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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Störungen von einem HV-Netzgerät


Autor: Ralf (Gast)
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Hallo,

wie stark beeinflusst ein Hochspannungsnetzteil andere
Versorgungsleitungen?
Ich habe einen Prüfautomaten in dem ein Hochspannungsnetzteil eingebaut
ist. Das Netzteil kann 6000V / 5mA. Dieser Automat wurde von einer
Fremdfirma vor 6 Jahren gebaut.
Vor einigen Wochen habe ich damit begonnen diesen Automaten umzubauen.
Die alte Steuerung erfolgte über einen DOS-PC mit A/D-D/A und
Relais-Karten. Dieser PC wurde entfernt. Die Steuerung übernimmt jetzt
ein ATMega32 mit UART, Relais, A/D, PWM. Die Software habe ich auf
einem Windows XP Rechner geschrieben. Die Befehle werden per Uart an
den Mega32 gesendet, welcher dann die gewünschten Aktionen ausführt.
Es funktioniert eigentlich alles wunderbar... aber sobald ein Prüfling
bei der Hochspannungsprüfung mit 6000kV ein Durchschlag (auch hörbar)
hat, stürzt mein Mega32 ab und macht einen Reset!
Wenn ich die Versorgungsspannung meines Mega32 mit dem Oszi während des
Durchschlags beobachte sind auf der VCC Spannungsspitzen mit >50V. Aber
wo her?

Autor: Ralf (Gast)
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hoppsala...

sollen natürlich 6000V sein, nicht 6000kV :-)

Autor: qf_ (Gast)
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hochspannung ist in dieser beziehung sehr garstig. wahrscheinlich wird
dein hochspannungserzeuger neuerer generation sein und einen
spannungsvervielfacher beinhalten oder zumindest zur stabilisation
einen kondensator am ausgang besitzen.
bei solch hohen spannungen fließen sehr schnell hohe ströme beim
plötzlichen entladen solcher kapazitäten, daher wahrscheinlich deine
spannungsspitzen - mit schlechter erdung hat das bei so geringen
strömen der hochspannung eher nichts zu tun.

filter die versorgungsspannung deiner schaltung ordentlich, drosseln,
kapazizäten... lieber etwas überdimensionieren.
an allen signaleingängen die prallel zu den hochspannungsleitungen
verlaufen entsprechende schutzmaßnahmen: transildioden,
überspannungsableiter, serienwiderstände...

es empfielt sich auch die gesamte mikroprozessorschaltung in ein
emv-dichtes gehäuse zu packen, viele hochspannungsgeneratoren
verseuchen ansich schon die versorgungsspannung.

Autor: Ralf (Gast)
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@qf_:

Es handelt sich um ein neues HV-Netzgerät, mit Kondensator am Ausgang.

Die Drosseln die du meinst kommen sekundärseitig in mein
Versorgungsnetzteil rein, oder?
Wie dimensioniert man so eine Drossel? Mit Transildioden kenne ich mich
auch leider kaum aus. Gibt es da verschiedene Typen, Werte?
Kapazitäten hab ich ordentlich drin. Auch die 100nF direkt am Mega32
sind vorhanden.
Übers Netz bekomme ich die Störungen nicht. Soviel habe ich bereits
herausgefunden. Dazu habe ich direkt an der Ausgangsbuchse des
HV-Netzteils einen Durchschlag erzeugt. Die eigentliche HV-Leitung,
welche sich durch den ganzen Automaten zieht, habe ich abgehängt. Mit
diesem Aufbau kann ich ständig einen Durchschlag erzeugen ohne das mir
der Mega32 abstürzt.

EMV-Dichtes Gehäuse heißt --> einfach ein Metallgehäuse???

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

ich habe eine 100V Impulse mittels 15V bidirektionaler Surpressordiode
vor dem Spannungsregler auf 15V begrenzt damit hat der Regler keine
Probleme. Kannst aber auch ne Nummer kleiner nehmen. z.b. 6,8V wenn du
einen Low-Drop Spannungsregler hast. Ansonsten wie vorher scho gesagt
eine Filterschaltung siehe in diesem Datenblatt da sind Schaltpläne und
die Dimensionierung angegeben.
http://www.schurter.de/pdf/e_d/03_fpp.pdf

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

falls sowas gefragt ist kann mans ja in die
http://www.mikrocontroller.net/articles/Reichelt-Wishlist eintragen.

Autor: Rolf F. (Gast)
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EMV-dichtes Gehäuse heiß a) geerdet und b) magnetisch leitend, also
meist aus mind. 1 mm Eisen/magnetischem Stahl.

Meist sind nämlich die induzierten Spannungen das Problem und ohne
Eisen oder andere magnetische Materialien kann man die nicht
abschirmen. Ich habe das schon mit einer Kupfer-Beschichtung und auch
mehreren Lagen Alu-Folie erfolglos ausprobiert. Mit einem gewöhnlichen
PC-Gehäuse aus Eisen-Blech konnte aber alles abgeschirmt werden.
Das Problem dabei ist aber bei Endverbrauchergeräten, daß die Designer
meist keine Eisen-Gehäuse mögen und ein Eisen-Gehäuse teurer ist als
ein billiges Plastik-Gehäuse.

Autor: Ralf (Gast)
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Ich habe jetzt gerade nochmal sechs Stunden an dem Automat geforscht.
Wenn meine Steuerung (Mega32) völlig alleine, ohne angeschlossenen
Signaleitungen, Relais etc. in Betrieb ist und ich einen Durchschlag
erzeuge, bleibt meine Versorgungspannung einwandfrei auf 5V.
Das Problem ist das HV-Netzgerät. Das hat im Ausgangskreis einen
Kondensator, und vier Widerstände. Die Widerstände sind als
Messwiderstände drin. Über die Widerstände und einen OP wird die
HV-Spannung und Strom auf eine Analog-Schnittstelle gebracht. Nun ist
aber im HV-Netzgerät Schutzerde, HV-Minuspol, Digitalground und
Analogground miteinander verbunden.
Ich benötige aber um das HV-Netzgerät einzustellen und auslesen zu
können den Bezug zu AGND. D.H. mein GND vom Mega32 liegt momentan
gemeinsam mit PE/HV- zusammen.
Sobald nun ein Durchschlag (nur bei Funkenstrecke, nicht bei kpl.
Kurzschluss) erfolgt, wird meine Versorgungsspannung des Mega32 mit
Spannungspitzen von >50V "versaut". Dadurch macht mein Mega32 einen
Reset.
Was nun? Galvanisch trennen? Die serielle Schnittstelle müsste ich dann
ja auch galvanisch trennen, oder?

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

wie gesagt oben genannte Diode reinmachen und die Spitzen vor dem
Regler werden auf 15V begrenzt. Ich bin gerade dabei mein Netzteil
zusammenzulöten. Werde dann einen AVR dranhängen und eine Led-Leiste im
Sek. Takt durchrollen lassen um zu sehen ob er resetet. Mit dem Oszi
sieht man aber schon das da wirklich bei 15V Schluß ist und der 100V
Impuls der sekundärseitig beim Abschalten entsteht weg ist.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Galvanische Trennung ist zu empfehlen.

Ich hab nen AT89C51CC01 in einem X-Ray Powersupply (15kV/40mA) drin,
der läuft auch bei Überschlägen ohne Probleme.

Sämtliche IOs sind galvanisch getrennt (SPI-Bus, serielle ADCs, DACs,
digitale IOs: 74HC165/74HC595).

Und auch der Remotebus (CAN) ist über Optokoppler.

Und natürlich reichlich Masseflächen, Abblock-Cs, Reihenwiderstände und
Suppressordioden.

Die HV-Kassette ist vollständig geschirmt.

Das Ganze ist ein 19Zoll 3HE Einschub.


Peter

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Autor: Ralf (Gast)
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@Peter:
Wie wird dein Laststrom zurückgeliefert? Digital über CAN-Bus? Ist bei
deinem Gerät auch PE und AGND verbunden?


Die Transil-Dioden hab ich reingemacht. An allen Digitaleingänge hab
ich 6,8V Dioden drin. Die Spannungsversorgung kommt von einem
12V-Labornetzteil, da hab ich eine 13V-Transil Diode drin. Diese 12V
werden über einen 5V-Regler runtergeregelt.
Allerdings nutzt diese Diode leider nichts, da diese Spitzen ja nicht
über das 12V-Netzteil reinkommen, sondern irgendwie mit der Schutzerde
zu tun haben.
Ich kann mir nicht erklären wo das herkommt.
Was passiert da mit der Schutzerde im Falle eines Überschlags? Diese
Spannungsspitzen bekomme ich auch nur, wenn es einen Lichtbogen habe!
Wenn ich die 6kV über einen Widerstand verbinde und einen definierten
Laststrom ziehe (z.B. 3mA) passiert nichts. Die Versorgungsspannung
bleibt "sauber".

Autor: A.K. (Gast)
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Die ersten HF-Sendeanlagen von Radiosendern arbeiteten mit
Funkeninduktoren. Dass so ein Sender nicht grad schmalbandig ist kann
man sich denken, aber mehr als bestenfalls ein Sender war sowieso nicht
in der Region, folglich war's egal.

Ich will damit sagen, dass Du da erstens einen massiven Störsender
baust, der ohne elektromagentisch dichte Hülle um die Funkenstrecke die
Nachbarschaft ziemlich nerven kann. Und zweitens jedes Stück Draht in
näherer Umgebung als Antenne wirkt und somit Störungen nur so aufsaugt,
weshalb ein EMV-dichtes Gehäuse kein Luxus sondern eine zwingende
Notwendigkeit ist.

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

was spricht das Oszi damit kannste dir ja alle Pins einzeln anschauen
um zu sehen wo es reinkommt.

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

und noch ein anderer Einfall von mir. Du könntest doch einen
Optokoppler zum Strommessen nehmen. Also je nch Strom leuchtet die
Optoled verschieden hell desto stärker/schwächer schaltet der
Transistor durch und du kannst dann hier mit dem A/D-W messen ohen
galvanisch verbunden zu sein. Evtl. müsste man das Signal vorher
verstärken um eine ausreichende Auflösung hinzubekommen.

Autor: Ralf (Gast)
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@ A.K.

Aber wenn du sagst die Störungen kommen evtl. "per Funk" rein, dann
müßten die Spannungsspitzen ja auch sichtbar sein wenn keinerlei
Signalleitungen angeschlossen sind (Nur 12V-Netzteil an Mega32)?

Ich werde auf jeden Fall mal ein Metallgehäuse testen!

Autor: Ralf (Gast)
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Noch was...

in diesem Automaten gibt es mehrere Spannungen. Sollte man GND der
verschiedenen Spannungen zusammenführen? Wenn ja, sollte man GND dann
auch auf Schutzerde legen?
Durch das HV-Netzgerät muß ich wohl oder übel mein GND mit dem
HV-Netzgerät verbinden um es steuern zu können.
Würde man bei einem anderen Automaten ohne HV-Netzteil GND mit
Schutzerde verbinden?

Das mit der Schutzerde kapiere ich nicht wirklich. Ich habe mal eine
Bedienungsanleitung eines HV-Netzgerätes im Internet angeschaut. Da
heißt es:

Ausgangsisolation:
Der "0V"- Anschluß des
Ausgangs ist intern fest mit Erde
verbunden, kann aber bei Bedarf
aufgetrennt werdend. Der "0V"-
Anschluß ist dann erdnah und
darf bis max. ±300V gegenüber
Erde hochgelegt werden.


???

Autor: Rolf F. (Gast)
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Eine Möglichkeit wäre einen Trenntravo zu nehmen und das HV-Netzteil
darüber zu versorgen. Den Schutzleiter könnte man separat zu einem
Potentialausgleich legen, um so galvanisch von dem zu entkoppeln, wo
der Mikrocontroller dran hängt.

Autor: Ralf (Gast)
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Was ich nicht verstehe ist folgendes:

Ich versorge meine Steuerung mit 12V. Die 12V werden in meiner
Steuerung für einen OP verwendet. Aus diesen 12V mache ich Mittels
5V-Regler meine VCC für den Mega32. Die 12V-Versorgung habe ich mit
einer 13V-Suppressordiode geschützt. Wenn ich die Versorgungsspannung
über 13V hochfahre begrenzt die Diode! Sie funktioniert also :-)
Schliesse ich aber mein HV-Netzteil an (Mega32 GND --> Schutzerde HV)
und erzeuge einen Lichtbogen, dann habe ich Spannungsspitzen von >50V
und auch < 0V auf meiner 12V-Versorgung (Nadelimpuls ca. alle 10ms)!!!
Warum bergrenzt die Diode nicht? Sind die Spitzen zu kurz? Haben die
Spitzen vielleicht Bezug zu N anstatt zu PE und GND?
Zur Messung habe ich ein potentialfreies Oszi (tragbares Fluke mit
Akku) verwendet.

Ich bin ratlos?

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

hast du eine bidirektionale Diode so das die auch negative Spannungen
abführt und am besten nen Wiederstand davor damit dann ein
Spannungsabfall einseutz um den Impuls wirklich klein zu bekommen.

Wie groß ist dein Elko vor dem Spannungsregler, wenn der zuklein ist
dann wird er durch den negativen Impuls zu weit entladen, wenn du da
z.B. einen 4.700µF vor den Regler setzt dürften dieser kurze Impuls
nicht mehr reichen um den Elko unter eine Gewisse Spannung zu bekommen.
Schau dir die Spannung nach dem Spannungsegler mit dem Oszi an ob es
hier mit den 5V passt wenn dein Hochspannungsimpuls kommt.

Der Schutzleiter darf normalerweise nicht direkt auf Masse. Man
schaltet zw. N und Schutzleiter einen Kondensator und zw. P und
Schutzleiter auch einen Kondensator. Schau dir nochmal die
Filterschatungen in dem PDF-File an.

Ich würde den HV Teil mit so nem Filter abtrennen und den AVR Zweig vor
dem Filter versorgen oder ihm einen eigenen Filter zu geben.

Also wenn der HF Zweig seinen Filter hat spcukt er ncihts mehr ins Netz
und dann kannst du dort GND für deinen AVR nehmen. Auch könntest du wie
im Datenblatt AVCC entstören und das gleiche bei AGND machen.

Ich denke die Störungen kommen aus der anderen Richtung deswegen funkt
die Diode nicht, die ist eiegtnlich sehr schnell. Kannst dich ja in die
Wishliste eintragen falls du so nen Filter haben willst, ich möchte mir
ja auch sowas holen leider gibts das bei Reichelt noch nicht.

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