Domanda:
Ingresso logico digitale con range di tensione di ingresso molto ampio
TimH - Codidact
2014-03-11 02:39:43 UTC
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Stiamo sviluppando un prodotto di controlli industriali che verrà utilizzato per monitorare la presenza o l'assenza di tensione compresa tra 5V e 480V. Poiché l'unità sarà generica e programmabile , questo ingresso può essere utilizzato in una varietà di modi imprevedibili.

Il problema con cui ho avuto a che fare è come monitorare una così vasta gamma di tensioni con un singolo circuito. Ad esempio, se guido direttamente un LED di accoppiatore ottico, non riesco a far sì che il 5V lo accenda senza che il 480V lo distrugga. I regolatori di tensione in genere funzionano con una tensione molto inferiore a 480 V, quindi sono un po 'un dilemma.

Le soluzioni di controllo industriale che ho visto aggirano questo problema dicendo: "acquista questo altro modello per ingresso ad alta tensione "o" acquista questo convertitore di ingresso ad alta tensione e aggiungilo ". È davvero l'unica soluzione qui? Sto cercando di fare l'impossibile? Qualsiasi input sarebbe apprezzato, nessun gioco di parole !

Una possibile domanda correlata

È una linea CC o CA? Una volta che un'unità è stata "messa in servizio" è probabile che la gamma completa di ingresso possa improvvisamente diventare 5V quando prima era 480V o è un problema di installazione?
L'ingresso passerà attraverso un raddrizzatore a ponte, quindi sarà trattato tutto come DC ... Penso di vedere dove stai andando, però. Come si rilevano le modalità di guasto se 5V è uguale a 480V?
no non stavo insinuando o suggerendo, chiedevo solo se un'installazione è impostata a 480v sarebbe rimasta così o ci si poteva ragionevolmente aspettare che andasse molto più in basso e non fosse in una condizione di guasto. Potrebbe essere utile spiegare un po 'di più su un'installazione tipica.
Immagino che sia questo il punto ... non sappiamo come sarà un'installazione tipica. Il cliente lo collegherà a tutto ciò che desidera monitorare.
ok capito. Tutto dipende dal rumore. Sulla base della risposta di Olin, se usassi un grande attenuatore e cercassi un segnale maggiore di 40 mV, funzionerebbe. Usa un comparatore (è come un amplificatore operazionale) ma se il rumore o il ripple prendessero un segnale al di sotto della soglia, si attiverebbero ciclicamente su un buon segnale. Fondamentalmente è richiesto più input da parte tua.
Non penso che sia del tutto impossibile, ma penso che sarà piuttosto costoso, molti dollari per input, in particolare se devi soddisfare le approvazioni delle agenzie di sicurezza. Quale tensione transitoria devi sopportare sul 480V? 1kV? 4kV?
@SpehroPefhany - Dato che siamo abbastanza nuovi ai controlli industriali, non so esattamente quali siano le approvazioni delle agenzie per la sicurezza, se ce ne sono. Se potessimo resistere a transitori di 1kV, dovrebbe essere sufficiente.
Penso che avrai bisogno di una distanza di dispersione di almeno 10 mm per 480 V CA. Ci sono resistori adeguatamente classificati per l'approccio di Olin, prova Vishay.
Grazie, @SpehroPefhany, che è utile. Vedrò se riesco a trovare una tabella per cercare le distanze di dispersione.
Cinque risposte:
Olin Lathrop
2014-03-11 02:55:20 UTC
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Dovresti essere in grado di farlo se pensi a questa tensione di ingresso come a un segnale analogico. Attenualo di 100 e hai qualcosa nell'intervallo 0-5 V. 5 V in risultati in soli 50 mV, ma è ancora abbastanza alto da rilevare al di sopra di qualsiasi rumore di fondo ragionevole.

Potrebbe essere una buona idea eseguirlo in un micro per misurare effettivamente la tensione, quindi fare in modo che il codice decida se la tensione di ingresso è realmente "presente" oppure no. Con un tale intervallo di 100: 1, mi aspetto che non sia così semplice come controllare se è superiore a 4 V, per esempio, oppure no. Si spera che il codice possa verificare qual è il livello previsto, forse vedere che è abbastanza stabile, o qualsiasi altra cosa. Tieni presente che una linea a 480 V quando "attiva", potrebbe avere più di 5 V di rumore quando è spenta. Penso che sarà utile una logica che faccia più di un semplice confronto stupido a soglia fissa.

A causa dell'alta tensione, si desidera utilizzare un divisore ad alta impedenza altrimenti dissiperà una potenza significativa. Il resistore superiore da 1 MΩ e il resistore inferiore da 10 kΩ sembrano funzionare. Non è esattamente 1/4 W a 480 V in, e ovviamente molto meno a tensioni inferiori. Fornisce anche un'uscita di impedenza di 10 kΩ per pilotare l'ingresso A / D.

Grazie, Olin. L'unico aspetto negativo che posso vedere è l'incapacità di inserire l'isolamento, ma potrebbe non avere importanza se stiamo usando un resistore da 1M. Quali sono i tuoi pensieri?
È sempre possibile avere l'isolamento utilizzando un piccolo microcontrollore sul lato "caldo" di un optoisolatore.
@Wouter, Ci ho pensato, ma questo mi richiederebbe di fornire alimentazione all'UC dal lato caldo, che a sua volta necessita di un vreg in grado di fornire 1000V in ingresso ... Se potessi farlo, questo problema sarebbe risolto! :-)
@Olin, possiamo fornire un po 'di "isolamento dei poveri" dividendo 1M in due 500K e mettendoli su V + e V- in arrivo. Ciò eliminerebbe la necessità di optoisolatori, credo.
È possibile fornire l'alimentazione da un lato a bassa tensione utilizzando un convertitore CC-CC ad alto isolamento, non dal segnale di ingresso.
puoi usare un convertitore da cc a cc. Questi normalmente hanno un isolamento minimo di 1500 volt tra ingresso e uscita.
c'è un'eco qui lol.
Grazie @Spehro e Andy. Non ci avevo pensato, ma lo terrò a mente se dovesse sorgere la necessità di isolamento> 500V. Penso che possiamo farla franca usando solo il divisore ad alta resistenza.
Sì, stavo pensando lo stesso di Spehro e Andy. Se hai bisogno di isolamento, fornisci un po 'di potenza attraverso un piccolo trasformatore tagliato a 100 kHz da un'alimentazione nota sul lato isolato. Il divisore, il micro e qualsiasi altra cosa alla fine accende l'opto per segnalare la presenza di tensione, tutti funzionano sul lato caldo dall'energia ricevuta sul trasformatore. Qualche 100 mW dovrebbe essere sufficiente. Quel segnale di ingresso effettivo guida solo il divisore e quindi è possibile specificare un'impedenza nota.
horta
2014-03-11 04:14:13 UTC
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Il partitore di tensione R1, R3 deve creare approssimativamente la tensione di soglia del Nmos che di solito è di circa 0,7 V quando l'ingresso è 5 V. Il diodo Zener è lì per proteggere il gate Nmos in modo che qualsiasi cosa al di sopra della tensione Zener scelta venga semplicemente lasciata cadere direttamente a terra. Ciò consente una gamma di input molto ampia. R1 deve avere una resistenza di circa 1Mohm o superiore per evitare un flusso di corrente eccessivo sul lato di ingresso. L'uscita è una semplice uscita dell'amplificatore invertente a sorgente comune. R2 dovrebbe essere abbinato a qualunque corrente di uscita desideri, ad es.Vdd / R2 = I. Assicurati che Vdd NON sia lo stesso del segnale in ingresso. Dovrebbe essere a un livello che può gestire M1.

Il modo in cui funziona questo circuito è compreso tra 0 e 5 Volt, il partitore di tensione non dovrebbe fornire una tensione sufficientemente alta da raggiungere la tensione di soglia dell'Nmos. Oltre i 5 volt viene raggiunta la tensione di soglia, l'nmos si accende e porta l'uscita a massa. Se l'ingresso diventa molto alto e il partitore di tensione inizia a passare attraverso una tensione troppo alta, il diodo Zener "interviene" e limita la tensione di ingresso a, in questo caso 5V max.

La soglia di 5V non è molto precisa poiché le tensioni di soglia sui mosfet tendono a variare a seconda del processo che li ha prodotti. Se è necessaria una maggiore precisione, mi orienterei verso una soluzione op-amp a meno che non funzionino anche le soluzioni digitali menzionate nelle altre risposte.

schematic

simula questo circuito: schema creato utilizzando CircuitLab

Michael Karas
2014-03-11 02:53:31 UTC
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Penso che il tuo intervallo di tensione sarà difficile da ottenere con un circuito.

Ho realizzato ingressi industriali robusti per ingressi nell'intervallo da 0 a circa 50 V. Ho usato un LED accoppiatore ottico come ingresso. Invece di usare un resistore per polarizzare il fotoaccoppiatore ho usato un diodo regolatore di corrente davanti al LED che porta ad un aumento lineare della dissipazione di potenza nella componente di polarizzazione all'aumentare della tensione invece di un aumento quadrato come si ottiene con un resistore.

Ho utilizzato una strategia leggermente diversa per rilevare tensioni elevate con un fotoaccoppiatore. Pubblicherò il circuito di quello a breve.

user43687
2014-05-29 19:52:09 UTC
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I diodi di limitazione / regolazione della corrente sono ottimi, ho affrontato un problema simile qualche tempo fa, quindi ho pensato di condividere le mie scoperte:

Ho usato un raddrizzatore in diversi diodi di limitazione di corrente in serie per controllare un opto- Il Semitec E-202 fa passare 0,5-2 mA in un intervallo di tensione compreso tra 0,5 e 100 V. Sei E-202 in serie in un Vishay SFH618 Opto dovrebbero passare 0,5 mA abbastanza facilmente (assumendo qualcosa come 3,3 V o 5 V disponibili per l'alimentazione opto).

Non c'è molto spazio di manovra e il segnale in uscita sarà abbastanza piccolo, ma avrai un ottimo isolamento e un rilevamento affidabile della presenza / assenza di tensione tra circa 4,5 V e 600 V (ricorda 480 Vrms ti dà 580Vdc fuori dal raddrizzatore).

480v * 1.414 = 670 volt di picco
Grazie per le informazioni specifiche!Dovrò esaminarlo.
Vijay Patel
2015-01-13 17:55:19 UTC
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TI ha una buona soluzione che può aiutarti a rilevare fino a 350 V CC. L'idea è di limitare la corrente tramite un resistore e un circuito di limitazione della corrente aggiuntivo:

Interfacciamento di applicazioni ad alta tensione con controller a bassa potenza



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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