Spannungen bis ca. 750 Volt messen

Hallo,

ich habe ein Problem und weiß da nicht so ganz weiter. Ich muss eine Gleichspannung messen, die vermutlich zwischen 200Volt bis 600Volt liegen wird. Eine maximale Spannung von 750 Euro lege ich mal fest, um auf Nummer sicher zu gehen. Das ganze soll möglichst verlustfrei ablaufen.
Mein Problem ist, dass ich keine Ahnung habe, wie ich das realisieren soll (Spannungsteiler?) und auch noch galvanisch getrennt halten soll.
Messbereich wäre 0-5V, ein AD-Wandler mit I²C (AD7998) erledigt das für mich mit 12bit.
Hat da jemand vielleicht was im Hinterkopf oder kann mir einen Tip geben?

Danke

Michael

mh von was für einer Leistung redest du, dh musst du nur die Spannung messen, oder fließt auch ein Strom? In diesem Fall könnte ich dir eine Magnetfeldmessung empfehlen. Rein theoretisch könnte man das auch mit nem Shunt machen, hochohmiger Shunt erzeugt einen Stromfluss, diesen Stromfluss kann man dann über sein statisches Magnetfeld mit einem Hallsensor messen und wieder auf die Spannung zurückrechnen, das wäre dann natürlich galvanisch getrennt.
Sonst könntest du versuchen, die Messplatine über Transformator und Optokoppler galvanisch getrennt zu versorgen und einen Spannungsteiler nehmen, um die Spannung zu messen.

Hallo,

danke erstmal für die schnelle Antwort!
Ich muss reine Spannung messen. Den Strom werde ich mithilfe von Hall-Sensoren von LEM messen.
Dein Beispiel für die Spannungsmessung mit dem Hall hört sich auf jedenfall auch gut an. Wäre eine Möglichkeit.
Werde das mal ins Auge fassen.

Gruß

Michael

Eine Spannungsmssung über den Umweg Hallsonde ist ziehmlich schlecht, denn eine hallsonde mitßt ein Magnetfeld und um da was messbares zu kriegen braucht man zu viel Strom (kaum unter 1 mA).

Ein alternative wäre da schon ein linear betriebener Optokoppler. Aller dings wird das nicht sonderlich genau. Eine andere alternative wäre es ein paar Kapatzitätsdioden mit der zu messenden Spannung abzustimmen. Auswerten kann man das als Brückenschaltung oder Resonazkreis durch einen trafo getrennt. Diese Methode braucht aber eine extra Kalibrierung wegen der Nichtlinearitäten.

Dann gäbe es noch die Möglichkeit eine Feldmühle (für die Differenzen) aufzubauen, das gibt zwar keine 100% tige Trennung, aber die nötige Koppelkappatzität ist eher kleinern als die unvermeidbaren bei einem Optokoppler oder Trafo. Dafür könnte man damit praktisch Leistungslos spannungen Messen, denn man hat nur eine Eingangskappatzität.

Nimm lieber einen ADC mit einer Schnittstelle, die nur unidirektionale Leitungen verwendet, zb SPI. Die kann man besser per Optokoppler trennen als die bidirektionalen Leitungen von I2C.

hmm was selbst bauen bei so hohen Spannungen ob das gesund ist normales Multimeter innen wiederstandt rausfinden und dann den gleichen widerstand nochmal dranhängen dann kannst schon einmal die doppelte Spannung messen usw. oder noch besser ein kaufen
z.B.
http://cgi.ebay.de/Zaunpruefer-Digit...QQcmdZViewItem

oder

http://cgi.ebay.de/8-Funktionen-Univ...QQcmdZViewItem

sowas in der Art

Hallo!

Ich habe im Code die Idee vom Besserwessi mit Optokoppler skizziert.

Der Opto1 wird mit OpAmp linearisiert und wenn man einen zweifachen Optokoppler nimmt, kann man davon ausgehen, dass die beiden identisch sind. Damit die Spannungen aus den Optokoppler identisch sind, sollten folgende Werte gleich sein: VCC=VCC1 (aber galvanisch getrennt), R3=R4 und R5=R6. GND1 ist auch vom GND galvanisch getrennt.

MfG

Code:

---

                                                    VCC1
                                        +-----+      +
                                        |    |      |
                                        |    .-.    .-.
  0...750V >-----+                    |    | |R5  | |R4
                  |                    |    | |    | |
                .-.      VCC          |    '-'    '-'
              R1| |      +            |    |      |
                | |      |            |    |Opto2 +-----> ADC
                '-'      +-----+      |    .|------|.
                  |      |\|    |      |    ||      ||
                  +------|+\    |      |    ||    |/ |
                  |      |  >----|------+    |V -> |  |
                .-.  +-|-/    |      |    |-    |> |
              R2| |  | |/|    |    .-.  ||      ||
                | |  |  ===    |  R6| |  '|------|'
                '-'  |  GND  .-.    | |  ===    ===
                  |    |        | |R3  '-'  GND    GND1
                ===  |        | |    |
                GND  |        '-'    |
                      |        |      |
                      +---------+------|------+
                                        |Opto1 |
                                      .|------|.
                                      ||      ||
                                      ||    |/ |
                                      |V -> |  |
                                      |-    |> |
                                      ||      ||
                                      '|------|'
                                      ===    ===
                                      GND    GND

---

Die einfachste Lösung hatte ich vergessen: Den AD Wandler an der Seite mit der Hochspannung und dann die Daten per Optokoppler digital senden. I2C ist da weniger geeignet, wegen er bidirektional genutzten Leitungen. Besser wäre da SPI oder was ähnliches, ggf auch nur ein Optokoppler.

oh Sorry hab den 2 Letzten Satz nicht gesehen aber ich hab auf Platinen beobachtet das diese Teilweise normale wiederstände meist 3 in reihe nehmen um die Spannung zu erkennen und einen ad wandler?!

Hallo,

danke erst mal für die vielen Antworten. Der AD7998 ist fix, bestellt und liegt im Labor, die Platine bekomme ich auch nächste Woche. Deswegen wird es bei I²C bleiben. Es geht im Endeffekt darum, von Photovoltaik-Anlagen Strom und Spannung zu messen und die effektive Leistung vor dem Wechselrichter erfassen. Der Strom wird - wie gesagt - mit Hall-Sensoren gemessen, aber bei der Spannung bin ich mir nach wie vor nicht sicher. Galvanische Trennung und einen Messbereich in der Dimension machen es mir schwer einen guten Weg zu finden. Der Umweg über Multimeter fällt auch weg. Werde mir den Schaltplan von PICture noch mal entspannter anschauen müssen.

Gruß

Michael

Es gibt noch eine Möglichkeit, wenn man Opto-OpAmp aus der Serie HCPL7850 oder HCPL7851 beschaffen könnte.

MfG

I2C ist nun mal etwas schwieriger über Optos zu trennen als irgendeine andere serielle Verbindung mit unidirektionalen Leitungen. Insofern solltest Du Dich mal fragen, ob es richtig sein kann, auf ein falsches Verfahren zu beharren, nur weil das Teil bestellt wurde.
Im übrigen musst Du Dir auch noch mal Gedanken machen, wie Du die Hilfsspannung für die Komponenten auf der "750V"-Seite bereitstellst und dabei die sichere galvanische Trennung, wie sie für PV-Anlagen gefordert wird, garantierst. Gegenüber der Datenübertragung dürfte das das eigentliche Problem werden.
Es gibt zwar im Traktionsbereich Wandler für Eingangsspannungen von 50-1000V oder so in etwa, aber da muss man auch erstmal rankommen, bliebe also ein Schaltnetzteil mit sehr guter Isolation.

sorry wegen OT, aber den find ihc echt gut:

Zitat:

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Eine maximale Spannung von 750 Euro

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hehe...

hallo picture,

schöne idee mit der linearisierung... aber .. hast du das schonmal ausprobiert ?
wie linear ist das denn ?

gruss klaus

Hallo kilisson!

Das mit dem Opto1 ist so linear wie der OpAmp selbst, solange keine Spannung außer linearem Bereich liegt.

In dieser Schaltung wird die Spannung vom Opto2 zum ADC sich von der Eingangsspannung nur so weit unterscheiden, wie weit die beiden Optos nicht identisch sind.

Ähnliche meine Schaltungen wurden schon von Forum-Benutzer ausprobiert. Zum Beispiel:

https://www.roboternetz.de/phpBB2/ze...ag.php?t=21886

MfG

Hallo,

danke erstmal für die Tips, werde das erstmal absprechen müssen.
Auf I²C kann ich momentan nicht verzichten, da dies die Vorstufe für andere Bus-Systeme (CAN und evtl. ProfiBus) sein wird. Evtl. gehen wir da auch auf RS-485, das muss mein Nachfolger dann erledigen.

mfg

Michael

Ich als Apfelfan kann auch nicht auf Birnen verzichten ;)
Was soll das miteinander zu tun haben, RS485 oder erst recht CAN wirst Du noch weniger direkt trennen können. Das Geheimnis liegt doch darin, auf der Mess-Seite der Potenzialbarrierer möglichst wenig Aufwand zu treiben, auf der getrennten Seiten wird doch sowieso ein Controller werkeln, da kann man dann ja beliebig abgefahrene Sachen anstellen. Je weniger Technik und vor allem je weniger Leistung auf der Hochspannungsseite benötigt wird, desto besser - würde ich meinen. Also ein ADU, der sich ohne aufwändiges Protokoll über einen Opto takten lässt und über einen zweiten seinen Wert ausplaudert und alles ist gut.

Soweit richtig, nur muss später - irgendwann - auf Entfernungen bis zu 500m die Datenabfrage auch erledigt werden. Und da ich jetzt schon eine Entfernung von um die 10m habe, wird es - aus Gründen von Bauteilen, die vorhanden sind, erstmal so probiert. Das wurde nicht von mir so festgelegt (ist eine Diplomarbeit in der FH), das hat der Professor letztendlich so festgelegt und ich muss das halt jetzt ausarbeiten, aufbauen als Prototyp und testen. Der nächste Diplomand nimmt dann die anderen Bus-Systeme zum Implementieren.
Ich kann diese Vorgabe jetzt leider auch nicht ändern, also muss ich es jetzt so erledigen.
Wie gesagt, danke für eure Hilfe, ich denke PICtures Vorschlag werde ich wahrscheinlich mal weiter ausarbeiten und aufbauen.

Gruß

Michael

Solltest Du Probleme haben, weil es nur eine undimensionierte Skizze meiner Idee ist, würde ich Dir gerne helfen. O:)

MfG

Danke, sobald sich was entschieden hat, wenn es geklappt oder doch nicht geklappt hat, hörst du von mir ;-)

Gruß

Michael

Ich habe bei eBay sehr günstige folgende Opto-OpAmps gefunden:

HCPL 7510:

http://cgi.ebay.de/ws/eBayISAPI.dll?...MEWA:IT&ih=001

HCPL 7520:

http://cgi.ebay.de/10x-lineares-Stro...QQcmdZViewItem

Das Angebot dauert noch 6 Tage ab heute und der Preis kann noch steigen. Die OpAmps gibt es auch z.B. beim Mercateo.com zu kaufen, sind dort aber teurer (5,83 €/St.).

Das Anwenden der o.g. OpAmps würde das analoge Teil der Schaltung sehr vereinfachen und die Messgenauigkeit erhöhen.

MfG

hallo picture

ich jetzt unsicher, ob ich nicht besser einen neuen thema aufmachen soll.
das mit der linearisierung finde ich ja ne super idee.

ich frag mich jetzt ob das dann auch mit nf-übertragern funktionieren würde.

was meinst du ?

gruss klaus

Dazu müsste die Messgröße ja erstmal eine Wechselspannung sein. Deren Amplitude würde, solange der Trafo weit genug von der Sättigung betrieben wird, linear übertragen werden. Oder meinst Du eine U/f-Wandlung? Dann wäre die Linearität des Übertragers egal, dafür ist dann die des U/f-Wandlers evtl ein Problem.

Hallo!

@ schaun

Ich denke, das die DC Ausgangsspannung aus derartigem OpAmp direkt mit ADC gemessen werden kann, da der OpAmp schon eine galvanische Trennung von der ca. 600 V hoher Spannung hat.

Die ca. 600 V werden durch entsprechenden Spannungsteiler an Eingang des OpAmps zugeführt und die galvanisch getrennte Spannung vom Ausgang des OpAmps direkt durch ADC gemessen.

Ich habe den Datenblatt nur kurz angeschaut und kann mich täuschen. Der Datenblatt vom HCPL 7520:

http://www.datasheetcatalog.org/data...24ffrrdkwy.pdf

MfG

He? Die Frage war doch, ob man zur galv Trennung dann nicht auch einen NF-Übertrager einsetzen können, und was das angeht, stehe ich zu meiner Antwort.

Hallo!

@ kolisson

Sorry, aber durch den Seitenwechsel habe ich deine Frage übersehen.

Man kann alles mit OpAmp linearisieren, wenn man es in die negative Rückkopplung vom OpAmp anschließt, ein Übertrager auch.

MfG

Hallo,

Mal ne andere Idee.

Schau doch mal auf folgende Seite:
www.lem.com
und suche nach [highlight=red:cec5f54cb2]LV25-P[/highlight:cec5f54cb2]
Ist auf den esten Blick ein Stromwandler, aber damit
kann man auch sehr elegant Spannung messen.
Wie, steht im Datenblatt mit Beispielrechnung.
Die Linearität ist ok, galv. Trennung perfekt und ist
klein und handlich.
Ob Du mit den 12Bit auskommst, musst Du entscheiden.
Wir messen damit bis zu 1000V AC und DC mit nem 16Bit.
Funzt sehr gut.

Gruß,
Duesentrieb72

@Picture: der Mensch möchte GLEICHSPANNUNG messen, wie willst Du einen Übertrager (Kupferspulen, Metallkern usw) mit einem OPV linearisieren, dass er Gleichgrößen überträgt?

Hallo!

@ Duesentrieb7

Vielen Dank, ich habe mir schon den Datenblatt vom LV25-P angeschaut. Der könnte auch in betracht kommen, entscheiden wird aber durch den Treadstarter.

Als einziges kleines Nachteil finde ich die gesplitterte Versorgungsspannungen (+12V/-12V).

MfG

@ PICture

Auch das lässt sich sehr elegant lösen:

http://www.floeth-electronic.com/Pro...ndustrial.html

Mit dem [highlight=red:2172e917b2]FS7U-0512D[/highlight:2172e917b2] kommt man prima klar...

Gruß,
Duesentrieb72

Hallo Duesentrieb7!

Natürlich! O:)

MfG

Für die anfangs von Picture vorgeschlagene Lösung gibt es extra Optokoppler die nur eine LED, aber 2 Fotodioden haben. Die sind extra für eine solche Schaltung gemacht. Wenn interesse besteht kann ich Montag mal schauen welche das waren, hab die gerade im Labor liegen gehabt.

Gruß Philipp

Hallo ba4_philipp!

Vielen Dank für deine Info, das habe ich nicht gewußt. Wenn´s gibt, wäre meine Schaltung noch einfacher.

MfG

Die gibt's schon lange, wir haben damals (10 Jahre+) den IL300 eingesetzt, ob es den noch gibt, weiss ich nicht, aber irgendwas wird schon nachgerückt sein.

Hallo,

habe den Seitenwechsel komplett übersehen, deswegen erst so spät noch mal ein Lebenszeichen von mir.
Nach einem Gespräch mit einem Professor für Schaltungstechnik, kam genau jener IL300 ins Gespräch. Einweilchen weiter kamen wir dann an den AD7400 und zu guter letzt blieben wir bei zwei Bausteinen hängen.
-) AD210
-) ISO124 TI
Wobei letzterer vermutlich in Bezug auf Preis und Leistung in Frage kommt.
Der AD210 sollte momentan bei ~ 40 Euro kosten, der ISO124 auf ungefähr 15 Euro bei fast gleichen Leistungsdaten (Preis von meinem Prof aus dem Kopf)

Gruß

Michael

Dass ein Prof mit so einem Urzeitrelikt kommt wunder mich jetzt irgendwie gar nicht ;)
Die ISOs sind schon nett, der 124 kostet bei Flanell 12,20 EUR netto, das ist ja noch annehmbar. Ist halt die Frage, ob man sich so ein Spezialteil ans Bein binden will oder lieber mit einem ausatuschbaren ADU, DC/DC-Wandler und Optokopplern was Eigenes baut. Letztlich wird das sicher nicht billiger, und ISO-Verstärker wird es vermutlich noch eine Weile geben. Bis auf Preis (nach unten) und Leistung (nach oben) hat sich da seit meinem Erstkontakt mit so einem Teil 1989 nicht wirklich viel getan.