Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zur Kopplung von DC-DC Konvertern


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von Gustl E. (Gast)


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Hallo liebe Gemeinde,
ich habe eine kleine Frage zum Potentialausgleich bei isolierten DCDC 
Konvertern. Angenommen ich versorge eine uC Paltine mit einem galvanisch 
isolierten DC-DC Konverter, die auch sonst nur Galvanisch getrennte 
Anschlüsse hat.
Wie sorge ich dafür, dass das GND Potential meiner Platine nicht 
abdriftet. Ich habe schon öfter gelesen, das zwischen dem 
Bezugspotential der Versorgung des Wandlers und dem GND Niveau meiner 
Platine ein Koppelkondensator und ein hochohmiger Ableitwiderstand 
verbaut wird, allerdings verstehe ich den Sinn des Konensators nicht und 
finde vor allem keine Vernünftigen Quellen.

Vielen Dank!

PS: Der Thread hier Beitrag "Verständisfrage: isolierter DC-DC-Wandler" ist zwar 
sehr verwandt, allerdings sind alle angegebenen Application Notes 
obsolet und die Links funktionieren auch nicht mehr.

von Georg M. (g_m)


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Gustl E. schrieb:
> Wie sorge ich dafür, dass das GND Potential meiner Platine nicht abdriftet.

Wovon?


Der DC-DC Konverter ermöglicht die galvanische Trennung, aber wenn man 
sie nicht braucht, kann man dann den Minus-Ausgang des DC-DC Konverters 
mit GND verbinden (falls man eine positive Spannung braucht).

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Gustl E. schrieb:
> Angenommen ich versorge eine uC Paltine mit einem galvanisch
> isolierten DC-DC Konverter ...
> Wie sorge ich dafür, dass das GND Potential meiner Platine nicht
> abdriftet.

Gar nicht?

Das ist doch gerade der Sinn der Isolation (aka "galvanische Trennung"), 
daß das GND-Potential der auf diese Weise versorgten Schaltung beliebig 
driften kann.

Im Zweifel wird GND dieser Platine mit irgend etwas verbunden sein und 
zu diesem etwas eine exakt definierte elektrische Beziehung haben.

von Gustl E. (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Gar nicht?
>
> Das ist doch gerade der Sinn der Isolation (aka "galvanische Trennung"),
> daß das GND-Potential der auf diese Weise versorgten Schaltung beliebig
> driften kann.
>
> Im Zweifel wird GND dieser Platine mit irgend etwas verbunden sein und
> zu diesem etwas eine exakt definierte elektrische Beziehung haben.

Hallo Genau das ist mein Problem. Mein GND Potential der Platine ist mit 
nichts verbunden, das heißt es kann sich (theoretisch) eine beliebige 
Spannung zwischen dem negativen Pol meiner Spannungsversorgung und 
meinem GND Potential der Platine (=negative Ausgangsspannung des 
DCDCs)aufbauen. Das wird solange gut gehen, bis diese Spannung die 
maximal zulässige Eingangs-Ausgangz Differenz des DCDC-Wandlers 
übersteigt und dann wird dieser kaputt gehen, nemhe ich an.

von M.N. (Gast)


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Entweder die Versorgung aus einer potenzialfreien Quelle oder nur die 
I/Os gelvanisch entkoppeln.

Sonst kann tatsächlich das passieren, was du befürchtet hast, dass die 
mittlere Schaltung theoretisch durch die Gegend floaten kann, bis zum 
Durchbruch der Isolierung.

Die DC/DC-Wandler haben ja eine gewisse Koppelkapazität (einige zehn 
pF), die HF-mäßig eine gewisse Ableitimpedanz darstellen. Der 
DC-Widerstand ist meistent einige 100 bis 1000 MegOhm.
Wenn du wirklich sichergehen willst, dass die Schaltung nicht 
wegfloated, kannst du sie mit einer TVS-Diode auf ein Bezugspotenzial 
der restlichen Schaltung legen. Die Spannungsfestigkeit der Diode sollte 
so bemessen sein, dass sie bei den üblichen Potenzialdifferenzen noch 
nicht leitfähig wird, aber sicher unter die zulässige Isolationsspanung 
klemmt.

von Route_66 H. (route_66)


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Gustl E. schrieb:
> Hallo Genau das ist mein Problem.

Nein.
Machst du dir die gleichen Gedanken über Batterie betriebene Geräte?
Hast Du da auch die Sorge, dass deren Potentiial langsam wegdriftet, und 
die enstehende Hochspannung dich irgendwann mit einem kräftigen Blitz 
erschlägt?

Freitag halt...

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Gustl E. schrieb:
> Axel S. schrieb:
>>
>> Das ist doch gerade der Sinn der Isolation (aka "galvanische Trennung"),
>> daß das GND-Potential der auf diese Weise versorgten Schaltung beliebig
>> driften kann.
>>
>> Im Zweifel wird GND dieser Platine mit irgend etwas verbunden sein und
>> zu diesem etwas eine exakt definierte elektrische Beziehung haben.
>
> Hallo Genau das ist mein Problem. Mein GND Potential der Platine ist mit
> nichts verbunden

Wenn das so wäre, dann bräuchtest du die galvanische Trennung nicht. 
Hast du eigentlich einen Schimmer, was du da machst? Und warum?

> das heißt es kann sich (theoretisch) eine beliebige
> Spannung zwischen dem negativen Pol meiner Spannungsversorgung und
> meinem GND Potential der Platine (=negative Ausgangsspannung des
> DCDCs)aufbauen.

Warum sollte sich eine Spannung "aufbauen"? Spannungen bauen sich nicht 
auf, die werden angelegt. Und dann fließt entweder Strom oder - im Fall 
der galvanischen Trennung - eben nicht.

> Das wird solange gut gehen, bis diese Spannung die
> maximal zulässige Eingangs-Ausgangz Differenz des DCDC-Wandlers
> übersteigt und dann wird dieser kaputt gehen, nemhe ich an.

Nicht notwendigerweise. Wenn die Spannung den Grenzwert übersteigt, dann 
wird irgendwo eine Isolierbarriere versagen und Strom fließen. Ob dabei 
etwas kaputt geht, hängt ganz wesentlich von der Energie ab. Und davon 
wo der Strom langfließt. Aber mit dem bißchen Energie das man z.B. bei 
elektrostatischer Aufladung erhält, kriegt man einen DC-DC-Wandler eher 
nicht kaputt.

von Gustl E. (Gast)


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Route 6. schrieb:
> Gustl E. schrieb:
>> Hallo Genau das ist mein Problem.
>
> Nein.
> Machst du dir die gleichen Gedanken über Batterie betriebene Geräte?
> Hast Du da auch die Sorge, dass deren Potentiial langsam wegdriftet, und
> die enstehende Hochspannung dich irgendwann mit einem kräftigen Blitz
> erschlägt?
>
> Freitag halt...

Es geht nicht darum, ob es irgendwo Blitzt gibt, sondern dass jeder 
vernünftige Mensch dafür sorgen sollte, dass zwischen mehreren Platinen 
ein Potentialausgleich in irgendeiner Fom stattfinden sollte, wenn diese 
galvanisch getrennt verbunden werden. Grundlagen EMV, mit Sicherheit 
eines der ersten Kapitel.

>Wenn das so wäre, dann bräuchtest du die galvanische Trennung nicht.
>Hast du eigentlich einen Schimmer, was du da machst? Und warum?

Jein, genau deswegen stelle ich solche Fragen auch, ich versuche nur 
nicht naiv irgendwelche Bauteile zu verbauen ohne mir über die 
Einzelheiten im Klaren zu sein.

>Nicht notwendigerweise. Wenn die Spannung den Grenzwert übersteigt, dann
>wird irgendwo eine Isolierbarriere versagen und Strom fließen. Ob dabei
>etwas kaputt geht, hängt ganz wesentlich von der Energie ab. Und davon
>wo der Strom langfließt. Aber mit dem bißchen Energie das man z.B. bei
>elektrostatischer Aufladung erhält, kriegt man einen DC-DC-Wandler eher
>nicht kaputt.

Das ist schon eher ein Ansatz, der es Wert ist nachzudenken.

Meine eigenen Recherchen haben ergeben, dass nahezu alle Hersteller 
Koppelkondensatoren zwischen den beiden Eingangs und Ausgangspotentialen 
vorschlagen. Jedoch komischerweise nur in den Application Notes der 
teueren DCDC Wandlern, in den billigeren Segmenten steht dazu meist gar 
nichts. Mit den Koppelkondensatoren sollen Spannungstransienten 
ausgeglichen werden, die Entladung erfolgt meiner Vorstellung nach 
einfach über den parasitären Widerstand zwischen Ein und Ausgang des 
DCDC Wandlers.

Nachzulesen z.b. hier:
http://www.tracopower.com/products/thn15wi-application.pdf S35 ff
http://power.murata.com/datasheet?/data/apnotes/dcan-52.pdf S2

von voltwide (Gast)


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Die in der AppNote gezeigten überbrückenden Kondensatoren dienen rein 
EMV-Zwecken. Sie sollen die Störaussendung der DC-DC-Wandler verringern.
Soweit alles klar, kann, und sollte man sich auch dran halten.

Das hat aber überhaupt nichts zu tun mit einem "Potentialausgleich" 
zwischen erdfreien Leiterplattenmodulen. Für den gibt es nach meinem 
Kenntnisstand auch keinerlei Notwendigkeit.

von Martin (Gast)


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>> galvanisch  isolierten DC-DC Konverter

klingt irgendwie irre

Ein DCDC Wandler muss DC Strom liefern können,
da kann er nicht  galvanisch isoliert sein.

Da müßte  er ja einen Optokoppler  im
Feedbackpfad haben und einen Optokoppler in
der Gate-Ansteuerung  des Leistungstransistors.

von Markus B. (lordnoxx) Benutzerseite


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Martin schrieb:
>>> galvanisch  isolierten DC-DC Konverter
>
> klingt irgendwie irre

Nö.

>
> Ein DCDC Wandler muss DC Strom liefern können,
Richtig!

> da kann er nicht  galvanisch isoliert sein.
Doch.

>

> Da müßte  er ja einen Optokoppler  im
> Feedbackpfad haben
Nicht zwangsläufig. Bei Flyback-Wandlern gibt es auch andere Ansätze.

> und einen Optokoppler in
> der Gate-Ansteuerung  des Leistungstransistors.
Nein...Weil selbiger sitzt auf der Primärseite des Trafos.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Gustl E. schrieb:
>
>>Wenn das so wäre, dann bräuchtest du die galvanische Trennung nicht.
>>Hast du eigentlich einen Schimmer, was du da machst? Und warum?
>
> Jein, genau deswegen stelle ich solche Fragen auch, ich versuche nur
> nicht naiv irgendwelche Bauteile zu verbauen ohne mir über die
> Einzelheiten im Klaren zu sein.

Das klingt für mich nicht so, als hättest du eine konkrete Anwendung. 
Deswegen klingt das was du erzählst, auch alles so falsch. Denn in der 
Praxis macht niemand eine galvanische Trennung in die Spannungsver- 
sorgung einer Platine, die er nachher mit nichts verbindet. Das ist 
einfach nur zum Fenster rausgeworfenes Geld.

> Meine eigenen Recherchen haben ergeben, dass nahezu alle Hersteller
> Koppelkondensatoren zwischen den beiden Eingangs und Ausgangspotentialen
> vorschlagen.

Der Unterschied zwischen vorschlagen und vorschreiben ist dir 
bekannt? Und womöglich hast du auch einfach nur den Text nicht gelesen 
und was du da gesehen hast, ist die unvermeidbare parasitäre Kapazität, 
die jeder DC/DC Wandler zwischen Ein- und Ausgang hat?

> Mit den Koppelkondensatoren sollen Spannungstransienten
> ausgeglichen werden, die Entladung erfolgt meiner Vorstellung nach
> einfach über den parasitären Widerstand zwischen Ein und Ausgang des
> DCDC Wandlers.

Es gibt keinen solchen Widerstand. Es sei denn, du bezeichnest XX mm 
Kriechstrecke auf Platine bzw. Trafo als Widerstand.

Ich glaube, du hast einfach den Sinn und das Wesen einer galvanischen 
Trennung nicht verstanden. Deine Fragen lassen keine andere Schluß- 
folgerung zu.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Martin schrieb:
> Ein DCDC Wandler muss DC Strom liefern können,
> da kann er nicht  galvanisch isoliert sein.

Dieses setzt jenes nicht voraus.

Die Sonne liefert am Ausgang einer Solarzelle auch DC Strom.
Trotzdem ist eine galvanische Trennung zwischen beiden.

In einem DC/DC Wandler ist da ein ganz simpler Trafo. Und eine
Schaltung die vor dem Trafo aus DC AC macht und nach dem Trafo
aus AC wieder DC.

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