Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Hochspannungsindikator


von Stefan R. (beff89)


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Hallo zusammen ich habe folgendes Problem:

Ich muss mit einer Schaltung erkennen falls 40V oder mehr an einer 
Leitungen anliegt.
Falls 40V oder mehr anliegen soll ein Optokoppler schalten (damit ich 
auf der "Sekundärseite" ein LED anschalten kann)

Die Leitung kann von 0-480V gehen, 0-ca. 40V soll der Okptokoppler noch 
sperren und ab 40V bis 480 V soll er durchsteuern. Das ganze sollte aber 
auch nicht zu viel Verlustleitung erzeugen also möglichst Leistungsfrei 
ansteuerbar.

Habt ihr da ne Idee?

VIelen Dank

von M. K. (sylaina)


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Stefan Rüttimann schrieb:
> Habt ihr da ne Idee?

Spannungsteiler ;)

von Raimund R. (corvuscorax)


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Wenn keine Hilfsspannungen zur Verfügung stehen, dann kommt wohl nur 
eine Z-Diode (von z.B. 36V) in Reihe mit dem Optokoppler in Frage. Um 
die Optokoppler-LED dann nicht zu killen ist noch eine 
Konstantstromquelle (CCS) in Serie dazu notwendig.
Insgesamt würde ich sagen ist das Ganze mit 5...10 Bauteilen (d.h. 
Widerstände und Dioden sowie Transistoren) zu erledigen.

Für die CCS kommen, aufgrund der hohen Betriebsspannung, keine 
BC???-Transistoren mehr in Frage, sondern eher Hochvolt-Typen wie BF???. 
Versuche den LED-Strom des Optokopplers minimal zu halten, damit die CCS 
nicht unnötig Leistung in Wärme umwandeln muss.

von Udo S. (urschmitt)


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Stefan Rüttimann schrieb:
> Das ganze sollte aber auch nicht zu viel Verlustleitung erzeugen
Zahlen, keine Prosa!

Stefan Rüttimann schrieb:
> Falls 40V oder mehr anliegen soll ein Optokoppler schalten (damit ich
> auf der "Sekundärseite" ein LED anschalten kann)
Ein Optokoppler braucht etwas Strom
Wie exakt muss die Schwelle sein. keine Prosa wie "wäre schön" oder 
"sollte" sondern die Grenzwerte.

Gibt es eine zusätzliche Versorgung auf der 0-480V Seite?

von Stefan R. (beff89)


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Udo Schmitt schrieb:
> Stefan Rüttimann schrieb:
>> Das ganze sollte aber auch nicht zu viel Verlustleitung erzeugen
> Zahlen, keine Prosa!
>
> Stefan Rüttimann schrieb:
>> Falls 40V oder mehr anliegen soll ein Optokoppler schalten (damit ich
>> auf der "Sekundärseite" ein LED anschalten kann)
> Ein Optokoppler braucht etwas Strom
> Wie exakt muss die Schwelle sein. keine Prosa wie "wäre schön" oder
> "sollte" sondern die Grenzwerte.
>
> Gibt es eine zusätzliche Versorgung auf der 0-480V Seite?

Auf der 0-480V Seite habe ich keine zusätzliche Versorgung.
Die Optokoppler brauche ich, da die HV Seite Galvanisch getrennt werden 
muss zur LV Seite.
Es sollte zu keinem Zeitpunkt mehr als 10mA auf der 0-480V Seite 
fliessen. (wenn möglich natürlich weniger)
Die Schaltschwelle sollte nicht unter 35V liegen, auf keinen Fall über 
40V. Ab 40 V muss er schalten aber kann auch schon bei 35V.

von Falk B. (falk)


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@  Stefan Rüttimann (beff89)

>Die Optokoppler brauche ich, da die HV Seite Galvanisch getrennt werden
>muss zur LV Seite.
>Es sollte zu keinem Zeitpunkt mehr als 10mA auf der 0-480V Seite
>fliessen. (wenn möglich natürlich weniger)

Dann nimm einen empfindlichen Optokoppler, da gibt es welche mit 
Darlington am Ausgang und 40uA Eingangsstrom. Mit der passenden Z-Diode 
mit 33V oder so kriegt man das hin. GGf. muss man noch ein paar Cs 
srategisch platzieren, damit die Sache nicht zu empfindlich auf 
Störimpulse reagiert. Aber auch mit 1mA Eingangsstrom bekommt man das 
mit einem normalen Optokoppler und Darlington hin. Sind das gerade 
mal 480mW, die da verheizt werden.

Naja, man braucht eine Konstantstromquelle, ein einfacher 
Vorwiderstand dürfte nicht funktionieren. Möglicherweise muss man was 
mit nem TL431 und nem HV-MOSFET machen, das könnte klappen. So ähnlich 
wie hier.

Beitrag "Re: LED's ohne vorwiderstand Oo"

von Stefan M. (derwisch)


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Geht es um Wechsel- oder Gleichspannung?

von Stefan R. (beff89)


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Gleichspannung, sry

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Nimm einen ADUM1200/1201.
Entweder direkt (Vorwiderstand + Spannungsbegrenzung, da nur wenige µA 
Eingangsstrom benötigt werden). Alternativ hast du die Variante, dass 
mit der isolierten Versorgung auf der Testseite eine schöne 
Komparator-Schaltung basteln kannst.

von Klaus (Gast)


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von Stefan R. (beff89)


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Klaus schrieb:
> Beitrag "Re: Optokoppler für 230V"
>
> LND150
>
> Gruss

Also meinst du den LND150 für die Konstantstromquelle zu verwenden?


H.joachim Seifert schrieb:
> Nimm einen ADUM1200/1201.
> Entweder direkt (Vorwiderstand + Spannungsbegrenzung, da nur wenige µA
> Eingangsstrom benötigt werden).

Dachtest du daran den ADUM1200 zu nehmen anstatt eines Optokopplers?
Und da ich zwei Ausgänge habe kann ich dann Sekundärseite einen 
Komparator verwenden? Habe ich dich da richtig Verstanden?

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Ja sicher statt des Optokopplers.
Und du hast eine isolierte Versorgung auf der - ich nenn es jetzt mal 
Primärseite. Also die, auf der du die Spannung detektieren willst. Damit 
kannst du einen Komparator versorgen und dessen Ausgangssignal wird dann 
vom ADUM übertragen. Vorteil: Die Spannungsüberwachung selbst kann sehr 
hochohmig erfolgen und dennoch exakt detektiert werden.

von Stefan R. (beff89)


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H.joachim Seifert schrieb:
> Ja sicher statt des Optokopplers.
> Und du hast eine isolierte Versorgung auf der - ich nenn es jetzt mal
> Primärseite. Also die, auf der du die Spannung detektieren willst. Damit
> kannst du einen Komparator versorgen und dessen Ausgangssignal wird dann
> vom ADUM übertragen. Vorteil: Die Spannungsüberwachung selbst kann sehr
> hochohmig erfolgen und dennoch exakt detektiert werden.

Also soll ich auf der High Voltage Seite einen Komparator nehmen, diesen 
dort Speisen durch herunterskalieren der Versorgungsspannung (da diese 
ja bis 480V geht und der Komparator ja nicht mit 480V gespiesen werden 
kann) und dann noch einen Eingang als Referenz nehmen und mitem zweiten 
Eingang die Versorgungspannung messen (auch herunterskaliert) und den 
Komp ausgang auf den ADUM geben.

Verstehe ich das richtig?

Danke

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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nein.
Teile deine Eingangsspannung z.B. 100:1, die geht auf den Eingang des 
Komparators. Referenz und Versorgung des Komparators kommen aus den 
isolierten 5V des ADUM. Und das Ausgangssignal des Komparators wird mit 
einem Signalkanal des ADUM übertragen.

von Stefan R. (beff89)


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habe gerade gesehen dass man doch die Primär und Sekundär seite des ADUM 
Speisen muss, wie soll das den mit LV gehen? Ich kann ja nicht beide 
Seiten mit LV Speisen weil sonst die Galvanische Trennung nicht mehr 
besteht.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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ok, Fehler von mir, nicht die 12er Serie, sondern 52/62. Die haben auch 
den DC/DC-Wandler mit drin.

von Klugscheißer (Gast)


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Hat nix mit dem Thema zu tun aber Hochspannung beginnt ab 220kV also 
220000V.
Und nicht schon bei 40V, das ist ja fast noch Schutzkleinspannung (25V).

von Stefan R. (beff89)


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H.joachim Seifert schrieb:
> ok, Fehler von mir, nicht die 12er Serie, sondern 52/62. Die haben auch
> den DC/DC-Wandler mit drin.

Aja jetzt macht das ganze einen Sinn :) hatte vorher immer das Problem 
dass nicht alles getrennt war. Danke für den Tipp werde das mal 
aufzeichnen und hier Präsentieren.

Danke

von Tom K. (ez81)


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Hallo zusammen,

Frage an die Analogiker: Könnte das wie im Anhang funktionieren? 
(Mittagspausenidee...)

Idee: TR1 (ein simpler Impulsübertrager) ist Teil eines LC-Oszillators, 
dessen Wechselspannung rechts gleichgerichtet und gemessen wird. Liegt 
links reichlich Spannung an, schaltet Q1 durch und schließt die 
Sekundärseite kurz, die Streuinduktivität reicht hoffentlich nicht mehr, 
um die Schwingung aufrecht zu erhalten => keine Spannung an R6.

von Stefan R. (beff89)


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Würde die Schaltung so in dieser Art aussehen? Sollte so gehen oder?

Als Referenzspannung habe ich mir einen Shunt-Regulator wie z.B. der 
LMV431 gedacht, damit diese ziemlich genau eingestellt werden kann. Der 
Ausgang sollte nun also auf 0V gehen wenn eine Spannung von 40V oder 
mehr anliegt an HV.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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im Prinzip ja.
Masse HV und Gnd2 müssen noch verbunden werden
Dimensionierung für den 431 sieht mir komisch aus mit den 2x100R, hab 
ich aber nicht nachgeschaut.
Sehr viele Komparatoren haben einen OC-Ausgang - falls deiner auch, muss 
noch ein pullup an den Ausgang.
Als letztes: vielleicht noch ne kleine Hysterese einbauen.

von Stefan R. (beff89)


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H.joachim Seifert schrieb:
> im Prinzip ja.
> Masse HV und Gnd2 müssen noch verbunden werden
> Dimensionierung für den 431 sieht mir komisch aus mit den 2x100R, hab
> ich aber nicht nachgeschaut.
> Sehr viele Komparatoren haben einen OC-Ausgang - falls deiner auch, muss
> noch ein pullup an den Ausgang.
> Als letztes: vielleicht noch ne kleine Hysterese einbauen.


Ahja danke die GND habe ich vergessen zu verbinden, danke.

Die Dimensionierung für den 431 habe ich noch nicht gemacht. Hysterese 
brauche ich eigentlich keine da die Spannung nie um die 40V herum 
schwanken wird.

Danke

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Mit dem 431 wird das nichts, der kann keine Referenz unterhalb Vref.
Oder einen Spannungsteiler nachschalten. Na gut, irgendwoher wirst du 
die 40mV schon bekommen :-)
Du kannst auch den Teiler anders auslegen, um eine höhere 
Eingangsspannung zu bekommen. Dann natürlich zus. mit Z-Diode begrenzen, 
also parallel zum unteren Teilerwiderstand. Schaltpunkt z.B. 400mV (da 
gibts nette Komparatoren von LT, die haben diese Referenz schon drin), 
Z-Diode 3,6V als Begrenzer.

von Stefan R. (beff89)


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Wäre natürlich gut wenn die Referenz schon im Komparator wäre dann 
könnte ich mir die Beschaltung der Referenz sparen :)

Warum eine Z-Diode? Ich kann ja die 40V mit 1:100 Unterteilen dann habe 
ich am unterem WIderstand die 400mV bei 40V.
Meinst du falls die Spannung auf 480V geht damit ich dann nicht 4.8V am 
Eingang habe des Komparators? Hält der das nicht aus?

von Stefan R. (beff89)


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Ich musste die Schaltung noch anpassen da der ADUM5200 bei unseren 
Händler nicht bestellbar ist. würde es so auch gehen? Ich bin nicht 
sicher ob ich beim ADUM1200 die zwei Versorgungsspannungen zusammen 
führen darf, sollte aber kein Problem sein oder?

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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So kannst du dir den ganzen Kram sparen und gleich mit dem 
Komparatorsignal raus gehen, das erfüllt nicht die ursprüngliche 
Anforderung galv. Trennung.

von Stefan R. (beff89)


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H.joachim Seifert schrieb:
> So kannst du dir den ganzen Kram sparen und gleich mit dem
> Komparatorsignal raus gehen, das erfüllt nicht die ursprüngliche
> Anforderung galv. Trennung.

Nicht? Die Versorgungsspannung des Komparators ist durch den DC/DC 
Wandler zur 12V Versorgung galvanisch getrennt und der Ausgang des 
Komparators ist durch den ADUM 1200 zur LV Seite galvanisch getrennt.
Übersehe ich da was?

von Heinz (Gast)


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@Stefan: Setzen, sechs! Sowas zu posten ist echt gefährlich

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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R1 durchgeschlagen -> Komparator durch -> 400V an V1 -> 400V an Out.
Was du machen könntest: den DC/DC-Wandler benutzen, um die 
Hochspannungsseite zu versorgen. Vorausgesetzt, der hat ausreichend hohe 
zul Spannung.

von Stefan R. (beff89)


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Heinz schrieb:
> @Stefan: Setzen, sechs! Sowas zu posten ist echt gefährlich

Ahhh verdammt, habe meinen Überlegungsfehler gesehen. Doing! bin ich 
blöd :)

Sry für das...

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Und wenn du einen extra DC/DC-Wandler nimmst, brauchst du den ADUM auch 
überhaupt nicht, dann kannst du tatsächlich Komparator und x-beliebigen 
Optokoppler benutzen. Der Charme bestand ja gerade darin, dass der 5200 
Signal und Speisung isoliert.

von Stefan R. (beff89)


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H.joachim Seifert schrieb:
> Und wenn du einen extra DC/DC-Wandler nimmst, brauchst du den ADUM auch
> überhaupt nicht, dann kannst du tatsächlich Komparator und x-beliebigen
> Optokoppler benutzen. Der Charme bestand ja gerade darin, dass der 5200
> Signal und Speisung isoliert.

Richtig, ich werde mal versuchen dass ich irgendwo einen ADUM5200 her 
bekomme. ;)

von Stefan R. (beff89)


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Habe einen gefunden..
werde in den nächsten Tagen ein Schema mit den richtigen Werten posten.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Und noch mal geschaut: gerade der 5200 geht nicht.
Du brauchst ja die Datenübertragung von der isolierten zur 
nichtisolierten. Also 5201 (beide Richtungen je einen Kanal) oder 5202 
(2 Kanäle von der isolierten zur nicht isolierten Seite).

von Stefan R. (beff89)


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H.joachim Seifert schrieb:
> Und noch mal geschaut: gerade der 5200 geht nicht.
> Du brauchst ja die Datenübertragung von der isolierten zur
> nichtisolierten. Also 5201 (beide Richtungen je einen Kanal) oder 5202
> (2 Kanäle von der isolierten zur nicht isolierten Seite).

Habe ich auch gesehen ;) aber danke für die Info.

von Stefan R. (beff89)


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So habe jetzt mal die Schaltung im Altium gezeichnet mit den Werten die 
ich Einsetzen würde. Als Komparator habe ich einen LT6703 gewählt.

Hoffe das funktioniert so...

von Stefan R. (beff89)


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Also der Ausgang soll bei HV > 40V == '0' werden, also gegen GND 
schliessen.

von H.Joachim S. (crazyhorse)


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Das sieht doch gut aus.
100nF solltest du IC2 noch spendieren, R1 würde ich deutlich kleiner 
machen (22k, bist ja nicht darauf angewiesen, das letzte µA zu sparen). 
Ne Hysterese ist mit dem LT6703 nun auch drin (es gibt sonst gerne 
Schwingungen exakt am Umschaltpunkt).

Als letztes: das Gesamtschutzkonzept betrachten. Du hast zwar erst mal 
ausreichende Trennspannung, aber das heisst nichts, man muss auch für 
den Fehlerfall vorsorgen.
Also für den worst-case-Störfall: R2 durchgeschlagen, IC1 
durchgeschlagen.
Gerade bei R2 sollte/muss man auf die 
Bauform/Technologie/Spannungsfestigkeit achten, einen SMD- oder 0207 
würde ich da nicht nehmen. Wird wohl auf einen Massewiderstand 
hinauslaufen. Evtl. auch in 2 Teilwiderständen, in Reihe noch ne 
Sicherung und parallel zu R3 ne TVS-Diode. Schutzerdung oder 
Schutzisolierung auf der Empfängerseite. Da mach dich mal extra schlau, 
das ist nicht mein Gebiet. Blöd wäre es jedenfalls, wenn einer tot 
umfällt.

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