Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Strommessung 220V 16A


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von wopl (Gast)


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Hallo allerseits,
hat vielleicht jemand bereits eine Strommessung für 220V Verbraucher 
realisiert?
Mich interessiert insbesondere der Teil vor dem AD-Wandler, also
- wie bekomme ich eine möglichst "vernünftige" Genauigkeit zwischen 0 
und 16A - insbesondere bei niedrigen Stromstärken?
- wie bekomme ich die galvanische Trennung zwischen dem Analog und dem 
Digital-Teil hin?
- ich möchte eine möglichst geringe Veränderung von Strom und auch Phase 
durch meine Messung
- Abtastrate beträgt >1kHz

Beim Controller bin ich noch offen. Letztlich will ich dann USB oder 
sowas. Der Digitalteil macht mir aber gerade deutlich weniger Sorgen.

Freut mich, wenn da jemand ein paar Ideen hat. Yep, kosten solls 
natürlich auch nicht zu viel.

Gruß Wolfram

von Falk B. (falk)


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@  wopl (Gast)

>- wie bekomme ich eine möglichst "vernünftige" Genauigkeit zwischen 0
>und 16A - insbesondere bei niedrigen Stromstärken?

Messbereichsumschaltung.

>- wie bekomme ich die galvanische Trennung zwischen dem Analog und dem
>Digital-Teil hin?

Stromwandler

MFG
Falk

von wopl (Gast)


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Tja, soweit war ich dann auch schon...
bei der Meßbereichsumwandlung muß ich dann noch ein wenig grübeln

Aber der Stromwandler ist schwieriger als gedacht.
1. 220V... da gibts nicht mehr viel
2. unter 1A tuns die Dinger ja nicht mehr
3. leider verschieben die mir die Phase zu "unkontrolliert"

Gruß Wolfram

von MaWin (Gast)


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> - wie bekomme ich eine möglichst "vernünftige" Genauigkeit
> zwischen 0 und 16A - insbesondere bei niedrigen Stromstärken?

Nur mit einem Shunt direkt in der 230V Leitung

> - wie bekomme ich die galvanische Trennung zwischen dem Analog
> und dem Digital-Teil hin?

Am einfachsten mit einem Stromwandeltrafo, das widerspricht
dann Punkt 1.

So ist halt das Leben, es gibt nicht alles umsonst.

Du wirst deine Messchaltung, übrigens NICHT mit
Messbereichsumschaltung sondern mit hochauflösendem Wandler,
galvanisch nicht getrennt an die 230V schalten müssen,
und erst den Messwert dann ggf. galvanisch getrennt weiterleiten.

Übrigens: hochauflösende Wandler, mit 20 oder 24 bit
widersprechen auch deinem Wunsch mit 1kHz messne zu können.

So ist halt das Leben, es gibt nicht alles umsonst.

von wopl (Gast)


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@MaWin

Das mit dem Shunt hab ich ja schon befürchtet. Heißt ja da ich den 
Wandler dirket an 230V hängen muss.
Die 1000Hz Abtastrate sind zwingend.
Muß nicht gerade 24bit sein... bei 16bit komme ich auf ca. 0.25mA 
Auflösung, richtig? bei 14bit auf 1mA... das reicht bei mir.

Sowas sollte doch eigentlich gehen.
Du hast nicht "zufällig" ne Schaltung von AD-Wandler an 220V Shunt 
rumliegen? Oder ne Bauteilempfehlung?

Danke und Gruß Wolfram

von TestX .. (xaos)


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wopl schrieb:

> - wie bekomme ich eine möglichst "vernünftige" Genauigkeit zwischen 0
> und 16A - insbesondere bei niedrigen Stromstärken?
was ist für dich "verbünftig" und was hast du damit vor ?

> - wie bekomme ich die galvanische Trennung zwischen dem Analog und dem
> Digital-Teil hin?
stromwandler zB von LEM benutzen..



> - Abtastrate beträgt >1kHz
nicht so das problem..

>
> Beim Controller bin ich noch offen. Letztlich will ich dann USB oder
> sowas. Der Digitalteil macht mir aber gerade deutlich weniger Sorgen.
>
> Freut mich, wenn da jemand ein paar Ideen hat. Yep, kosten solls
> natürlich auch nicht zu viel.

dann vergiss mal deinen wunsch nach "genauigkeit" und > 1kHz.. alleine 
die bauteile für eine schaltung die <100mA messen kann und dann eine 
gleichbleibende auflösung über den gesamten messbereich hat kosten 
mehrere 100euro...

von Johannes E. (cpt_nemo)


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> Du wirst deine Messchaltung, übrigens NICHT mit
> Messbereichsumschaltung sondern mit hochauflösendem Wandler,
> galvanisch nicht getrennt an die 230V schalten müssen,
> und erst den Messwert dann ggf. galvanisch getrennt weiterleiten.

Ja, so würde ich das auch machen. Als A/D-Wandler für so eine Anwendung 
sind Delta-Sigma-Modulatoren gut geeignet.

Da gibts z.B. von TI den ADS1203 oder von Avago den HCPL 7560, da 
braucht man dann zusätzlich noch einen digitalen Filter für die 
Demodulation.

Oder mit Analogausgang, z.B. HCPL 7510 von Avago. Da ist im Prinzip ein 
A/D-Wandler, die galvanische Trennung und ein D/A-Wandler in einem 
Gehäuse. Den kann man direkt an einen Analog-Angang am µC anschließen 
oder man braucht noch zusätzlich einen A/D-Wandler.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Andi D. schrieb:
> alleine
> die bauteile für eine schaltung die <100mA messen kann und dann eine
> gleichbleibende auflösung über den gesamten messbereich hat kosten
> mehrere 100euro...

Das ist aber etwas übertrieben. Man braucht dazu einen Shunt, z.B. 10 
mOhm, einen ADS1203, galvanische Trennung (z.B. ISO721) und einen 
Filter, z.B. AMC1210). Dann braucht man noch eine potentialfreie 
5V-Versorgung.

Alles zusammen kostet ca. 10-20 Euro, bei größeren Stückzahlen deutlich 
weniger.

von Falk B. (falk)


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@  wopl (Gast)

>bei der Meßbereichsumwandlung muß ich dann noch ein wenig grübeln

Warum?

>Aber der Stromwandler ist schwieriger als gedacht.
>1. 220V... da gibts nicht mehr viel

Massenhaft.

>2. unter 1A tuns die Dinger ja nicht mehr

Quark, das ist eine Unsinn in diversen Datenblättern.

>3. leider verschieben die mir die Phase zu "unkontrolliert"

Wieviel Milligrad kannst du denn tolerieren? Ausserdem ist die 
Verschiebung konstant, das kann man rausrechnen.

MfG
Falk

von wopl (Gast)


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@Johannes E

Die Chips sehen gut aus für den Zweck. Kann ich eigentlich über einen 
10mOhm Shunt (hatte ich schon AC erwähnt? Also direkt am 
Haushalts-Stromnetz) direkt an die Eingänge des ADS1203?
Ich könnte dann die digitalen Ausgänge mit Optokopplern vom Netz 
trennen. Ist vielleicht einfacher, als auf der analogen Seite noch 
zusätzliche Fehler zu generieren (ISO0721).

Tja, und wo bekomme ich denn jetzt so ein ADS1203 oder HCPL7560/7510 
her? Ich brauch nur ein paar wenige. 1000 Stück sind mir dann doch zu 
viel - ich denke da so eher an 5-10.

@Falk

Das mit dem Shunt gefällt mir deutlich besser

von Johannes E. (cpt_nemo)


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wopl schrieb:
> @Johannes E
>
> Die Chips sehen gut aus für den Zweck. Kann ich eigentlich über einen
> 10mOhm Shunt (hatte ich schon AC erwähnt? Also direkt am
> Haushalts-Stromnetz) direkt an die Eingänge des ADS1203?

Ja, schau dir einfach das Datenblatt an, da ist das beschrieben. Der 
Wandler hängt ja nicht zwischen den beiden Phasen, sondern nur am Shunt 
in einer Leitung. Der Messbereich ist +/- 250 mV, bei einem 10 mOhm 
Shunt entspricht das +/- 25A; passt also genau für 16A_eff.

> Ich könnte dann die digitalen Ausgänge mit Optokopplern vom Netz
> trennen. Ist vielleicht einfacher, als auf der analogen Seite noch
> zusätzliche Fehler zu generieren (ISO0721).

Ja, entweder Optokoppler oder einen ISO721. Du musst beachten, dass der 
ADS2103 nur ein Delta-Sigma Modulator ist, das Ausgangssignal kann man 
in einem µC nicht direkt verarbeiten. Du brauchst noch einen 
Filter-Baustein (z.B. AMC1210), der aus dem Bitstrom einen Messwert mit 
der gewünschten Bitbreite macht. Alternativ kann man das auch mit 
FPGA/CPLD machen.

> Tja, und wo bekomme ich denn jetzt so ein ADS1203 oder HCPL7560/7510
> her? Ich brauch nur ein paar wenige. 1000 Stück sind mir dann doch zu
> viel - ich denke da so eher an 5-10.

z.B.: 
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.dll?Detail&name=296-17152-1-ND

von wopl (Gast)


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Dank an alle.
Bevor ich mich jetzt ins Design der Schaltung stürze:
Hat jemand noch einen ganz besonderen Grund, warum wir hier immer nur 
von den 1Bit Wandlern reden, anstatt ganz einfach einen 14bit Wandler zu 
nehmen?

Gruß Wolfram

von Thorsten S. (whitejack)


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...gib mal bei conrad in der Suche VC820 ein. Nimm den Inhalt dieses 
Multimeters - hat eine galvanisch getrennte Serielle Schnittstelle...

So genau wirst du es in der Preisklasse nie selbst designen können...

T.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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> Hat jemand noch einen ganz besonderen Grund, warum wir hier immer nur
> von den 1Bit Wandlern reden, anstatt ganz einfach einen 14bit Wandler zu
> nehmen?

Der Vorteil ist, dass man nur ein einziges Signal potentialfrei 
übertragen muss. Bei Wandlern mit SPI- oder I2C-Schnittstelle braucht 
man 2-4 Leitungen und dann auch noch in unterschiedlichen Richtungen.

Der zweite Vorteil ist, dass man bei einem Delta-Sigma-Wandler die 
Auflösung und Datenrate selber bestimmen kann. Dabei gilt, dass bei 
einer hohen Auflösung die Datenrate niedriger wird.

Wenn man einen Strom möglichst genau messen will und gleichzeitig eine 
schnelle Überstrom-Erkennung braucht, kann man das damit sehr elegant 
lösen, indem man den seriellen Bitstrom mit einem langsamen und einem 
schnellen Filter auswertet. Der schnelle Filter liefert keine so große 
Auflösung, dafür eine sehr kurze Rektionszeit; der langsame Filter 
liefert die hohe Auflösung.

Wenn für dich nur die genaue Messung wichtig ist, dann kannst du auch 
einen Wandler mit SPI nehmen, der von sich aus schon eine höhere 
Auflösung hat.

Alternative: Schau mal diesen Thread an:
Beitrag "Messung mit Stromwandler LTSR 15-NP"

von wopl (Gast)


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@Thorsten S: naja, 3 Messungen/s entsprechen nicht ganz meinen 
Vorgaben...
Ich brauch 1000Messungen/s :-)

@Johannes E:
ich könnte natürlich auch einen ACS712 Hall Sensor direkt ans Netz 
hängen. Genauigkeit scheint o.k. zu sein. Dann hab ich keine weiteren 
Bauteile am 240V Netz nötig. Alles andere spielt sich dann im sicheren 
Bereich ab. Die 20A-Version scheint dafür prima zu sein und liefert mir 
dann eine Spannung zwischen 1V und 4V.
Shunt und alles andere werden dann überflüssig....

hmmm, so viele Optionen :-)

Gruß Wolfram

von Johannes E. (cpt_nemo)


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> ich könnte natürlich auch einen ACS712 Hall Sensor direkt ans Netz
> hängen. Genauigkeit scheint o.k. zu sein. Dann hab ich keine weiteren
> Bauteile am 240V Netz nötig. Alles andere spielt sich dann im sicheren
> Bereich ab. Die 20A-Version scheint dafür prima zu sein und liefert mir
> dann eine Spannung zwischen 1V und 4V.

Ja, das geht schon. Solche Sensoren werden vor allem dann eingesetzt, 
wenn es möglichst billig sein soll.

Was sind denn deine Anforderungen an Genauigkeit und Isolation?

Der ACS712 hat eine Genauigkeit von 1,5% bezogen auf den Nennstrom. Du 
brauchst den 20A-Typ, das ist dann also +/- 300 mA. Ist das ausreichend 
genau?

Die "Maximum working voltage" der Isolation für verstärkte Isolation ist 
184V (peak), für Basis-Isolierung sind 354 V (peak) angegeben. Bei 230V 
Netzspannung werden also nur die Anforderungen für die Basis-Isolierung 
erfüllt. Ist das für deine Anwendung ausreichend?

von Michael (Gast)


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Könnte man nicht mit nem Hallsensor die galvanische Trennung 
realisieren?

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Michael schrieb:
> Könnte man nicht mit nem Hallsensor die galvanische Trennung
> realisieren?

Ja, der ACS712 ist ein Hall Sensor.

von wopl (Gast)


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@Johannes,
gute Diskussion !

wenn ichs mir so richtig überlege, taugt das ACS712 erst wieder was ab 
1A oder so... hab mich durch die 1.5% Genauigkeit irritieren lassen. 
Hmmm, gerade der Kleinlastbereich interessiert mich (Auflösung 50mA, 
10mA wären der Hit). Und da rauscht es ja gewaltig.
Sobald wir dann 5A überschreiten, muß es meßbar sein, bis die Sicherung 
knallt, aber hier wäre ich mit einer Auflösung von 100mA oder 200mA 
absolut zufrieden.

Ich geb mich mal ans Design mit dem ADS1203 und der floating VCC.

Gruß Wolfram

von Johannes E. (cpt_nemo)


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> Ich geb mich mal ans Design mit dem ADS1203 und der floating VCC.

Von Analog Devices gibt es für die potentialfreie Datenübertragung ICs 
mit einer integrierten potentialfreien Spannungsversorgung:

http://www.analog.com/en/interface/digital-isolators/products/index.html#isoPower

Die sind für so eine Anwendung gut geeignet, weil man mit nur einem 
einzigen Bauteil gleich zwei Funktionen abdecken kann.

Von Texas Instruments gibt es ähnliche Bausteine (z.B. der ISO721), 
allerdings arbeiten die mit einem kapazitiven Verfahren und nicht 
induktiv wie Analgo Devices. Deshalb können die keine Energie 
übertragen.

von wopl (Gast)


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Was es nicht alles gibt... ich bin echt begeister.

Aber: ich glaube noch ein paar weitere Komponenten verbauen zu müssen 
und bin ein wenig skeptisch mit 500mA hinzukommen. Ich werde daher 
erstmal ein konventionelles Netzteil mit kleinem Trafo aufbauen. 
Optimieren kann ich dann später immer noch. Ich bin froh, wenn der erste 
Prototyp dann mal in Hardware vor mir steht und so einigermaßen 
funktioniert.

Gruß Wolfram

von Johannes E. (cpt_nemo)


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> Aber: ich glaube noch ein paar weitere Komponenten verbauen zu müssen
> und bin ein wenig skeptisch mit 500mA hinzukommen.

Es muss doch nur der ADS1203 versorgt werden, der braucht nur ca. 10 mA.

> Ich werde daher
> erstmal ein konventionelles Netzteil mit kleinem Trafo aufbauen.

Das würde ich nicht machen. Wenn dir die Lösung mit dem ADUM nicht 
gefält, könntest du auch einen DC/DC-Wandler mit ausreichend hoher 
Spannungsfestigkeit (z.B. Traco TMV-EN Serie) nehmen.

von van Houten (Gast)


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Das Design (Leiterplatten) der ISO-Power-IC ist für Sensorik nicht ganz 
trivial. Unter 4 Lagen wird das schwierig bei hoher Auflösung. Trotzdem 
geile Teile ;-)

von wopl (Gast)


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meinst Du den ADUM? 4 Lagen hatte ich wohl erstmal nicht vor...
Das paßt dann nicht mehr wirklich zu meinem Hobbykeller :-) Mach das 
gerade eher nicht beruflich.

Dumme Frage: was kostet denn so eine 100x160-Platine 4 lagig fertig zum 
Bestücken (durchkontaktiert, Beschriftung, Löstoplack...) so als 
Einzelstück (oder sagen wir mal max 5 Stück für den Anfang)?

Gruß Wolfram

von van Houten (Gast)


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Die ADUM-Reihe mit i-coupler & iso-power meinte ich:
Ich war mal auf einem Technology Day von AD, das haben die die 
vorgestellt, sind wohl noch recht neu, die sind extra gemacht um einen 
AD zu speisen, du kannst so mit 2-3 IC ein voll isoliertes Messsystem 
bauen, OP-AD-icpoupler, ohne extra Stromversorgung, die hatten die 
beiden isolierten Grounds über Flächen in den Innenlagen kapazitiv 
verkoppelt und außen herum alles mit Vias abgeschirmt, um den AD nicht 
zu beeinflussen. Auf meine explizite Nachfrage, ob das mit 2 -Lagen 
funktioniert kam als Antwort, unter EMV-Gesichtspunkten wäre es nicht zu 
empfehlen, wenn man genau messen will. Bei genauen Messungen und 
empfindlichen Meßverstärkern kan man geschaltete Stromversorgung nie 
empfehlen. Könnte aber bei Dir noch gehen, wenn du beim Layout aufpasst.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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van Houten schrieb:
> Könnte aber bei Dir noch gehen, wenn du beim Layout aufpasst.

Für diese Anwendung sehe ich das auch nicht so kritisch, 4 lagen sind 
vor allem dann sinnvoll, wenn man das ganze möglichst kompakt aufbauen 
möchte. Wenn man genug Platz zur Verfügung hat sollte es mit einer 
2-lagigen Platine auch funktionieren.

Delta-Sigma-Wandler sind in dieser Beziehung auch einigermaßen 
unkritisch, da sie eine sehr hohe Sample-Rate haben.

Wichtig ist vor allem, dass man keine Störung in die Spannungsversorgung 
oder in das zu mesende Signal koppelt, die synchron zur Samplefrequenz 
ist; dadurch entsteht sonst zeimlich schnell ein Offset-Fehler. Bei 
einer Strom-Messung mit Shunt ist das Signal aber extrem niederohmig, so 
dass hier die Gefahr eher nicht so groß ist.

Ich habe gute Erfahrungen mit einem kleinen Widerstand in der 
5V-Versorgung zwischen A/D-Wandler und ADUM gemacht (10 - 20 Ohm) und 
dann Keramik-Kondensatoren möglichst nah am A/D-Wandler. Eine 
durchdachte Masseführung ist natürlich auch wichtig.

wopl schrieb:
> Dumme Frage: was kostet denn so eine 100x160-Platine 4 lagig fertig zum
> Bestücken (durchkontaktiert, Beschriftung, Löstoplack...) so als
> Einzelstück (oder sagen wir mal max 5 Stück für den Anfang)?

Das ist schon relativ teuer, bei Fischer ca. 100 Euro (für eine einzelne 
Platine). Bei 5 Stück sinkt der Stückpreis auf ca. 50 Euro. (Preise ohne 
MWSt.).

Du könntest auch die Strom-Messung auf einer kleinen separaten Platine 
machen, wenn es unbedingt 4-Lagig sein muss. Den Rest der Schaltung 
machst du dann auf eine 2-Lagige Platine.

von wopl (Gast)


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So, mit Euren vielen Tips ist das Ganze jetzt ja doch ziemlich simpel 
geworden. So in etwa einverstanden?

Ach ja: die Weiterverabeitung mach ich dann erst mal mit einem AMC1210 
Eval-Board... Da hab ich dann alle Pins schön offen zum Messen und 
Spielen.

Da das dann sowieso ein Aufwasch ist, könnte ich jetzt noch die 
Spannungsmessung integrieren. Ich dachte da an den ADS1205.

Gruß Wolfram

von Hans M. (hansilein)


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Was tut R1?

von wopl (Gast)


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ertappt: abekupfert vom Datenblatt ADS1203... bin nicht sicher ob ich 
den einfach wegrationalisieren soll.

von nemon (Gast)


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ich hab mal nen 3Phasen-Leistungsmesser gebaut. Habe alle 3 
Leiter-Leiter-Spannungen hochohmig 1:100 runtergeteilt, einen 
Impedanzwandler hintergehängt und das per ISO124 auf ein gemeinsames 
Potential geführt. Zur Strommessung hab ich Stromsensoren von LEM 
verwendet, der CSNP661 von Honeywell könnte auch gehen. Die Primärseite 
habe ich per isolierten DC/DC-Wandlern gemacht.

von Hans M. (hansilein)


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R1 soll anscheinend ein Tiefpass mit C6 bilden, rechne halt mal aus ob 
das für Deine gewünschten 1000samples/sekunde passt.

von wopl (Gast)


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Ja sollte so passen. Der Tiefpass hat eine fc von 48kHz, der ADS1203 
sampelt mit 10kHz und dann hab ich noch ein wenig Spielraum bis ich bei 
meinen 1000s/s bin.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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In der Zeichnung Figure 6 im Datenblatt (Seite 14) wird ein Filter mit 2 
Widerständen und 3 Kondensatoren vorgeschlagen. Damit bekommt man 
vermutlich das beste Ergebnis. Ich hab diesen Wandler erst einmal in 
einem Projekt eingesetzt und dort hab ich es so gemacht und es hat gut 
funktioniert.

Mit nur einem Widerstand muss man die Masseführung etwas sorgfältiger 
machen, damit man keine Masseverschiebung zwischen dem Shunt und dem 
negativen Eingangspin bekommt.

Hast Du dir schon  überlegt, wie du das Ausgangssignal dekodierst bzw. 
filterst? Davon hängt nämlich die Betriebsart ab, also in welche 
Richtung der Takt übertragen wird bzw. ob überhaupt ein externer Takt 
verwendet wird.

Und dann solltest du auf jeden Fall noch die Spannungsversorgung 
zwischen ADUM und ADS1203 entkoppeln. Entweder ein Ferrit oder ein 
Reihenwiderstand und direkt an den ADS1203 auch nochmal einen 
(Keramik-)Kondensator. Bei mir hat sich 10 Ohm und 1uF ganz gut bewährt.

Soll in diesem Projekt auch die Spannung gemessen werden? Das kann man 
nämlich auch ganz elegant mit einem ADS1203 und einem hochohmigen 
Spannungsteiler machen.

wopl schrieb:
> Der Tiefpass hat eine fc von 48kHz, der ADS1203
> sampelt mit 10kHz und dann hab ich noch ein wenig Spielraum bis ich bei
> meinen 1000s/s bin.

Eigentlich ist dei Grenzfrequenz 59 kHz. Die Sample-Rate im ADS1203 ist 
10 MHz bei internem Takt, nicht 10 kHz. Das ist ein weiterer Vorteil der 
Delta-Sigma Wandler. Erst der nachgeschaltete Filter definiert dann die 
Datenrate, Auflösung und Signalbandbreite.

Aber die Filter-Dimensionierung ist so schon in Ordnung.

von wopl (Gast)


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Hallo,

> In der Zeichnung Figure 6 im Datenblatt (Seite 14) wird ein Filter mit 2
> Widerständen und 3 Kondensatoren vorgeschlagen. Damit bekommt man
> vermutlich das beste Ergebnis.
Ja, hab ich auch gesehen, aber bei gemeinsamen GND scheint es so zu 
reichen. Aber kein Problem den Kleinkram noch unterzubringen.

> Hast Du dir schon  überlegt, wie du das Ausgangssignal dekodierst bzw.
> filterst? Davon hängt nämlich die Betriebsart ab, also in welche
> Richtung der Takt übertragen wird bzw. ob überhaupt ein externer Takt
> verwendet wird.
Im Moment hab ich mode0 verschaltet. Paßt auch mit dem AMC1210. Wenn ich 
das richtig sehe, kann ich die beiden Ausgänge vom ADUM direkt mit dem 
1210 verbinden.

>
> Und dann solltest du auf jeden Fall noch die Spannungsversorgung
> zwischen ADUM und ADS1203 entkoppeln. Entweder ein Ferrit oder ein
> Reihenwiderstand und direkt an den ADS1203 auch nochmal einen
> (Keramik-)Kondensator. Bei mir hat sich 10 Ohm und 1uF ganz gut bewährt.
Um VISO ein wenig zu glätten? Die Unterlagen sagen das zwar nicht 
zwingend, aber auch hier... die zwei Bauteile sind easy.

>
> Soll in diesem Projekt auch die Spannung gemessen werden? Das kann man
> nämlich auch ganz elegant mit einem ADS1203 und einem hochohmigen
> Spannungsteiler machen.
Ja, wenn wir schon einmal dabei sind. Die Frage ist nur, ob ich direkt 
an die spannungsteiler dran kann oder ob ich hier noch mit OPs arbeiten 
muß. Wenn der Spannungsteiler zu hochohmig ist, dann ziehts mir den 
Strom durch 1203, was ich ja auch nicht will. Ist da der 1205 nicht 
besser?

> Eigentlich ist dei Grenzfrequenz 59 kHz. Die Sample-Rate im ADS1203 ist
> 5 bzw. 10 MHz bei internem Takt, nicht 10 kHz. Das ist ein weiterer
> Vorteil der Delta-Sigma Wandler. Erst der nachgeschaltete Filter
> definiert dann die Datenrate, Auflösung und Signalbandbreite.
oops, 59 ja, Tippfehler, 10Mhz ... war ein Denkfehler...
>

Gruß Wolfram

von Johannes E. (cpt_nemo)


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>> In der Zeichnung Figure 6 im Datenblatt (Seite 14) wird ein Filter mit 2
>> Widerständen und 3 Kondensatoren vorgeschlagen. Damit bekommt man
>> vermutlich das beste Ergebnis.
> Ja, hab ich auch gesehen, aber bei gemeinsamen GND scheint es so zu
> reichen. Aber kein Problem den Kleinkram noch unterzubringen.

Theoretisch braucht man das nicht beim gemeinsamen GND. Wenn aber über 
die GND-Leitung 16A fließen, hat man da schnell mal ein paar mV 
Spannungsabfall.

>> Und dann solltest du auf jeden Fall noch die Spannungsversorgung
>> zwischen ADUM und ADS1203 entkoppeln. Entweder ein Ferrit oder ein
>> Reihenwiderstand und direkt an den ADS1203 auch nochmal einen
>> (Keramik-)Kondensator. Bei mir hat sich 10 Ohm und 1uF ganz gut bewährt.
> Um VISO ein wenig zu glätten? Die Unterlagen sagen das zwar nicht
> zwingend, aber auch hier... die zwei Bauteile sind easy.

Ich würde die Bauteile mal auf der Platine vorsehen, dann kannst du mit 
und ohne testen.

>> Soll in diesem Projekt auch die Spannung gemessen werden? Das kann man
>> nämlich auch ganz elegant mit einem ADS1203 und einem hochohmigen
>> Spannungsteiler machen.
> Ja, wenn wir schon einmal dabei sind. Die Frage ist nur, ob ich direkt
> an die spannungsteiler dran kann oder ob ich hier noch mit OPs arbeiten
> muß. Wenn der Spannungsteiler zu hochohmig ist, dann ziehts mir den
> Strom durch 1203, was ich ja auch nicht will.

Ja das geht, auch wenn der Spannungsteiler etwas belastet wird. Im 
Datenblatt ist eine Formel für den Eingangs-Widerstand angegeben, damit 
kann man die Abweichung ganz gut berechnen. Bei mir hat ein 
Spannungsteiler mit 4 x 100 kOhm und 330 Ohm ganz gut funktioniert, das 
ergibt rechnerisch einen Messbereich von 388V. Durch den 
Eingangswiderstand des ADS1203 erhöht sich das dann noch um ein paar 
Volt.
Mit einem niederohmigeren Spannungsteiler wird es genauer.

> Ist da der 1205 nicht besser?
Nachteil ist der 2,5V Messbereich, das passt nicht so gut für die 
Strommessung.

von wopl (Gast)


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Hallo,
so, jetzt hab ich da mal was zusammengestellt.
Diesmal Strom und Spannung.

Die beiden Eingänge vor den ADS1203 muß ich noch mal durchrechnen und 
simulieren. Könnte aber so klappen.

Wie bereits vorher gesagt, will ich die Weiterverarbeitung über den 
AMC1210 durchführen. Ggf auf einer anderen Platine oder ein Eval-Board; 
daher hier nicht mehr aufgeführt.

Irgendwie bin ich aber noch ein wenig unsicher, ob wir da nicht noch die 
beiden ADS1203 gegen "Überspannung" schützen sollten. Ich weiß halt 
nicht wirklich, was da auf der 230V Leitung an Peaks entsteht.

Ach ja: so optimal wäre es, wenn PIN1 auf N liegt, aber das kann man 
beim Einstöpseln ja nicht wirklich sehen. Seht Ihr ein Problem, wenn ich 
Pin1 auf L einstöpsle?

Gruß Wolfram

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Die Statistik sagt, daß man mit einigen 5KV Transienten pro Jahr rechnen 
muß. Direkte Blitzschläge sind das natürlich nicht.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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wopl schrieb:
> Hallo,
> so, jetzt hab ich da mal was zusammengestellt.
> Diesmal Strom und Spannung.

Die Spannungsmessung geht so gar nicht! Mit dieser Beschaltung liegt der 
negative Eingangspin auf ungefähr der halben Netzspannung (115V).

Der Spannungsteiler muss hier asymetrisch sein, also die vier 
hochohmigen Widerstände alle in Reihe und der 330 Ohm Widerstand gegen 
GND_ISO.


wopl schrieb:
> Irgendwie bin ich aber noch ein wenig unsicher, ob wir da nicht noch die
> beiden ADS1203 gegen "Überspannung" schützen sollten. Ich weiß halt
> nicht wirklich, was da auf der 230V Leitung an Peaks entsteht.

Der Wandler für die Strommessung ist da relativ unkritisch, da er nur an 
einer einzigen Phase hängt. Da brauchst du keine besonderen Maßnahmen.

Der Wandler für die Spannungsmessung hat einen hochohmigen 
Vorwiderstand. Im Falle einer Überspannung wird die Spannung an den 
Eingangspins durch interne Dioden auf VCC + ca. 0,5V begrenzt, der Strom 
wird durch den hochohmigen Widerstand begrenzt.

Wenn dieser Strom größer als der Stromverbrauch der beiden ADS1203 ist, 
kann es passieren, dass dadurch die 5V-Versorgung angehoben wird.


Abdul K. schrieb:
> Die Statistik sagt, daß man mit einigen 5KV Transienten pro Jahr rechnen
> muß.

Ja, es gibt ab und zu schon Spannungsspitzen im Stromnetz. Wenn das 
Gerät dauerhaft am Netz eingesteckt ist, was z.B. bei einem Messgerät 
für den Energieverbrauch üblich ist oder wenn es fest installiert ist 
(z.B. i mVerteilerkasten), sollte man sich darüber schon Gedanken 
machen.

Es gibt dafür ja diese Varistoren, die hier einen gewissen Schutz 
bieten. Mit einer hochohmigen Beschaltung müsste es aber auch ohne 
besondere Maßnahmen gehen.

Wenn das Gerät nur ab und zu ans Stromnetz angeschlossen wird, ist die 
Warscheinlichkeit eher gering, dass genau in dieser Zeit so eine 
Spannungsspitze auftritt. Im schlimmsten Fall geht dabei ein A/D-Wandler 
kaputt, den muss man dann halt austauschen.


Für den ADS ist als "absolut maximum rating" ein Strom von 10 mA in alle 
Eingangspins angegeben. Mit dem 400 kOhm Spannungsteiler würde man damit 
auf 4 kV kommen, reicht also nicht ganz für 5kV. Dafür müsste man den 
Spannungsteiler mit 500 kOhm beschalten. Diese Rechnung gilt aber nur, 
wenn man davon ausgeht, dass an den Widerstände keine Überschläge 
auftreten.


Viel wichtiger ist die Isolation zwischen Netz und Niedervolt-Seite. 
Hier müssen auf jeden Fall die vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken 
eingehalten werden.

von wopl (Gast)


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> Die Spannungsmessung geht so gar nicht! Mit dieser Beschaltung liegt der
> negative Eingangspin auf ungefähr der halben Netzspannung (115V).
Oooops, ja. Ist doch nur unwesentlich höher als AVDD+0.3V :-) Ich hab 
mich durch die Differenzmessung irritieren lassen und nicht drauf 
geachtet. Sah übrigens so nett im Schaltbild aus :-) Klar, geht gar 
nicht.

Was hälst Du von den TVS-Dioden? Machen die mir meine Messung kaputt? 3V 
Durchbruchspannung federn dann ja schon mal was vom IC ab. Ich habs 
jetzt mal vor beide IC's gesetzt, auch wenns beim Strom wohl nie 
gebraucht wird.

Gruß Wolfram

von Johannes E. (cpt_nemo)


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> Was hälst Du von den TVS-Dioden? Machen die mir meine Messung kaputt? 3V
> Durchbruchspannung federn dann ja schon mal was vom IC ab. Ich habs
> jetzt mal vor beide IC's gesetzt, auch wenns beim Strom wohl nie
> gebraucht wird.

Ob die Dioden einen Einfluss auf die Messung haben, hängt vom Leck-Strom 
ab. Vermutlich stört es nicht, aber weglassen kannst Du die Dioden dann 
hinterher immer noch.

Die Frage ist eher, was die tatsächlich nützen. Die Dioden im ADS1203 
sind für normale Überspannungen eigentlich ausreichend. Und wenn die 
Spannung im Netz sehr groß ist, besteht vermutlich eher die Gefahr, dass 
es einen Überschlag an den Widerständen gibt. Deshalb halte ich einen 
Varistor direkt am Netz-Eingang sinnvoller.

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Johannes E. schrieb:
> Abdul K. schrieb:
>> Die Statistik sagt, daß man mit einigen 5KV Transienten pro Jahr rechnen
>> muß.
>
> Ja, es gibt ab und zu schon Spannungsspitzen im Stromnetz. Wenn das
> Gerät dauerhaft am Netz eingesteckt ist, was z.B. bei einem Messgerät
> für den Energieverbrauch üblich ist oder wenn es fest installiert ist
> (z.B. i mVerteilerkasten), sollte man sich darüber schon Gedanken
> machen.

Du kannst dir gerne die Sache passend kleinreden. Aber denke nochmal 
drüber nach. Der Unterschied zwischen funktioniert völlig korrekt und 
defekt ist genau 1 Bit. Der zwischen z.B. 10 Bit und geht nicht, viel 
kleiner! Bei jedem Transient der durchkommt, bekommt die Eingangsstufe 
eins auf die Mütze. Der Leckstrom steigt jedes Mal an. Irgendwann reicht 
es fürs erste Bit, dann folgen die nächsten.

Ein normaler Widerstand hält nicht mehr als 200V aus, wobei der 
Widerstandswert auch schon beachtlich verändert ist. Kann also Sinn 
machen, bessere Widerstände einzubauen.

Die ADuM sind nach Berichten ungeeignet für richtige Transienten. 
Optokoppler oder Puls-Übertrager eine Alternative.

Die Überwachung der Qualität ist ein eigenes Kapitel. Schließlich hat 
man 1. viel Arbeit in die Erstellung des Gerätes gesteckt, 2. fallen 
zunehmende Fehler nicht gleich auf, denn man mißt das Gerät nicht 
ständig durch. Wenn dann das Glühobst irgendwann 52 Watt zeigt, anstatt 
51, dann fällts vielleicht auf. Oder auch nicht.

von wopl (Gast)


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> Die Frage ist eher, was die tatsächlich nützen.

naja, ich löt halt lieber ein paar Widerstände neu ein, als den ADS1203, 
der 1. schwer zu bekommen ist und
2. nicht wirklich Spaß macht zu löten :-)

Dank für Deine Hilfe,
Wolfram

von Johannes E. (cpt_nemo)


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> Ein normaler Widerstand hält nicht mehr als 200V aus, wobei der
> Widerstandswert auch schon beachtlich verändert ist. Kann also Sinn
> machen, bessere Widerstände einzubauen.

Ja, da hast du recht. An dieser Stelle sollten schon hochwertige 
Widerstände eingesetzt werden, die etwas Reserve bieten.

Abdul K. schrieb:
> Die ADuM sind nach Berichten ungeeignet für richtige Transienten.
> Optokoppler oder Puls-Übertrager eine Alternative.

Ja, das stimmt; du solltest aber auch dazu schreiben, was mit "richtige 
Transisnten" gemeint ist und nicht einfach so einen Satz in den Raum 
werden.

Bei Transisten in der Größenorgnung von mehreren 100V mit sehr hohem 
du/dt (z.B. 30 V/ns) gibt es Probleme. Solche Transienten können 
innerhalb von Schaltnetzteilen auftreten, wenn man z.B. direkt an einem 
Schalttransistor eine Strommessung macht.

Direkt an der Phase im Stromnetz gibt es keine so steilen Transienten, 
auch nicht bei einem Blitzeinschlag.

Außerdem ist das ein Problem mit der Common-Mode Spannung, also die 
Spannung, die an der Isolationsstrecke anliegt. Dagegen bieten 
differentielle Schutzdioden keinen Schutz.


Deswegen halte ich Varistoren am Eingang für wesentlich sinnvoller, und 
zwar von beiden Leitungen (L und N) jeweils gegen PE geschaltet. Damit 
werden sowohl common-mode- als auch differenzielle Überspannungen 
abgeleitet.

Aber das hängt von der Anwendung ab, also wo und wir das Gerät 
installiert bzw. angeschlossen wird. Nicht umsonst unterscheidet die EN 
60664 zwischen unterschiedlichen Überspannungskategorien.

von Wolfram L. (amazon)


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MaWin schrieb:
> Übrigens: hochauflösende Wandler, mit 20 oder 24 bit
> widersprechen auch deinem Wunsch mit 1kHz messne zu können.

Wieso ?
Man kann doch leicht 1kHz mit 24bit messen ? Wo ist das Problem ?

von Wolfram L. (amazon)


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Johannes E. schrieb:
> Direkt an der Phase im Stromnetz gibt es keine so steilen Transienten,
> auch nicht bei einem Blitzeinschlag.

Auch da muss ich widersprechen, es treten auf normalen Netzleitungen 
durchaus Transienten auf die bis zu 100MHz "schnell" sind.
UND die können auch mal Spannungspitzen von 2-3kV enthalten. Eine 
Spannungsfestigkeit/Galvanische Trennung von 5kV sollte die Schaltung 
daher schon haben.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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Wolfram L. schrieb:
> ... es treten auf normalen Netzleitungen
> durchaus Transienten auf die bis zu 100MHz "schnell" sind.
> UND die können auch mal Spannungspitzen von 2-3kV enthalten.

Hast Du das schon mal gemessen bzw. eine Quelle dafür? Bei so hohen 
Frequenzen (100 MHz) haben normale Netzleitungen doch extrem hohe 
Verluste, nach ein paar Metern Leitungslänge sollte davon nicht mehr 
viel übrig bleiben.

Treten diese transienten Überspannungen zwischen Phase und Neutralleiter 
auf oder sind das Common-Mode Spannungen?

Ich würde das für ein Gerücht halten, dass Transienten mit 
gleichzeitig hoher Spannung (2-3 kV) und kurzer Anstiegszeit (< 100 
ns) auftreten können.

Voraussetzung ist natürlich, dass ein Gerät diese Transienten nicht 
selber erzeugt bzw. dass ein Gerät nicht direkt neben einem Gerät 
angeschlossen ist, in dem solche Transienten erzeugt werden.

Aus diesem Grund werden in der EN 60664 unterschiedliche 
Überspannungskategorien definiert. Diese Einteilung beruht genau auf der 
Tatsache, dass in Leitungen eine Dämpfung von steilen Transienten 
auftritt. Man darf also nicht ein Gerät mit Überspannungkategorie II 
direkt mit einem Gerät nach Kategorie IV zusammenschalten, wenn das 
Gerät nach Kategorie IV entsprechende Stoßspannungen erzeugt.

Für Netzbetriebene Geräte mit Überspannungskategorie II gilt eine 
Stoßspannungsfestigkeit von 2,5 kV, bei Kategorie III sind es 4 kV 
(Diese Werte gelten dür Basis-Isolierung).

Der ADuM640x ist für 300V_rms Cat. III und für verstärkte Isolierung 
spezifiziert, also sehe ich da kein Problem.

von Wolfram L. (amazon)


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Johannes E. schrieb:
> Ich würde das für ein Gerücht halten, dass Transienten mit
> gleichzeitig hoher Spannung (2-3 kV) und kurzer Anstiegszeit (< 100
> ns) auftreten können.
>
> Voraussetzung ist natürlich, dass ein Gerät diese Transienten nicht
> selber erzeugt bzw. dass ein Gerät nicht direkt neben einem Gerät
> angeschlossen ist, in dem solche Transienten erzeugt werden.

Genau da liegt das Problem. Transienten entstehen ja nicht von alleine 
auf der grünen Wiese irgendwo im Netz, sondern kommen eben durch am 
netzanliegende Geräte, durchaus auch durch Großindustrie.

"ADuM640x ist für 300V_rms Cat. III und für verstärkte Isolierung
spezifiziert, also sehe ich da kein Problem."
Das ist auch nicht ganz richtig. Du schliesst die Elektronik an ein Netz 
der Cat I an (Mains bis 600V) und nicht Cat III.

von Johannes E. (cpt_nemo)


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> Genau da liegt das Problem. Transienten entstehen ja nicht von alleine
> auf der grünen Wiese irgendwo im Netz, sondern kommen eben durch am
> netzanliegende Geräte, durchaus auch durch Großindustrie.

Und deswegen hängt ein Privathaus auch nicht am gleichen 
Mittelspannungs-Anschluss wie die Großindustrie; die haben nämlich ihre 
eigenen Trafos.

> "ADuM640x ist für 300V_rms Cat. III und für verstärkte Isolierung
> spezifiziert, also sehe ich da kein Problem."
> Das ist auch nicht ganz richtig. Du schliesst die Elektronik an ein Netz
> der Cat I an (Mains bis 600V) und nicht Cat III.

Ich schließe diese Elektronik gar nicht an, das ist nicht mein Projekt. 
Ich gehe aber mal davon aus, dass dieses Gerät dazu verwendet wird, den 
Energieverbrauch eines Elektrogeräts am 230-Netz zu messen. Da im 
Schaltplan Kaltgeräte-Buchsen/Stecker angedeutet sind, wird es 
vermutlich in die Stecksode gesteckt und nicht direkt in die 
Unterverteilung geklemmt.

Deshalb gilt hier 300V_rms mit Überspannugnskategorie II. Ich verstehe 
nicht, was du mit "Cat I an (Mains bis 600V)" meinst.

Ein 230V-Netz der Cat I gibt es eigentlich gar nicht, zumnindest nicht 
im Bereich des öffentlichen Stromnetzes. Diese Kategorie gilt eher für 
batteriebetriebene Geräte oder kleine Inselnetze, in denen nur sehr 
kleine transiente Überspannungen auftreten.

von wopl (Gast)


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> Da im Schaltplan Kaltgeräte-Buchsen/Stecker angedeutet sind, wird es
> vermutlich in die Stecksode gesteckt und nicht direkt in die
> Unterverteilung geklemmt.
Richtig

Gruß Wolfram

von Abdul K. (ehydra) Benutzerseite


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Hm. Ich kann jetzt zwar nicht mit haltbaren gemessenen Transienten 
dienen. Ich weiß allerdings aus eigener Erfahrung, das Kühlschränke und 
Nachtspeicheröfen recht heftig reinhauen können. Schnell genuge Flanken, 
das man es auf einem Fernseher sehen kann.

Der Kühlschranktest für selbstgebaute Elektronik erlangte ja gewisse 
Bekanntheit.

Netzleitungsmodell für normale Steckdose Privathaushalt:
Z = 0,4 Ohm + j0.8 Ohm

andere gefundene Angabe:
Z0 [>100KHz] = 100 Ohm

von Dave T. (lumovan)


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Hallo Wolfram,

kannst du eventuell deine komplette Schaltung posten? Was wie einen 
Controller hast du eingesetzt? Gibt es schon einen Prototypen?

Viele Grüße,
David

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