Hallo! Gut, ich geb zu, ich bin zwar kein Anfänger mehr, mache Elektronik aber nur als Hobby, also keine 8 Stunden pro Tag und auch ohne Routine. Bisher habe ich nur relativ einfache Schaltungen gemacht. Auch mal nen 64 Pinner xmega, aber an jedem Pin waren klar definierte Zustände. Mal ein Display, I2C Bus, SPI, alles mit klaren Zuständen. Auch mal ein FET... Nun habe ich aber anscheinend next Level erreicht, da ich einen Eingang habe, der von -50 bis +50 V alles haben kann und dessen Stromrichtung ich auch noch nach belieben Sperren möchte. Letztendlich habe ich jetzt 3 FETs, eine Diode und ein paar Widerstände verplant. Es geht hier auch gar nicht um dieses eine Problem, sondern generell das Problem, dass hier so viele Kombinationen von Szenarien auftreten können, dass mir einfach der Kopf raucht. Neben den "irgendwas zwischen -50 und +50V" können die FETs während eines spontanen Pegelwechsels ja auch diverse Zustände haben. Obendrein ist ein FET nichtmal GND-referenced. Ändert sich Source, ändert sich auch das Gate etc.... Nach ca. 16 Stunden Denkarbeit und 4 Versuchen einer Niederschreibung aller möglichen Szenarien (schreibe ich Szenarien auf wie "Jemand schliesst den Eingang kurz" oder schreibe ich spannungsorientierte Events auf?) habe ich es jetzt zwar endlich hinbekommen, aber.... das kanns nicht sein. Wie macht ihr das? Gibts dafür irgendwelche Simulationssoftware oder so? Je mehr Bauteile direkt miteinander interagieren können, desto komplexer zum Quadrat wird es ja! :(
Außer strukturiert denken fällt mir da auch keine Lösung ein. Meistens ist es jedoch so, daß wenn man feststellt daß man irgendwelche exotische Lösungen hat, das ganze Konzept meistens schon auf den Holzweg ist. Das gilt insbesondere dann, wenn man plötzlich Bauteile braucht, die es auf den Markt nicht gibt (schon öfter hier erlebt) Dann: Zurück auf Los und Anforderungen neu überdenken. Simulieren kann man mit Spice. Z.B.: https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html#
Das ist jetzt halt ein bisschen Analogtechnik! Für einen Eingang brauchst Du bestimmt keine 3 FETs, sondern eher Spannungsteiler, Operationsverstärker und, wenn es ein Digitaleingang ist, einen Schmitt Trigger. Wenn Du uns mitteilen würdest, wie genau Du den Eingang möchtest, könnten wir Dir die ideale Lösung erarbeiten. Bis dahin kannst Du ja Eingangsschaltungen studieren, wie das Andere machen. Gruss Chregu
Bei komplexen Schaltungen ist es, wie bei komplexen Zahlen. Es kommt eine weitere Achse hinzu. Das bedeutet, dass die komplexwertigen Schaltungsteile sich nicht auf der reellen Achse (der Platine) befinden, sondern sich immer etwas oberhalb oder unterhalb davon im Raum befinden. Was ist das genaue Problem, Was soll mit den +-50V passieren und wo sollen die hingehen? Oder ist das deine Spannungsversorgung, die mal variieren kann? Dann einfach nen Brückengleichrichter oder einen aktiven Gleichrichter, wo es auch ICs gibt, die dir die 4 notwendigen FETs ansteuern. Beschaltung und Transistorauswahl wird im Datenblatt beschrieben.
Christian M. schrieb: > Wenn Du uns mitteilen würdest, wie genau Du den Eingang möchtest, > könnten wir Dir die ideale Lösung erarbeiten. Bis dahin kannst Du ja > Eingangsschaltungen studieren, wie das Andere machen. Für den TO: Das ist genau das, wie Du hier am meisten Hilfe bekommst: Das eigentliche Problem schildern und nicht irgendwelche vermeintlichen Lösungen. Wenn es natürlich ein hochgeheimes Projekt ist: Pech gehabt.
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Ist ja super, dass er versucht hat, es selbst zu Erarbeiten. Und er hat gemerkt, dass er in einer Sackgasse gelandet ist! Aber er hat weder beschrieben was er genau will, noch was er bisher versucht hat. Gruss Chregu
> Wie macht ihr das? Gibts dafür irgendwelche Simulationssoftware oder so? Aehem..ja. Dafuer gibt es seit ueber 30(40?) Jahren Spice. Heutzutage gerne in der Version LT-Spice genommen. Es gibt in der Elektronik eigentlich niemand der das nicht auf der Platte hat. > Je mehr Bauteile direkt miteinander interagieren können, desto komplexer > zum Quadrat wird es ja! :( Ja siehst du, da weisst du gleich warum sich die Anschaffung eines fetten 8 oder 16Kerner von AMD lohnen kann. :-) Es ist aber in der Regel moeglich sein Problem im kleinere Teilaspekte aufzuteilen. Olaf
Er hat ja wohl schon eine Lösung (wie immer die auch aussieht) und wollte nur wissen, wie man da allgemein vorgeht.
Peter schrieb: > Nun habe ich aber anscheinend next Level erreicht, da ich einen Eingang > habe, der von -50 bis +50 V alles haben kann und dessen Stromrichtung > ich auch noch nach belieben Sperren möchte. Letztendlich habe ich jetzt > 3 FETs, eine Diode und ein paar Widerstände verplant. Das hört sich nach einem Analog-Frontend an. Ein Mikrocontroller wird damit direkt nichts anfangen können. Eingänge von Mikrocontrollern werden meist stromlos betrieben, d.h. in dem Spannungsbereich, wo auch die Eingangsschutzdioden nicht leitend werden - eben so wie im Datenblatt angegeben. Vielleicht erklärst du mal, was du mit Stromrichtung sperren meinst.
Peter schrieb: > Mal > ein Display, I2C Bus, SPI, alles mit klaren Zuständen. Auch mal ein > FET... Also bisher reine Digitaltechnik, die sich auf etablierte Schnittstellen mit klarer Beschreibung stützt. Da sind schon Informatiker garnicht schlecht, der Elektroniker muss mehr draufhaben. Ja, Analog ist komplizierter, Leistung ohnehin. Zu allererst darf man nicht in Schönheit sterben. Was sind normale Betriebsbedingungen, was sind annormale Bedingungen die zur Störung aber nicht zum Defekt führen dürfen und was sind Bedingungen bei denen ich nur noch den Abbrand verhindere? Alles, gegen alles und jeden Event abzusichern führt zu Schaltungsmontrösitäten, beschusssicher bis Kaliber 9mm. Braucht kein Mensch, ist teuer und groß. Einen Eingang +-50V ist von total einfach bis ziemlich kompliziert zu lösen. Hängt davon ab wie schnell, wie genau, bei welchem Schutzlevel etc.pp. Peter schrieb: > dessen Stromrichtung > ich auch noch nach belieben Sperren möchte Eingänge haben Stromrichtungen? Möchte, bedeutet muss, oder möchte weil ichs schick finde? Ohne Details kann man Dir nichts sagen. Anfänger lösen häufig auch Dinge extrem kompliziert, von hinten durch die Brust ins Auge, für die es sehr einfache Wege gibt, die das kleine 1x1 der Elektronik sind. Praxis ist nur durch mehr Praxis zu ersetzen und irgendwann sind 80% der Probleme malen nach zahlen und für die restlichen 20% hat man genug Erfahrung sich da was auszuknobeln. Eine allgemeingültige Anleitung wie man vom Toaster bis zum Space Shuttle Geräte entwickelt, kann es nicht geben. Man zerlegt prinzipiell ein komplexes Gesamtproblem in lösbare Teilprobleme und arbeitet sich da durch. Das ist Physik und keine Zauberei. Hohe Frequenzen, hohe Leistung und Du kannst mit deiner DC Betrachtungsweise gepflegt zuhause bleiben. Alles wird RCL, ob Leiterbahn oder beliebiges Bauteil. Also einfach machen. Nicht jedes Pipiproblem bis zur Unkenntlichkeit zerdenken und sich totsimulieren. Lesen, verstehen, Aufbauen, messen, lernen.
Du fragst im Forum. Sofort gibt es einige die dir sagen, dass dein Vorhaben Mist ist. Dann kommen die, die nach den genauen Anforderungen fragen, und sich nie wieder blicken lassen sobald du die Anforderungen gepostet hast. Dann kommt einer der den Thread kapert. Hast du keine Lösung erarbeitet wirft man dir vor du wärst ein fauler Hund und man wolle hier nicht deine Arbeit machen. Die Darstellung kann übertrieben sein, aber man wird sich eine gewisse Toleranz gegenüber dem gelangweilten foristen aneignen müssen. Tatsächlich gibt's aber manchmal auch Leute die helfen wollen. Man darf das aber nicht zu ernst nehmen. Ansonsten kann ich auch nur ltspice empfehlen, weil man mit Simulation einfach schnell Mal was ausprobieren kann um ein Schaltungskonzept zu erarbeiten. Auch kann man problemlos Ströme durch alle Komponenten sehen, was in der Praxis am Aufbau oft schwierig ist
Peter schrieb: > Nach ca. 16 Stunden Denkarbeit und 4 Versuchen einer Niederschreibung > aller möglichen Szenarien (schreibe ich Szenarien auf wie "Jemand > schliesst den Eingang kurz" oder schreibe ich spannungsorientierte > Events auf?) habe ich es jetzt zwar endlich hinbekommen, aber.... das > kanns nicht sein. Genau so mach ich das auch. Da hilft halt nur die Methode des genauen Nachdenkens und wenn man solche Probleme nicht so häufig hat dauert es halt länger bis man zur Lösung kommt. IMO machst du es richtig und das ist, finde ich, sogar sehr löblich. Nicht jeder geht so strukturiert an seine Probleme ran ;)
Nachdenken ist immer eher ungenau und unscharf. Die Genauigkeit kommt durch eine Rechnung, die aber erst erfolgen kann, wenn es ein konkretes Konzept gibt. Zunächst ist es erstmal ganz belanglos, ob es sich z.B. um Spannungen von ±50V oder doch eher ±55V handelt. In dieser frühen Phase geht es darum, die Randbedingungen abzustecken und im nächsten Schritt die Palette der Lösungsmöglichkeiten anhand dieser Randbedingungen auf Tauglichkeit und Zusammenführbarkeit abzuklopfen. Auch sollte es zu iterativen Abläufen bei der Entwicklung kommen, um nicht durch an den Haaren herbeigezogenen Anforderungen den Aufwand unnötig in die Höhe zu treiben. Hier ist meist eher analytischen Denken und Kreativität gefordert, genaues Nachdenken kommt später.
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Moin, Peter schrieb: > Wie macht ihr das? 1.) Komplexe Schaltungen runterbrechen auf mehrere, einfache Schaltungen. 2.) Davon ausgehen, dass alles, was man zum vernueftigen Loesen seines Problems braucht, schon erfunden ist. Also gibts das schon. Man muss es nicht neu erfinden. Oder man hat eine unvernueftige Loesung des Problems im Auge. Das dann aendern. Gut, damit ist das 0.00001 ppm Wahrscheinlichkeit, dass man tatsaechlich was ultimativ Neues, nie dagewesenes, entwickeln moechte, nicht abgedeckt. Aber das Risiko geh' ich locker ein. > Gibts dafür irgendwelche Simulationssoftware oder so? Ja, wurde ja schon genannt hier: Alles was auf Spice aufhoert und weder Moertel noch Lebensmittelvorratsraum ist. Gruss WK
3.) Arbeitsteilung Ein Team von Spezialisten kümmert sich um die Busprotokolle, das nächste um Platinenlayout, das dritte um Eingangsschutzschaltungen, das vierte macht ESD Tests, ein anderes Team schreibt die Datenblätter und die größte Abteilung kümmert sich um die Einhaltung aller Vorschriften.
Peter schrieb: > Wie macht ihr das? Gibts dafür irgendwelche Simulationssoftware oder so? Für analoge Schaltungen und ggf. etwas Digitales? Die hier beliebteste Simulationssoftware dürfte LTspice sein. Ist sogar kostenlos und der Support hier im Forum ebenfalls. https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html Ein sehr gutes Tutorial zu LTspice (hießt früher mal switcherCAD): http://www.gunthard-kraus.de/LTSwitcherCAD/index_LTSwitcherCAD.html Band 1 ist sogar ganz neu überarbeitet. mfg Klaus
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Ich zerlege mir das in bestimmte Blöcke und behandle jeden Block für sich. Also beispielsweise Netzteil/Stromversorgung, Controller, analoge Komponenten, Kommunikation/Bedienung, Leistungselektronik/Endstufen. Dadurch sinkt die Komplexität immer auf ein überschaubares Maß.
Peter schrieb: > Neben den "irgendwas zwischen -50 und +50V" > können die FETs während eines spontanen Pegelwechsels ja auch diverse > Zustände haben. Obendrein ist ein FET nichtmal GND-referenced. Ändert > sich Source, ändert sich auch das Gate etc.... Dekomplexieren. Irgendwas zw. X und -X ist der Spannungsbereich. Kann man mit Spice testen. Evtl in Bereichen denken und nicht in Einzelwerten. Kein GND bekommt einen virtuellen GND evtl. mit Trennverstärker dahinter. Jedes Kriterium bekommt damit einen Schaltungsteil. Zusammenfassen kann man inmer noch wenn alles verstanden ist und wenn es sich lohnt.
Peter schrieb: > Nun habe ich aber anscheinend next Level erreicht, da ich einen Eingang > habe, der von -50 bis +50 V alles haben kann und dessen Stromrichtung > ich auch noch nach belieben Sperren möchte. Peter schrieb: > Nach ca. 16 Stunden Denkarbeit und 4 Versuchen einer Niederschreibung > aller möglichen Szenarien (schreibe ich Szenarien auf wie "Jemand > schliesst den Eingang kurz" oder schreibe ich spannungsorientierte > Events auf?) habe ich es jetzt zwar endlich hinbekommen, aber.... das > kanns nicht sein. Dann wird es ja Zeit, daß Du uns mal so etwas wie einen Schaltplan zeigst. Ich denke hier kann man dann noch etwas optimieren. mfg Klaus
Die Zeiten haben sich geändert schrieb: > Ein Team von Spezialisten ... und die größte Abteilung > kümmert sich um die Einhaltung aller Vorschriften. Das geht schief. Die größte Abteilung wird eher für die Koordinierung der Abteilungen benötigt, Dokumentationsabteilung nicht zu vergessen ;-)
Danke für die vielen konstruktiven Antworten. LTspice habe ich auch drauf. Mein Problem ist aber, dass ich ja gar nichts zum simulieren habe. Ich habe immer mal wieder ein neues spezifisches Problem. Das kann ich auch niederschreiben. Dann muss ich für dieses Problem eine Lösung erarbeiten. Erst wenn ich eine potentielle Lösung HABE, kann ich ja überhaupt erst anfangen zu simulieren. Wahrscheinlich ist es wirklich einfach nur Übung, Praxis und Erfahrung, die mir einfach fehlt... Achso und hier gab es mehrmals zwei Missverständnisse, die ich gerne noch aufklären möchte. 1. Mit "Eingang" meinte ich keinen Signaleingang, sondern einen Terminalblock für ein Gerät, welches man damit aufladen kann. 2. Es ging mir gar nicht um eine Lösung für dieses meine aktuelle Problem, sondern einfach generell, wie man ein Problem löst, wenn man am Anfang vor einem weissen Blatt Papier sitzt. Ich will es ja selbst machen. Ganz alleine. Das ist doch der Sinn eines Hobbies :D Aber wer neugierig ist, gerne hier die Details: Ich entwickle ein Gerät mit einem Akkupack (natürlich mit Balancing und Überwachung. Aber diese Probleme sind ganz woanders und bereits isoliert betrachtet), welches auch Aufgeladen werden will. Dafür gibt es eine Buchse, wo man dann ein 48V Netzteil anschliessen soll. Diese Buchse muss jetzt "sicher" sein. Also... WIE muss ich jetzt überlegen? Welche Liste lege ich an? Zur Auswahl steht: 1. Was muss man dürfen können? oder 2. Was darf nie passieren können? oder 3. Was könnten alles für Anwenderaktionen ausgeführt werden? Egal für welchen Listentyp ich mich entscheide, sie wird anders aussehen. Viel wichtiger ist die Frage: Wie stelle ich sicher, dass ich nichts vergesse? Eine meiner Listen sah so aus: 1. Der Anwender schliesst 50V an. 2. Der Anwender schliess 50V verkehrtrum an. 3. Der Anwender schliesst das Terminal kurz. Das ist aber noch einfach. Dazu kommt ja noch das Problem, das für jeden dieser Fälle verschiedene Randbedingungen auftreten können: 1. Der Anwender schliesst 50V an. UND die Akkus sind voll UND die Akkus sind leer UND die Akkus sind tiefentladen 2. Der Anwender schliess 50V verkehrtrum an. UND die Akkus sind voll UND die Akkus sind leer UND die Akkus sind tiefentladen 3. Der Anwender schliesst das Terminal kurz. UND die Akkus sind voll UND die Akkus sind leer UND die Akkus sind tiefentladen Aber sind die Randbedingungen vollständig? Keine Ahnung! :( Temperaturen habe ich z.B. gar nicht berücksichtigt. Akkus darf man nicht bei <0°C aufladen... Ich komme aus der Informatik. Auch dort muss man für jeden Fall eine Routine vorsehen. Vergisst man einen Fall, passiert halt irgendwas undefiniertes. Dort schmiere ich aber schnell ein paar IF-Tests hin und die Sache ist erledigt. In der Elektronik muss ich neue FETS, Widerstände, Dioden, Zeners, bootstrap-Kondensatoren etc. einplanen, die WIEDERUM mit sich gegenseitig wechselwirken. Baue ich irgendwo eine Diode ein, verhindere ich z.B. 50V irgendwo, aber kann dafür woanders keinen FET mehr ausschalten, weil der Steuerstrom auch blockiert wird. Gut. Es wurde ja schon gesagt, dass man einfach ein zu komplexes Problem in kleinere Teilprobleme zerlegen soll. Das macht man in der Informatik ja genauso. Nur habe ich dies glaube ich schon getan. 5 Bauteile sind ja auch nicht wirklich viel. Problem ist halt, dass diese 5 Bauteile je nach angelegter Spannung und Vorgeschichte unterschiedlich reagieren, was die möglichen Szenarien schier endlos aufbläst... IF-Tests müsste man löten können.. ;/
Du denkst zu kompliziert und es fehlen ( sorry! )die Grundlagen. >>Eine meiner Listen sah so aus: >>1. Der Anwender schliesst 50V an. >>2. Der Anwender schliess 50V verkehrtrum an. >>3. Der Anwender schliesst das Terminal kurz. Einfache Antwort: 1. Der Eingang muß durch eine verpolsichere Steckverbindung erfolgen 2. Strom und Spannung sind am Bedarf auszurichten 3. Richtlinien und Normen sind einzuhalten. Die 1) und 2) reicht schon für einen Design Input. Im Design Output ist dann der genaue Typ angegeben. Für die Validierung werden aus dem Design Input/Output die notwendigen Requirements abgeleitet. Bei Dir, 2) und 3) gehören schon in die Risikobetrachtung. Was passiert, wenn der Anwender etwas falsch macht. Siehe mal in die ISO13485. VG Pieter PS: 50V ist blöde, da keine Schutzkleinspannung.
> Ich will es ja selbst machen.
Tja, das geht nicht mehr. Alles selbst entwickeln konntest du noch, als
die Geräte einfach nur ein paar Jahre lang funktionieren mussten.
Für so eine Qualität musst du die Sache anders herum anpacken. Zunächst
Normen, Fachzeitschriften und Gutachten durcharbeiten. Dann mit einem
Team unterschiedlicher Fachleute verschiedene Lösungen ausarbeiten. Und
vor allem - die Konstruktion von einem anderen Team testen lassen.
Schau dir mal die Stecker zum aufladen von Elektroautos an. Wie viele
Jahre die Entwickler und Prüfinstitute brauchen, bis sie ein
idiotensicheres Ladekabel zustande bringen.
Gibt zwei Extreme.
Im Bauwesen funktionieren alle Konstruktionen. Dafür dauert jede
Weiterentwicklung Jahrzehnte. Normen ausarbeiten, Vorschriften ändern,
Lehrbücher schreiben. Erst danach setzt ein normaler Bauingenieur die
neue Idee um.
In der Softwareentwicklung kann man zwar neue Ideen sofort realisieren,
dafür wird die Software mit zunehmender Komplexität immer fehlerhafter.
Haben sich die Leute dran gewöhnt und spielen permanent
Sicherheitspatches ein.
In der Elektronik erwartet man beides. Damit eine Weiterentwicklung
möglich ist, sind die Normen und Vorschriften nicht so ausgefeilt, wie
im Bauwesen. Andererseits erwartet jeder fehlerfreie und idiotensichere
Konstruktionen. Wöchentliche Sicherheitspatches würde niemand
akzeptieren.
Peter schrieb: > Egal für welchen Listentyp ich mich entscheide, sie wird anders > aussehen. Viel wichtiger ist die Frage: Wie stelle ich sicher, dass ich > nichts vergesse? Das ist rein logisch nicht möglich. Wenn man da formalisieren möchte wäre ein Weg: Deine Liste ist ein Kriterienkatalog. Man kommt aber nicht umhin den weiter zu führen oder anzupassen. Das was du aufgeführt hast ist Komplexitätsgrad 0. D.h. jedes Kriterium ist einzeln und interagiert nicht mit anderen. Einem Verpolschutz ist es z.B. egal ob der Akku dahinter voll oder leer ist. Sollte das nicht der Fall sein sorgt man dafür das es unabhängig wird. Für dies Kriterien mache ich Lösungskandidaten und schreib Sie dahinter. Dann wird eine Bewertung durchgeführt. Z.B. mittles Punktekatalog und wer am besten abschneidet wird genommen. Dann kannst du jedes Modul separat entwickeln und anhand der Kriterien testen. Modul -> Prototyp (evtl mehrere Kandidaten) -> Produkt -> Nullserie ist dann der übliche Weg
Du baust das einfach möglichst flexibel auf. Dann gibt es kein falsches Anschließen. Du kannst messen wie rum der Akku angeschlossen wurde, du kannst den Strom über die Anschlüsse messen und begrenzen und du kannst den Widerstand zwischen den Anschlüssen messen. Damit lässt sich herausfinden wie rum ein Akku angeschlossen ist. Und dann wird die Ladespannung entsprechend angelegt.
Der digitale Eingang ist also zum Akkulader mutiert. Typisch legt man das Ladegerät mit Steckverbinder genau passend zum Verbraucher aus, d.h. es gibt keine Verpolung. Im Prinzip so wie ein Notebook-Netzteil. Du hast zwar angeben, daß es ein 48V-Akku ist, aber der Strom (mA, A, kA) ist auch ganz entscheidend für die Dimensionierung.
Peter schrieb: > Wie entwickelt ihr komplexe Schaltungen? Von innen nach aussen. Und vor allem: keine AVR-, Mega-, Xmega- Sch... ;-)
Schon etwas älter, aber Grundlagen halten sich ja eine Weile. Kapitel 2 halte ich für das wichtigste, den Rest solltest du vorher schon draufhaben. Übrigens: Suchen lohnt nicht, es gibt keinen Band 2. https://www.transkommunikation.ch/dateien/schaltungen/diverse_schaltungen/electronics_infos/Systematische%20Entwicklung%20Elektronischer%20Schaltungen.pdf Arno
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