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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Potentialfreie Messung von Spannung


Autor: tntbc (Gast)
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Hallo,

ich bin seit einiger zeit auf der Suche nach einem Verfahren mit der es 
möglich ist eine Spannung potentialfrei zu messen. Der Zweck ist der 
Aufbau eines Sperrwandlers mit 15V Ausgangsspannung zu Steuerung einer 
IGBT Halbbrücke. Dabei bin ich bis jetzt auf einige Verfahren gestoßen.
1. Messen mit einem Differenzverstärker (OPV) .
Dabei ist meine Frage dies ist doch nur Quasi Potentialfrei?
2. mit einem Optokoppler!
Diese Methode scheint mir recht gut. Aber dieses Messverfahren ist doch 
aufgrund der Nichtlinearität der Diode und Transistor recht ungenau? 
Oder bin ich da falsch?

Habt ihr eventuell noch andere Ideen die mein Problem lösen könnten?


Danke TNTBC

Autor: Mine Fields (Gast)
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tntbc schrieb:
> 1. Messen mit einem Differenzverstärker (OPV) .
> Dabei ist meine Frage dies ist doch nur Quasi Potentialfrei?

Nein.

tntbc schrieb:
> Der Zweck ist der
> Aufbau eines Sperrwandlers mit 15V Ausgangsspannung zu Steuerung einer
> IGBT Halbbrücke. Dabei bin ich bis jetzt auf einige Verfahren gestoßen.

So etwas gibt es schon tausendfach fertig in irgendwelchen Application 
Notes. Meist wird die Rückkopplung tatsächlich direkt über einen 
Optokoppler realisiert.

Autor: Kevin K. (nemon) Benutzerseite
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Schau dir mal den ISO124 an.

Autor: Hermann Gebhard (df2ds)
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So etwas macht man "sauber" über einen Spannungs-Frequenz-Wandler, der 
einen Optokoppler ansteuert. Als U-f-Wandler habe ich meistens einen 
XR4151 eingesetzt (z.B. bei R** für 1,10EUR). Dieses IC kann die 
Wandlung auch "anders herum", ist also auch als f-U-Wandler nutzbar. 
Infos und Applikationen  stehen ausführlich im Datenblatt unter 
[[http://exar.com/Common/Content/ProductDetails.aspx?ID=51#]]
Das Rechtecksignal am Ausgang kann man über einen Optokoppler übertragen 
und dann wahlweise mit einem Controller auslesen oder wieder mit einem 
RC-Glied in ein Analogsignal umformen.

Viel Erfolg

Hermann

Autor: tntbc (Gast)
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Kevin K. schrieb:
>Schau dir mal den ISO124 an.
Leider mit 20€ zu teuer.

Stefan L. schrieb:
> Nein
Im Anhang ist ein Aufbau eines Differenzverstärkers mit OPV, dabei wird 
die zu messene Spannung auf das Potential des OPV bezogen! Und dadurch 
ist die Spannung nicht mehr Potentialfrei!!! oder habe ich da einen 
denkfehler (bitte mit erklärung)

Stefan L. schrieb:
>So etwas gibt es schon tausendfach fertig in irgendwelchen Application
>Notes. Meist wird die Rückkopplung tatsächlich direkt über einen
>Optokoppler realisiert.

Kannst du mir ein Optokoppler sagen, in dem meine Lösung im Datasheet 
steht???

Danke TNTBC

Autor: Mine Fields (Gast)
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tntbc schrieb:
> Im Anhang ist ein Aufbau eines Differenzverstärkers mit OPV, dabei wird
> die zu messene Spannung auf das Potential des OPV bezogen! Und dadurch
> ist die Spannung nicht mehr Potentialfrei!!! oder habe ich da einen
> denkfehler (bitte mit erklärung)

Richtig, die Messung ist nicht potentialfrei.

Habe oben das "quasi" überlesen.

tntbc schrieb:
> Kannst du mir ein Optokoppler sagen, in dem meine Lösung im Datasheet
> steht???

Nein, du musst eher in Datenblättern von Schaltreglern/controller 
schauen. Ich schau mal ob ich auf die Schnelle etwas finde.

Autor: tntbc (Gast)
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Hermann Gebhard schrieb:
>So etwas macht man "sauber" über einen Spannungs-Frequenz-Wandler, der
>einen Optokoppler ansteuert. Als U-f-Wandler habe ich meistens einen
>XR4151 eingesetzt (z.B. bei R** für 1,10EUR).
>...
interessante Lösung, allerdings braucht er eine Spannnungsversorgung von 
8V, und gerade bei Einschalten ist die spannung ja noch nicht gegeben. 
Oder ist das gar unwichtig? Eine andere Frage: Er setzt die Spannung in 
eine Frequenz um! Da ein RC-Glied nur den Mittelwert bildet sollte doch 
bei jeder Frequenz das Gleich raus kommen?

Danke TNTBC

Autor: Mine Fields (Gast)
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Erzähl doch mal genauer, wie du deinen Sperrwandler umsetzen willst. 
Besonders welchen Controller du einsetzen möchtest.

Autor: tntbc (Gast)
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Genau da liegt das Problem, ich weiß es noch nicht! Über den Controller 
habe ich mir noch keine Gedanken gemacht. Oder besser gesagt, ein 
Controller suche ich noch der meine Aufgabe zufriedentstellen erledigt! 
In diesem Forum bin ich über den UC3845 gestolpert der meine Aufgabe 
lösen könnte. Das Problem, ich habe eine Eingangsspannung von 24V und 
möchte über den Sperrwandler eine 15V 200mA POTENTIALFREIE 
Ausgangsspannung haben. Und da war mein Problem das Messen des 
Ist-Wertes.

Gruß TNTBC

Autor: Mine Fields (Gast)
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Woher kommt die Forderung, einen Sperrwandler zu verwenden?

Wie ist die Toleranz deiner Eingangsspannung?

Es gibt auch einige Flyback-Controller, die mit einem primärseitigen 
"Feedbacksystem" arbeiten - und das ist doch anscheinend bei dem UC3845 
anscheinend der Fall?

Autor: tntbc (Gast)
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>Woher kommt die Forderung, einen Sperrwandler zu verwenden?

Damit man zur Ansteuerung eines IGBT eine Ugs Spannung von 15V aufbauen 
kann. Und bei einer Halbbrücke ist dies beim oberen IGBT etwas 
schwierig. Daher Potentialfrei damit man Source mit der Potentialfreien 
Masse verbinden kann.

>Wie ist die Toleranz deiner Eingangsspannung?
Die eingangsspannung ist stabil bei 24V. Warum?



>Es gibt auch einige Flyback-Controller, die mit einem primärseitigen
>"Feedbacksystem" arbeiten - und das ist doch anscheinend bei dem UC3845
>anscheinend der Fall?

Das Feedbacksystem heißt, man mist nicht die sekundäre Spannung sondern?
und wie genau ist das?

Autor: Mine Fields (Gast)
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tntbc schrieb:
> Damit man zur Ansteuerung eines IGBT eine Ugs Spannung von 15V aufbauen
> kann. Und bei einer Halbbrücke ist dies beim oberen IGBT etwas
> schwierig. Daher Potentialfrei damit man Source mit der Potentialfreien
> Masse verbinden kann.

Das alles geht auch mit anderen Schaltnetzteil-Topologien.

Denkst du auch an die negative Spannung für den IGBT?

tntbc schrieb:
>>Wie ist die Toleranz deiner Eingangsspannung?
> Die eingangsspannung ist stabil bei 24V. Warum?

Weil damit eine wesentliche Störgröße wegfällt.

tntbc schrieb:
> Das Feedbacksystem heißt, man mist nicht die sekundäre Spannung sondern?
> und wie genau ist das?

Soweit ich das verstanden habe, wird an der Primärseite die 
rücktransformierte Spannung gemessen.

Der LT3573 ist ein solcher Baustein, der für deine Anwendung evtl. 
geeignet ist.

Autor: Daniel S (Gast)
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Ich würde einen kleinen Sperrwandler bauen, basierend auf dem UC3842. 
Das ergibt beine sehr einfache und sehr betriebssichere Schaltung. 
Passende Übertrager gibt es von Würth Elektronik je nach 
Leistungsanforderungen schon fertig gewickelt.

Für die Spannungsregelung gibt es mehrer Möglichleiten:

-Eine galvanisch getrennte, jedoch gut gekoppelte Hilfswicklung wird zur 
Regelung benutzt. Dies ergibt je nach Qualität des Speichertrafos eine 
Regelgüte von ca. 5...10%. Und diese Hilfswicklung wird auch zur 
Versorgung des UC3842 eingesetzt, so dass das netzteil überlastsicher 
ist. Der Anlauf erfolgt über einen Vorwidesratnd an die Betriebsspannung 
des UC3842. Details siehe Grundig CUC7303

-Feedback über Optokoppler und TL431. Die hohe Verstärkung des TL431 
gleicht die Toleranzen des Optokopplers aus, es sollte jedoch der 
Optokopplerstrom nicht zu hoch gewählt werden, weil dieser sonst schnell 
altert. Sharp zeigt im DA100W, wie man es nicht machen sollte - bei 
Regelabweichungen wird hier der Optokoppler geröstet, so dass er nach 
kurzer zeit ausfällt. Ohne Feedback läuft dann die Spannung hoch und das 
Gerät zerstört sich selbst. Bei korrekter Auslegung funktioniert die 
Optokoppler-Spannungsrückführung jedoch über Jahrzehnte störungsfrei.

Autor: tntbc (Gast)
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Hallo,

hier mein erster Erfahrungsbericht. Leider ist der erste Versuch mit dem 
UC3842AN nicht sehr erfolgreich gewesen. Im Anhang ist meine erste 
Schaltung als Hochsetzsteller. Ich habe Vref auf 2.5V bei 50V 
eingestellt. Und die Taktfrequenz ist auf 300kHz gesetzt(laut Oszi). 
Mein Problem ich verstehe immer noch nicht wozu Pin1 da ist ??? und ich 
habe es geschafft den IC zu schrotten. Kann mir einer zeigen wie man mit 
diesem IC richtig umgeht? oder einen Link bei dem man sich belesen kann?


Danke Gruß TNTBC

Autor: Daniel S (Gast)
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Siehe Datenblatt: PIN1 ist der Azusgang des Regel-OPs und muss über 
einen Widerstand (oder je nach Schaltung ein RC Glied) mit PIN 2 
verbunden sein. Sonst ist die Verstärkung zu hoch und das IC regelt 
nicht sauber. PIN8 muss über einen Kondensator nach Masse (min. 100nF) 
und PIN7 ebenso. An der Strommessung würde ich ein RC Glied vorschalten, 
so dass das Signal sauber ist. Ein Gatevorwiderstand von 10 Ohm schadet 
auch nicht. Von drain nach masse wird man später noch einen RC snubber 
schalten.

Die Betriebsspannung des UC3842 sollte bei 18V liegen. Darunter startet 
das IC unzuverlässig. bei zu hoher Spannung wird die interne Z-Diode 
leitend und Überhitzung ist dann unvermeidlich.

Insgesamt ist das Konzept aber brauchbar. Wenn die Einschaltdauer des 
MOSFET auf 50% begrenzt werden muss, ist der UC3844 einsetzbar.

Autor: Daniel S (Gast)
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Hier ein Beiospiel für einen Miniatur-Sperrwandler ohne galvanische 
Trennung

Autor: tntbc (Gast)
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ich danke euch ihr seit die besten werde es morgen gleich mit dem 
neugekauften ic testen.

Gruß tntbc

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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tntbc schrieb:
> Mein Problem ich verstehe immer noch nicht wozu Pin1 da ist ???

Da kommt ein RC Glied nach GND rein. Das ist deine Frequenzkompensation 
des Regelverstaerkers. Wenn der unpassend dimensoniert ist hast du 
Regelschwingungen oder das Teil schwingt nur langsam auf den Sollwert 
ein.

Autor: Knut (Gast)
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Es gibt fertige DC\DC Wandler extra für IGBT Schaltanwendungen.
RECOM kann ich dir aus eigener Erfahrung an Herz legen!

Gruß Knut

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