Ich habe ein Projekt wo ich eine Spannungsrampe fahre und auf der High-Side sehr kleine Ströme messen möchte (im 100nA-100µA Bereich. Anwendung ist eine Leckstrommessung zur Materialprüfung. Es kann bis zu 3kV ausgegeben werden mit einer Rampe von 3kV/0.5s. Dazu wird ein Hochspannungs Operationsverstärker benutzt. Es soll aber hier nur nebensächlich um die Anwendung gehen. Die Strommessung soll komplett galvanisch getrennt auf der Hochspannungsseite geschehen. Die gemessenen Daten möchte ich per Lichtleiter rausführen (z.B. HFBR-14xxZ). Das kommt mir kostengünstig vor und ist gut getrennt. Das Problem vor dem ich stehe ist, dass ich eine +-5V Spannungsversorgung auf der Hochspannungsseite brauche, die kontinuierlich 3kV vertragen kann. Damit soll ADC und Transciever für Lichtleiter versorgt werden sowie zwei kleine Reed Relais zur Bereichsumschaltung. Benötigt werden maximal 100mA. Selbst medizinisch zugelassene isolierte DCDC Konverter können das nicht garantiert und bei den kleinen Stückzahlen ist es aussichtslos beim Hersteller etwas anzufragen. Es muss eine eigene Lösung her. Weiß jemand um Literatur oder Application Notes. Meine Idee ist entweder den Transformator für eine Flyback Wandler selber bauen und eingießen oder das Leiterplattenmaterial als Isolator nehmen und per PCB Spule einen Flyback Wandler bauen. Was meint ihr?
Martin schrieb: > Meine Idee ist entweder > den Transformator für eine Flyback Wandler selber bauen und eingießen > oder das Leiterplattenmaterial als Isolator nehmen und per PCB Spule > einen Flyback Wandler bauen. Am einfachsten wäre m.E. eine mechanische Lösung: Zwei Kleinmotoren, deren Wellen über eine ausreichend lange Welle aus Isoliermaterial gekoppelt sind. Grüßle, Volker
Nur so als Gedanke, ich weiß nicht ob das geht: Können DC-Wandler nicht auch mehrfach hintereinander geschaltet werden um die Isolationspannungen zu addieren?
Hardy F. schrieb: > Nur so als Gedanke, ich weiß nicht ob das geht: > > Können DC-Wandler nicht auch mehrfach hintereinander geschaltet werden > um die Isolationspannungen zu addieren? Ob das Konform ist wage ich zu bezweifeln aber dann müsste man die vermutlich auch balancieren. Ich überlege gerade ob es ein Weg wäre Miniatur Solarzellen zu benutzen und die mit LEDs zu bestrahlen. Ich weiß der Wirkungsgrad ist miserabel aber die Isolation wäre hervorragend. Dazu ein 3D Druck Teil als Halterung und man könnte das auf eine Platine befestigen.
zwei weitere Lösungen zum Thema 1. was ist mit Batterien/Akkus, Materialprüfung hört sich nach kurzzeitigen Messungen an 2. für permanent Versorgung bei so hohen Spannungen gibt es die Möglichkeit per Laser die Energie durch einen Lichtleiter zu übertragen
Wie viel Iso.Abstand haben zB. "Kabellose" Akku-Ladestationen?! Royer-Converter
Wäre Batterieversorgung eine Option? Müsste dann eben jede Woche gewechselt werden, aber wäre garantiert getrennt und gleich maximal rauscharm dazu. Traco bietet Wandler mit verstärkter Isolierung (das Schlagwort bzw. auf englisch "reinforced isolation" hilft vielleicht bei der Suche) bis 5kV (50Hz/60s) an. Ob die dauerhaft ohne Degradation 3kV aushalten, müsste man ausprobieren oder bei Traco anfragen...
Wie die Heizspannung bei 'ner Mikrowelle: auf dem 3kV Trafo ne passend isolierte Hilfswicklung.
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Markus E. schrieb: > Müsste dann eben jede Woche gewechselt werden, aber wäre garantiert > getrennt und gleich maximal rauscharm dazu. Die Batterie kann ja "beliebig groß" sein. Bei induktiver Übertragung hätte ich eher Bedenken bei den zu messenden Winz-Strömen. Schirmung und Isolierung vertragen sich nicht so gut.
Martin schrieb: > Selbst medizinisch zugelassene isolierte DCDC Konverter können das nicht > garantiert Jein. Aber (viel weniger als) 100nA Leckstrom sind dabei kein Designkriterium. Wie wäre eine 1W LED und 2 Solarmodule 5V/5mA https://www.digikey.de/de/products/detail/anysolar-ltd/KXOB25-02X8F-TR/9990480 Deren Ausgangsspannung sollte ohne weitere Regelung stabil genug für die Stromversorgung eines OpAmps sein. 3000V in 0.5s also 6kV/s erzeugen schon an Kapazitäten von nur 0.16pF mehr als 1nA Leckstrom und damit wird deine Messung schon ungenauer als 1%. Du musst deine Elektronik schirmen in einem Gehäuse dass ebenfalls an dem Hochspannungsausgang hängt aber vor der Strommessung.
Martin schrieb: > Ich überlege gerade ob es ein Weg wäre Miniatur Solarzellen zu benutzen > und die mit LEDs zu bestrahlen. Ich weiß der Wirkungsgrad ist miserabel > aber die Isolation wäre hervorragend. Es gibt EMV-Feldsonden, da wird das so gemacht. Die Sonde in der Messkammer ist über zwei 5-10 m lange Glasfasern angebunden. Auf der einen Seite bläst ein Laser rein, zur Energieversorgung. In der Sonde sitzt eine Solarzelle, und über die zweite Faser erfolgt die Kommunikation.
Bei dem dU/dt misst man dann aber eher die Kapazität der Isolation;)
zu iCoupler (z.B. ADuM6020) gibt es die blumige Aussage: "We also observed that the lifetime of iCoupler devices under dc or unipolar ac is much longer compared to that under bipolar ac; it is at least two orders of magnitude higher." https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/technical-articles/inside_icoupler_technology_high_voltage_endurance.pdf
Martin schrieb: > Die Strommessung soll komplett galvanisch getrennt auf der > Hochspannungsseite geschehen. Die gemessenen Daten möchte ich per > Lichtleiter rausführen (z.B. HFBR-14xxZ). Das kommt mir kostengünstig > vor und ist gut getrennt. Jain. Für 3kV braucht man keinen LWL, da kann man noch normale Optokoppler nutzen, die sind je nach Typ bis 5kV spezifiziert. So oder so muss/sollte man die optische Übertragung digital machen, denn sonst holt man sich viele Probleme rein. > Das Problem vor dem ich stehe ist, dass ich eine +-5V > Spannungsversorgung auf der Hochspannungsseite brauche, die > kontinuierlich 3kV vertragen kann. Damit soll ADC und Transciever für > Lichtleiter versorgt werden sowie zwei kleine Reed Relais zur > Bereichsumschaltung. Benötigt werden maximal 100mA. Was willst du mit 100mA? Das ist Starkstrom für diese Anwendung. Wenn man es HALBWEGS gescheit aufbaut, reichen da vielleicht 10-20mA. Und dann reicht auch eine einfache Batterie, sei es 9V Block oder 3,7V LiIon 18650 oder ähnlich. Einfacher und billiger geht es kaum. Und wenn deine Schaltung ein automatischen Power OFF macht, vergißt man auch nicht, sie auszuschalten. > Weiß jemand um Literatur oder Application Notes. Meine Idee ist entweder > den Transformator für eine Flyback Wandler selber bauen und eingießen > oder das Leiterplattenmaterial als Isolator nehmen und per PCB Spule > einen Flyback Wandler bauen. Was meint ihr? Kann man machen, ist aber hier viel zu aufwändig. Es gibt aber auch DC/DC Wandler mit mehr als 1kV Isolationsspannung. Das hatten wir vor ein paar Monanten. https://recom-power.com/en/products/dc-dc-converters/rec-p-RHV2-0505D!sR20.html?5
Falk B. schrieb: > Kann man machen, ist aber hier viel zu aufwändig. Es gibt aber auch > DC/DC Wandler mit mehr als 1kV Isolationsspannung. Das hatten wir vor > ein paar Monanten. > > https://recom-power.com/en/products/dc-dc-converters/rec-p-RHV2-0505D!sR20.html?5 Continuous Working Voltage: 1400Vrms
Martin schrieb: > Continuous Working Voltage: 1400Vrms Ja und? Bist du Anwalt? 1400Vrms (50/60Hz) sind ~2kV Spitze. Geprüft ist das Ding mit 12,5kV AC für 1min und 20kV DC für 1s. Das hält auch 3kV DC problemlos aus, auch wenn es der Hersteller nicht garantiert. Zumal es in dem Aufbau mal sicher nicht tausende Betriebsstunden anhäufen wird. DC ist für die Isolation die leichteste Belastung.
Henrik V. schrieb: > Bei dem dU/dt misst man dann aber eher die Kapazität der Isolation;) Die Strommessung passiert auf der Hochspannungsseite und ist mit speziellen Kabeln an das Messobjekt verbunden. Das habe ich schon rausgesucht. Natürlich haben die auch eine Kapazität daher wird die Messzeit vermutlich höher.
Falk B. schrieb: > Ja und? Bist du Anwalt? 1400Vrms (50/60Hz) sind ~2kV Spitze. Geprüft ist > das Ding mit 12,5kV AC für 1min und 20kV DC für 1s. Das hält auch 3kV DC > problemlos aus, auch wenn es der Hersteller nicht garantiert. Zumal es > in dem Aufbau mal sicher nicht tausende Betriebsstunden anhäufen wird. > DC ist für die Isolation die leichteste Belastung. Ich bin kein Anwalt aber das Ding wird eben doch einige Betriebsstunden anhäufen. Die Spannungsrampe macht das eben nicht mehr zu DC. In Anbetracht der Spannung ist es ohne Garantie vom Hersteller eben nicht akzeptabel.
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Auch wenn das Geschrei jetzt gleich wieder losgehen wird, will ich doch mal diese Lösung ins Spiel bringen: Beitrag "Lineare High-Side-Strommessung mit Optokopplern" Die kann wohl alle deine Anforderungen erfüllen. Strombereich bis runter auf 100nA, Koppelkapazität <1pF, Isolationsspannung >3kV. Im Anhang eine GEMESSENE Kennlinie mit der verlinkten (aber etwas vereinfachten) OPV-Schaltung ohne jede Verschönerung. Die Schaltung geht auch weit unter 1µA, allerdings kann ich da im Moment nicht so sehr genau messen, deswegen habe ich dort abgebrochen. Man kann das mit 2 getrennten Kopplern aufbauen, thermische Kopplung ist nicht nötig, nur dürfen die Koppler nicht von außen unterschiedlich erwärmt werden. Falls die Kennlinie nicht von sich aus gut genug ist, kann man die ja ausmessen und dann Korrekturrechnen.
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Falk B. schrieb: > DC ist für die Isolation die leichteste Belastung. Gleichspannung (DC) ist für viele Isoliermaterialien kritischer als Wechselspannung (AC). Der Grund ist ionische Migration bzw. elektrochemische Wanderung unter dauerhaftem elektrischen Feld.
Martin schrieb: > Ich bin kein Anwalt aber das Ding wird eben doch einige Betriebsstunden > anhäufen. Ja, einige. Wieviel Denn? 1000h? Problemlos. Wenn es um 100k oder mehr geht, wird das VIELLEICHT ein Problem. > Die Spannungsrampe macht das eben nicht mehr zu DC. Du glaubst, 6kV/s sind viel? Dream on! Das ist variable Gleichspannng. Zum Vergleich. Normale Netzspannung mit 230V/50Hz macht im Nulldurchgang
1 | U = Umax * sin (w * t) |
2 | U' = Umax * w * cos (w *t) = 325V *2 * Pi *50Hz * cos( w * t) |
3 | -> dUmax = 102 kV/s |
> In > Anbetracht der Spannung ist es ohne Garantie vom Hersteller eben nicht > akzeptabel. Jaja, die Akademiker in ihrem Labor . . . Selbst wenn deine Isolationsspannung versagen sollte, passiert da fast nix,denn deine Quelle hat keine nennenswerte Leistung bzw. Ausgangsstrom. Vermutlich ist sie, wenn gescheit gebaut, sogar kurzschlußfest mit Strombegrenzung. Das ist ein einfacher Isolationstester, kein 3kV Mittelspannungsanschluß mit MVA Nennleistung. Ich hab da schon GANZ andere Sachen auch mit DEUTLICH höheren Spannungen gebaut und die waren alle sicher, auch ohne notarielle Urkunde.
Falk B. schrieb: > Ja und? Bist du Anwalt Wenn der Anwalt kommt, bist du jedenfalls der Straftäter. https://www.cincon.com/productdownload/Datasheet-EC4AW-H6-series.pdf Selbst die https://de.aliexpress.com/item/1005010238580747.html halten angeblich 4kV durch
Chantalle schrieb: > Gleichspannung (DC) ist für viele Isoliermaterialien kritischer als > Wechselspannung (AC). > Der Grund ist ionische Migration bzw. elektrochemische Wanderung unter > dauerhaftem elektrischen Feld. Jaja, jetzt kommen die Reichsbedenkenträger aus ihren Löchern gekrochen. Das betrifft EINIGE Isolationskonzepte, aber sicher nicht alle. Schon gar nicht, wenn die Isolation nicht 24/7 und Belastung steht, was sie hier eher nicht tut.
Martin schrieb: > Continuous Working Voltage: 1400Vrms Wobei sich die Frage stellt: ist der Einsatz im beschriebenen Fall als "continuos" anzusehen?
Michael B. schrieb: >> Ja und? Bist du Anwalt > > Wenn der Anwalt kommt, bist du jedenfalls der Straftäter. > > https://www.cincon.com/productdownload/Datasheet-EC4AW-H6-series.pdf > > Selbst die > https://de.aliexpress.com/item/1005010238580747.html > halten angeblich 4kV durch Klar, ein 99 Cent Wandler aus China ist da SOOO zuverlässig! MUAHHHHHHHHHHH
Falk B. schrieb: > Ja und? Bist du Anwalt? 1400Vrms (50/60Hz) sind ~2kV Spitze. Geprüft ist > das Ding mit 12,5kV AC für 1min und 20kV DC für 1s. Prüfbedingungen sehen nun einmal vor, dass für kurze Zeit mit einem Vielfachen der Nennspannung getestet wird – in der Annahme, dass im Fehlerfall deutlich höhere Spannungen auftreten können. Wer diese Sicherheitsreserve zweckentfremdet, um einen „Normalbetrieb“ außerhalb der Spezifikation zu ermöglichen, handelt grob fahrlässig und bewegt sich rechtlich auf gefährlichem Terrain. Privat mag man so etwas im Hobbykeller kurzfristig ausprobieren. Beruflich ist das ein absolutes No‑Go – das lernt man im ersten Semester.
Dieter W. schrieb: > Wobei sich die Frage stellt: ist der Einsatz im beschriebenen Fall als > "continuos" anzusehen? Ich würde sagen ja. Man kann die Spannung auch mehrere Sekunden bis Minuten halten für eine Mittlung.
Martin schrieb: > Was meint ihr? Power over Fiber, wenns was kosten darf. DCDC Wandler speist DCDC Wandler speist ... Jeweils mit Symmetrierung über Widerstände, wenns billig und schnell sein soll. Oder selber bauen. Könnte aber ein paar Anläufe brauchen bis du hohe DC Spannungsfestigkeit mit akzeptabler Kopplung in einen Übertrager gegossen hast. Über kapazitive Ladungspumpe könnte man auch nachdenken. Hängt wie immer von Budget und Fähigkeiten ab, welcher Weg der beste ist.
Falk B. schrieb: > Klar, ein 99 Cent Wandler aus China ist da SOOO zuverlässig! Ich kauf lieber ein klug gebautes Massenproduktionsteil aus China, die dank Tibet deutlich höhere Anforderungen an die Isolation haben als der ganze Westen und sonst extra einen Warnaufkleber brauchen dass sie nur unter 2000mNN einsetzbar sind, als ein Teil vom Falk der nachweislich Unsinn plappert. Allerdings hatte ich ja schon darauf hingewiesen (angeblich) dass in dieser Anzeige die Isolationsspannung der Module nicht angegeben ist, die fand ich für solche mal anderswo und jetzt auf die Schnelle nicht wieder.
Chantalle schrieb: > Privat mag man so etwas im Hobbykeller kurzfristig ausprobieren. > Beruflich ist das ein absolutes No‑Go – das lernt man im ersten > Semester. Falsch. Es ist eine Ermessenfrage, ggf. muss man es selbser qualifizieren und das Risiko eingehen. Aber das ist ja für die meisten ein "No-Go", #germanangst. Denn die Meisten würden selbst denn den Wandler nicht nutzen, wenn da Working voltage 2990V draufstehen würde! Juristisch absolutes "No-Go", nicht wahr?
Michael K. schrieb: >> Was meint ihr? > Power over Fiber, wenns was kosten darf. OMG! Für lächerliche 3kV Isolationsspannung? > Könnte aber ein paar Anläufe brauchen bis du hohe DC Spannungsfestigkeit > mit akzeptabler Kopplung in einen Übertrager gegossen hast. Nö. Man nehme den Royer Converter, zwei Halbschalen und Spulen. Dazwischen 1,5mm FR4, das hat ca. 40kV/mm Durchschlagsfestigkeit. Der Koppelfaktor ist unkritisch, kann man kapazitiv kompensieren. Been there, done this, bis 60kV Isolationsspannung ;-)
Martin schrieb: > Es kann bis zu > 3kV ausgegeben werden mit einer Rampe von 3kV/0.5s. Dazu wird ein > Hochspannungs Operationsverstärker benutzt. Es soll aber hier nur > nebensächlich um die Anwendung gehen. > Das Problem vor dem ich stehe ist, dass ich eine +-5V > Spannungsversorgung auf der Hochspannungsseite brauche, die > kontinuierlich 3kV vertragen kann. Ich habe ein sehr ähnliches Problem, 3.5kV DC, seit einigen Jahren mit diesme DCDc Wandler gelöst, und es es funktioniert störungsfreii die ganze Zeit: Daten blatt im Anhang.
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