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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik C-Netzteil Isolierung SPI-Bus


Autor: Silvio (Gast)
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Hallo,

ich bin gerade dabei, im Zuge meiner Diplomarbeit zu überlegen, auf 
welche Art ich den SPI-Bus (Kommunikation DGND) vom Kondensator-Netzteil 
(Spannungsversorgung AGND) VDE-gerecht isoliere. Das Netzteil liefert 
mir jeweils 5V DC sowie über einen LDO jeweils 3,3V zur Versorgung 
meines µC und der restlichen Treiberbausteine für die Kommunikation. Ich 
habe schon an dieverse Methoden gedacht wie Optokoppler, iCoupler usw. 
Mein Problem ist eben, dass ich Bedenken habe den Neutralleiter der 
230V-Wechselspannung einfach nur durchzuschleifen - also vom Netzteil 
bis hin zu dem µC und den restlichen ICs. Hat jemand einen Vorschlag wie 
man sich an diese Thematik erfolgreich rantasten kann? Bin für jede 
Hilfe dankbar.

Autor: Fabian B. (fabs)
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Schau dir mal die Schutzklassen gemäß VDE an.

Gruß
Fabian

Autor: Silvio (Gast)
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Hallo Fabian,

die Schutzklassen bringen mich nicht wirklich weiter, aber danke.
Ich suche eher eine Antwort auf die Frage, ob ich den N-leiter 
(PhaseGND) bei der Versorgung aller ICs (AnalogGND) verwenden kann und 
ob ich diesen Ground auch bei der SPI-Kommunikaton (DigitalGND) 
werwenden kann oder ob es dabei Probleme gibt. Woraus dann ja demzufolge 
eine Isolierung der unterschiedlichen GNDs erfolgen müsste. Danke!

Autor: Εrnst B✶ (ernst)
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Bei SPI hat doch jedes Signal eine klar definierte Richtung, also 
Optokoppler einbauen und fertig?

>Ich suche eher eine Antwort auf die Frage, ob ich den N-leiter
> (PhaseGND) bei der Versorgung aller ICs (AnalogGND) verwenden kann und

Skizzier mal genauer, was wo wie am Netz hängt.
Und dran denken: Deutsche Schuko-Stecker kann man auch umgekehrt 
einstecken, da wird aus dem N ganz schnell die Phase...

Autor: Silvio (Gast)
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Hallo Ernst,

ich versteh schon das Problem mit dem N-Leiter.
Genau dies könnte ja zu dem Problem werden, wenn ich am Netzteil-Ausgang 
meinen ganzen Treiber und den µC anschließe, die N als Masse nutzen.

Autor: BinGast (Gast)
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Also nach meinem dafürhalten ist das absolut Wumpe. VDE geht max. durch 
komplette Schutzisolierung. Ob nun AGND N DGND oder sonst was, der 
Fehlerfall Rückleiter (N) bzw. Erde? in der Zuleitung unterbrochen ist 
(unter einigen anderen) nicht abzusichern. Erdung ist meist auch nicht 
erlaubt (außer am Sternpunkt -Hausanschlußkasten-).

"Needs a liitle work"

Autor: Silvio (Gast)
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Ok, also kann ich alle Treiber, ICs, den µC bzw. deren 
Spannungsversorgungen an N als Bezugspotential legen? Wie sieht es aus 
mit dem Bus, dieser braucht doch auch ein Rückleitung!? Soweit ich weis, 
funktioniert der SPI-Bus doch mit einem Spannungspegel von 5V, oder? Der 
µC arbeitet an seiner integrierten SPI-Schnittstelle mit 3,3V. Somit 
wäre ja zusätzlich ein RS485-Treiber zur Pegelwandlung nötig? Im 
Blockschaltbild ist ja gut zu sehen, dass der µC das Relais schalten 
soll bzw. über den SPI-Bus unterschiedliche Parameter zum Master senden 
soll oder auch Abfragen/Befehle vom Master empfangen/verarbeiten soll. 
Die derzeitige Problematik liegt in der Struktur bzw. dem Aufbau des 
Bussystems, welche Bausteine ich da verwenden soll. Da später der Slave 
mit dem Master und umgedreht kommunizieren soll. Kann mir da jemand 
Ratschläge geben? Danke schon mal für Eure Hilfe. Mfg Silvio

Autor: BinGast (Gast)
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Kommt darauf an wohin du die Daten sendest. Wenn alles auf der heißen 
Seite bleibt (z.B. innerhalb des Netzteils) kann N Bezugspotential auch 
für GND des Digitalteils sein.

Wenn es eine kalte Seite gibt (z.B. Kontaktmöglichkeit mit Lebewesen) 
sind Schutzmaßnahmen nötig (z.B. galvanisch trennen).

Autor: BinGast (Gast)
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Nachtrag:

Wenn N Bezugspotential für GND ist dann braucht es EINEN Sternpunkt wo 
diese beiden Potentiale zusammengeführt werden.

N als GND zu benutzen geht wohl schief da die Ströme den N an 
verschiedenen Stellen "anheben".

Autor: Silvio (Gast)
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Ok, das gibt mir schon mal ein paar Klarheiten mehr. Danke!
Was genau meinst Du mit anheben? Meinst Du damit, dass die Ströme des 
Analogen oder auch Digitalen GND das Potential von N merklich verändern 
können? Was die kalte Seite betrifft, kann ich nur soviel sagen, dass 
die komplette Schaltung in einem Schuko-Modul sitzt und somit nach 
aussen hin isoliert ist. Das Schuko-Modul (Slave) kommuniziert dann 
mittels eines Funkmoduls über die UART-Schnittstelle mit einer 
PoE-Schuko-Leiste (Master), die in einem Netzwerk hängt und sämtliche 
Parameter aller Slaves abfragt und diese auch steuert (An/Aus bei 
Bedingung XY)...

Autor: BinGast (Gast)
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Anheben ist etwas ungenau ausgedrückt. Da die Leistung über N fließt 
fällt auch eine Wechselspannung ab. Diese ist Lastabhängig. Hinzu kommen 
Störungen von den möglichen Verbrauchern so das dein GND im 3-5V Bereich 
kein definiertes Potential mehr hat. Besser ist das separat zu führen, 
ob die irgendwo zusammenhängen ist dann zweitrangig.

Das Isolationskonzept klingt gut.

Autor: Silvio (Gast)
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Gut gut, mal schauen welche Möglichkeit ich verwenden werde um da ein 
klar definiertes Potential zu Verfügung zu bekommen.
Nun bin ich gerade dabei mir Gedanken zu machen, welche Bausteine ich 
für den Aufbau des SPI-Busses brauche.
Da es das 1.Mal ist, dass ich einen Kommunikationsbus hardware- wie auch 
softwareseitig aufbaue, tue ich mich noch ein wenig schwer.
Ich habe mich bereits zum SPI-Bus belesen, jedoch ist mir lediglich klar 
wie er rein theoretisch funktioniert. Nur das Problem ist, dass ich 
nicht weis, welche Treiber-Bausteine (RS485 o.ä. ?) ich da benutzen 
soll?!

Autor: BinGast (Gast)
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SPI ist per Design ein Chip to Chip Protokoll. Du brauchst keine Treiber 
damit die Bausteine kommunizieren.

Das ganze ist nicht mehr als zwei Schieberegister die ihren Inhalt auf 
Kommando mit der Gegenstelle austauschen. Daher ist es auch sehr einfach 
galvanisch zu trennen.

Ohne Grundlagen macht es wenig Sinn sich über Designs Gedanken zu 
machen, daher empfehle ich selbige anzulesen.

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