Hallo, nachdem wir hier im Forum gemeinsam meine Ausgangsschaltung PI - Relais ausführlich durchgegangen sind (nochmals vielen Dank dafür) wäre es nett, wenn wir auch mal über die Eingangsschaltung gucken könnten. Ich habe viel mit LT-Spice simuliert und bin an sich auch ganz zufrieden, aber manchmal ist ein Bock drin den man selbst nicht sieht. Zu erkennede Eingangsspannung: 230V-275V Kleine Spannungen (z.B. 24V) sollen zuverlässig als "AUS" erkannt werden. Unterspannung im Netz (z.B. 200V) soll hingegen zuverlässig als "EIN" erkannt werden. Fehlanschluß zwischen 2 Phasen (400V + 10% = 440V) soll keine Überlastung hervorrufen. Nach der Schalternorm EN 60669-2-1 soll der Ausfall eines einzelnen Bauteils (Kurzschluß oder Unterbrechung) keinen gefährlichen Zustand verursachen. Dazu gehört auch der Kurzschluß eines Widerstands, auch wenn das unwahrscheinlich ist. Das soll eingehalten werden. EIN/AUS-Erkennung relativ schnell. Sichere Trennung zwischen Ein- und Ausgang (Überspannungskategorie III). EMV-gerechtes Design. Der erste Versuch war einen Optokoppler mit AC-Eingang (2 antiparallele LED) zu verwenden und am Ausgang zu glätten. Zwangsweise geht der Transistor aber immer im Nulldurchgang aus, was einen größeren Glättungskondensator am Ausgang erforderlich macht. Dadurch wird aber der "AUS"-Zustand verzögert erkannt. Daher wird ein "normaler" Optokoppler verwendet und am Eingang geglättet (was aber einen Brückengleichrichter erforderlich macht). Widerstände R3/R4: - 68K/2W PR02 von Vishay. - Die Widerstande setzen bei 275V je 131mW und bei 440V je 367mW um. - 2W sind überdimensioniert, allerdings ist er mit 10mm Länge recht kompakt. - Je ein Widerstand pro Leitung bieten guten Schutz gegen Common-Mode-Störungen (Burst, Einströmung) - Jeder Widerstand bietet 1500V Pulsspannungsfestigkeit. Da 2 in Reihe sind kommt man auf 3000V. Surge-Anforderung ist 2000V (+Netzspannungs-Peak). Bei 2000V Surge fließen (2000V + 275V* Wurzel(2))/(68k*2) = 18mA, also sind keine weiteren Maßnahmen erforderlich. - Hat ein Widerstand einen Kurzschluß, dann begrenzt der zweite die Leistung auf (275V/2)^2/68k = 278mW (Leistungsanpassung). Werte bis 500mW gelten nach EN 60669-2-1 als ungefährlich. - Liegt ein Widerstand durch einen Fehler direkt am Netz dann setzt er 275V^2/68k = 1,11W um. Ein 2W-Widerstand kann das. Brückengleichrichter: Bei 440V liegen an dessen Eingang 134V, es fließen 2,3mA. Also quasi keine Anforderungen. Ein Taiwan DBL104G ginge zum Beispiel. Z-Diode: Diese sorgt dafür daß kleine Spannungen sicher nicht erkannt werden. Bei 440V setzt sie 70mW um. Eine BZX79-C36,113 (500mW) ist OK. Kondensator: Bei 440V liegen 103Veff / 126V peak an. Bei 275V sind es 61V eff / 76V peak. Würde man den 440V-Fehlanschluß nicht berücksichtigen wäre ein 100nF/100V-Keramik OK. Ich neige aber eher zum 200V-Keramik, zum Beispiel einen KEMET Goldmax 300 X8R. R2: Der setzt bei 440V 202mW um. Ich werde auch hier überdimendionieren und einen 51k Vishay 1W PR01 nehmen. Mit 6,5mm Länge ist er nicht größer als andere übliche 0,6W-Widerstände. Optokoppler: Es soll ein ON FOD817B300 werden. Die "300" steht für die VDE-Zulassung, die garantiert, daß die relevanten Normen eingehalten wurden. Das ist einmal die Optokopplernorm IEC 60747-5-5, die die elektrischen Eigenschaften der Isolierung festlegt, jedoch keine Mindestdicke der Isolierung fordert. Zusätzlich wurden noch relevante Absätze der Audio-Video- und IT-Gerätenorm IEC 62368-1 abgeprüft, hierdurch ist eine Mindestdicke der Isolierung von 0,4mm garantiert. Max. periodische Spitzenisolationsspannung (890V bei 400V soll), Maximale Impulsisolationsspannung (8000V bei 6000V soll), äußere Strecken (7mm bei 6mm soll) entsprechen den Anforderungen. Dann habe ich mal die Schaltung simuliert: - Bis 38V tut sich am Ausgang des Transistors = Eingang des Raspberry PI nichts (> 3V). - Selbst bis 66V sollte der Pi ein "high" erkennen (immer > 1,3V). - Ab 114V wird zuverlässig "Spannung ein" erkannt (Spannung am PI dauerhaft kleiner 0,8V). - Bei 4 Phasenlagen (0°, 45°, 90° , 135°) und 230V dauert es 0,8ms - 4,5ms bis "EIN" erkannt wird. - Bei 4 Phasenlagen (0°, 45°, 90° , 135°) und 275V dauert es 7ms - 10ms bis "AUS" erkannt wird. Sollte doch alles OK sein? Gruß akapuma
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Was ich bei sowas mache: LED-Kondensatornetzteil für den Optokoppler. Also Kondensator, 4,7k Schutzwiderstand oder so, Brückengleichrichter, Optokoppler. Evtl. noch 470k..1M über dem Kondensator um den zu entladen wenn der Stecker gezogen wird.
Vielleicht ist es einfacher, die Spannung mit einem kleinen Trafo in eine leicht mit ADC messbare Größenordnung zu bringen, dann hast Du Potentialtrennung und Messbarkeit gleich in einem Abwasch.
Sicherungen, sich opfernde Schutzwiderstaende, Überspannungsableiter, kleines L & C Filter, dann waere die Schutzschaltung komplett. Nicht immer wird nach Vorschrift alles zugleich vorhanden sein muessen.
Ben B. schrieb: > Was ich bei sowas mache: LED-Kondensatornetzteil für den Optokoppler. Die Schaltung soll für eine Relaisprüfanlage für elektronische Schalter nach EN 60669-2-1 verwendet werden. Sie soll mindestens so gut sein wie diese Norm fordert. Und bezüglich Kondensatornetzteil gibt es Vorschriften, nämlich die Verwendung eines Vorwiderstandes und eines X2-Kondensators. Und der macht Probleme. X2-Kondensatoren sind sehr sicher. Diese halten 2,5kV Impulsspitzen stand und bestehen Anforderungen an die "passive Entflammbarkeit". Sie verfügen über erstklassige Selbstheilungseigenschaften. Leider führt das dazu, daß diese immer mehr Kapazität verlieren können, so daß diese Netzteile irgendwann nicht mehr funktionieren. Erst dachte man, es läge an der Feuchte. Es kamen feuchtegeschützte Modelle auf, z.B. der KEMET R.46S, dessen Eignung für Netzteile besonders hervorgerufen wurde. Bis man merkte, daß die auch nicht gut sind, dann wurde dieser Passus klammheimlich aus dem Datenblatt entfernt. Nächste Idee war 2 Kondensatoren in einem Gehäuse in Reihe zu schalten. Sehr populär: der Vishay F1772, der z.B. in meiner AEG Backofenuhr oder meiner Steinel-Bewegungsmelderlampe drin ist. Bis Vishay dann merkte, daß der auch nicht gut ist, die Eignung für Netzteile wurde entfernt. Letzter Clou: 2 Kondensatoren in Reihe + Feuchteschutz, z.B. der Vishay F1772S. Braucht man größere Leistungen, z.B. zum Schalten eines Relais, dann wäre ein Kondensatornetzteil eine Überlegung wert (auch wenn man immer mehr zu kleinen LNK-Schaltnetzteilen übergeht). Nur für den Optokoppler halte ich ein Widerstandsnetzteil leistungsmäßig für vertretbar. Etwas Lektüre hierzu: http://www.vishay.com/docs/28153/anaccaps.pdf "across the line" sind Entstörkondensatoren zwischen L und N. Diese werden in das Produkt eingebaut, und das Produkt hält allen Störaussenungsprüfungen stand. Wenn nach 2 Jahren die Kondensatoren nur noch halbe Kapazität haben kräht da kein Hahn mehr nach. "in series" sind Kondensatoren für Netzteilanwendungen. Oder hier, man grenzt deutlich "safety / EMI" von "capacitive AC power supply" ab: https://ec.kemet.com/film/ Rainer U. schrieb: > Vielleicht ist es einfacher, die Spannung mit einem kleinen Trafo Ja, zum Messen stimme ich Dir zu. Ich brauche aber nur "EIN/AUS", und da ist der Trafo zu aufwendig. Ich hatte mal einen Trafohersteller gefragt, ob man einen kleinen 230V-Sicherheitstrafo auch am 240V-Netz verwenden kann. Er sagte, das ginge auf garkeinen Fall, die Trafos wären da sehr empfindlich. Da ich im Normalbetrieb bis 275V (mindestens) habe und auch bei 440V nichts kaputt gehen soll fällt das schonmal flach. Und den Ausgang müsste ich ja auch noch gleichrichten. Dieter schrieb: > Sicherungen, sich opfernde Schutzwiderstaende, Überspannungsableiter, > kleines L & C Filter, dann waere die Schutzschaltung komplett. Sicherungen: Im schlimmsten Fehlerfall liegt ein 68k-Widerstand direkt am Netz. Dann fließen 275V/68k = 4mA. Eine Sicherung würde nie auslösen. Schutzwiderstände: Bei einem Kondensatornetzteil, wie von Ben B. vorgeschlagen, wäre das zu überlegen. Aber wo soll ich einen Schutzwiderstand einsetzen? Im Fehlerfall fließen gerade einmal 4mA. Außerdem versuche ich Schutzwiderstände zu vermeiden. Faustformel: bei 1-facher Nennlast halten sie, bei 10-facher brennen sie schnell weg. Aber dazwischen können sie genau so glühen und kokeln wie andere auch. Beispiel: Ein KOA RF2 2W braucht 30W zum wegbrennen (hier ist der Faktor sogar 15). Wo sollen die herkommen, wenn ein 68k-Widerstand direkt an 275V nur 1,11W umsetzt (deshalb gibt es diese auch nur bis 3k), https://www.koaglobal.com/-/media/Files/KOA_Global/EN/product/commonpdf/rf.pdf Überspannungsableiter Bei einem 2kV-Surge bei 90° Netzspannung fließen 18mA, die machen nichts kaputt. Die Widerstände am Eingang halten 3kV Pulsspannung stand. Die Optokoppler-Sendediode kann 50mA dauernd führen, die Z-Diode 800mA Pulsstrom. Was soll kaputt gehen? kleines L & C Filter Die beiden Widerstände am Eingang wirken gegen common-mode-Störungen wie ein 68k/2 = 34k-Widerstand. Eine stromkompensierte 4,4mH-Drossel EPCOS B82720S2601N040 hätte im Maximum nicht mal 20k, und würde die Eingangsspannung noch auf 250V beschränken. Die Widerstände sind der Drossel hier also deutlich überlegen. Und gegen different-mode-Störungen sollten die 0,1µF Keramik helfen. Gruß akapuma
Thomas C. schrieb: > Ich hatte mal einen Trafohersteller gefragt, ob man einen kleinen > 230V-Sicherheitstrafo auch am 240V-Netz verwenden kann. Mit der Antwort hat der Hersteller indirekt zugegeben, dass sein Produkt nix anderes als Pfusch ist. Fuer 440V einfach immer zwei in Serie schalten. Die 0,5 VA Trafos lassen sich gut mit einem Vorwiderstand an hoehere Spannung betreiben. Dann einen 3k Schutzwiderstand davorsetzen. Wenn der 68k ermuedet, kann er doch noch durchgehen, obwohl die Grenzen fern sind. Es gab mal Taschenlampen mit NiCd 50mAh Akku direkt am Netz mit 100k Widerstaenden. Wurden deshalb vom Markt genommen.
Harlekin schrieb: > 1N4148: Max. Sperrspannung untersucht? Hallo Harlekin, die hatte ich nur zur Simulation drin. Die Eingangsspannung am Gleichrichter bei 440V Eingangsspannung ist 134V, eine 1N4148 würde tatsächlich nicht reichen. Es kommt ein kleiner Brückengleichrichter Taiwan DBL104G rein. Mit AC-Anschlüssen auf der einen und DC-Anschlüssen auf der anderen Seite, das ist einfach zu layouten. Es gibt dann nur noch einen noch nicht betrachteten Sicherheitsaspekt. Ein Optokoppler ist nur dann als sicher anzusehen, wenn seine zertifizierten Sicherheitsgrenzwerte auch im Fehlerfall nicht überschritten werden. Und die wären beim FOD817B300: Eingangsstrom der LED maximal 400mA. Es ist kein Fehlerfall denkbar der diesen Strom überschreiten lassen würde. Verlustleistung des Transistors maximal 700mW (das ist viel, ein Vishay VO615A hätte nur 265mW). Denkbarer Fehlerfall ist, daß auf der Platine des Raspberry PI +5V Betriebsspannung an den Eingang und damit an den Kollektor gelangen. Durch das Stromübertragungsverhältnis (beim 817B 130%-260%) ist die Leistung aber stark limitiert. Eine Simulation mit 440V am Eingang und +5V direkt (ohne Widerstand) am Transistor ergibt gerade einmal 16,7mW. Selbst mit dem 817C (200%-400%) werden nur 27,3mW umgesetzt. Also keine Gefahr. Gruß akapuma
http://www.avtechpulse.com/medium/avrh-3/ Der Transient Pulse Generator geht nur bis 3kV. Vor einigen Jahren hatte ich zum testen ein Geraet das ging bis 4kV. Die Schaltung unterscheidet sich so gut wie gar nicht von Chinamannloesungen. Besser fand ich die Loesung mit R3und R4 gesplittet und dazwischen ein Varistor. Dessen parasitaere Kapazitaet macht sich bei kleinen Spikes schon bemerkbar, so dass die Pulse die Dioden schon weniger steil, dh geschwaecht, erreichen.
Unsere Produkte prüfen wir komplett selber, auch EMV. Es gibt möglicherweise mehrere Redesigns. Das hier soll ein Eingang für eine Relaisprüfanlage werden. Die soll ca. 3x für den Eigenbedarf gebaut werden. Ich bin froh wenn ein Kollege mir ein schönes Layout macht und ich es einmal hinkriege. Für viele Durchläufe bleibt da keine Zeit. Und außerdem: nach einer Prüfung (Hochspannung und Stoßspannung) sind solche Geräte als dermaßen vorgeschädigt anzusehen, so daß sie nur noch Schrott sind. Dieter schrieb: > Die Schaltung unterscheidet sich so gut wie gar nicht von > Chinamannloesungen. https://ebay.us/tbBWsl Erstens hat man hier nur einen Widerstand, mit massiven Problemen: - Common-Mode-Störungen (Burst und Einströmung) gehen direkt bis zum Optokoppler durch. - Keine Redundanz falls dieser Widerstand einen Kurzschluß hat (was nach EN 60669-2-1 betrachtet werden müsste). Es sieht mir so aus als lägen D2 und C1 parallel zum Ausgang des Brückengleichrichters. Ebenfalls parallel dazu eine Reihenschaltung von Optokoppler und grüner LED. Was soll das? Sagen wir mal, die grüne LED hätte eine Schwellenspannung von 2V, die im Optokoppler von 1V. Die Spannung kann dann niemals wesentlich größer werden als 3V, weil sonst durch die beiden Dioden viel Strom fließt. Wenn sie wesentlich kleiner als 3V wird fließt kein Strom mehr, die LEDs sind aus. Fazit: - Die Diode am Brückengleichrichter in sinnlos. Die Ausgangsspannung am Optokoppler ist nie viel größer als 3V. - Der 25V-Elko ist ebenfalls sinnlos. Er kann sich nie mehr als gut 3V aufladen, weil die beiden Dioden das verhindern. Die Spannung sinkt schnell auf unter 3V, weil die Dioden keine Strombegrenzung haben. Unter 3V leuchten die LED aber nicht mehr. - Es dürfte schwierig bis unmöglich sein den Transistor im Optokoppler in Nulldurchgang geschlossen zu halten. - Ein Schutz daß der Optokoppler bei kleinere Spannungen nicht doch leitet gibt es nicht. Optisch ähnlich, schaltungstechnisch aber keinesfalls. Dieter schrieb: > Besser fand ich die Loesung mit R3und R4 gesplittet > und dazwischen ein Varistor. R3 und R4 sind so groß, daß Hochspannungspulse in den Dioden nur Ströme <20mA verursachen können. Und die werden vom Kondensator geschluckt. Gruß akapuma
Optokoppler mit mindestens 5kV Isolationsfestigkeit ist gut und in Ordnung nach dem Datenblatt, das im Netz zu finden war. Thomas C. schrieb: > Dieter schrieb: >> Die Schaltung unterscheidet sich so gut wie gar nicht von >> Chinamannloesungen. > https://ebay.us/tbBWsl > > Erstens hat man hier nur einen Widerstand, mit massiven Problemen: > - Common-Mode-Störungen (Burst und Einströmung) gehen direkt bis zum > Optokoppler durch. > - Keine Redundanz falls dieser Widerstand einen Kurzschluß hat (was nach > EN 60669-2-1 betrachtet werden müsste) Stimmt, das Beispiel des Links ist deutlich schlechter.
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Hallo, ich habe das Ganze mal etwas optimiert. Optokoppler: PC817B durch PC817C ersetzt (genau genommen ein FOD817B300 durch einen FOD817C300). Das höhere CTR bringt bessere Ergebnisse. LED D6 hinzugefügt. Die geht an wenn der Eingang EIN ist. Es ist eine 2mA-LED, z.B. eine HLMP1790. Macht das Ganze komfortabler. Dann gibt es noch 4 kleine Probleme: - Wenn C2 leer ist und man den Eingang einschaltet, dann dauert es eine Zeit bis der Transistor schaltet. Wenn man den Eingang ausschaltet, dann wird C2 nicht leer, sondern entläd sich nur auf die Schwellenspannung der Dioden (LED + Optokoppler, zusammen etwa 3V). Schaltet man den Eingang wieder ein, dann schaltet er jetzt viel schneller, weil C2 ja noch auf Schwellenspannung aufgeladen war. Die Schaltung soll sich aber immer gleich verhalten. - Wenn eine kleine Spannung am Eingang anliegt, die nicht zum Schalten führen soll, sperrt die Z-Diode D5, dafür ist sie da. Eventuelle Leckströme führen aber dazu, daß sich C2 aufläd. Erreicht er die Schwellenspannung der Dioden, dann fließt der Leckstrom durch den Optokoppler. Der reicht zwar nicht um den Transistor zu schalten - schön ist es trotzdem nicht. - Ähnlicher Fall wie zuvor. Wenn ein Dauerburst (normativ nicht vorgesehen) am Eingang anliegt, dann läd dieser ebenfalls C2 auf. Nach wenigen Sekunden ist C2 so voll, so daß Strom durch die LED's fließt, und der Optokoppler marginal leitet. Er leitet zwar nur sehr gering, aber auch hier gilt: schön ist das nicht. - Letzter Fall: Ein Norm-Surgeimpuls kommt auf den Eingang. Wenn auf C2 noch Restspannung in Höhe der Schwellenspannung der Dioden ist, dann fällt die Spannung am Transistor kurz von 3,3V auf 1,5V ab. Beides ist für den PI ein High, aber das ist sicher der schlimmste der 4 Fälle. Alles das kann man verhindern, wenn man C2 mit R5 entläd. Die maximale Spannung am Widerstand ist 1,8V (LED) + 1,2V (Optokoppler) = 3V, so daß der Widerstand dem Optokoppler nur 90µA "klaut". Wenn man davon ausgeht, daß ein Kondensator nach 3 Tau so halbwegs leer ist, dann ist er nach 3 x (51k + 33k) x 0,1µF = 25ms leer. Das ist schnell genug. Die Schaltung beginnt bei R3 und R4. Alles links davon dient der Störsimulaton. Gruß akapuma
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