Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Netzspannung via Spannungsteiler + ADC


von Tom (Gast)


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Hallo Leute,

ein Studienkollege plant folgenden Aufbau. Ich bin der Meinung, dass das 
ganze - abgesehen davon, dass keine galvanische Trennung zwischen Netz 
und uC herrscht... - nicht funktioniert.

Er will die Netzspannung samplen und als Kurve aufzeichnen. Schaltung:


Brückengleichrichter am Netz, hinten dran einen Spannungsteiler aus 220 
kOhm und 1,5 kOhm. Die resultierende Spannung will er direkt auf einen 
ADC Eingang des uC (Atmega640) schalten und mit interner Referenz von 
2,56V messen.
Der Atmega wird von einem Schaltnetzteil versorgt.


Meiner Meinung nach gibt es hier doch überhaupt keinen Bezug, den der 
Atmega messen könnte. Soweit ich weiß ist die Gleichstrommasse (getestet 
am PC Netzteil) mit dem Erdleiter verbunden.
Ich habe aber gelesen, dass Erdleiter und Neutralleiter nicht unbedingt 
das selbe Potential aufweisen müssen (z.b. bei Belastung gibt es einige 
Volt differenz - Habe einen beitrag aus der Türkei gelesen mit 5V 
differenz ;))


Also, abgesehen von großer Gefahr weil fehlender galvanischer Trennung. 
Funktioniert das ganze überhaupt?  Ahja, bezüglich negativer Werte: Die 
will er sich über die Stromrichtung (Strom wird auch gemessen via hal 
sensor) holen..


Kostet mich nen halben Kasten wenn das funktioniert^^

von Mosti (Gast)


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Wenn man's richtig macht geht das schon. Mit so einem niederohmige 
Teiler allerdings eher nicht. 220k machen 1mA effektiv... nicht wirklich 
was sich nach galvanisch getrennt anhoert.

Man sollte mit einem Subtrahier OpAmp arbeiten und fuer einen kleinen 
Eingangsstrom schauen. zB mit einem Fet OpAmp. Dann mit 22MOhm arbeiten.
Phase minus Null und auf 2.5V (resp Vcc/2) anheben. Den Gleichrichter 
kann man sich schenken. Dann fliessen ncoh 10uA. Das koennte man schon 
als galvanisch getrennt deklarieren, denn es es ist weit unterhalb der 
Ableitstroeme von Y-Kondensatoren. Dabei sollte man nicht vergessen, 
dass 1206 nicht fuer 300V ausgelegt sind. Eher bedrahtete Widerstaende 
verwenden.

von Harald W. (wilhelms)


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Tom schrieb:

> Soweit ich weiß ist die Gleichstrommasse mit dem Erdleiter verbunden.

Wie kommst Du denn auf die Idee? Wenn Du das machen würdest, kallt
es und Du brauchst einen neuen Gleichrichter.
Gruss
Harald
PS: µCs kann man durchaus problemlos mit der Netzspannung verbinden
un das wird auch in vielen Industriegeräten so gemacht. Man muss
nur darauf achten, das man dessen Ausgänge nicht berühren kann.

von Tom (Gast)


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Meine Frage war eher, ob das geht, ohne einen ADC im differenzverfahren 
zu betreiben? Also direkt mit einem ADC Eingang?

Bezüglich Erde und gleichstrommasse:

Die schwarzen pins eines jeden PC-Netzteils das ich bisher gesehen habe 
sind mit dem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse dann logischerweise mit 
Erde.

von Harald W. (wilhelms)


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Tom schrieb:

> Die schwarzen pins eines jeden PC-Netzteils das ich bisher gesehen habe
> sind mit dem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse dann logischerweise mit
> Erde.

Reden wir jetzt von PC-Netzteilen oder von Gleichrichter direkt
an Netzspannung? Ich denke, Du solltest Deine Schaltung von
irgendwen bauen lasssen, der sich mit den Grundbegriffen der
Elektrotechnik auskennt!
Meint
Harald

von Tom (Gast)


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So,
butter bei die Fische.

Ich hab nun ein Bild der Platine bekommen, weil's anscheinend doch nicht 
so ganz funktioniert :D

Jetzt interessiert uns aber beide, warum das folgendes tut.


Im Bild seht ihr die Platine. IC1 ist ein hal sensor, der tut 
anscheinend schon mal was er soll.

R1 hat 220k Ohm, R2 hat 1,5k Ohm. Die Verbindung zwischen R1 und R2 geht 
auf den Stecker 1, an dem gemessen wird bzw. der ADC angeschlossen 
werden soll.

Ich denke wir sind uns alle einig, dass an diesem Punkt eine pulsierende 
Gleichspannung zwischen 0 und max. etwa 2,2 Volt anliegen sollte.

Wenn ich auf diesen Punkt das Oszi halte (mit 10x Tastkopf) sehe ich 
einen wunderschönen halben Sinus. Allerdings bis 325V ! Das Multimeter 
misst je nach Bezugspunkt auch irgendein Zeug, allerdings nicht das was 
wir dachten...

Einzig folgendes passt: Gleichspannungsabfall an R1 ~ 220v, an R2 ~ 1,5V

Jetzt versteht keiner mehr von uns was...

von Tom (Gast)


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Hallo Harald,

mit der Gleichspannungsmasse meinte ich die Masse vom UC, der aus einem 
PC Schaltnetzteil versorgt wird. Die Masse des Schaltnetzteils ist mit 
Erde verbunden!

Das Gleichrichter (-) ist nicht mit Erde verbunden.

Ich will die Schaltung weder bauen noch anfassen, mich interessiert 
jetzt aber trotzdem warums nicht funktioniert.

von Falk B. (falk)


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@  Tom (Gast)

>Meine Frage war eher, ob das geht, ohne einen ADC im differenzverfahren
>zu betreiben? Also direkt mit einem ADC Eingang?

Ja.

>Bezüglich Erde und gleichstrommasse:

>Die schwarzen pins eines jeden PC-Netzteils das ich bisher gesehen habe
>sind mit dem Gehäuse verbunden. Das Gehäuse dann logischerweise mit
>Erde.

Ja, Und eben deshalb kann man den - Ausgang vom Gleichrichter NICHT mit 
der Masse vom PC verbinden. Mach ne Simulation und staune.

>Im Bild seht ihr die Platine. IC1 ist ein hal sensor, der tut
>anscheinend schon mal was er soll.

Schon mal über das Thema Kriechwege und Leiterbahnabstände 
nachgedacht?

>R1 hat 220k Ohm, R2 hat 1,5k Ohm. Die Verbindung zwischen R1 und R2 geht
>auf den Stecker 1, an dem gemessen wird bzw. der ADC angeschlossen
>werden soll.

>Ich denke wir sind uns alle einig, dass an diesem Punkt eine pulsierende
>Gleichspannung zwischen 0 und max. etwa 2,2 Volt anliegen sollte.

Bezogen auf welchen Punkt? Den Minus vom Gleichrichter? Ja. Masse vom PC 
= PE? NEIN!

>Wenn ich auf diesen Punkt das Oszi halte (mit 10x Tastkopf) sehe ich
>einen wunderschönen halben Sinus. Allerdings bis 325V !

Hat Glück, dass du die Masse vom Tastkopf nicht an den Gleichrichter 
angeschlossen hast, das hätte schön geknallt. ;-)

>Einzig folgendes passt: Gleichspannungsabfall an R1 ~ 220v, an R2 ~ 1,5V

Was auch logisch ist, ihr messt den Effektivwert.

>Jetzt versteht keiner mehr von uns was...

Dann solltet ihr vielleicht noch etwas mehr lernen und vorerst die 
Finger von der Netzspannung lassen.

>Das Gleichrichter (-) ist nicht mit Erde verbunden.

Und womit dann? Es reicht NICHT, einfach nur den Ausgang des 
Spannungsteilers an den ADC anzuschließen. Man braucht ja immer einen 
Massebezug. Den holt ihr euch indirekt über PE, aber leider arg 
hochspannend ;-)

von Tom (Gast)


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Hey Falk,

ich denke du hast meine erste Nachricht nicht gelesen. Mir ging es ja 
gerade darum, dass ich denke, dass es hier keinen (niederohmigen) Bezug 
geben kann und die Messung deshalb so nicht funktionieren wird.

Aber wieso es dann doch gehen sollte:

>>Meine Frage war eher, ob das geht, ohne einen ADC im differenzverfahren
>>zu betreiben? Also direkt mit einem ADC Eingang?

>Ja.


erschließt sich mir nicht. Meiner Meinung nach hat das Minus des 
Gleichrichters nicht unbedingt was mit meiner Gleichstrommasse zu tun 
und deshalb wird der ADC nichts messen können.

von Harald W. (wilhelms)


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Tom schrieb:

> ich denke du hast meine erste Nachricht nicht gelesen. Mir ging es ja
> gerade darum, dass ich denke, dass es hier keinen (niederohmigen) Bezug
> geben kann und die Messung deshalb so nicht funktionieren wird.

Ich denke, Falk und ich haben schon richtig gelesen. Ich glaube
aber eher, das Dir wichtige Grundlagen über Netzmasse und
Funktion eines Gleichrichters fehlen. Nimm einen Trafo 230V/3V
und mach Deine Messungen sekundärseitig. Alles andere ist bei
Deinem Kenntnisstzand zu gefährlich.
Gruss
Harald

von Tom (Gast)


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Ich will doch garnix messen...

Das Board ist von einem Freund. Ich habe gewettet, dass es so NICHT 
funktioniert.

Jetzt interessieren uns aber beide die Hintergründe, warum es eigentlich 
nicht funktioniert, weil doch hier einige meinen, dass es vom Prinzip 
her möglich ist.

Meiner Meinung nach gibt es keinen Bezug der Spannung zur Masse des Uc. 
Zumindest keinen Niederohmigen.
Rein Akademischer Natur wäre ich nun interessiert, wie man genau so 
einen bei der beschrieben Anwendung herstellen könnte. Ich werds in 3 
Jahren mit Msc in E-technik auch noch nicht verstanden haben, wenn ich 
das Problem umschiffe.

von Falk B. (falk)


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@  Tom (Gast)

>ich denke du hast meine erste Nachricht nicht gelesen. Mir ging es ja
>gerade darum, dass ich denke, dass es hier keinen (niederohmigen) Bezug
>geben kann und die Messung deshalb so nicht funktionieren wird.

Das hast du aber nicht wirklich so ausgedrückt.

>>>Meine Frage war eher, ob das geht, ohne einen ADC im differenzverfahren
>>>zu betreiben? Also direkt mit einem ADC Eingang?

>>Ja.


>erschließt sich mir nicht. Meiner Meinung nach hat das Minus des
>Gleichrichters nicht unbedingt was mit meiner Gleichstrommasse zu tun
>und deshalb wird der ADC nichts messen können.

Naja, jeder halbwegs zurechnungsfähige E-Mensch geht implizit, also ohne 
extra Nennung, davon aus, dass dort auch ne Masse mit vorkommt. Du 
denkst und schreibst das Gegengenteil. So wird das nix ;-)

von Falk B. (falk)


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@Tom (Gast)

>Meiner Meinung nach gibt es keinen Bezug der Spannung zur Masse des Uc.
>Zumindest keinen Niederohmigen.

Naja, PE halt. Aber dann ist auch der Gleichrichter nutzlos bzw. wirkt 
nicht so wie gedacht.

>Rein Akademischer Natur wäre ich nun interessiert, wie man genau so
>einen bei der beschrieben Anwendung herstellen könnte.

Über eine Messung per Isolationsverstärker, was praktisch ein Verstärker 
+ Optokoppler ist. Oder einen Differenztasktopf/Messteiler. Oder Trafo. 
Oder einen Spannungsteiler mit drei Widerständen, damit kriegt man 
die negativen Spannungen mit einem Offset in den Griff. Ist aber mit 
Vorsicht zu genießen, weil ohne galvanische Trennung. Dann reicht aber 
der PE-Massebezug.

von Tom (Gast)


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Ihr verwirrt mich ein bisschen... ;)

Mit der Gleichstrommasse ist GND des Mikrocontrollers gemeint. Kommt aus 
einem PC Schaltnetzteil, welches nichts mit dem Brückengleichrichter auf 
dem Board oben zu tun hat.

von Harald W. (wilhelms)


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Tom schrieb:

> Meiner Meinung nach gibt es keinen Bezug der Spannung zur Masse des Uc.

Natürlich muss eine Verbindung zwischen dem Minuspol des µC und dem
Minuspol des Gleichrichters hergestellt werden. Ob Du diese Verbindung
nun "Masse" nennst oder nicht bleibt Dir überlassen. Gleichzeitig
darf dieser Minuspol nicht irgendwie anders mit dem Netz oder dem
SL oder NL verbunden werden. Die Versorgung der Schaltung sollte
galvanisch getrennt oder mit Batterie gemacht werden.
Gruss
Harald

von Marcel V. (antis)


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Tom schrieb:

> Kostet mich nen halben Kasten wenn das funktioniert^^

Wieso wettet man um halbe Kisten???

von Harald W. (wilhelms)


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Marcel V. schrieb:

>> Kostet mich nen halben Kasten wenn das funktioniert^^
>
> Wieso wettet man um halbe Kisten???

Das passt zu den halben Kenntnissen der Elektrotechnik.
Meint
Harald

von Tom (Gast)


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Ich fang gleich ernsthaft das heulen an... Also halbe Kisten, weil der 
Verlierer ohnehin den Rest selbst trinkt... Sie es als eine ganze Kiste 
an, bei der du den Verlierer mit der Hälfte beteiligst... ;)

> Natürlich muss eine Verbindung zwischen dem Minuspol des µC und dem
> Minuspol des Gleichrichters hergestellt werden.

Und genau das denke ich sollte nicht getan werden.

der uc wird von einem PC-Netzteil (Standby power) versorgt, dessen Masse 
mit Erde verbunden ist.
Wenn ich nun die Masse dieses uC auch noch mit dem Minuspol des 
Gleichrichters verbinde...    Nicht gut, oder? ;)

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


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Marcel V. schrieb:
> Tom schrieb:
>
>> Kostet mich nen halben Kasten wenn das funktioniert^^
>
> Wieso wettet man um halbe Kisten???

Weil eine halbe Kiste Bier ganz knappe 10 Kg wiegt und somit per DHL 
noch für "günstige" 6,90 EUR verschickt werden kann?

http://www.dhl.de/de/paket/privatkunden/national/paket.html

von Harald W. (wilhelms)


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Tom schrieb:

> der uc wird von einem PC-Netzteil (Standby power) versorgt, dessen Masse
> mit Erde verbunden ist.
> Wenn ich nun die Masse dieses uC auch noch mit dem Minuspol des
> Gleichrichters verbinde...    Nicht gut, oder? ;)

Wie schon mehrfach gesagt, das klappt nicht.
Gruss
Harald

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