Frage:
Digitaler Logikeingang mit sehr großem Eingangsspannungsbereich
TimH - Codidact
2014-03-11 02:39:43 UTC
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Wir entwickeln ein industrielles Steuerungsprodukt , mit dem das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer Spannung im Bereich von 5 V bis 480 V überwacht wird. Da das Gerät generisch und programmierbar sein wird Dieser Eingang kann auf verschiedene unvorhersehbare Arten verwendet werden.

Das Problem, mit dem ich gerungen habe, ist die Überwachung eines so großen Spannungsbereichs mit einem einzigen Schaltungsdesign. Wenn ich beispielsweise eine Optokoppler-LED direkt ansteuere, kann ich die 5 V nicht zum Einschalten bringen, ohne dass die 480 V sie zerstören. Spannungsregler arbeiten normalerweise mit einer viel niedrigeren Spannung als 480 V, daher bin ich in einem Dilemma.

Die Lösungen für industrielle Steuerungen, die ich gesehen habe, umgehen dieses Problem, indem sie sagen: "Kaufen Sie dieses andere Modell für Hochspannungseingang "oder" Kaufen Sie diesen Hochspannungseingangswandler und fügen Sie ihn hinzu. " Ist das hier wirklich die einzige Lösung? Versuche ich das Unmögliche zu tun? Jede Eingabe wäre willkommen, kein Wortspiel beabsichtigt !

Eine möglicherweise verwandte Frage

Ist es eine Gleichstromleitung oder Wechselstrom? Wenn ein Gerät "in Betrieb genommen" wurde, ist es wahrscheinlich, dass der volle Eingangsbereich plötzlich 5 V beträgt, als es früher 480 V waren, oder handelt es sich um eine installationsfeste Sache?
Der Eingang wird über einen Brückengleichrichter geleitet, sodass alles als Gleichstrom behandelt wird. Ich glaube, ich sehe, wohin Sie gehen. Wie erkennt man Fehlermodi, wenn 5 V genauso aussehen wie 480 V?
Nein, ich habe nicht angedeutet oder vorgeschlagen, nur zu fragen, ob eine Installation mit 480 V eingerichtet ist, würde dies so bleiben oder könnte vernünftigerweise erwartet werden, dass sie viel niedriger wird und sich nicht in einem Fehlerzustand befindet. Es kann hilfreich sein, wenn Sie etwas mehr über eine typische Installation erklären.
Ich denke, das ist der springende Punkt ... wir wissen nicht, wie eine typische Installation aussehen wird. Der Kunde wird es an alles anschließen, was er überwachen möchte.
OK, verstanden. Es hängt alles vom Lärm ab. Basierend auf Olins Antwort würde es funktionieren, wenn Sie ein großes Dämpfungsglied verwenden und nach einem Signal suchen, das größer als 40 mV ist. Verwenden Sie einen Komparator (es ist wie ein Operationsverstärker), aber wenn Rauschen oder Welligkeit ein Signal unterhalb des Schwellenwerts aufnehmen, wird es bei einem guten Signal immer noch zyklisch ausgelöst. Grundsätzlich ist mehr Input von Ihnen erforderlich.
Ich denke nicht, dass dies ziemlich unmöglich ist, aber ich denke, dass es ziemlich teuer sein wird, viele Dollar pro Eingabe, insbesondere wenn Sie die Genehmigungen der Sicherheitsbehörde erfüllen müssen. Welche transiente Spannung müssen Sie am 480V aushalten? 1 kV? 4 kV?
@SpehroPefhany - Da wir noch nicht mit industriellen Steuerungen vertraut sind, weiß ich nicht genau, welche Genehmigungen der Sicherheitsbehörden gegebenenfalls erforderlich sind. Wenn wir 1-kV-Transienten aushalten könnten, sollte das ausreichen.
Ich denke, Sie benötigen mindestens 10 mm Kriechstrecke für 480 VAC. Es gibt ausreichend bemessene Widerstände für Olins Ansatz, versuchen Sie es mit Vishay.
Danke, @SpehroPefhany,, das ist hilfreich. Ich werde sehen, ob ich eine Tabelle finde, um die Kriechstrecken nachzuschlagen.
Fünf antworten:
Olin Lathrop
2014-03-11 02:55:20 UTC
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Sie sollten dies tun können, wenn Sie diese Eingangsspannung als analoges Signal betrachten. Dämpfen Sie es um 100, und Sie haben etwas im Bereich von 0-5 V. 5 V in ergeben nur 50 mV, aber das ist immer noch ausreichend hoch, um über jedem vernünftigen Grundrauschen zu erkennen.

Es könnte eine gute Idee sein, dies in ein Mikro zu leiten, um die Spannung tatsächlich zu messen Lassen Sie den Code entscheiden, ob die Eingangsspannung wirklich "vorhanden" ist oder nicht. Bei einem solchen 100: 1-Bereich ist es wahrscheinlich nicht so einfach, nur zu prüfen, ob es beispielsweise über 4 V liegt oder nicht. Der Code kann hoffentlich überprüfen, wie hoch das erwartete Niveau ist, vielleicht sehen, dass es ziemlich stabil ist, oder was auch immer. Beachten Sie, dass eine Leitung mit 480 V im eingeschalteten Zustand im ausgeschalteten Zustand möglicherweise mehr als 5 V Rauschen aufweist. Ich denke, eine Logik, die mehr als nur einen dummen Vergleich mit festen Schwellenwerten bewirkt, ist nützlich.

Aufgrund der hohen Spannung möchten Sie einen hochohmigen Teiler verwenden, da sonst eine erhebliche Leistung verbraucht wird. 1 MΩ oberer Widerstand und 10 kΩ unterer Widerstand scheinen zu funktionieren. Das ist nicht ganz 1/4 W bei 480 V in und natürlich viel weniger bei niedrigeren Spannungen. Es bietet auch einen Impedanzausgang von 10 kΩ, um den A / D-Eingang mit zu versorgen.

Danke, Olin. Der einzige Nachteil, den ich sehen kann, ist die Unfähigkeit, eine Isolation einzufügen, aber das spielt möglicherweise keine Rolle, wenn wir einen 1M-Widerstand verwenden. Was sind deine Gedanken?
Sie können die Isolierung jederzeit mit einem kleinen Mikrocontroller auf der "heißen" Seite eines Optokopplers durchführen.
@Wouter, Ich habe darüber nachgedacht, aber das würde erfordern, dass ich die uC von der heißen Seite mit Strom versorge, was wiederum einen Vreg benötigt, der 1000 V Eingang kann ... Wenn ich das könnte, wäre dieses Problem gelöst! :-)
@Olin, können wir eine "Isolation des armen Mannes" bereitstellen, indem wir die 1M in zwei 500K aufteilen und sie auf eingehende V + und V- setzen. Das würde die Notwendigkeit von Optoisolatoren beseitigen, denke ich.
Sie können die Leistung von einer Niederspannungsseite mit einem DC-DC-Wandler mit hoher Isolationsspannung und nicht über das Eingangssignal bereitstellen.
Sie können einen Gleichspannungswandler verwenden. Diese haben normalerweise mindestens eine Isolation von 1500 Volt zwischen Eingang und Ausgang.
Gibt es hier ein Echo? lol.
Danke @Spehro und Andy. Daran hatte ich nicht gedacht, aber ich werde es mir merken, wenn die Notwendigkeit einer Isolation> 500 V entsteht. Ich denke, wir können mit dem hochohmigen Teiler davonkommen.
Ja, ich dachte genauso wie Spehro und Andy. Wenn Sie eine Isolation benötigen, liefern Sie ein wenig Leistung durch einen kleinen Transformator, der bei 100 s kHz von einer bekannten Versorgung auf der isolierten Seite abgeschnitten ist. Der Teiler, das Mikro und was auch immer schaltet letztendlich das Opto ein, um das Vorhandensein von Spannung zu signalisieren. Alle laufen auf der heißen Seite von der über den Transformator empfangenen Leistung. Ein paar 100 mW sollten ausreichen. Dieses tatsächliche Eingangssignal steuert nur den Teiler an, und dadurch können Sie eine bekannte Impedanz angeben.
horta
2014-03-11 04:14:13 UTC
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Der Spannungsteiler R1, R3 muss ungefähr die Schwellenspannung des Nmos erzeugen, die normalerweise bei 0,7 V liegt, wenn der Eingang 5 V beträgt. Die Zenerdiode schützt das Nmos-Gate, sodass alles, was über der gewählten Zener-Spannung liegt, direkt auf Masse fällt. Dies ermöglicht einen sehr breiten Eingabebereich. R1 muss einen Widerstand von mindestens 1 Ohm oder mehr haben, um zu viel Stromfluss auf der Eingangsseite zu verhindern. Der Ausgang ist ein einfacher invertierender Verstärkerausgang mit gemeinsamer Quelle. R2 sollte an den gewünschten Ausgangsstrom angepasst werden, d. H. Vdd / R2 = I. Stellen Sie sicher, dass Vdd NICHT mit Ihrem Eingangssignal übereinstimmt. Es sollte auf einem Niveau liegen, das M1 verarbeiten kann.

Die Funktionsweise dieser Schaltung liegt zwischen 0 und 5 Volt. Der Spannungsteiler sollte keine Spannung liefern, die hoch genug ist, um die Schwellenspannung des Nmos zu erreichen. Oberhalb von 5 Volt wird die Schwellenspannung erreicht, der nmos schaltet sich ein und treibt den Ausgang auf Masse. Wenn der Eingang sehr hoch wird und der Spannungsteiler eine zu hohe Spannung durchläuft, "tritt" die Zenerdiode ein und begrenzt die Eingangsspannung auf, in diesem Fall max. 5V.

Die 5-V-Schwelle ist nicht besonders genau, da die Schwellenspannungen an Mosfets je nach Herstellungsprozess variieren können. Wenn eine größere Genauigkeit erforderlich ist, würde ich mich für eine Operationsverstärkerlösung entscheiden, es sei denn, die in den anderen Antworten genannten digitalen Lösungen funktionieren ebenfalls.

schematic

simuliere diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab sup>

Michael Karas
2014-03-11 02:53:31 UTC
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Ich denke, Ihr Spannungsbereich wird mit einer Schaltung schwer zu erreichen sein.

Ich habe industrielle Eingänge hergestellt, die für Eingänge im Bereich von 0 bis etwa 50 V robust waren. Ich habe eine Optokoppler-LED als Eingang verwendet. Anstatt einen Widerstand zum Vorspannen des Optokopplers zu verwenden, habe ich eine Stromreglerdiode vor der LED verwendet, die zu einer linearen Erhöhung der Verlustleistung in der Vorspannungskomponente führt, wenn die Spannung ansteigt, anstatt einer quadratischen Erhöhung, wie Sie sie mit einem Widerstand erhalten.

Ich habe eine etwas andere Strategie zum Erfassen von Hochspannungen mit einem Optokoppler verwendet. Ich werde die Schaltung in Kürze veröffentlichen.

user43687
2014-05-29 19:52:09 UTC
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Strombegrenzungs- / Regelungsdioden sind großartig. Ich habe vor einiger Zeit ein ähnliches Problem angegangen und dachte, ich würde meine Erkenntnisse teilen:

Ich habe einen Gleichrichter in mehreren Strombegrenzungsdioden in Reihe verwendet, um eine Opto- zu steuern Isolator. Der Semitec E-202 lässt 0,5-2 mA über einen Spannungsbereich von 0,5 bis 100 V durch. Sechs in Reihe geschaltete E-202 in einem Vishay SFH618 Opto sollten relativ leicht 0,5 mA durchlassen (vorausgesetzt, für die Opto-Versorgung stehen etwa 3,3 V oder 5 V zur Verfügung).

Es gibt nicht viel Spielraum und Ihr Ausgangssignal ist ziemlich klein, aber Sie haben eine sehr gute Isolation und eine zuverlässige Erfassung des Vorhandenseins / Nichtvorhandenseins von Spannung zwischen etwa 4,5 V und 600 V (denken Sie daran Mit 480 Veff erhalten Sie 580 VDC aus dem Gleichrichter.

480 V * 1,414 = 670 Volt Spitze
Danke für die spezifischen Infos!Ich muss das untersuchen.
Vijay Patel
2015-01-13 17:55:19 UTC
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TI hat eine recht gute Lösung, mit der Sie bis zu 350 V DC erfassen können. Die Idee ist, den Strom durch einen Widerstand und eine zusätzliche Strombegrenzungsschaltung zu begrenzen:

Anschließen von Hochspannungsanwendungen an Steuerungen mit geringer Leistung



Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 3.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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