Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Notwendigkeit von Isolation auf Schaltungen


von Mathias O. (m-obi)


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Morgen,

ich entwickle gerade ein IO-Modul für die Unterverteilung mit RS485 
(Modbus RTU). Versorgungsspannung ist 24V. Nun kann man ja die 
Schnittstellen isolierend planen. Also z.B. für den Bus statt den 
SN65HVD1786, den ISO3088 und für SPI den ADUM1301, da per SPI ein 
SCLT3-8BT8 angeschlossen sein soll.
Für den ISO3088 braucht man ja dannoch ein SN6501 und ein LDO.

Wenn man dann das schon so aufbaut, sollte man dann auch die 24V 
isolieren z.B. mit einem DC-DC-Wandler?

Und macht es dann nicht mehr Sinn, zwei DC-DC-Wandler zu nehmen, den 
einen für den µC und den anderen für den ISO3088 und SCLT3-8BT8?
Oder sollte man die Versorgung vom SCLT3-8BT8 auch von dem ISO3088 
trennen?

Wann sollte man eigentlich generell auf Isolierung setzen und wann 
nicht?

von Christian B. (casandro)


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Das hängt mit von Deinem Erdungskonzept ab, aber RS-485 sollte da auch 
gewisse Potentialdifferenzen ab können.

Isolation ist, mal abgesehen von Sicherheitsaspekten, die Du aber bei 24 
Volt nicht hast, dann sinnvoll, wenn zu große Spannungsdifferenzen 
zwischen Teilen der Gesamtschaltung auftreten, bzw dadurch zu große 
Ausgleichsströme über Signal- oder Masseleitungen fließen.

Häufig kann man sich die Isolation durch ein vernünftiges Massekonzept 
sparen. Sprich es gibt definierte Wege für Ausgleichsströme (z.Bsp. 
Kabelschirm) und in der Regel einen definierten Massepunkt. Isolation 
braucht man da nur dort wo man ein anderes Netz hat, welches ein anderes 
Konzept verfolgt. (wieder: Sicherheitskonzepte können mehr Isolation 
vorsehen)

In Deinem Fall willst du ja vermutlich mehrere Schaltgeräte in 
unterschiedlichen Schaltschränken miteinander verbinden. Die 24 Volt 
kommen ja aus einem Netzteil, dieses bietet Dir, in aller Regel, eine 
gratis Isolation. Baue einfach ein solches Netzteil pro Schaltschrank 
ein, und verbinde die Signalmasse mit der Versorgungsmasse in jedem 
Schaltgerät. Dadurch ist jedes Schaltgerät auf dem gleichen Potential 
und es gibt keine Schleifen in denen Ausgleichsströme fließen könnten. 
Und das bisschen was da ggf. doch noch durch kapazitive Einkopplungen 
bekommst kriegst Du weg in dem Du das ganze Konstrukt an einer Stelle 
erdest und symmetrische Leitungen verwendest, das machst Du aber eh 
schon mit RS-485.

von Mathias O. (m-obi)


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Vielen dank schonmal für die Erklärung.
Für RS485 verwende ich eine geschirmte Leitung. Dort wird auch GND 
mitgeführt in einer Ader. Ist es da auch nicht notwendig wenigstens den 
Bus zu isolieren?

von Bastler (Gast)


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RS485 hat die Moeglichkeit grosse Distanzen zu ueberwinden. Dabei sollte 
man die Moeglichkeit von Potentialunterschieden beruecksichtigen. Wenn 
zB verschiedene (Strom-)Netze per RS485 verbunden werden, und die Erde 
schlecht oder nicht-existent ist.

von Mathias O. (m-obi)


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Also den ISO3088 nehmen und den SCLT3-8BT8 direkt per SPI ran ohne ADUM?

von Christian B. (casandro)


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Mathias O. schrieb:
> Vielen dank schonmal für die Erklärung.
> Für RS485 verwende ich eine geschirmte Leitung. Dort wird auch GND
> mitgeführt in einer Ader. Ist es da auch nicht notwendig wenigstens den
> Bus zu isolieren?

Isolieren tut man immer 2 Dinge voneinander so dass kein Stromkreis für 
Ausgleichsströme entstehen kann. 2 Schaltungen, die nur über eine 
saubere Masseleitung verbunden sind, muss man nicht isolieren, weil es 
ja keine Möglichkeit gibt, wie da irgendein relevanter Ausgleichsstrom 
fließen könnte.

Erst wenn Du beide Schaltungen noch mal getrennt erden musst, und somit 
beide Schaltungen getrennt nochmal mit Erde verbindest, kann es zu 
Ausgleichsströmen kommen, zum Beispiel durch Potentialdifferenzen 
zwischen den Erdungspunkten (z.Bsp. 2 Gebäude, etc).

von Mathias O. (m-obi)


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Ich möchte ja nun auch pro Unterverteilung ein Netzteil verwenden. Dort 
wird ja auch die Masse vom NT verbunden mit der Erde. Also isolier ich 
es am besten.

von MaWin (Gast)


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Mathias O. schrieb:
> Wann sollte man eigentlich generell auf Isolierung setzen und wann
> nicht?

Generell ist Isolierung besser und wertvoller.

Man kann immer aus isolierten E/A's durch einen einfachen Draht eine 
nicht-isolierten machen aber umgekehrt nicht.

Isolierte Verdrahtung erspart Erdschleifen und andere Probleme, sind 
also für den Anwender einfacher aufbaubar und bieten bessere Messwerte.

Nicht-isoliert muss man sich mehr Gedanken machen und bekommt ggf. 
versaute Messsignale.

Wenn ein Kunde in einem System prinzipbedingt eine Isolierung braucht, 
hilft ihm ein Gerät mit einem nicht-isolierten Anschluss nicht weiter, 
er muss dann ein anderes kaufen.

Natürlich sind nicht-isolierte billiger herzustellen und billiger 
anzubieten, so daß man als Kunde nicht zum jeder Kanal von allen 
isoliert greifen wird, wenn das nicht nötig ist.

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