mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik +-400V mit AD-Wandler messen (Idee für Eingangsbeschaltung)


Autor: Tuvok (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,
möchte mit einem AD-Wandler +-400V wandeln können. Hab mir dazu folgende 
Eingangsbeschaltung überlegt.

                5V
                |
               | |
               | |1kOhm
               | |
                |
        ___   |
Signal-|_____|--+--- Analogeingang
      79,5kOhm  |
                |
               | |
               | |1kOhm
               | |
                |
              Gnd

Nach meiner Rechnung müsste die Eingangsspannung = Signal * 6,25*10^-3 + 
2,484375V sein.
Wenn das so stimmt ist das doch optimal, die +-400V bilden sich fast 
perfekt auf die 0V-5V ab. mit nur einem minimalen Offsetfehler von 
0,015... Volt. Was haltet ihr davon, macht das Sinn, oder geht es 
vielleicht noch viel einfacher?
(Hoffe es wird alles so dargestellt, wie ich mir das überlegt habe:-))

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Noch einfacher als 3 Widerstände ?

Ich würde die Widerstände etwas hochohmiger macher. Im moment verheizt 
du ewta 2W im 79,5k Widerstand.
Ansonsten würde ich das ganze genauso machen.

Autor: Magnus Müller (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Schutzdioden nicht vergessen !!!

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Für was Schutzdioden ?
Die hat der AVR integriert ! Ich messe +/-20kV mit einem AVR ohne 
Schutzdioden und das läuft jetzt schon seit Jahren.

Autor: Magnus Müller (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
...kein weiterer Kommentar... kopfschüttel

Autor: Der Techniker (_techniker_)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
20kV ohne Schutzbeschaltung? :-O
Der arme AVR.. :(

Autor: Arno H. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,
wenn kein spezieller hochspannungsfester Widerstand benutzt wird, müssen 
mehrere in Reihe geschaltet werden. Bedrahtete haben je nach Hersteller 
meist 250V, SMD wesentlich weniger.
Arno

Autor: ..... (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mach das mit einem Optokoppler !!!!! statt an den uC gehst du an den 
Optoeingang (natürlich mit entsprechnder Beschaltung)

Autor: ..... (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
mit 20 KV ist glaube das Gehäuse gemeint

Autor: Johannes A. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Mein Gott, Leute, Ihr denkt wohl alle noch TTL ;-)

Selbstverständlich kann man die eh vorhandenen Eingangsschutzdioden des 
Controllers benutzen, dazu gibt es sogar einschlägige AppNotes.

Ich würde allerdings, wie Benedikt schon vorgeschlagen hat, etwas 
hochohmiger dimensionieren, um die Ströme so zwischen 0,1 und 0,5mA zu 
halten. Dann fallen deutlich weniger Watts am großen Vorwiderstand ab, 
und wenn's mal über die 400V hinausgeht, werden die Eingangsschutzdioden 
des µC nicht gleich zu heftig gefordert.

Die Max-Spannung über den Widerständen bleibt davon unbenommen kritisch. 
Mit bedrahteten Teilen sollten es also für 400V mindestens zwei 
Widerstände sein, und mit SMD-Teilen mindestens vier.

Der Vorschlag mit dem Optokoppler entspringt in diesem Zusammenhang 
offenbar einem Dummhirn. Ist allerdings zu berücksichtigen, wenn eine 
galvanische Trennung von Mess- und Auswertungsstromkreis gefordert ist.

Gruß Johannes

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Es ist echt erschreckend das einige Leute Tips geben wollen ohne selbst 
die geringste Ahnung zu haben !

Jedes CMOS IC hat Schutzdioden an den Eingängen (abgesehen von einigen 
Sonderfunktionen wie dem Reset Pin bei wenn dieser 12V 
Programmierspannung bekommen soll oder ähnliches.) Diese Schutzdioden 
können eigentlich immer einige mA vertragen, meist so im Bereich bis 
10mA. In vielen Datenblättern ist das auch direkt angegeben, beim AVR 
nur indirekt. Oft sind die Eingangschutzdioden sogar 2 stufig 
ausgeführt: Also Schutzdioden gegen GND/Vcc, dann ein Widerstand und 
nochmal Schutzdioden gegen Vcc/GND.
Wer mir das nicht glaubt, der sollte sich mal die Application Notes von 
Atmel anschauen, da gibt es Schaltungen bei denen 230V über einen 
Widerstand direkt an die Pins gelegt werden.

Jetzt zurück zur Schaltung: Wie einige schon sagten: ein normaler 1/2W 
Widerstand hält meistens nur 250V aus, daher sollte man mindestens 2 
Widerstände in Reihe schalten. Bei SMD mindestens 3 oder 4 Stück im 1206 
Gehäuse.
Um die 20kV zu messen, verwende ich spezielle Hochspannungswiderstände 
die 10kV aushalten und Widerstandswerte von mehreren 10MOhm haben. 
Dadurch wird der Strom auf wenige 100uA begrenzt, was der AVR problemlos 
über die Schutzdioden abführen kann.

Autor: Kunz von Kaufungen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> Dadurch wird der Strom auf wenige 100uA begrenzt, was der AVR problemlos
über die Schutzdioden abführen kann.

Das ist ja nur die halbe Wahrheit.

Zur ganzen Wahrheit gehöhrt, dass die internen Dioden u.U. einen hohen 
Leakage Current aufweisen. Bei einem Quellwiderstand von mehreren 10MOhm 
dürfte da eine Offsetspannung entstehen die das ganze zur 
(temperaturabhängigen)Farce werden lässt.

Wie schrieb doch ein User so richtig:

>Es ist echt erschreckend das einige Leute Tips geben wollen ohne selbst
die geringste Ahnung zu haben !

Autor: Michael U. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

@Kunz von Kaufungen:

die andere Häfte der Wahrheit:
ATMega8 Rain min. ca. 55 MOhm als Orientierungswert.
Iaclk wird mit max. +-50 nA angegeben. Das sieht so hoch nun nicht 
aus...

Bei Imess = 100µA wäre es ein Messwiderstand von 25 kOhm am Eingang bei 
Aref = 2,5V für den Spannungsteiler und 200 MOhm Vorwiderstand für 20kV.

Ich sehe da kein Problem.

Gruß aus Berlin
Michael


Autor: Kunz von Kaufungen (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
50nA(Leakage Current) x 200MOhm(Vorwiderstand) sind ein 
Offset(Messfehler) von 10V.

Bei einem Vorwiderstand von 'nur' 10MOhm ist der Fehler immer noch 0,5V.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@ Kunz von Kaufungen

Um eine Spannung zu messen, verwendet man keinen Vorwiderstand sondern 
einen Spannungsteiler ! Dessen Innenwiderstand berechnet sich aus der 
Parallelschaltung beider Widerstände.
In der Schaltung von Tuvok liegt der Innenwiderstand der 
Spannunsgsquelle die der AVR sieht bei etwas unter 500Ohm...

Und selbst bei der Messung von 1000V über einen Spannungsteiler mit 100M 
Eingangswiderstand, muss der zweite Widerstand etwa 500kOhm groß sein, 
was einen Innenwiderstand von <500kOhm ergibt. Und das ergibt gerade mal 
25mV Offset, worst case.

Autor: Michael U. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

wir können das vermutlich endlos treiben. ;)

Ich habe einen Spannungsteiler 200MOhm/25kOhm, was sollte sonst auch zu 
messen sein???
Der Leckstrom wird sich also vermutlich nicht durch die 200MOhm quälen 
wollen und müssen.

Ohne den 2. Teilerwiderstand gäbe es wohl ganz andere Probleme...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Dummhirn (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
sorry das ich dass galvanisch trennen würde...bin halt ein Dummbrot....

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
...um mal eine greifbare Zahl in die Diskussion zu werfen:

Ich hatte wg. eines ähnlichen Problems mal bei Atmel nachgefragt, was 
die Eingangsschutzdioden denn so für Ströme abkönnen und es wurde mir 
empfohlen nicht über 1mA Dauerstrom zu gehen.

Autor: Tuvok (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kurzer Einwurf:

Danke für die zahlreichen Reaktionen, ich weiß jetzt, dass meine 
Grundüberlegung für die Schaltung genau richtig war.

Nun aber frohes Weiterdiskutieren über Leckströme von Schutzdioden. :-)

Autor: Michael U. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo,

naja, so sind Foren eben... :)))

Mach trotzdem den Teiler etwas hochohmiger und denke an die 
Spannungsfestigeit des Widerstandes und teile den auf...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Johannes A. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hihihi, echt klasse, wie das immer wieder abgeht :-)

Ja los, haut jedem CMOS-Chip die 10mA, die er ganz klar immer abkann, 
durch die Eingangsschutzdioden. Ich wünsche viel Spaß!

Übrigens .... und später Dummhirn,

die galvanische Trennung ist echt ein Problem, wenn man mit einfachen 
Mitteln mehr als "Spannung vorhanden/nicht vorhanden" erfassen will.

Nichts für ungut, ich kenn mich da dummerweise aus.

Gruß Johannes

Autor: Ein Elektroniker (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo zusammen.

Jetzt will ich aber auch eine Anmerkung loswerden!

>die galvanische Trennung ist echt ein Problem, wenn man mit einfachen
>Mitteln mehr als "Spannung vorhanden/nicht vorhanden" erfassen will.

>Nichts für ungut, ich kenn mich da dummerweise aus.

So? Also ich kenne für solche Anwendungen Analog-Optokoppler, z.B. IL 
300. Damit geht das übertragen von Analogwerten mit etwas 
Zusatzbeschaltung problemlos!

Oder für den besser ausgestatteten Geldbeutel auch 
Isolationsverstärker....

Viel Spaß beim Weiterdiskutieren!

Autor: Dieter Werner (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sicher geht das mit Analog-Optokopplern, wenn man mit dem entstehenden 
Fehler zufrieden ist. Eine bessere Linearität als 2% ist da bestenfalls 
unter Laborbedingungen zu erreichen.

Autor: Walter (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ein kleines Problem gibt es noch! Was ist mit der negativen Spannung?
Also ich würde einen Spannungsteiler hernehmen und anschließend einen 
AD736 True RMS -> DC Converter schalten. Benötigt dann natürlich eine 
dual supply Versorgung.

Autor: JojoS (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
wie wäre es mit einem fertigen Hochspannungs Tastkopf für Oszilloskope ?

Autor: Johannes A. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Analog-Optokoppler sehen vielleicht erstmal ganz hübsch aus, und sind in 
einer rein analogen Schaltung (z.B. isolierte Messung mit 4-20mA 
Ausgang), oder wenn höherfrequente Signale übertragen werden müssen (bis 
1MHz) wohl auch noch ganz praktisch. Aber wie Dieter schon anmerkte, 
haben sie erhebliche Fehler, sind nicht sehr temperaturstabil, und 
brauchen stets einen Abgleich gegen die Grundtoleranz (je nach Typ weit 
über 10%). Und wenn man nicht sowieso noch irgendeine andere Schaltung 
auf der zu messenden Seite hat, wo man die 10-15mA und eventuell 
Plus-Minus-Versorgung abzweigen kann, wird die Zusatzschaltung schnell 
etwas aufwändiger.

Und wirklich günstig sind Analog-Optokoppler auch nicht. Ich hab das mal 
für eine 230VAC-Messschaltung durchgerechnet und bin auf 10-15 Euro, je 
nach Versorgungsschaltung, für ein Einzelstück gekommen (eine Quelle, 
Versand nicht gerechnet).

Meine Lösung ist nun ein ATtiny mit Eingangsschaltung wie oben zur 
Messung inkl. TrueRMS-Berechnung, der die Werte über einen 
Standard-Optokoppler digital an den auswertenden Controller überträgt. 
Bei einem Gesamtstromverbrauch von unter 2mA reicht ein einfacher 
Vorwiderstand für die Versorgung mit einem Referenz-IC (LM336), das nach 
der Aufwärmzeit von zirka 5s volle 8 Bit Genauigkeit bringt, bei 1% 
Grundtoleranz. Bauteilewert für ein Einzelstück 2,50 Euro... (wiederum 
eine Quelle, Versand nicht gerechnet)

Gruß Johannes

Autor: .... (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Johannes .... so gehts natürlich auch. Probleme sehe ich auch nicht in 
der Machbarkeit der oberen Schaltung, sollte aber noch eine Anbindung zu 
einem PC realisiert werden, oder irgendeine eine andere elektrische 
Verbindung die ein Benutzer(Thema Berührungsschutz)benötigt, würde ich 
mich nicht auf diese Schutzdioden verlassen(Thema Halbleitersterben).

Autor: Johannes A. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@....

Da hast Du natürlich recht. Messungen per PC sind ein heikles Thema, 
weil die interne Masse, völlig gegen jede VDE-Vorschrift, grundsätzlich 
mit dem Gehäuse verbunden ist.

Auf die Schutzdioden in CMOS-Schaltungen darfst Du Dich allerdings im 
Rahmen von 0,1mA immer getrost verlassen. Vorausgesetzt, sie sind 
vorhanden, was bei einigen Standard-CMOS-ICs nicht unbedingt der Fall 
ist (z.B. 4049/4050).

Gruß Johannes

Autor: ..... (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Johannes

sorry da hab ich mich mit Halbleitersterben vielleicht ungenau 
ausgedrückt. Es gibt Statistiken die Beschreiben in welchem Zeitraum 
wieviel % der Halbleiter Aufgrund von z.B.Dotierungsfehlern, Fehlerhafte 
Via's u.s.w. aussteigen. Und das Betrifft auch diese Schutzdioden.


Gruss ...... :D

Autor: Johannes A. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@.....

Ja, ok, das gilt meines Wissens aber nur für die Teile, für die die 
Schutzdioden nicht expilizit gespect sind.

Bei vielen Controllern und diversen Logik-Reihen sind die Schutzdioden 
inzwischen allerdings explizit gespect.

Gruß Johannes. (ich fang auch mal mit Punktezählen an ;-)

Autor: ..... (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
yap, gut zu wissen

Gruss ein . zwei . drei . vier . fünf . ja 5 Punkte ;)

Autor: Johannes A. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie jetz'.. vorhin warst Du doch schon/noch bei sechs...

Gruß Johannes..

Autor: Anton (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Trennung kann auch ohne Probleme in der Signalleitung zum PC 
erfolgen was sowieso Sinn macht!

Autor: Tuvok (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich hatte auch vor, die Messschaltung über eine separate Stromversorung 
zu versoren und die Daten mit Optokopplern getrennt an den PC zu senden.

Autor: Anton (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Genau das ist die beste Lösung! Controller im "heißen Kreis" und 
dahinter und davor schön trennen!

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Johannes A. wrote:
> ... Messungen per PC sind ein heikles Thema,
> weil die interne Masse, völlig gegen jede VDE-Vorschrift, grundsätzlich
> mit dem Gehäuse verbunden ist.

Hallo Johannes,

ist zwar nicht ganz Thema des Threads, aber kannst Du das bitte näher 
erläutern? Wo verbietet der VDE denn sowas? Warum?

Autor: Johannes A. (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Stefan,

ich habe gerade noch einmal gesucht, und finde die VDE-Norm nicht mehr - 
ich meine zu erinnern, dass sie mit 0928 beziffert war.

Insofern muss ich relativieren: Es gab eine VDE-Vorschrift, nach der 
bei Geräten in einem Metallgehäuse nur der Schutzleiter direkten Kontakt 
zum Gehäuse und jeder interne Stromkreis nur jeweils an einem Punkt 
einen Potentialausgleich über eine hochohmige RC-Kombo (100k-1M parallel 
zu 100nF) haben durfte. Möglicherweise hat der VDE diese Vorschrift 
wegen der ständigen Verstöße dagegen (eben durch die PCs) aufgegeben, 
ähnlich wie seinerzeit die Post die hierzulande ursprünglich verbotenen 
Hayes-Modems (Stichwort AT-Befehle) in Anbetracht der nicht mehr 
kontrollierbaren Verbreitung im Nachherein legalisiert hat. Mag aber 
auch sein, dass die Verlagerung der Zuständigkeit für die EMV-Abnahme 
weg vom VDE hin zu den freien Instituten diese Norm schlicht erübrigt 
hat.

Wie dem auch sei, am Warum hat sich nichts gändert, was jeder, der mit 
etwas längeren RS-Datenkabeln zu hantieren hat, aus eigener, meist mehr 
als weniger leidvoller Erfahrung bestätigen kann: Die direkte Verbindung 
der Signalmasse zum Schutzleiter des Stromnetzes bringt "Schmutzeffekte" 
in die Verbindung (im Audiobereich als Brummschleifen bekannt), die mit 
einer Abschirmung - die eigentlich die klassische Gegenmaßnahme ist - 
kaum noch zu beeinflussen ist.

Ansonsten frag einfach mal jemanden, der schon ein paar Jahre länger 
dabei ist, ob ihm bekannt ist, dass PCs diese interne Verbindung haben. 
In meinem Umfeld hab ich jedenfalls noch dieses Jahr recht schockierte 
Reaktionen erfahren...

Gruß Johannes

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hmmm, mag sein, dass dies Branchenspezifisch unterschiedlich ist (glaube 
ich aber nicht so recht): Ich habe beruflich mehr so mit DIN/EN50155 
(Fachnorm) und den entsprechend darunterhängenden Normen zu tun und bei 
uns wird Masse nach dem DC/DC-Wandler IMMER mit Gehäuse/Fahrzeugmasse 
verbunden. Nur die Versorgungs-Eingänge (+24V/0V) müssen gegen alles 
andere 750V Potenzialtrennung haben.

Daher denke ich, dass es bei Geräten mit Netzanschluss ähnlich sein 
dürfte. Man hätte sonst auch kaum eine Chance bei einem Rechner die 
Abstrahlungsnormen einzuhalten. Und da der PC (noch?) kein typisches 
Audiogerät ist (obwohl man das bei manchem Lüftergeräusch kaum glauben 
mag ;)) hat sich über Brummschleifen dort bei der Entwicklung sicher 
kaum einer Gedanken gemacht. Man kann sich hier aber ggf. über 
Mantelstromsperren etc. auch so weiterhelfen...

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.