ADC Eingang ADS1115 zerstört

[L. N. (derneumann)]

Habe mir vermutlich mit einem fetten 12V/3A Lüfter von Sunon (15k rpm) 
den Sense Eingang meines Eigenbau Labornetzteils gegrillt. Screenshot 
des Sense Eingangs anbei (IC19 ist ein ADS1115, nicht ADS1015). Messung 
wird im differential mode gemacht.

Wie komme ich drauf, dass der ADC Eingang hin ist? Nun ja, er ist gegen 
VCC niedrigohmig und der ADC lieferte über den Pin direkt so an die 60mA 
und hat dabei scheinbar den T10 und auch den IC11 ein wenig mitgenommen. 
Ich nehme an, seine integrierte Klemmdiode wurde durch die induzierte 
Spannung des Lüfters durchgeschossen.

Meine größte Vermutung ist, dass hier einfach die Freilaufdiode fehlt. 
Am Netzteilausgang habe ich so eine Diode drauf, wenn allerdings das 
Relais den Ausgang trennt, hängt der sich noch drehende Lüfter direkt am 
Sense Eingang und die Freilaufdiode ist nicht verbunden -> Brzzzz.

Abgesehen von einer zweiten Freilaufdiode am Sense Pinheader habe ich 
mir Gedanken gemacht, wie ich den Sense Eingang denn noch schützen 
könnte. Denn jedes mal Grillen kostet gleich mal locker 10€.

Wie wäre es mit Klemmdioden nach dem Spannungsteiler, am Pin 3 des OPVs? 
Ich würde hier auf 3.3V clampen (die habe ich im Layout in der Nähe), 
dann würde der OPV mit T10 nie mehr als 3.3V + Vf der Klemmdioden 
ausgeben, das sollte mit Erhöhung von R39 auf sagen wir 1-2 kOhm den ADC 
Eingang ausreichend schützen (der selbst auch noch Klemmdioden 
integriert hat), oder?

Angenommen das passt so, was würde ich dann mit SENSE_GND machen?

SENSE_GND hängt direkt am ADC Pin 5 und wenn da ein Lüfter oder eine 
Spule negative Spannung von 100V reinpfeift, hat es sich mit dem ADC, 
vermute ich mal.

Wogegen würde ich hier klemmen bzw. wie würde man diesen Pin schützen?

Danke euch :-)

PS: Das Projekt ist Open Source, d.h. ich sauge hier nicht Wissen ab, 
ohne etwas zurück zu geben :-)
https://github.com/mamama1/LabPSU_Darlington

[Teo D. (teoderix)]

L. N. schrieb:
> PS: Das Projekt ist Open Source, d.h. ich sauge hier nicht Wissen ab,
> ohne etwas zurück zu geben :-)

Solange hier nicht nur aus Faulheit gefragt wird, ist denke ich alles 
OK. Selbst wenn du damit letztendlich Millionen verdienst. :)

Ich würd zuerst mal die Freilaufdiode and die Quelle, also an den 
Lüfter setzen. Wer weis wo sonnst der Strom durchgedrückt wird, bevor er 
am NT seinen Rückweg findet.... VÖLLIG sinnlos (für die Schaltung, NT?) 
an dem Platz!
Wenn schon ne Klemm-Diode an Sense, dann doch gleich zwei!

[L. N. (derneumann)]

Teo D. schrieb:
> Solange hier nicht nur aus Faulheit gefragt wird, ist denke ich alles
> OK. Selbst wenn du damit letztendlich Millionen verdienst. :)

Nein hier geht's tatsächlich um fehlendes Wissen und dass ich die 
Informationen die ich im Internet so finde nicht nach Brauch- oder 
Anwendbarkeit filtern kann (ebenfalls aufgrund von fehlendem Wissen) :-)

Teo D. schrieb:
> Ich würd zuerst mal die Freilaufdiode and die Quelle, also an den
> Lüfter setzen.

Der Lüfter war nur eine Testlast für das Netzteil, nicht der interne 
Lüfter der den Leistungstransistor kühlt. D.h. ich müsst eine 
Freilaufdiode an den Sense Eingang setzen, um diesen zu schützen, falls 
eine Spannungsinduzierende Last dort dranhängt - richtig?

Am Lüfter macht ja wenig Sinn in dem Fall, ich möchte den Schutz ja im 
Netzteil integriert haben und nicht an jede potenziell schädliche Last 
eine Freilaufdiode dranhängen... Zumindest ist so mein Verständnis von 
der Sache?

Teo D. schrieb:
> VÖLLIG sinnlos (für die Schaltung, NT?)
> an dem Platz!

Was meinst du hier genau? Was ist sinnlos?

Teo D. schrieb:
> Wenn schon ne Klemm-Diode an Sense, dann doch gleich zwei!

Ja, nach dem Spannungsteiler, einmal gegen 3.3V und einmal gegen GND, 
oder?
Würdest du das eher vor dem Spannungsteiler machen?

[Teo D. (teoderix)]

L. N. schrieb:
> Am Lüfter macht ja wenig Sinn in dem Fall, ich möchte den Schutz ja im
> Netzteil integriert haben und nicht an jede potenziell schädliche Last
> eine Freilaufdiode dranhängen... Zumindest ist so mein Verständnis von
> der Sache?

Ja.. ähh, Sorry. Das mit dem Selbstbau NT ging bei mir unter. :/

L. N. schrieb:
> Ja, nach dem Spannungsteiler, einmal gegen 3.3V und einmal gegen GND,
> oder?
> Würdest du das eher vor dem Spannungsteiler machen?

Eher danach..?

L. N. schrieb:
> wenn allerdings das
> Relais den Ausgang trennt,

Sicher Zweipolig?! Ich frag mich grade, wie da überhaupt was 
nennenswertes reinkommen soll? Ich glaube das Problem liegt eher intern. 
Mal ausprobieren, obs bei reiner Ohmscher-Last, OHNE ADC, auch was zu 
messen gibt!?

[L. N. (derneumann)]

Teo D. schrieb:
> Eher danach..?

Gut, dazu hätte ich auch tendiert. Im EEVBlog Forum wurde mir aber 
wieder gesagt, dass das problematisch sein kann, weil kleine Leckströme 
hier schon eine Rolle spielen... Mir wurde dort geraten, direkt an der 
Basis von T10 eine z.B. 2,7V Zener Diode reinzuhängen. Viel mehr als 
1,6V müssen nicht in Richtung des ADC fließen, da das Netzteil maximal 
16V ausgibt und ich da ja einen 1:10 Spannungsteiler drin hab.

Was hältst du von dieser Zener Dioden Lösung?

Teo D. schrieb:
> Sicher Zweipolig?! Ich frag mich grade, wie da überhaupt was
> nennenswertes reinkommen soll? Ich glaube das Problem liegt eher intern.
> Mal ausprobieren, obs bei reiner Ohmscher-Last, OHNE ADC, auch was zu
> messen gibt!?

Ja, es werden positive und negative Leitung von den Buchsen zur 
Netzteilplatine getrennt. Allerdings sind die Sense Leitungen ja noch 
mit den Ausgangsbuchsen verbunden (extern, über die Last, in dem Fall 
ein Lüfter) und die Sense Leitungen werden intern nicht getrennt, hängen 
also noch am ADC dran. Somit entlädt sich der Lüfter wunderbar in den 
ADC hinein, mit seinen 15.000 Umdrehungen/Minute.

Diesen Netzteil Aufbau gibts jetzt schon eine ganze Weile, mit ohmschen 
Lasten hatte ich nie irgendwelche Probleme. Kaum hatte ich diesen fetten 
Lüfter dran, war der ADC im Eimer...

Warum ohne ADC, was würde das bezwecken? Was würdest du messen?

[L. N. (derneumann)]

Wie wäre es hiermit? Die geänderten Teile sind rot eingekringelt...

[L. N. (derneumann)]

OK, noch eine Version, nachdem ich viel recherchiert und gelesen habe...
Hier mal meine Annahmen und Erkenntnisse, bitte korrigiert mich, wo ich 
falsch liege. Ich bin mir sicher, es sind Fehler/Fehlannahmen dabei.

- Der Sense Eingang hat nun eine Freilaufdiode, welche den gleichen 
Zweck erfüllt wie die Freilaufdiode am Leistungsausgang des Netzteils. 
Entladen von induktiven Lasten wie z.B. Spulen oder Motoren.

Bei mir ist es aktuell noch so, dass wenn das Ausgangsrelais getrennt 
wird, die Sense Eingänge verbunden bleiben und zwar direkt mit dem ADC 
(bei Ground) und über den Spannungsteiler, OPV und Transistor mit der 
positiven Leitung. Bisher ohne Freilaufdiode. D.h. wenn man einen Lüfter 
abschaltet indem man den Ausgang mit dem Relais trennt, entlädt sich 
dieser geradewegs in den ADC.
Wie ist das bei kommerziellen Netzteilen, wird da der Sense Eingang 
gleichzeitig mit dem Lastausgang getrennt oder bleibt dieser da auch 
verbunden wie bei mir?

- Der OPA2197 hat integrierte Klemmdioden laut Datenblatt und mit dem 
R14 von 90.9kOhm sollte hier kaum ein schädlicher Strom fließen 
können..?

- Da der OP2197 15V Versorgungsspannung hat, könnte die Spannung vor dem 
Spannungsteiler bis zu 150V betragen, ohne dass der OPV Schaden nimmt(?)

- Der OP2197 würde in diesem Fehlerfall (150V vor dem Spannungsteiler, 
z.B. wegen sich entladender Spule oder Motor) 15V am Ausgang ausgeben, 
was die Zener Diode ZD1 auf 2,7V begrenzen würde. Da der T10 ohnehin mit 
dem Kollektor nur an 3.3V hängt, könnte hier sowieso auch keine höhere 
Spannung als 3.3V fließen (stimmt das, oder würde die Basis-Emitter 
Strecke 15V ausgeben, sollte die Zener Diode z.B. durchbrennen?).

- Der Widerstand R39 würde zusätzlich den Strom in den ADC limitieren, 
welcher selbst ja auch noch Klemmdioden integriert hat, somit sollte da 
auch in einem gröberen Fehlerfall nichts passieren...?

- SENSE_GND hat einen Widerstand in Serie (R27) welcher den Strom für 
ZD3 und den ADC begrenzt und mit C46 gleich einen RC Filter bildet. ZD3 
klemmt auf 2,7V und sollte meiner Meinung nach auch gegen Ground 
klemmen, wenn die induzierte Spannung negativ genug ist?

Ich nehme an, ZD1 braucht auch einen Vorwiderstand, denn selbst wenn sie 
für die Ausgangsleistung des OPA2197 dimensioniert wäre, wäre das doch 
für den OPA2197 nicht gut, oder?

Danke!

[Achim S. (Gast)]

L. N. schrieb:
> Der Sense Eingang hat nun eine Freilaufdiode, welche den gleichen
> Zweck erfüllt wie die Freilaufdiode am Leistungsausgang des Netzteils.

Die schützt dich vor negativen Spannung am Eingang. Eine positive 
Überspannung würde sie nicht verhindern. Außerdem ist der Typ der Diode 
nicht angegeben: ist sie denn kräftig genug, den Strom im Freilauffall 
zu tragen?

Ansonsten muss ich sagen: es ist sehr unwahrscheinlich, dass 
tatsächlich eine Fehlspannung an sense deinen ADC-Eingang zerstört hat. 
Die müsste nämlich erst mal über R14, der mit 100kOhm eine wirksame 
Strombegrenzung darstellt. Und dann über IC11A und T10 zum ADC 
durchschlagen. Oder meinst du, dass evtl. der Eingang deiner Schaltung 
(also des OP2197) defekt ist, nicht der Eingang deines ADCs?

Wie auch immer: ich kann keinerlei Grund erkennen, dem OPV noch eine 
Transistorstufe nachzuschalten um den ADC-Eingang zu treiben. Das ist 
nur eine Quelle für mögliches Fehlverhalten. Woher hast die diese 
Schaltungsidee?

Und für mich sieht das Konzept deiner "Massen" viel eher als möglicher 
Grund für die ADC-Zerstörung aus. Denn Sense-GND geht direkt auf den ADC 
(ohne echte Schutzschaltungen) und kann offenbar einen anderen Wert 
haben als das AGND deines ADCs. Was liegt extern an Sense-GND an, wie 
wird der Bezug zwischen Sense-GND und AGND hergestellt? Nur über die 
Zenerdiode?

[L. N. (derneumann)]

Achim S. schrieb:
> Die schützt dich vor negativen Spannung am Eingang. Eine positive
> Überspannung würde sie nicht verhindern. Außerdem ist der Typ der Diode
> nicht angegeben: ist sie denn kräftig genug, den Strom im Freilauffall
> zu tragen?

Das tun wohl alle Freilaufdioden. Wie beschrieben, war meine Hoffnung 
dass positive Überspannung durch den großen Spannungsteiler und die 
internen Dioden des OPV keinen Schaden anrichten kann.
Der Typ der Freilaufdiode ist wohl angegeben: CGRB307-G.

Achim S. schrieb:
> Ansonsten muss ich sagen: es ist sehr unwahrscheinlich, dass
> tatsächlich eine Fehlspannung an sense deinen ADC-Eingang zerstört hat.

Warum, später schreibst du doch selbst, dass GND ungeschützt ist? 
Abgesehen davon ist der ADC Eingang niedrigohmig gegen VCC. Ich würde 
sagen, der ist hinüber.

Achim S. schrieb:
> Oder meinst du, dass evtl. der Eingang deiner Schaltung
> (also des OP2197) defekt ist, nicht der Eingang deines ADCs?

Nein, ich meinte schon den ADC...

Achim S. schrieb:
> Wie auch immer: ich kann keinerlei Grund erkennen, dem OPV noch eine
> Transistorstufe nachzuschalten um den ADC-Eingang zu treiben. Das ist
> nur eine Quelle für mögliches Fehlverhalten. Woher hast die diese
> Schaltungsidee?

Der Transistor fügt für den OPV einen Offset hinzu, sodass dieser ohne 
negative Versorgungsspannung problemlos 0 mV ausgeben kann.
Diese Schaltungsidee kommt von einem hilfsbereiten Zeitgenossen hier aus 
dem Forum und funktioniert schon seit ein paar Platinenrevisionen sehr 
gut.

Achim S. schrieb:
> Und für mich sieht das Konzept deiner "Massen" viel eher als möglicher
> Grund für die ADC-Zerstörung aus. Denn Sense-GND geht direkt auf den ADC
> (ohne echte Schutzschaltungen) und kann offenbar einen anderen Wert
> haben als das AGND deines ADCs. Was liegt extern an Sense-GND an, wie
> wird der Bezug zwischen Sense-GND und AGND hergestellt? Nur über die
> Zenerdiode?

Sense-GND ist natürlich getrennt von GND und wird erst an der Last mit 
den Sense Leitungen verbunden, sonst würde die ganze Sense Leitung doch 
keinen Sinn machen?!
Die Zener Diode ZD3 soll ja im Normalfall gar nicht leiten sondern nur, 
wenn eine Überspannung anliegt. Oder wenn eine negative Spannung 
anliegt, die niedrig genug ist, dass ZD3 ebenfalls zu leiten beginnt. 
Üblicherweise sollten hier 0V anliegen, da das Netzteil keine negativen 
Spannungen ausgeben kann.

Ein Denkfehler ist mir jedenfalls aufgefallen, anbei ein Screenshot wo 
die Änderungen markiert sind. Die Diode D5 wird natürlich gegen Masse 
der Last geschalten und nicht gegen den ADC Eingang hinter der Zener 
Diode ZD3 und R27.

[Achim S. (Gast)]

L. N. schrieb:
> Wie beschrieben, war meine Hoffnung
> dass positive Überspannung durch den großen Spannungsteiler und die
> internen Dioden des OPV keinen Schaden anrichten kann.

Das funktioniert. Und zwar sowohl für positive als auch für negative 
Spannungen an sense.

L. N. schrieb:
> Achim S. schrieb:
>> Ansonsten muss ich sagen: es ist sehr unwahrscheinlich, dass
>> tatsächlich eine Fehlspannung an sense deinen ADC-Eingang zerstört hat.
>
> Warum, später schreibst du doch selbst, dass GND ungeschützt ist?

Eben: das Signal sense ist schon in deiner ersten Schaltung sehr gut 
geschützt - über die 90kOhm + OPV + Transistor geht der ADC-Eingang 
nicht kaputt. Außer falls deine Transistorschaltung selbst ihn killt, 
was sie bei 15V am Kollektor durchaus schaffen kann.

Aber sense_gnd ist völlig ungeschützt und es ist aus deinem 
Schaltplan-Schnippsel nicht ersichtlich, was dort von extern anliegt. 
Weitere Schutzschaltungen für sense sind also erstmal unnötig, eine 
Klärung der Masseführung wäre sehr dringend empfohlen.

L. N. schrieb:
> Sense-GND ist natürlich getrennt von GND und wird erst an der Last mit
> den Sense Leitungen verbunden, sonst würde die ganze Sense Leitung doch
> keinen Sinn machen?!

Die Tatsache, dass in deinem Netzteil Bauteile durchbrennen, sobald es 
belastet wird, könnte ja auch als Hinweis gewertet werden, dass du keine 
sinnvolle Verbindung hast.

Ich habe mir jetzt mal deinen vollständigen Schaltplan auf github 
angeschaut. Dort kann man mehr erkennen als aus dem 
Schaltplanschnippsel, das du bisher hier gezeigt hast.

Wenn ich es richtig sehe, hast du folgende verschiedene Massenetze:
PVSS, ein Massenetz ohne weitere Bezeichnung, AGND, GND_out_con und 
sense_gnd. Ich sehe deinem Schaltplan nicht an, ob/wie die sinnvoll 
miteinander verbunden sind. Evtl. fließt dein gesamter Laststrom über 
den ADC-Eingang - da wäre es dann kein Wunder, wenn er durchbrennt.

Laut vollständigem Schaltplan schaltest du den Minuspol der Last per 
Relais mit AGND zusammen (das wäre die eigentliche Antwort auf meine 
Frage nach der Verbindung von AGND und Sense_GND gewesen). Dann jetzt 
die Ergänzungsfrage: auf welchem Weg fließt der Laststrom nach PVSS 
zurück? Wie sind PVSS und AGND verbunden?

[Achim S. (Gast)]

Noch ein Post Skriptum:

Achim S. schrieb:
> Evtl. fließt dein gesamter Laststrom über
> den ADC-Eingang - da wäre es dann kein Wunder, wenn er durchbrennt.

Falls die beiden Kontakte deines Relais nicht exakt gleichzeitig 
schalten (wenn +V_Adj etwas früher eingeschaltet wird bzw. GND_out_con 
etwas früher abgeschaltet wird) dann wird der Laststrom in deiner ersten 
Schaltungsvariante - zumindest kurzzeitig - tatsächlich über den 
ADC-Eingang fließen müssen.

[L. N. (derneumann)]

Erstmal danke, dass du dir die Mühe gemacht hast, diese 
Schaltplankatastrophe durchzusehen. Ich wusste nicht, wie P_VSS und AGND 
in Eagle zu verbinden sind (ohne einem Bauteil wie einer Drahtbrücke, 
o.ä.), daher habe ich diese einfach mit einem Polygon verbunden und die 
Overlap Warnung von Eagle dann "gebilligt".

Dieses Polygon befindet sich im angehängten Screenshot im markierten 
Bereich.

Im Prinzip ist der Aufbau so:

Last-Plus-Pol --- +Ausgangsklemme -- Relais -- V_ADJ
              |
              |-- +Sense Eingang --- 
Spannungsteiler->OPV->Transistor->ADC-Eingang

Last-Minus-Pol -- -Ausgangsklemme -- Relais -- AGND
               |
               |-- -Sense Eingang --- ADC-Eingang

Das Relais ist ein G2R-2-DC12 
(https://www.mouser.at/datasheet/2/307/en-g2r-15525.pdf), kann es da 
wirklich sein, dass die Pole nicht gleichzeitig schalten?

Würde die Zener Diode ZD3 mit R27 keinen ausreichenden Schutz bieten und 
wenn nicht, wie könnte ich den Eingang besser schützen? Wohlgemerkt, 
wenn es geht, ohne negativer Versorgungsspannung.

[L. N. (derneumann)]

Achim S. schrieb:
> dann wird der Laststrom in deiner ersten
> Schaltungsvariante - zumindest kurzzeitig - tatsächlich über den
> ADC-Eingang fließen müssen.

Wieso eigentlich? Der ADC Pin 5 ist doch äußerst hochohmig und hat gar 
keinen Pfad in Richtung Masse, oder? Mal abgesehen von der internen 
Diode in Richtung Masse, wenn diese durchbricht. Wieso sollte hier Strom 
fließen?

Edit: Ich hoffe wirklich, dass ich das in den Griff bekomme, m.E. wäre 
es sehr schade um das Projekt. Die erreichte Präzision, die ich mit 
meinem Equipment messen konnte, war wirklich sehr gut. Die eingestellte 
Spannung hat auf beiden ADCs und am externen Multimeter (121GW) aufs 
Millivolt genau gestimmt. Und das, ohne in Software irgendwas 
wegkalibrieren zu müssen und über die gesamte Range von 10mV bis 16V.

[Achim S. (Gast)]

L. N. schrieb:
> Ich wusste nicht, wie P_VSS und AGND
> in Eagle zu verbinden sind (ohne einem Bauteil wie einer Drahtbrücke,
> o.ä.), daher habe ich diese einfach mit einem Polygon verbunden und die
> Overlap Warnung von Eagle dann "gebilligt".

D.h. die Massefläche auf bottom im oberen Teil deines Layouts ist 
gleichzeitig PVSS und AGND und GND?

L. N. schrieb:
> Wieso eigentlich? Der ADC Pin 5 ist doch äußerst hochohmig und hat gar
> keinen Pfad in Richtung Masse, oder?

Wenn die Last mit einem Ende noch auf 12V hängt und mit dem anderen Ende 
nur an sense_gnd, dann sieht der ADC-Eingang 12V (bei induktiven Lasten 
gerne auch mehr). Und bei der Spannung ist er ganz schnell nicht mehr 
hochohmig und der Strom findet sehr wohl seinen Weg durch den 
ADC-Eingang nach Masse.

L. N. schrieb:
> Das Relais ist ein G2R-2-DC12
> (https://www.mouser.at/datasheet/2/307/en-g2r-15525.pdf), kann es da
> wirklich sein, dass die Pole nicht gleichzeitig schalten?

Wie exakt gleichzeitig muss denn z.B. das Kontaktprellen beim 
Einschalten stattfinden, damit der ADC es überlebt? Wie viele µs willst 
du den Laststrom und die Überspannung deinem ADC-Eigang zumuten?

L. N. schrieb:
> Würde die Zener Diode ZD3 mit R27 keinen ausreichenden Schutz bieten und
> wenn nicht,

Nichst für ungut, aber dein Schaltung wird immer "verwurstelter". Und 
die Genauigkeit deines ADCs wird durch die völlig unterschiedliche 
Quellimpedanz auf den beiden differentiellen Eingängen des ADCs sicher 
nicht verbessert.

Aber ja: mit dem "Vorwiderstand" von 2k2 und der Zenerdiode wird die 
Belastung deines ADC-Eingangs deutlich besser begrenzt. Anstelle der 
Zener-Diode würden es auch zwei antiparallele Si-Dioden tun (denn der 
Potentialunterschied zwischen sense_gnd und AGND sollte ja hoffentlich 
nicht all zu hoch werden).

L. N. schrieb:
> Die erreichte Präzision, die ich mit
> meinem Equipment messen konnte, war wirklich sehr gut. Die eingestellte
> Spannung hat auf beiden ADCs und am externen Multimeter (121GW) aufs
> Millivolt genau gestimmt.

Und wie viel Spannungsabfall hast du dabei auf der GND-Leitung 
rausgemessen und weggeregelt? Denn wenn da bisher nichts war, dann 
spielt der ADC für die Genauigkeit deiner Regelung keine Rolle. Und bei 
schnellen Lastwechseln kann die digitale Nachregelung der Sense-Leitung 
bei deiner asymmetrischen Behandlung des differentiellen Eingangssignals 
evtl. eher Fehler erzeugen als Fehler wegzuregeln.

[L. N. (derneumann)]

Achim S. schrieb:
> D.h. die Massefläche auf bottom im oberen Teil deines Layouts ist
> gleichzeitig PVSS und AGND und GND?

Ja, alle Masseflächen sind nach links zum Eingang und den großen 
Siebelkos verbunden.

Achim S. schrieb:
> findet sehr wohl seinen Weg durch den
> ADC-Eingang nach Masse.

Ok, das will ich natürlich nicht und bin absolut offen für Vorschläge 
wie der Schutz verbessert werden kann.

Achim S. schrieb:
> Wie viele µs willst
> du den Laststrom und die Überspannung deinem ADC-Eigang zumuten?

Am besten gar nicht. Ich muss zugeben, dass ich das überhaupt nicht am 
Schirm hatte.

Achim S. schrieb:
> Nichst für ungut, aber dein Schaltung wird immer "verwurstelter". Und
> die Genauigkeit deines ADCs wird durch die völlig unterschiedliche
> Quellimpedanz auf den beiden differentiellen Eingängen des ADCs sicher
> nicht verbessert.

Ich lerne gern dazu, bin ja nur Hobbybastler und entwerfe die Schaltung 
für mich und für jeden der daran teilhaben und sie verbessern möchte 
(daher auch Open Source).
Bitte um Verständnis, wenn ich Lösungsvorschläge nicht gleich verstehe 
oder für gelerne Elektroniker völlig normale Schaltungen für mich 
erstmal ein spanisches Dorf sind, bis ich sie verstanden habe (durch 
Erklärung oder Recherche).
Ich kann nur sagen, was ich bisher gesehen habe. Ich glaube dir, dass 
die unterschiedliche Quellimpedanz der Genauigkeit nicht zuträglich ist 
- wie gesagt war die Messgenauigkeit aber innerhalb 1mV (wenn 
überhaupt). Also entweder ist es vielleicht doch gerade noch gut genug 
oder es wirkt sich erst unter anderen, von mir nicht getesteten 
Umständen aus - oder? Oder ich habe Mist gemessen.

Achim S. schrieb:
> Aber ja: mit dem "Vorwiderstand" von 2k2 und der Zenerdiode wird die
> Belastung deines ADC-Eingangs deutlich besser begrenzt. Anstelle der
> Zener-Diode würden es auch zwei antiparallele Si-Dioden tun (denn der
> Potentialunterschied zwischen sense_gnd und AGND sollte ja hoffentlich
> nicht all zu hoch werden).

Eine Diode gegen VCC und eine gegen GND? Ich habe gelesen, dass in so 
einem Fall die VCC Rail die Überspannung abführen muss, was bei einem 
Spannungsregler aber nicht möglich ist. Außer die Summe der Ströme aller 
Verbraucher ist höher als die des "Fehlerstroms". Dass das der Fall ist, 
kann ich mir hier aber nicht vorstellen, an dem LDO hängt ja nur der 
ADS1115 dran und dessen Stromverbrauch ist eher lächerlich.
Verstehe ich was falsch?

Achim S. schrieb:
> Und wie viel Spannungsabfall hast du dabei auf der GND-Leitung
> rausgemessen und weggeregelt? Denn wenn da bisher nichts war, dann
> spielt der ADC für die Genauigkeit deiner Regelung keine Rolle. Und bei
> schnellen Lastwechseln kann die digitale Nachregelung der Sense-Leitung
> bei deiner asymmetrischen Behandlung des differentiellen Eingangssignals
> evtl. eher Fehler erzeugen als Fehler wegzuregeln.

Ich taste mich Schritt für Schritt vorwärts. Bisher habe ich nur 
gemessen, aber nicht automatisch nachgeregelt. Das ist die erste 
Platinenversion wo ich SENSE+ und SENSE- nach außen führe, bisher hatte 
ich nur SENSE+ nach außen geführt. So wie ich das rauslese, werde ich 
hier noch ein paar Überraschungen erleben ;-) Aber ist ja auch gut so, 
dann lerne ich wieder was.

[Achim S. (Gast)]

L. N. schrieb:
> Eine Diode gegen VCC und eine gegen GND?

Nein: zwei antiparallel Dioden gegen GND. Denn am Sense-Eingang soll ja 
im Normalfall auch GND anliegen - schlimmstenfalls nur um einen kleinen 
Wert dagegen verschoben. Es gibt keinen gewünschten Betriebsfall, in dem 
die Spannung an sense_gnd auf 2,7V gegenüber GND hochlaufen sollte.

L. N. schrieb:
> Ich glaube dir, dass
> die unterschiedliche Quellimpedanz der Genauigkeit nicht zuträglich ist
> - wie gesagt war die Messgenauigkeit aber innerhalb 1mV (wenn
> überhaupt). Also entweder ist es vielleicht doch gerade noch gut genug
> oder es wirkt sich erst unter anderen, von mir nicht getesteten
> Umständen aus - oder? Oder ich habe Mist gemessen.

Du hast mit dem Multimeter DC gemessen, und das bei konstanter Last. Wie 
gesagt: interessant werden die zeitlichen Änderungen bei nicht 
konstanter Last. Und da bin ich nicht sicher, ob deine ggf. vorgesehene 
Sense-Auswertung eher positive oder negative Einflüsse hätte. Denn du 
hast nicht nur unterschiedliche Impedanzen in den beiden Eingängen 
sondern sogar unterschiedliche Tiefpässe in beiden Zweigen.

[L. N. (derneumann)]

Achim S. schrieb:
> Nein: zwei antiparallel Dioden gegen GND. Denn am Sense-Eingang soll ja
> im Normalfall auch GND anliegen - schlimmstenfalls nur um einen kleinen
> Wert dagegen verschoben. Es gibt keinen gewünschten Betriebsfall, in dem
> die Spannung an sense_gnd auf 2,7V gegenüber GND hochlaufen sollte.

Macht vollkommen Sinn, vielen Dank für diesen "Augenöffner".
Die CGRB307-G würde hier reinpassen, oder? Die hätte ich bereits in 
meiner BOM und damit auch zu 100 Stück eingekauft.
Oder doch lieber eine mit geringerer Vorwärtsspannung?

Achim S. schrieb:
> Du hast mit dem Multimeter DC gemessen, und das bei konstanter Last. Wie
> gesagt: interessant werden die zeitlichen Änderungen bei nicht
> konstanter Last. Und da bin ich nicht sicher, ob deine ggf. vorgesehene
> Sense-Auswertung eher positive oder negative Einflüsse hätte. Denn du
> hast nicht nur unterschiedliche Impedanzen in den beiden Eingängen
> sondern sogar unterschiedliche Tiefpässe in beiden Zweigen.

Verstanden. Möglicherweise belasse ich es auch einfach bei der 
Sense-Anzeige um halt eine manuelle Korrektur zu erleichtern (bei 
konstanten Lasten, versteht sich). Wieso bzw. wo sind die beiden 
Teifpass Filter unterschiedlich? Haben doch beide 2.2k und 10nF...?

[Timo N. (tnn85)]

Was misst du denn genau mit den 4 Kanälen des ADCs?

Oben differenziell "Sense"(ADC_CH1) gegen "Sense_GND" und unten ein 
ADC_CH2 gegen AGND. Was wird da gemessen?

Der ADC verträgt laut Datenblatt:
Input current, continuous Any pin except power supply pins –10/10 mA

Ich schätz mal über Sense_GND sind die über 10mA intern über die 
Clamp-Diode des ADCs geflossen und haben den zerschossen.

Bei Sense musst du natürlich beide Leitungen nach außen zum Messobjekt 
führen, sondern misst du GND ja nur an der Klemme des Netzteils, aber 
alles was an Spannung über das Kabel des Minuspols abfällt, wird 
mitgemessen und verfälscht das Ergebnis.

Achim S. schrieb:
> Nein: zwei antiparallel Dioden gegen GND. Denn am Sense-Eingang soll ja
> im Normalfall auch GND anliegen - schlimmstenfalls nur um einen kleinen
> Wert dagegen verschoben. Es gibt keinen gewünschten Betriebsfall, in dem
> die Spannung an sense_gnd auf 2,7V gegenüber GND hochlaufen sollte.

Hm. Also wenn er aber eine Sense- und eine Sense+ Leitung zum Messobjekt 
hat, dann fällt bei hohen Strömen u.U. eine hohe Spannung an den 
Laborkabel/Versorgungsleitungen (z.b. wenn die zu lang und dünn sind) 
ab, die größer als die 0,7V Vorwärtsspannung der Dioden ist.
Das wäre das ungut. Bis zum VCC sollte sich Sense_GND schon heben dürfen 
(was ja dann auch unkritisch wäre).

L. N. schrieb:
> Eine Diode gegen VCC und eine gegen GND? Ich habe gelesen, dass in so
> einem Fall die VCC Rail die Überspannung abführen muss, was bei einem
> Spannungsregler aber nicht möglich ist. Außer die Summe der Ströme aller
> Verbraucher ist höher als die des "Fehlerstroms". Dass das der Fall ist,
> kann ich mir hier aber nicht vorstellen, an dem LDO hängt ja nur der
> ADS1115 dran und dessen Stromverbrauch ist eher lächerlich.
> Verstehe ich was falsch?

Du kannst bei deinem 3,3V LDO-Regler doch eine Diode von 3,3V Richtung 
Input-Spannung (bei dir glaub 15V) schalten. Bei dem LD33V hast du das 
ja auch schon gemacht. Ich frag mich sowieso warum du so viele 
unterschiedliche 3,3V-Potentiale brauchst. Wofür ist das?

[L. N. (derneumann)]

Timo N. schrieb:
> Was misst du denn genau mit den 4 Kanälen des ADCs?
>
> Oben differenziell "Sense"(ADC_CH1) gegen "Sense_GND" und unten ein
> ADC_CH2 gegen AGND. Was wird da gemessen?

Danke, dass du dir die Zeit nimmst zu helfen!

ADC_CH1 gegen Sense_GND sollen die Sense+ und Sense- Leitungen sein, die 
aus dem Gerät herausgeführt werden.

ADC_CH2 gegen AGND misst die Ausgangsspannung direkt am PCB am Ausgang.

Ich nehme an, normalerweise hat man nur eines von beiden, oder?

Timo N. schrieb:
> Der ADC verträgt laut Datenblatt:
> Input current, continuous Any pin except power supply pins –10/10 mA
>
> Ich schätz mal über Sense_GND sind die über 10mA intern über die
> Clamp-Diode des ADCs geflossen und haben den zerschossen.

Das denke ich auch. Eine simple Freilaufdiode zwischen den beiden Sense 
Terminals hätte das vermutlich schon verhindert...

Timo N. schrieb:
> Bei Sense musst du natürlich beide Leitungen nach außen zum Messobjekt
> führen, sondern misst du GND ja nur an der Klemme des Netzteils, aber
> alles was an Spannung über das Kabel des Minuspols abfällt, wird
> mitgemessen und verfälscht das Ergebnis.

Seit dieser PCB Version ist es auch vorgesehen, beide Sense Leitungen 
herauszuführen.

Timo N. schrieb:
> Hm. Also wenn er aber eine Sense- und eine Sense+ Leitung zum Messobjekt
> hat, dann fällt bei hohen Strömen u.U. eine hohe Spannung an den
> Laborkabel/Versorgungsleitungen (z.b. wenn die zu lang und dünn sind)
> ab, die größer als die 0,7V Vorwärtsspannung der Dioden ist.
> Das wäre das ungut. Bis zum VCC sollte sich Sense_GND schon heben dürfen
> (was ja dann auch unkritisch wäre).

Klingt plausibel, komme aber leider nicht mit... Warum würde Sense_GND 
steigen?

Timo N. schrieb:
> Du kannst bei deinem 3,3V LDO-Regler doch eine Diode von 3,3V Richtung
> Input-Spannung (bei dir glaub 15V) schalten. Bei dem LD33V hast du das
> ja auch schon gemacht. Ich frag mich sowieso warum du so viele
> unterschiedliche 3,3V-Potentiale brauchst. Wofür ist das?

Das schon, aber würde dann nicht diese u.U. viel zu hohe Spannung in 
Richtung des 7815 fließen und diesen dann zerstören (oder sonstige 
Bauteile auf der 15V Rail)? Beim LD33V hab ich das nicht, nur bei den 
78xx, da das dort im Datenblatt empfohlen oder zumindest erwähnt wird.

Ich habe einmal 3.3V für den digitalen Teil (SPI Display), einmal für 
ADC1 und einmal für ADC2, also insgesamt drei. Digitalmüll wollte ich 
von Analog trennen und was die beiden ADCs betrifft wollte ich nicht 
auch noch mit der 3.3V Versorgung quer über das Board fahren. Das mag 
wohl dem höchstens mittelmäßigen Layout geschuldet sein, ein Profi macht 
das sicher besser.

[Achim S. (Gast)]

Timo N. schrieb:
> Bis zum VCC sollte sich Sense_GND schon heben dürfen
> (was ja dann auch unkritisch wäre).

Bei einem 3A Netzgerät bis zu 3V Spannungsabfall an der Leitung? Das 
wären schon sehr dürftige Drähtchen zur Last.

L. N. schrieb:
> Die CGRB307-G würde hier reinpassen, oder?

Kannst du schon nehmen. Über den 2k2 Vorwiderstand wird natürlich nicht 
annähernd so viel Strom fließen, dass er die CGRB307 auslasten würde.

L. N. schrieb:
> Wieso bzw. wo sind die beiden
> Teifpass Filter unterschiedlich? Haben doch beide 2.2k und 10nF...?

es fällt nicht ganz leicht, den Überblick über die verschiedenen 
Schaltungsversionen zu halten. Aber: in sense hat dein Spannungsteiler 
aus 90k/10k mit 100nF dahinter die dominierende Tiefpasswirkung (nicht 
die später folgenden 2k2 mit 10nF). sense wird daher stärker gefiltert 
als sense_gnd

[L. N. (derneumann)]

Achim S. schrieb:
> Bei einem 3A Netzgerät bis zu 3V Spannungsabfall an der Leitung? Das
> wären schon sehr dürftige Drähtchen zur Last.

Könnte schon mal passieren - das NT kann eigentlich sogar 4A...
Was würde dann in der Variante mit den antiparallelen Dioden im 
schlimmsten Fall passieren? Nach meinem Verständnis wäre ja "nur" die 
Messung falsch, oder?

Achim S. schrieb:
> Kannst du schon nehmen. Über den 2k2 Vorwiderstand wird natürlich nicht
> annähernd so viel Strom fließen, dass er die CGRB307 auslasten würde.

OK.. Ist mir lieber, also noch ein neues Teil in die BOM aufnehmen zu 
müssen. Überhaupt, da das Teil wohl allerhöchstens eine Handvoll Male 
gebaut wird (von mir).

Achim S. schrieb:
> es fällt nicht ganz leicht, den Überblick über die verschiedenen
> Schaltungsversionen zu halten. Aber: in sense hat dein Spannungsteiler
> aus 90k/10k mit 100nF dahinter die dominierende Tiefpasswirkung (nicht
> die später folgenden 2k2 mit 10nF). sense wird daher stärker gefiltert
> als sense_gnd

Sorry :) und nochmal Danke fürs Zeit nehmen. Ich weiß, der Schaltplan 
ist an sich auch nicht gerade der übersichtlichste.
@Tiefpass: Verstehe. Wie würde man das denn "richtig" machen bzw. kennst 
du oder jemand anders evtl. konkrete Schaltpläne von Netzteilen die 
zumindest annähernd vergleichbar wären?

[Timo N. (tnn85)]

L. N. schrieb:
> Achim S. schrieb:
>> Bei einem 3A Netzgerät bis zu 3V Spannungsabfall an der Leitung? Das
>> wären schon sehr dürftige Drähtchen zur Last.
>
> Könnte schon mal passieren - das NT kann eigentlich sogar 4A...
> Was würde dann in der Variante mit den antiparallelen Dioden im
> schlimmsten Fall passieren? Nach meinem Verständnis wäre ja "nur" die
> Messung falsch, oder?

Ja, aber willst du das im Betrieb? Es geht ja nicht um den Fehlerfall, 
sondern das verfälscht ja dann das Ergebnis der Messung beim normaler 
Benutzung. Ich weiß jetzt nicht welche Dioden du da einsetzt aber die 
fangen ja auch vorher schon an zu leiten (<0,7V).

Bei 0,7V / 3A wären das ab 233mOhm Leitungswiderstand, ab dem sich das 
dann bemerkbar macht. Hängt dann von den Leitungen /Leitungslängen ab, 
die du verwendest.

Bei der Quellimpedanz/Tiefpassgeschicht kann ich nicht helfen. Sorry ;)

[L. N. (derneumann)]

Timo N. schrieb:
> Ja, aber willst du das im Betrieb? Es geht ja nicht um den Fehlerfall,
> sondern das verfälscht ja dann das Ergebnis der Messung beim normaler
> Benutzung. Ich weiß jetzt nicht welche Dioden du da einsetzt aber die
> fangen ja auch vorher schon an zu leiten (<0,7V).

Ich wollte die CGRB307-G einsetzen, laut Datenblatt beginnen die wohl 
zwischen 0,7V und 0,8V zu leiten: 
http://www.comchiptech.com/admin/files/product/CGRB301-G%20Thru.%20CGRB307-G%20RevC.PDF

Ich verstehe leider noch nicht ganz, warum sich bei einem 
Spannungsabfall auf den Ausgangsleitungen das Sense_GND Potenzial 
verändert. Könnte sich da vielleicht bitte jemand erbarmen mir das zu 
erklären oder zumindest den richtigen Denkanstoß zu geben? Darüber würde 
ich mich sehr freuen...

Timo N. schrieb:
> Bei der Quellimpedanz/Tiefpassgeschicht kann ich nicht helfen. Sorry ;)

Schade, trotzdem Danke.

Edit:
Leute, ich hatte gerade eine durch das Internet induzierte Epiphanie. 
Die Denkanstöße haben Achim und Timo gegeben. Viel früher hätte ich mich 
mit der Sense-Thematik näher auseinander setzen sollen, als mir einfach 
eine hübsche Geschichte dazu auszumalen.
Ich (Trottel) ging bis gerade eben davon aus, dass das Nachregeln der µC 
macht. Dass das bei nicht-konstanten Lasten niemals schnell genug 
passieren kann, hatte ich nicht bedacht, bzw. habe ich allgemein nur an 
konstante Lasten gedacht und dass dafür der µC allemal schnell genug 
nachregeln wird.

Ich bin froh, wenn der Regelkreis innerhalb des PCB stabil ist und werde 
den nicht aus dem Gehäuse rausführen. Mein Ziel von der "Klasse" her war 
immer so in etwa etwas wie das Rigol DP83x (halt mit nur einem Kanal). 
Von dort bin ich ohnehin noch weit genug entfernt was viele Dinge 
betrifft (meine Präzision ist wohl bereits besser), aber externe Sense 
Wires sind wohl in einer anderen Preiskategorie angesiedelt (mit Recht).

Daher werde ich die ganze Sense Geschichte über den Haufen werfen und 
ich über einen freien (differenziellen) ADC Kanal und mehr Platz am 
Display sowie am PCB freuen.

Ich verbuche das für mich trotzdem nicht als völligen Misserfolg, da ich 
mit dem zerstörten ADC wieder sehr viel Neues gelernt habe, was ich 
sicher später wieder brauchen kann.

[Timo N. (tnn85)]

L. N. schrieb:
> Ich verstehe leider noch nicht ganz, warum sich bei einem
> Spannungsabfall auf den Ausgangsleitungen das Sense_GND Potenzial
> verändert. Könnte sich da vielleicht bitte jemand erbarmen mir das zu
> erklären oder zumindest den richtigen Denkanstoß zu geben? Darüber würde
> ich mich sehr freuen...

Kuckst du unten. Wenn auf den Output +/- Leitungen durch den Widerstand 
zurück ins Netzteil z.b. 10A fließen und die Output-Leitungen z.b. 
jeweils einen Widerstand von 0,1 Ohm haben, dann fallen an den Leitungen 
jeweils 1V ab. D.h. das Netzteil muss am Ausgang 12V liefern, damit am 
Widerstand 10V abfallen (das ist von dir eingestellt worden). Das 
bekommst du ja normale nicht mit, denn:

An den Ausgangsklemmen des Netzteils zu messen, ob die 10V (die man 
eingestellt hat) schon am Widerstand eingeregelt ist, bringt nichts. 
Deshalb geht man mit zusätzlichen Senseleitungen direkt zu dem Objekt 
(der Widerstand), an dem die Spannung abfallen soll. Da über die 
Senseleitungen selbst kein Strom fließt, misst man dann an Sense und 
Sense GND eben einen Spannungswert größer 0V und kleiner der Spannung an 
der positiven Klemmen (hier also 1V und 11V) -  also genau die 
Potentiale direkt am Widerstand.

Dein Sense-GND weicht hier also um 1V von AGND ab.

                   Netzteil
            .--------------------.
            |                    |  Sense +
            |      |--------o 11V +----------------+
            |      |             |                  |
            |      |             |  Output +        +
            |      |         12V o------------------o 11V
            |      |             |   0,1 Ohm        |
            |      |             |                 .-.
            |      o             |                 | | R = 1 Ohm
            |       10V          |                 | |
            |      o             |                 '-'
            |      |             |  Output -        |
            |      |          0V o------------------o 1V
            |      |             |   0,1 Ohm        +
            |      |             |                  |
            |       ---------o1V +----------------+
            |                    |  Sense -
            |                    |
            '--------------------'

[Achim S. (Gast)]

L. N. schrieb:
> @Tiefpass: Verstehe. Wie würde man das denn "richtig" machen

die einfachste Variante, die auch mit weniger Bauteilen auskommt: bau 
für sense einen Teiler, der niederohmig genug ist, um direkt deinen ADC 
treiben zu können. Also meinetwegen 10k/1k und parallel dazu einen 
Folienkondensator der Größe, die du für richtig hältst. (Wenn du über 
Sense nachregeln wolltest wäre die Dimensionierung dieses Tiefpasses 
Teil deines Regelkreises - aber davon bis du ja inzwischen abgekommen). 
Gehe mit dem Ausgang dieses Teilers direkt auf A0+ deines ADCs (ohne 
OPV, ohne Transistorschaltung zur Potentialverschiebung, ohne weiteren 
Tiefpas...)

Und bau zwischen sense_gnd und AGND genau den identischen Teiler 
(Bauteile vom selben Gurt bzw. von der selben Charge) und geh mit dessen 
Ausgang direkt auf A0- deines ADCs.

Damit behandelst du beide differentiellen Eingänge genau gleich. 
Nichtideale Eigenschaften der Bauteile heben sich zumindest teilweise 
auf (den genauen Teilerfaktor wirst du ggf. einmal nachmessen müssen). 
Der Teiler gibt dir (zusammen mit den Ableit-Dioden des ICS) jeweils 
einen gewissen Schutz gegen Fehlfunktionen. Und einige Bauteile, die nur 
zusätzliche Fehlerbeiträge, Rauschen, potentielle Fehlfunktionen und 
Kosten verursachen, fallen weg.