Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Galvanische Trennung durch LED


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von Aleks B. (aks_b)


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Moin Leute,

ich möchte ein 0 bis 10V Signal eins zu eins und galvanisch getrennt 
übersetzen. Hierfür habe ich mir gedacht das Signal zunächst in ein PWM 
Signal umzuwandel um eine Infrarot LED damit zu versorgen. Auf der 
Sekundärseite hätte ich einen Lichtempfänger, der das PWM Signal 
aufnimmt und dann an einen PWM-zu-Analog- Wandler weitergibt.

Hier meine Fragen:

1. Sollte ich als Lichtempfänger eher ein Fototransistor oder eine 
Fotodiode    nehmen?

2. Hat jemand von euch ein gutes Model für einen Analog- zu- PWM- 
Wandler?

Vielen dank schonmal!

Aleks

von Wolfgang (Gast)


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Aleks B. schrieb:
> 2. Hat jemand von euch ein gutes Model für einen Analog- zu- PWM-
> Wandler?

Dafür reicht ein einfacher Sägezahn- oder Dreieckgenerator 
(Rechteckgenerator mit Integrator) und ein Komparator.

von Falk B. (falk)


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Aleks B. schrieb:
> Moin Leute,
>
> ich möchte ein 0 bis 10V Signal eins zu eins und galvanisch getrennt
> übersetzen.

Dafür gibt es fertige Isolationsverstärker, z.B. den ACPL-C870.

> Hierfür habe ich mir gedacht das Signal zunächst in ein PWM
> Signal umzuwandel um eine Infrarot LED damit zu versorgen. Auf der
> Sekundärseite hätte ich einen Lichtempfänger, der das PWM Signal
> aufnimmt und dann an einen PWM-zu-Analog- Wandler weitergibt.

Das ist eine Möglichkeit, das zu tun. So machen es viele moderne 
Isolationsverstärker, wenn gleich die Details anders sind.

> 1. Sollte ich als Lichtempfänger eher ein Fototransistor oder eine
> Fotodiode    nehmen?

Weder noch. Nimm was Fertiges. Das ist kleiner, besser und preiswerter.

Alternativ kann man das analog übertragen, wenn gleich damit diverse 
kleine Nachteile verbunden sind wie Alterung etc.

Beitrag "Re: IL300: Dimensionierung der Teile"

von Falk B. (falk)


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Wolfgang schrieb:
> Dafür reicht ein einfacher Sägezahn- oder Dreieckgenerator
> (Rechteckgenerator mit Integrator) und ein Komparator.

Warum nicht gleich Relais?

von MaWin (Gast)


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Aleks B. schrieb:
> Hier meine Fragen:

Meine Frage wäre: warum nimmst du nicht einfach einen Fertigbaustein, 
einen Optokoppler, und damit die Pulsbreite exakt übertragen wird einen 
Optokoppler mit push-pull Ausgang wie TLP250 ?

Als U/F und F/U Wandler täte es vielleicht ein LM2907, dann braucht man 
nicht mal einen extra Oszillator.

Denn alles, was 2 IC benötigen würde, geht einfacher mit einem uC, und 
der könnte die Analogspannung messen und als Binärwert über den 
Optokoppler übertragen, wäre also viel besser.

von Aleks B. (aks_b)


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Wolfgang schrieb :
> Dafür reicht ein einfacher Sägezahn- oder Dreieckgenerator
> (Rechteckgenerator mit Integrator) und ein Komparator.

Daran hatte ich auch gedacht, dachte mir aber dass es bestimmt schon 
kostengünstige Fertigteile geben dürfte. Danke für deine Antwort!

von Aleks B. (aks_b)


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Falk B. schrieb:
> Dafür gibt es fertige Isolationsverstärker, z.B. den ACPL-C870.

Vielen Dank, dann schaue ich mal nach solchen.

Beitrag #6521635 wurde vom Autor gelöscht.
von MaWin (Gast)


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Aleks B. schrieb im Beitrag #6521635:
> Sind Optokoppler nicht stromgesteuert?

Ja.

> Wäre das demnach nicht eher
> unpraktisch um ein Spannungssignal zu übertragen?

Nein, du willst ja PWM übertragen, Um von Spannungs-PWM zu Strom-PWM zu 
kommen reicht 1 Widerstand vor der Sende-LED.

von Aleks B. (aks_b)


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MaWin schrieb:
> Nein, du willst ja PWM übertragen, Um von Spannungs-PWM zu Strom-PWM zu
> kommen reicht 1 Widerstand vor der Sende-LED.

Habe ich dann auch bemerkt. Danke für deine Antweort!

von Gerhard O. (gerhard_)


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Wenn die Entfernung einige cm weit übersteigen soll, würde ich 
vorschlagen ein 38kHz Trägersystem zu verwenden wie sie bei IR 
Fernbedienungen eingesetzt wird. Dafür gibt es schon fertige Module mit 
der ganzen Elektronik in einem Dreibeiner. 3.3-5V Versorgung. 
Digitalausgang. Damit erzielt man robustes Verhalten und weitgehendste 
Fremdlichtsicherheit.

Der Vorteil so eines Empfängers ist die Fremdlichtsicherheit und 
eingebaute optische Spektralfilter. Bei nackten Phototransistoren oder 
Photodioden ist Fremdlicht ohne entsprechende Filter ein grosses Problem 
und führt zu nervenden DC Shifts. Deshalb verwenden die IR Module 
C-Kopplung und hohe Verstärkungsgrade.

Allerdings sind da hinsichtlich des Tastgrads des Digitalen Signals 
Beschränkungen zu beachten weil die Verstärker, Filter 
wechselspannungsmässig gekoppelt sind und die Datendemodulation auf 
Bitsliceprinzipien beruht und einige Zeit brauchen um sich 
gleichstrommässig optimal auf das Sendesignal einzupendeln. Deshalb 
lässt sich PWM nicht direkt verwenden. Da du sendeseitig schon einen uC 
einsetzt, könnte man auch einen uC auf der Empfangsseite in Betracht 
ziehen und ein einfaches Datenprotokoll mit Hammingcode 
Vorwärtsfehlerkennung wählen. Dadurch wird das robust und man hat eine 
sehr große Reichweite wie man es von Fernbedienungen gewöhnt ist. Als 
Datenrate sind 1kHz typisch.

Solltest Du trotzdem lieber Photodioden verwenden wollen kann man mit 
einem Transimpedanzverstärker eine hohe Empfindlichkeit erreichen. Mit 
Photodioden lassen sich wesentlich höhere Empfindlichkeiten als mit 
Phototransistoren erreichen. Wie gesagt Fremdlichtempfindlichkeit ist 
ein großes Problem das auch mit IR-Filtern meist nicht völlig 
beherrschbar ist.

Bei Photodioden muß man beachten, daß es dort prinzipiell zwei 
verschiedene Arten gibt. Es gibt Spannungs uns Strom Photodioden. Die 
Stromtypen sind für Transimpedanzanwendung gedacht und die Photovoltaic 
Typen für AC-Verstärkung und besser für sehr hohe Impulsraten geeignet.
Für hohe Übertragungsraten muß man spezielle Typen verwenden.

Wechselspannungsmethoden kranken an Tastgrad DC-Shift Effekte die 
gewisse Einschränkungen des Übertragungsverfahren erfordern.

Hinsichtlich des Tastgrads sind Pulslängenkodierungen und 
Manchesterkodierung am günstigsten weil da der Tastgrad wenig oder keine 
DC Shift verursacht. Einfache PWM führt grundsätzlich zu massiven DC- 
Shift Problemen die eine hohe Empfindlichkeit des optischen 
Übertragungssystem unmöglich machen.

Mein Vorschlag:

38kHz Trägersystem mit uC zur empfangsseitiger Auswertung auf 
Pulslängenkodierung oder auf Manchesterbasis und 
Vorwärtsfehlerverarbeitung.

Dazu gibt es im Internet schon genug Realisierungsvorschläge bzw. 
Arduino Bibliotheken die man für Erfahrungssammlung als Referenz 
einsetzen kann.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Warum nicht gleich Relais?

Zeig mal, wie du das mit einem Relais realisieren würdest.

von Joachim B. (jar)


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Wolfgang schrieb:
> Zeig mal, wie du das mit einem Relais realisieren würdest.

mit IWV puls pause wurde früher telefoniert, offensichtlich konnten die 
Zahlen 0-9 fehlerfrei übertragen werden auch mit wechselnen Längen der 
Telefonnummer von 3 bis 7 oder mehr Ziffern, das sollte auch für 16 Bit 
oder mehr reichen.

OK die sample Rate ist gering :)

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


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Joachim B. schrieb:
> OK die sample Rate ist gering :)

Für die tägliche Wasserstandsmeldung oder den Wetterbericht reicht es! 
;-)

von Glänzi (Gast)


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Dies nännt man Optokoppler

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Aleks B. schrieb:
> ich möchte ein 0 bis 10V Signal eins zu eins und galvanisch getrennt
> übersetzen.
Wie genau?
Reicht "so etwa -+0,5V" oder muss der Fehler "unbedingt kleiner als 
+-5mV" sein?

: Bearbeitet durch Moderator
von Falk B. (falk)


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Gerhard O. schrieb:
> Wenn die Entfernung einige cm weit übersteigen soll, würde ich
> vorschlagen ein 38kHz Trägersystem zu verwenden wie sie bei IR
> Fernbedienungen eingesetzt wird. Dafür gibt es schon fertige

Zuviel Zeit im Homeoffice? Eingeschneit bei -30°C? Mensch, der Op nennt 
nur ein minimales Stichwort und du schreibst ein Buch . . .

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Falk B. schrieb:
> Zuviel Zeit im Homeoffice?

Ich muss hier mal etwas los werden. Ich finde diese Form von Mobbing 
zunehmend unerträglich.

Immer wieder wird hier so getan, als ob Leute die scheinbar gerade nicht 
arbeiten müssen, minderwertig seien. Wie kommt ihr auf dieses dünne 
Brett?

Schonmal an Urlaub, Ruhestand, Reichtum gedacht?

Selbst wenn derjenige tatsächlich zu faul zum arbeiten ist, steht es 
euch nicht zu, sie deswegen zu mobben. Freut euch lieber darüber, dass 
es in dieser Welt noch hilfsbereite Menschen gibt!

Ihr wollt selber weniger helfen? Das ist auch Ok. Aber lasst die anderen 
dabei in Ruhe. Spätestens wenn ihr mal Hilfe braucht und hunderte Leute 
achtlos an euch vorbei gehen werdet ihr diese Sünde bereuen.

von Falk B. (falk)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ich muss hier mal etwas los werden. Ich finde diese Form von Mobbing
> zunehmend unerträglich.

https://de.wikipedia.org/wiki/Generation_Snowflake

> Selbst wenn derjenige tatsächlich zu faul zum arbeiten ist,

Kann es ein, daß du gerade eine sprachliche Fehlleistung erbringst?
Es könnte auch Projektion sein.

https://de.wikipedia.org/wiki/Freudscher_Versprecher
https://de.wikipedia.org/wiki/Projektion_(Psychoanalyse)

Kein Mensch hat gemobbt, nur du siehst Geister.

> steht es
> euch nicht zu, sie deswegen zu mobben. Freut euch lieber darüber, dass
> es in dieser Welt noch hilfsbereite Menschen gibt!

Daß dir, als besonders herausstechendes Expemplar dieses Forums mit 
Helfersyndrom^3 hier die Nerven durchgehen, überrascht den langjährigen 
Beobachter nicht.

> Ihr wollt selber weniger helfen? Das ist auch Ok. Aber lasst die anderen
> dabei in Ruhe. Spätestens wenn ihr mal Hilfe braucht und hunderte Leute
> achtlos an euch vorbei gehen werdet ihr diese Sünde bereuen.

Kindergartenargumente stehen "Erwachsenen" selten gut zu Gesicht. Aber 
die Infantilisierung der Gesellschaft ist nicht erst seit gestern in 
vollem Gange. Herzlichen Glückwunsch, deine Konditionierung ist 
gelungen!

So, jetzt such dir wieder ein Opfer, ähhh, einen Hilfsbedürftigen im 
Forum.

von Gerhard O. (gerhard_)


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Falk B. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Wenn die Entfernung einige cm weit übersteigen soll, würde ich
>> vorschlagen ein 38kHz Trägersystem zu verwenden wie sie bei IR
>> Fernbedienungen eingesetzt wird. Dafür gibt es schon fertige
>
> Zuviel Zeit im Homeoffice? Eingeschneit bei -30°C? Mensch, der Op nennt
> nur ein minimales Stichwort und du schreibst ein Buch . . .

Bin schon seit letzter Woche auf Weihnachtsurlaub!

Ich würde mich doch nicht gehen lassen um mich zu ertappen während der 
Arbeit im Forum Streifzüge zu machen? So etwas würde doch mein 
professionelles Gewissen doch gar nicht zulassen;-)

Nichts für ungut - wünsche allen, Freund und Feind, frohe Weihnachten 
und ein gutes und gesundes Neues Jahr! Wünsche mir, daß nächstes Jahr um 
dieselbe Zeit, Covid-19 nur noch eine dunkle Legende sein wird!

Gerhard

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Aleks, schau mal die Firma Analog Devices da im Programm hat.
https://www.analog.com/en/products/ad210.html

von Gerhard O. (gerhard_)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Aleks, schau mal die Firma Analog Devices da im Programm hat.
> https://www.analog.com/en/products/ad210.html

Stefan, hast Du eine Ahnung wie teuer der AD210 ist? Das Teil kenne ich 
aus der Entwicklung in der Firma.

Eigentlich könnte man ja noch ADUM Derivate in Betracht ziehen. Nur muß 
man aufpassen, daß die Timing Grenzwerte eingehalten werden und man 
deren Eigenschaften und Fehlerverhalten Datenblattmässig versteht.

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Gerhard O. schrieb:
> Stephan, hast Du eine Ahnung wie teuer der AD210 ist?

Nö. Aber ich guck mal nach....

2,52 € wenn man einen nimmt. Bei 100 Stück sind es nur noch 1,76€.

Wo ist das Problem?

von Gerhard O. (gerhard_)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Gerhard O. schrieb:
>> Stephan, hast Du eine Ahnung wie teuer der AD210 ist?
>
> Nö. Aber ich guck mal nach....
>
> 2,52 € wenn man einen nimmt. Bei 100 Stück sind es nur noch 1,76€.
>
> Wo ist das Problem?

Reden wir von demselben Teil?

https://www.digikey.ca/en/products/detail/analog-devices-inc/AD210BN/611839

Über $200 bei Digikey(!)

https://www.analog.com/en/products/ad210.html#product-samplebuy

: Bearbeitet durch User
von Falk B. (falk)


Angehängte Dateien:

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Hmm.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Oh, ich habe nach ADUM210 gesucht, das ist ein digitaler Isolator.

Hammer, wie teuer so ein Chip sein kann!

von Falk B. (falk)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Hammer, wie teuer so ein Chip sein kann!

Das ist kein Chip, das ist ein komplettes Modul mit Trennverstärker und 
2 DC/DC Wandlern.

von Gerhard O. (gerhard_)


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Falk B. schrieb:
> Stefan ⛄ F. schrieb:
>> Hammer, wie teuer so ein Chip sein kann!
>
> Das ist kein Chip, das ist ein komplettes Modul mit Trennverstärker und
> 2 DC/DC Wandlern.

Wenn man es total analog machen will, kann man Isolation auch damit 
erreichen:

https://docs.broadcom.com/doc/AV02-0886EN

Funktioniert nicht schlecht.

von Falk B. (falk)


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Gerhard O. schrieb:
> Wenn man es total analog machen will, kann man Isolation auch damit
> erreichen:
>
> https://docs.broadcom.com/doc/AV02-0886EN
>
> Funktioniert nicht schlecht.

Hatten wir schon.

Beitrag "Re: Galvanische Trennung durch LED"

You'r welcome!

von Joachim B. (jar)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Hammer, wie teuer so ein Chip sein kann!

ist doch nicht teuer, teuer war der 9-bit ADC 50ns zu meiner Studienzeit 
für das Projekt TV Kassette 1985, Glasfaser Übertragung der 
Fernsehstudios durch Deutschland.
Ein Käfer aber breitbeinig wie ein MC68000 mit goldenen Beinen 
Stückpreis 3800,-DM.

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