Spannungsmessung Anhebung virtueller Masse notwendig?

[Eff (Gast)]

Hallo zusammen,

ich möchte die Spannung in einem Zwischenkreis (0...500V) messen und auf 
den Bereich 0...3V für einen ADC-Eingang skalieren. Die Polarität der 
Zwischenkreisspannung ist somit festgelegt. Ich möchte dafür einen 
Differenzierer verwenden, siehe Anhang.
Beide Bilder enthalten grundsätzlich die gleiche Schaltung, und 
unterscheiden sich nur in der Anhebung der virtuellen Masse auf 1.5V und 
dem Eingangssignal.

Bild 1: ohne Anhebung. So hätte ich es gelöst. Meiner Meinung nach ist 
eine Anhebung nicht notwendig, wenn keine negativen Spannungen gemessen 
werden sollen.

Bild 2: mit Anhebung. Wurde so von einem Bekannten mit viel Erfahrung in 
dem Bereich für quasi den gleichen Verwendungszweck entworfen. Ich habe 
keinen Kontakt mehr sonst hätte ich ihn natürlich schon gefragt. Fällt 
euch ein Grund für die Anhebung ein wenn die Polarität der zu messenden 
Spannung bekannt ist?

Fallen euch Gründe gegen Version 1 und für Version 2 ein? Übersehe ich 
etwas?

PS. Die parallelen Kondensatoren zu R2 und R3 habe ich der 
übersichtlichkeit halber weggelassen.

Vielen Dank & Viele Grüße

[HildeK (Gast)]

Eff schrieb:
> Übersehe ich etwas?
Ist der wesentliche Unterschied für die Wahl einer der Varianten nicht, 
dass du einmal eine Quelle mit 0V/500V und beim andern eine Quelle mit 
-250V/+250V hast?
Was jetzt richtig ist, hängt doch davon ab, welchen Massebezug die 
Quelle hat - oder stehe ich da voll auf dem Schlauch?

[Peter D. (peda)]

Kommt drauf an, worauf sich Deine Meßschaltung gegenüber dem Eingang 
bezieht.
Eine Möglichkeit, die Meßschaltung hängt an PE und der Eingang über ne 
Grätzbrücke an L und N.
Dann können durchaus -2V anstehen, die dann durch 3k/503k geteilt 
werden. Je nach Spannungsabfall an der Zuleitung, auch mehr.
Manche R2R-OPV arbeiten noch bis zu 0,3V außerhalb R2R am Eingang, die 
sollten das abkönnen.

Ich mag solche Schaltungen nicht, die Fehlerströme nach PE bewirken.
Ich würde nen kleinen MC die Spannung messen lassen und über nen 
Optokopler digital senden. Der MC könnte mit Vorwiderstand und Z-Diode 
direkt aus den 500V versorgt werden.

[Eff (Gast)]

HildeK schrieb:
> Ist der wesentliche Unterschied für die Wahl einer der Varianten nicht,
> dass du einmal eine Quelle mit 0V/500V und beim andern eine Quelle mit
> -250V/+250V hast?
> Was jetzt richtig ist, hängt doch davon ab, welchen Massebezug die
> Quelle hat - oder stehe ich da voll auf dem Schlauch?

Ja schon und das ist auch der Punkt bei dem ich nicht ganz durchblicke. 
Meine Steuerungsplatine wird über 230V Steckdose->Netzteil 24V DC -> 
Regler3V versorgt. Die Spannung die gemessen werden soll ist davon ja 
erstmal losgelöst (also kein gemeinsames GND von Opampschaltung und zu 
messender Hochspannung). Wie gehe ich damit um? Oder mache ich es mir 
gerade komplizierter als es ist? Ich glaube ich habe schon zu lange 
dranrum überlegt...

Bis jetzt ist vorgesehen, dass die "Zwischenkreisspannung" von einer 
externen Quelle vorgegeben wird.

Die Lösung von peda klingt erstmal nach ziemlichem Mehraufwand. Das kann 
doch nicht der Standardlösungsansatz sein oder?

Danke für eure schnellen Antworten!

[Michael B. (laberkopp)]

Eff schrieb:
> Meiner Meinung nach ist
> eine Anhebung nicht notwendig, wenn keine negativen Spannungen gemessen
> werden sollen.

Na ja, kein OpAmp kommt auf exakt 0V wenn er mit 0V am negativen 
Anschluss versorgt wird.
Einige dutzend Millivolt bleiben immer.

[Peter D. (peda)]

Eff schrieb:
> Die Lösung von peda klingt erstmal nach ziemlichem Mehraufwand. Das kann
> doch nicht der Standardlösungsansatz sein oder?

Früher hat man Isolationsverstärker genommen, z.B. ISO122. Die sind aber 
recht teuer und nicht sehr genau.

Deine Widerstandskopplung erfordert in jedem Fall eine Schutzerdung.

[Eff (Gast)]

Peter D. schrieb:

> Früher hat man Isolationsverstärker genommen, z.B. ISO122. Die sind aber
> recht teuer und nicht sehr genau.

So einer kostet 23€ 0.o - wäre aber eine Lösung. In die Richtung werde 
ich weitersuchen. Trotzdem bin ich an der Lösung/Verständnis des 
Problems weiterhin interessiert.

> Deine Widerstandskopplung erfordert in jedem Fall eine Schutzerdung.

Meinst du nur die Erdung des Gehäuses oder auch eine Verbindung von PE 
und GND?

Der Opamp bekommt sein GND im Endeffekt vom Schaltnetzteil. Aus- und 
Eingang davon scheinen galvanisch getrennt zu sein (Siehe Bild bzw. 
Datasheet:
https://www.reichelt.de/schaltnetzteil-geschlossen-50-w-24-v-2-2-a-mw-lrs-50-24-p202963.html? 
)

Wenn das GND der Messschaltung nicht an PE gekoppelt ist, weil 
galvanisch vom Eingang des Schaltnetzteils getrennt, die 
Zwischenkreisspannung sich aber irgendwie auf PE bezieht, was würde dann 
mit dem GND der Messschaltung passieren? Schaltplan siehe Bild. Die 
Simulation liefert keine sinnvollen Ergebnisse.

Was würde mit GND passieren wenn sowohl GND der Messschaltung als auch 
die Zwischenkreisspannung frei floatend (galvanisch getrennt) wären?

Vielen Dank & Viele Grüße

[hansg (Gast)]

Eff schrieb:
> Deine Widerstandskopplung erfordert in jedem Fall eine Schutzerdung.

Nicht unbedingt, schon mal was von Schutzimpedanz gehört ?

[Falk B. (falk)]

@Eff (Gast)

>> Früher hat man Isolationsverstärker genommen, z.B. ISO122. Die sind aber
>> recht teuer und nicht sehr genau.

>So einer kostet 23€ 0.o - wäre aber eine Lösung.

Gibt es preiswerter, ACPL-C870

>Der Opamp bekommt sein GND im Endeffekt vom Schaltnetzteil. Aus- und
>Eingang davon scheinen galvanisch getrennt zu sein

Sind sie auch.

>Wenn das GND der Messschaltung nicht an PE gekoppelt ist, weil
>galvanisch vom Eingang des Schaltnetzteils getrennt, die
>Zwischenkreisspannung sich aber irgendwie auf PE bezieht,

Eine Zwischenkreispannung ist in einem Gerät, Netzteil oder Endstufe. Je 
nach Konzept liegt dessen GND hinter einem Gleichrichter am Netzeingang. 
Also gibt es KEINEN PE-Bezug!

> was würde dann
>mit dem GND der Messschaltung passieren? Schaltplan siehe Bild. Die
>Simulation liefert keine sinnvollen Ergebnisse.

Weil du schon mal gar nicht sinnvoll beschreiben kannt, welchen 
Potentialbezug dein Zwischenkreis zu Meßkreis hat! Und warum simulierst 
du 500V AC? Ein Zwischenkreis ist meisten DC.

1) Wenn Zwischenkreis und Meßkreis die gleiche Bezugsmasse haben, reicht 
ein schnöder Spannungsteiler + OPV als Puffer.

2) Wenn nicht, muß man mittels OPV einen Differenzverstärker bauen, das 
geht auch bei 500V.

>Was würde mit GND passieren wenn sowohl GND der Messschaltung als auch
>die Zwischenkreisspannung frei floatend (galvanisch getrennt) wären?

Siehe 2)

[Eff (Gast)]

Eff schrieb:
> Wenn das GND der Messschaltung nicht an PE gekoppelt ist, weil
> galvanisch vom Eingang des Schaltnetzteils getrennt, die
> Zwischenkreisspannung sich aber irgendwie auf PE bezieht, was würde dann
> mit dem GND der Messschaltung passieren? Schaltplan siehe Bild. Die
> Simulation liefert keine sinnvollen Ergebnisse.

Simulation läuft doch gut, wenn man R7 auf sinnvollen Wert vergrößert 
1mOhm.

GND verschiebt sich auf knapp 500V.

[Peter D. (peda)]

Wenn GND floated, dann stellt es sich durch die beiden 500k auf 250V 
ein.

[Hans-jürgen H. (hjherbert)]

Hierfür ersetzen wir Widerstand D durch zwei Widerstände, sodass D = 1 / 
( 1 / D1 + 1 / D2 ) ) ist. also die Widerstände werden wie eine 
Parallelschaltung berechnet.
Im einfachsten Falle ist D1 = D * 2 und D2 = D = 2. Wenn dann die 
Differenzeingangsspannung X-Y = 0V ist, dann ist am Ausgang Z = URef/2

Das spart die 1.5-Volt-Spannungquelle, wenn URef entsprechend belastbar 
ist.

[Eff (Gast)]

Es hat soeben klick gemacht :D ich habe es verstanden. Vielen Dank für 
eure Beiträge!