Messen von erdbezogenen AC- und DC-Signalen

Ich arbeite an einem Produkt, das mehrere STPM32-Mess-ICs haben wird, die Spannung/Strom/Leistung/Energieverbrauch mehrerer relaisgesteuerter Schaltungen messen. Ich entwerfe so, dass das Relais und das analoge Front-End des Mess-ICs entweder eine 0-40-V-DC- oder eine 230-Vrms-AC-Quelle steuern/messen können.

Die DC-Quelle ist entweder eine Batteriebank und die AC-Quelle ist ein Wechselrichter. Der Mess-IC ist so konfiguriert, dass er die Differenzspannung über einem Shunt-Widerstand auf der Leiterplatte sowie die Differenzspannung zwischen dem „heißen“ Draht DC + oder AC und einem noch zu bestimmenden Referenzpunkt misst.

Ich versuche herauszufinden, wie ein Erdungsschema zwischen den analogen Frontends der Mess-ICs und den zu steuernden / zu versendenden Spannungsquellen implementiert werden kann.

Ich habe versucht, ein paar grobe Schemata dessen zu zeichnen, wovon ich spreche.

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Das 1. Schema zeigt zwei Kanäle (daher 2 Mess-ICs). Der erste Kanal, den ich gezeichnet habe, zeigt den angeschlossenen Wechselrichter (230-Vrms-Quelle), wobei eine andere 12-V-Quelle als verfügbare Alternative angezeigt wird (durch Umschalten von SW1 und SW2). Dies dient nur der Veranschaulichung (um wirklich klar zu machen, dass es sich um eine Gleichstromquelle handeln könnte, die Kanal 1 genauso gut speist wie eine Wechselstromquelle). Es gibt auch eine 24-V-DC-Quelle, die den 2. Kanal am unteren Rand des Schaltplans speist. Das Problem bei dieser Topologie besteht darin, dass die Spannungen an den Eingangspins zum Mess-IC das Maximum von 0,3 V überschreiten. Ein weiteres Problem bei diesem Aufbau besteht darin, dass der Mess-IC 230 Vrms an seinen I+-, I- und V-Pins erhält, wenn der Neutralleiter bei geschlossenem Relais abgezogen wird.

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Simulieren Sie diese Schaltung

Dieses 2. Schema zeigt meine ursprüngliche Idee. Ich wollte ursprünglich nur alle Erdungen der Kanäle auf der Platine zusammenbinden. Dies funktioniert in Bezug darauf, die Spannungen an den Mess-IC-Pins innerhalb der Spezifikation zu halten, aber dann wurde mir klar, dass der GFCI des Wechselrichters auslösen würde, weil ein Teil des Stroms über Masse und nicht über seinen Neutralleiter zum Wechselrichter zurückkehrt. Ansonsten scheint es ein gutes Design zu sein.

Wenn ich einfach auf einen Wechselrichter ohne GFCI an seinem Ausgang umschalte, kann ich fortfahren und einfach alle Erdungen auf der Leiterplatte zusammenbinden, wie im zweiten Schema gezeigt (dh den Neutralleiter mit der Erdung auf der Leiterplatte verbinden?).

Ich fange an zu glauben, dass die einzig praktikable Option darin besteht, jeden Kanal galvanisch von den anderen Kanälen zu trennen. Auf diese Weise kann ich jeden Mess-IC auf die Neutral- / DC-Spannung "schweben" und sicherstellen, dass keiner der Pins über 0,3 V geht (wenn der Neutralleiter bei geschlossenem Relais abgezogen wird, wird die lokale Mess-IC-Masse einfach aufschwimmen). 230 Vrms) und stellen Sie dabei sicher, dass der gesamte Strom von der AC-Quelle über den Neutralleiter zurückfließt.

Antworten (2)

Ich fange an zu glauben, dass die einzig praktikable Option darin besteht, jeden Kanal galvanisch von den anderen Kanälen zu trennen.

In der Nähe, aber ich würde empfehlen, dass die Kanäle zusammengebunden werden können - es ist die Erde, die galvanisch getrennt werden muss. Siehst du,

(Wenn der Neutralleiter abgezogen wird, während das Relais geschlossen ist, schwebt die lokale Mess-IC-Masse einfach auf 230 Veff.)

ist erschreckend. Haben Sie darauf geachtet, was Sie sagen? "Einfach bis 230 Vrms floaten"? Mit anderen Worten, Ihr gesamtes System kann an 230 Volt gebunden sein, und ohne dass Sie es wissen. Jeder kompetente Elektroprüfer wird Sie sofort abschalten.

Sie sollten Ihre Signale entweder mit Batteriestrom oder (noch besser) mit einem Niederspannungstransformator aufbereiten, dessen Primärseite auf der Messseite mit Wechselstrom betrieben wird. Verwenden Sie einen separaten Verstärker für Spannung und Strom, und wenn Sie wirklich das Gefühl haben, Kommunikationsverbindungen sparen zu müssen, können Sie die Verstärkereingänge zwischen Ihren beiden Quellen umschalten. Dies wird ziemlich eigenartig sein, da Ihre beiden Quellen AC und DC sind, daher würde ich eine separate Konditionierungsschaltung für Ihre 4 Variablen empfehlen.

Einmal konditioniert, haben Sie die Wahl – entweder einen stromseitigen A/D mit optischen Verbindungen (Optokoppler) zu Ihrer Messseite oder eine analoge optische Übertragung Ihrer 4 Signale, z. B. durch Verwendung eines V/F-Wandlers, und Erfassen Sie die Signale mit einem oder mehreren F/V-Konvertern (hier können Sie problemlos einen Multiplexer platzieren). Der erste Ansatz verwendet ein Minimum an A/D-Hardware, erfordert jedoch bidirektionale optische Verbindungen, um den ADC zu steuern. Der zweite verwendet mehr leistungsseitige Schaltungen (die F/V s), aber der Erfassungsabschnitt ist unidirektional. Deine Entscheidung.

Nein, ich habe vorgeschlagen, dass jeder Mess-IC galvanisch vom Rest des Systems getrennt ist. Für 12 Kanäle hätten Sie also 13 verschiedene Erdungen, nachdem Sie die Erdung von MCU / Kommunikation / Peripherie berücksichtigt haben. Es scheint, als würdest du dasselbe sagen? Floaten Sie jeden Kanal an seinen Eingang, indem Sie ihn galvanisch von den anderen Kanälen/Controllern trennen?

Ich denke, die Antwort besteht darin, jeden Kanal im analogen Frontend auf die niedrige Seite seines Eingangs zu verweisen (dh auf DC (-) oder auf AC Neutral). Mit anderen Worten, für ein 12-Kanal-AFE hat die Leiterplatte insgesamt 13 Massepotentiale: eines pro AFE-Kanal und eines für die MCU und den Rest der Platine.

Messen von erdbezogenen AC- und DC-Signalen
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