang stabilisiert
>sein.

Die Wandler sind natürlich verwendbar. Die Isolation ist ebenso ok.
Über eine Mindestlast steht nichts drin, es ist lediglich die 
Ausgangsschwankung angegeben zwischen 20% und 80% Last. Einfach mal im 
Leerlauf probieren und messen - ich glaube, dass du maximal die 
angegebenen 8% Abweichung überschreitest. In deiner Anwendung ist das 
völlig egal.

>Die Eingangsseitig ist ja stabilisiert oder ist da noch etwas anderes
>gemeint.
Es ist lediglich angegeben, dass du am Eingang zwischen 4,5 und 5,5V 
anliefern musst. Am Ausgang gibts dann 5V bei max. 200mA, auch mit ein 
paar Toleranzen.

Also direkt so verwendbar, wie du dir das überlegt hast.

Autor: Thomas S. (thomass)
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@all,

zuerst mal vielen Dank für Euere Hilfe.
Ich werde wohl wenn ich das Teil habe mal die Ausgangsspannung im 
Leerlauf messen und jenachdem noch etwas Elektronik basteln.
Die Eingangspannung von 5 Volt wird mit einem 7805 geregelt und somit 
ist die Eingangsspannung OK.

@HildeK,

Danke für Deine ausführlichen Erleuterungen.

@Felix,

also ich habe nicht genügend Ahnung was im DC/DC Wandler verbaut ist 
aber durch die Isolationsspannung von 1000 Volt muss eigentlich ein 
Trafo drin sein denke ich zumindest.Vermutlich  wird die Spannung 
gepulst und dann per Trafo übertragen im Datenblatt steht etwas von 
150kHz aber genau weis ich das nicht.
Am Ende muss man am Eingang 5 Volt anlegen (Vcc) und es kommt am Ausgang 
5 Volt raus (Vcc/2) und diese ist galvanisch getrennt von der 
eigentlichen Versorgungsspannung Vcc die den Controller versorgt(mein 
Wandlertyp).
Vielleicht kennt sich jemand mehr aus.

Also Danke nochmal an alle.

Thomas

Autor: HildeK (Gast)
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>Am Ende muss man am Eingang 5 Volt anlegen (Vcc) und es kommt am Ausgang
>5 Volt raus (Vcc/2) und diese ist galvanisch getrennt von der
>eigentlichen Versorgungsspannung Vcc die den Controller versorgt(mein
>Wandlertyp).

Auch wenn ich nicht Felix bin .. ;-)

VCC/2 liest sich wie die Hälfte von VCC - du meinst aber wohl nur eine 
zweite, unabhängige VCC. Das hat etwas verwirrt.
Nenn die eine einfach VVC1, die andere VCC2.

Es ist höchstwahrscheinlich so, wie du vermutest: ein Schwinger mit 150 
kHz, ein kleiner Trafo und danach Gleichrichtung und Siebung. Ohne 
Spannungsregelung - ganz einfach. Im zweiten Datenblatt lese ich gerade, 
dass er ohne Last nicht betrieben werden darf:
"During operation, make sure the specified range of input voltage is not
exceeded, the minimum output load is not less than 10% of the full 
load, and that this product should never be operated under no load!"
Also 20mA Grundlast sind notwendig. Also: R = 250 Ohm.
Außerdem empfiehlt das Datenblatt am Eingang 4,7µF, am Ausgang 10µF.
Der Trafo bringt die Isolationsfestigkeit bis 1kV. Für deine Anwendung 
bestens geeignet.

Autor: Thomas S. (thomass)
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@HildeK,

Danke für Deine Antwort.
Habe nun gerade auch nochmals die Datenblätter angeschaut und wie Du 
schon geschrieben hast soll der Wandler mit min 10% der max. Last 
betrieben werden. Aber zum anderen schreiben sie dann auch noch 
folgendes
"The simplest device for output voltage regulation, over-voltage and 
over-current protection is a linear voltage regulator
with overheat protection that is connected to the input or output end in
series (see Figure 2)."
Also einen Festspannungsregler an den EINGANG oder AUSGANG und nicht von 
Grundlast.
Werde das Teil mal bestellen und dann testen wie es sich verhält.
Ein- und Ausgang mit den Kondensatoren und noch mit den Spulen wie im 
Bild zu sehen da habe ich noch ein paar hier rumliegen mit 14mH glaube 
ich.

Gruß

Thomas

Autor: HildeK (Gast)
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>Also einen Festspannungsregler an den EINGANG oder AUSGANG und nicht von
>Grundlast.
Diese Hinweise im Datenblatt sind imho so zu verstehen:
- falls die Eingangsspannung zu groß werden kann, einen Längsregler am 
Eingang vorschalten
- falls man eine gut stabilisierte Ausgangsspannung braucht, einen 
Längsregler nachschalten (dann brauchst du für 5V aber den Typ mit 9V 
Ausgang)
- der Schaltkreis ist für 1 Sekunde kurzschlussfest. Falls die Gefahr 
besteht, dass dies länger vorkommt, hilft ebenfalls der Längsregler mit 
seiner eingebauten Strombegrenzung. Z.B. ein 78L05 mit 100mA am Eingang.
Es gibt auch selbstrückstellende Sicherungen auf PTC-Basis. Im 
einfachsten Fall einfach einen 25-30 Ohm Widerstand dazwischenschalten. 
Wenn du den so an Pin 1 oder 2 deines OK2 platzierst (zusätzlich zu der 
Stromquelle), dass ein versehentlicher Kurzschluss erst nach dem 
Widerstand erfolgen kann, dann bist du bereits auf der sicheren Seite. 
Viele andere Teile einer Schaltung halten Kurzschlüsse auch nicht aus. 
Bei ordentlichem Aufbau erledigt dies aber deine Stromquelle.

Meiner Ansicht nach solltest du die 250 Ohm Grundlast (LED zur 
Funktionsanzeige?) anschließen, die genannten Elkos und das war es auch 
schon. Deinem Optokoppler sind ein paar zig mV Ripple völlig egal. 
Deshalb würde ich auch auf die zusätzlichen Spulen zunächst verzichten. 
Bestenfalls am Eingang eine verwenden, um mögliche Rückwirkungen auf die 
restliche Schaltung um den MEGA128 zu vermeiden.
Ob auf die Grundlast verzichtet werden kann, glaube ich nicht, denn die 
10%-Aussage ist immerhin fett gedruckt.

Autor: DevMo (Gast)
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Hallo ich häng mich mal spontan dran, weil ich genau die selbe Lösung 
wie Thomas benötige, um meine RS232 Schnittstelle von Störsignalen des 
PCs oder noch extremer Laptop-Netzteils von meiner Schaltung 
fernzuhalten. Bei mir gehts also nicht um Sicherheitsaspekte bezüglich 
hohen fehlerspannungen, sondern um Störspannungen die mir sensible 
Messungen versauen.

Daher plane ich auch Optokopler zu verwenden, weiß jemand ob sich 
Optokoppler direkt aus den Anschlüssen einer PC oder Laptop-RS232 
Schnittstelle treiben lassen, vielleicht mittels low-power optos? Oder 
gibt es dazu fertige MAX232-Varianten, die dieses schon mit bringen 
(also eine galvanische Isolierung der RS232-Eingänge bieten).

Falls ich Optos verwende, und dazu ebenso wie Thomas DC/DC-Wandler 
nutzen muss, sind diese Wandler nicht immer noch kapazitiv gekoppelt, 
und würden so hochfrequente Störungen durchschleifen?

Danke für alle Hinweise!

Moritz

Autor: Hannes Jaeger (pnuebergang)
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DevMo wrote:
> Daher plane ich auch Optokopler zu verwenden, weiß jemand ob sich
> Optokoppler direkt aus den Anschlüssen einer PC oder Laptop-RS232
> Schnittstelle treiben lassen, vielleicht mittels low-power optos?

RS232 geht mit Feld, Wald und Wiesen-Optos, mit den üblichen Mogeleien 
(Spannungsversorgung aus der RS232-Schnittelle rauslutschen, gepflegt 
die offiziellen RS232-Pegel ignorieren, kein Hardware-Handshake).

Ansonsten gibt es z.B. bei Maxime ein IC-Paar MAX250, MAX251, das im 
Prinzip ein durchteilter MAX232 mit zusätzlichem integrierten 
DC/DC-Wandler ist. Vier Optos und ein Übertrager dazwischen ergibt eine 
RS232-Isolierung mit sauberen RS232-Pegeln.

Autor: Jörn Paschedag (jonnyp)
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Optokoppler isolieren galvanisch, aber in seltesten Fällen Störungen.

Autor: Moritz E. (devmo)
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Jörn Paschedag wrote:
> Optokoppler isolieren galvanisch, aber in seltesten Fällen Störungen.

Naja Störungen im Sinne von hochfrequenten Signalen, Rauschen. Wenn kein 
DC/DC notwendig ist, müsste der Opto kaum was an Energiereichen 
transienten durchlassen? Kapazitiv sind sie ja im vergleich zu DC/DC 
vermutlich weit weniger gekoppelt?

Autor: Thomas (Gast)
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Autor: Thomas S. (thomass)
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@all,

ich habe zwar mich schon lange nicht mehr gemeldet da mir die Zeit 
fehlte.
Ich bin nun gerade dabei ein Layout zu machen und bin nun beim DC DC 
Wandler.
Nun möchte ich eventuell auftretende Störungen vom  Controller abkoppeln 
und ein LC Filter vor den Wandler setzen also so


------------[ L ]---------------
                      |
Vcc                   C       DC/DC Wandler
                      |
--------------------------------

Nun suche ich nach einer Formel um die Spule zu berechnen.
Der Wandler arbeitet mit 150 kHz  5Volt IN/OUT, laut Datenblatt woo ein 
4,7µF Kondensator an den Eingang.
Kann mir jemand etwas auf die Sprünge helfen den Frau Goo* bringt 
einfach keine passende Ergebnisse.


Thomas

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