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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zu Potentialen bei Brückengleichrichtung


Autor: annemarie (Gast)
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Liebes Forum

Ich habe da eine Frage zu einem Bezugspotential, die ich alleine nicht 
richtig lösen kann:

Ein Trafo liefert EINE 12V Wechselspannung, also EINE Sekundärwicklung.

An diese Wechselspannung werden 2 Brückengleichrichter angeschlossen, 
deren Ausgänge dann jeweils eine eigene Siebung und eine eigene 5V 
Regelung haben.

Ich habe also 2 5Volt Spannungen, die unabhängig voneinander aus der 
gleichen Wechselspannung gewonnen wurden.

Nun soll auf der EINEN 5Volt-Seite ein logisches Signal (TTL-Pegel) 
erzeugt werden, welches dann von einer Auswertlogik auf der ANDEREN 
5Volt-Seite empfangen und ausgewertet werden soll.

Man stelle sich also 2 Blackboxes vor, die durch genau 3 Leitungen 
verbunden sind, nämlich die 12V-Wechselspannung und das Datensignal.

Die beiden 5Volt-Seiten sind zwar nicht galvanisch getrennt, weil sie ja 
aus der gleichen 12V-Wechselspannung erzeugt wurden, aber sie haben ja 
auch keine (wirkliche) gemeinsame Masse.

Wie muss nun das Sendesignal oder das Empfangssignal (oder beide?) 
pegelmäßig angepasst werden, damit das klappen kann? Geht das überhaupt?

Vielen Dank, falls jemand helfen kann.

Annemarie

Autor: Der Micha (steinadler)
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Hallo annemarie (??? ;-)

Hierfür sollte RS485 funktionieren. Da wird das Signal diferentiell 
übertragen. Allerdings bräuchtest du hierfür 2 Datenleitungen (+ und -).

Für RS485 gibts dann Wandler-ICs.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Warum kannst du die 2 Black Boxes nicht mit 12V Gleichspannung 
verbinden?
Die 2 Kabel sind eh da, du sparst einen Gleichrichter und dein 
Masseproblem löst sich in Luft auf. Dein Datensignal hat so auch keinen 
exakt definierten Bezugspunkt.

Arno

Autor: Falk Brunner (falk)
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@annemarie (Gast)

>Ein Trafo liefert EINE 12V Wechselspannung, also EINE Sekundärwicklung.

>An diese Wechselspannung werden 2 Brückengleichrichter angeschlossen,
>deren Ausgänge dann jeweils eine eigene Siebung und eine eigene 5V
>Regelung haben.

Wozu dann ZWEI Gleichrichter? Nimm einen und klemm dahinter deine beiden 
Regler, wenn man denn WIRKLICH zwei braucht. Schwups, nur noch eine 
Masse.

MFG
Falk

Autor: Uwe ... (uwegw)
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Im Zweifelsfall hau nen Opto dazwischen....

Autor: annemarie (Gast)
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Also, vielen Dank erstmal.

Nun habe ich zwar eine Menge Ideen, wie man das ANDERS machen könnte, 
aber das hilft mir nicht, denn der Aufbau ist ein Status-Quo der bereits 
besteht
und eben erweitert werden soll.

Also nochmal:
1)
2 Blackboxes liegen im Abstand von einigen Metern an einer gemeinsamen 
12V-Wechselspannung.

2)
Im Kabel ist lediglich noch EINE Ader frei, mehr ist auch nicht 
ergänzbar.

3)
Jede Blackbox macht sich aus der Wechselspannung seine eigene 5V 
stabilisierte Spannung.

4)
Über die EINE, EINZIGE freie Ader soll nun ein Datensignal von Box-A zu 
Box-B laufen.

FRAGE)
Kann (und wenn ja: wie?) das Datensignal pegelmäßig irgendwie angepasst 
werden, damit eine Datenübertragung irgendwie möglich ist.
Zwar besteht ja keine gemeinsame Masse, aber andererseits sind die 
beiden Massen in Box-A und Box-B auch nicht galvanisch getrennt, sondern 
eigentlich ja nur über Diodenstrecken (in den Gleichrichtern) 
voneinander verschieden.

Annemarie

Autor: Klugscheisser (Gast)
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Was passt Dir denn nicht an der Antwort von Uwe? Ein Optokoppler wäre 
auch mein Tip.

Das Problem ist, das über "die eigentlich ja nur" vorhandenen Dioden der 
Brückengleichrichter auch Ströme fliessen. Die beiden "Massen" werden 
also je nach Stromfluss auch unterschiedliche Potentiale haben. Zwar 
dürfte die Flussspannung nicht sehr differerieren. Aber richtig sauber 
wäre es nicht, die beiden zu verbinden. Da würden immer irgendwelche 
Ausgleichssträme fliessen. Deswegen die Lösung mit dem Optokoppler. 
Entsprechend ginge es auch mit einem kleinen Übertrager.

Autor: Klugscheisser (Gast)
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Mist. Ich habe nicht daran gedacht, das ja nur eine Ader frei ist.
Was ist denn das für ein Signal?

Autor: Klugscheisser (Gast)
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Da fällt mir nur noch eines ein:
Baue einfach in die beiden Blackboxes jeweils einen zusätzlichen 
Gleichrichter. Der übernimmt dann ausschliesslich die Versorgung der 
Schaltung für die Signalübertragung. Dann fliessen da auch nur geringe 
Ströme, wobei das was in die eine Schaltung reingeht auch aus der 
anderen rauskommt.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@annemarie (Gast)

>Über die EINE, EINZIGE freie Ader soll nun ein Datensignal von Box-A zu
Box-B laufen.

>Kann (und wenn ja: wie?) das Datensignal pegelmäßig irgendwie angepasst
>werden, damit eine Datenübertragung irgendwie möglich ist.

Wie schnell sollen den Daten übertragen werden?
Das könnte man mit AC-Kopplung über einen Kondensator machen. Da spielt 
der Gleichspannungsanteil keine Rolle.

>eigentlich ja nur über Diodenstrecken (in den Gleichrichtern)
>voneinander verschieden.

Ja. iSt halt die Frage wie sehr der Spannungsabfall über den Dioden 
schankt (Belastung).

MFG
Falk

Autor: Vorname Nachname (logout-name)
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Zeichne mal die jetzt vorhandene Schaltung auf.
Wie sind die beiden Brückengleichrichter an der Quelle? Du kannst die 
beiden Massen zwar nicht verbinden (Dioden schaltet man nicht parallel) 
Aber das Bezugspotential ist bis auf wenige mV gleich. Zur sicherheit 
zeig mal die Schaltung. So wie es jetzt für mich aussieht kann man sich 
einen Optokoppler sparen! Aber vorsicht, dies ist erst eine erste 
Abschätzung bis der Schaltplan da ist!

Autor: HildeK (Gast)
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>Dioden schaltet man nicht parallel
Im Prinzip richtig. Wenn bei den Dioden jede für sich den gesamten Strom 
kann, ist aber keinerlei Gefahr - egal wie ungleich der Strom aufgeteilt 
würde.
Spielt aber im Falle von annemarie keine Rolle, da ja keine Masse gelegt 
wird.

Ich bin der Ansicht wie 'Vorname Nachname (logout-name)', dass dies 
gehen wird. Solange man einen anständigen Logikpegel hat und die 
Datenrate moderat bleibt. Die Bezugspunkte auf beiden Seiten sind nicht 
optimal und können schwanken, sind aber trotzdem vorhanden und nicht 
frei schwebend.
Ganz wichtig ist, dass die Ladeelkos im jeweiligen Netzteil ausreichend 
hoch sind und an beiden Seiten den selben, möglichst kleinen, Ripple 
erzeugt - all das, was als Differenz-Ripple übrig bleibt, ist auch auf 
der "2. Masse" und dem Datensignal zu sehen! (Bezug ist die Masse einer 
Seite). Das heißt aber auch, dass jede Seite eine gleichmäßige Belastung 
der Stromversorgung haben muss.

Wo liege denn der Vorteil des mehrfach genannten Optokopplers oder der 
AC-Kopplung?
annemarie hat nur eine Datenleitung und zwei Leitungen für die 
Wechselstromversorgung. Dann muss entweder die LED oder der 
Optoempfänger mit der nicht sauberen Masse klar kommen. Das ist IMHO 
auch nicht besser.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ HildeK (Gast)

>Wo liege denn der Vorteil des mehrfach genannten Optokopplers oder der
>AC-Kopplung?

Bei AC-Kopplung spielt die Masseverschiebung keine Rolle, weil 
(niederfrequente) Gleichspannung.

MFG
Falk

Autor: Klugscheisser (Gast)
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@ Hilde K.

Das mit dem Optokoppler war ja auch schon längst erledigt. Man braucht 
ja, wie Du auch schreibst, dafür zwei Leitungen, damit eben keine der 
beiden Seiten eine "unsaubere" Masse hat.

Autor: annemarie (Gast)
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Also besten Dank.
Das Problem ist nun ja offenbar von allen verstanden worden.

Die Datenrate ist übrigens maximal 1-3 Khz.

Was wäre mit folgendem Detail:

Ich muss nicht direkt einen TTL-Pegel mit 0..5V übertragen.
Ich könnte auch über einen Schalttransistor ein relativ niedrohmiges 
Signal von 0..15V senden (also die unstabilisierte Gleichspannung 
schalten).

Auf der Empfängerseite dann über einen simplen Spannungsteiler wieder 
auf TTL-Level bringen und vielleicht zusätzlich noch 0,7V an einer 
Reihendiode abfallen lassen, damit der Pegel auch bei ungünstiger Last 
klein genug für eine logische Null bleibt.

Würden sich durch die erhöhte Sendespannung und den Spannungsteiler auf 
der Zielseite dann nicht die Pegelschwankungen (durch Ripple, 
Schieflast, etc.) auch im Verhältnis verkleinern?

Annemarie

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ annemarie (Gast)

>Die Datenrate ist übrigens maximal 1-3 Khz.

Das ist eine Frequenz, nicht Datenrate.

>Ich muss nicht direkt einen TTL-Pegel mit 0..5V übertragen.

Kann man schon machen. Mit CMOS hat man da genug Reserven.

>Ich könnte auch über einen Schalttransistor ein relativ niedrohmiges
>Signal von 0..15V senden (also die unstabilisierte Gleichspannung
>schalten).

Man muss es nicht übertreiben.

>Reihendiode abfallen lassen, damit der Pegel auch bei ungünstiger Last
>klein genug für eine logische Null bleibt.

Nimm einen 74HC14, das sollte passen.

MFG
Falk

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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Hallo, ich habe nicht den ganzen Bericht gelesen, aber wie wäre denn auf 
der Empfangsseite mit einen OP/Komparator auf vllt. 2V ?

Daten mit ordentlich Hub, und das Prob. ist erledigt.


Evtl. auch Schmitt-Trigger (wenn man den Typ so schreibt), also 'ne 
Hysterese einbauen.

guude

ts

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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So, ich nochmal.

im Anhang eine Simulation. Ob der Einschwingvorgang stört weiß ich 
nicht, aber statisch würde die Übertragung vom Prinzip gehen.

Die Kooplung des GND erfolgt über die R an den Gleichrichtern, und das 
Signal ist nat. noch invers.


Vrsuchs mal.


guude

ts

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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und die Simulation dazu...


ts

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Thomas S. (tsalzer)

>Dateianhang: schaltung.jpg (264,9 KB, 4 Downloads)

Literaturempfehlung des Tages: Bildformate

>nicht, aber statisch würde die Übertragung vom Prinzip gehen.

Eine statische Datenübertragung?

>Die Kooplung des GND erfolgt über die R an den Gleichrichtern,

Ne Gleichrichterdiode mit 100 Ohm "kurzschliessen"? Keine gute Idee.
Das Ganze sollte auch ohne die 100 Ohm laufen. Ausserdem muss man 
verschiedene, dynamische Belastungen der Gleichrichter simulieren, denn 
dort entstehen Masseverschiebungen.

MFG
Falk

Autor: Thomas S. (tsalzer)
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Klugscheißer

- Literaturempfehlung gelesen!

- ist Dir eingeschwungener Zustand lieber?

- Kurzschluß mit 100 Ohm? ahja

- es war Eine Idee, wenn Du eine bessere hast dann her damit.
  vllt. geht es mit Kondensatoren, aber da hier in diesem Forum ja viel 
öfter
  erzählt wird was alles nicht geht, und ohnehin alles Sch**** ist, soll 
sich         diese Arbeit machen wer will.

ts

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Wieso kommt mir dabei immer "Murks" in den Sinn, wieso denn nur...?

Mein Vorschlag:
Ersetze die Brücken durch Einweg-Gleichrichter (Bild).
Fertig.

In die Richtung geht das Gebastel mit den 100 Ohm-Widerständen sowieso 
schon.
Stell dir mal vor, das wäre 0 Ohm Widerstände, was hätten wir dann?
Dann rauchen die linken unteren Dioden kurz auf, und anschliessend haben 
wir Einweggleichrichtung.


Falls es einfach nicht möglich ist:
dann war da noch die Möglichkeit, das ganze über HF zu übertragen,
z.B. aufmoduliert auf einen 100kHz-Träger.
Dazu dann über die Gleichrichterdioden noch ein paar 10nF-Kondensatoren, 
und wir haben HF-Mässig einen schön geschlossenen Stromkreis. Auch wenn 
mal nicht alle Bauteile so schön symmetrisch sind wie in der Simulation.

Autor: HildeK (Gast)
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  • preview image for d.png
    d.png
    43,7 KB, 139 Downloads

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>Ersetze die Brücken durch Einweg-Gleichrichter
Es seien Black-Boxes - ich gehe also davon aus, daran gibt es keine 
(großen) Änderung.
Vielleicht kann annemarie noch was sagen, ob da Anpassungen möglich 
sind.

> erzählt wird was alles nicht geht, und ohnehin alles Sch**** ist, ...
???
Wie ich oben schon bemerkt hatte, geht das ganz gut, wenn die 
Stromaufnahme beider Teile jeweils einigermaßen konstant ist und die 
Ladeelkos so optimiert sind, dass die Restwelligkeit beider Seiten klein 
und etwa gleich ist.
Die Differenz der Welligkeiten bleibt als Überlagerung auf den 
Datensignalen - rund 1Vss wären aber noch akzeptabel.

Im Anhang mal meine Simulation mit einem absichtlich viel zu kleinen C2 
und deshalb rund 2Vss Ripple auf der rechten Seite. Wird C2 mit 500µF 
gewählt ist das Ergebnis fast perfekt.

Dieses Datensignal wäre locker detektierbar - sogar ohne Schmitt oder 
Komparator.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@Lothar Miller (lkmiller)

>Wieso kommt mir dabei immer "Murks" in den Sinn, wieso denn nur...?

Weils ne Einweggleichrichtung ist, die den Trafo unsymetisch belastet 
und damit ne Vormagnetisierung entsteht? ;-)

>Ersetze die Brücken durch Einweg-Gleichrichter (Bild).
>Fertig.

Wenn der Trafo gross genug ist und das aushält.

MFG
Falk

Autor: gast2 (Gast)
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Man koennte ja im Extremfall den sendenden Teil die Information auf die 
50Hz-Spannung vor der Graetzbruecke aufmodulieren lassen und im 
empfangenden Teil wieder detektieren....

Aber wie schon gesagt: Man muss es nicht übertreiben.

Gast2

Autor: annemarie (Gast)
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Danke, danke an alle, besonders auch die, die extra für mich sogar noch 
Zeichnungen und Simulationen gemacht haben!

Einweggleichrichtung geht leider nicht, die dauernde Schieflast am Trafo 
ist wegen der Art der Anwendung und der Belastung nicht möglich.
HF-Modulation muss es dann vielleicht auch nicht unbedingt sein, ich 
werde es in Kürze erstmal mit Schmitt-Trigger oder Analog-Comparator (im 
AVR) versuchen und Messungen veranstalten.

Wenn sich etwas wissenswertes ergibt, berichte ich dann darüber.


Annemarie

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