Question:
Entrée logique numérique avec plage de tension d'entrée très large
TimH - Codidact
2014-03-11 02:39:43 UTC
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Nous développons un produit de contrôle industriel qui sera utilisé pour surveiller la présence ou l'absence de tension allant de 5V à 480V. Puisque l'unité sera générique et programmable , cette entrée peut être utilisée de différentes manières imprévisibles.

Le problème avec lequel je me suis débattu est de savoir comment surveiller une si large gamme de tensions avec une conception de circuit unique. Par exemple, si je pilote une LED d'optocoupleur directement, je ne peux pas faire en sorte que le 5V l'allume sans que le 480V le détruit. Les régulateurs de tension fonctionnent généralement sur une tension beaucoup plus basse que 480V, donc je suis un peu dans un dilemme.

Les solutions de contrôle industriel que j'ai vues contournent ce problème en disant: "achetez cet autre modèle pour entrée haute tension »ou« achetez ce convertisseur d'entrée haute tension et ajoutez-le ». Est-ce vraiment la seule solution ici? Est-ce que j'essaye de faire l'impossible? Toute contribution serait appréciée, sans jeu de mots !

Une question éventuellement liée

Est-ce une ligne DC ou AC? Une fois qu'une unité a été «mise en service», est-il probable que la gamme complète d'entrée puisse soudainement devenir 5V alors qu'elle était auparavant 480V ou s'agit-il d'une installation fixe?
L'entrée passera par un pont redresseur, donc tout sera traité comme DC ... Je pense que je vois où vous allez, cependant. Comment détectez-vous les modes de défaillance si 5V ressemble à 480V?
non, je n'impliquais ni ne suggérais, je demandais simplement si une installation est configurée à 480v, est-ce qu'elle resterait telle quelle ou pourrait-on raisonnablement s'attendre à ce qu'elle soit beaucoup plus basse et ne soit pas en état de défaut. Cela peut aider si vous expliquez un peu plus une installation typique.
Je suppose que c'est là tout le problème ... nous ne savons pas à quoi ressemblera une installation typique. Le client le connectera à tout ce qu'il souhaite surveiller.
OK compris. Tout dépend du bruit. Sur la base de la réponse d'Olin, si vous utilisiez un gros atténuateur et que vous recherchiez un signal supérieur à 40 mV, cela fonctionnerait. Utilisez un comparateur (c'est comme un opamp) mais si le bruit ou l'ondulation prenait un signal en dessous du seuil, il se déclencherait toujours cycliquement sur un bon signal. Fondamentalement, plus de contribution de votre part est requise.
Je ne pense pas que ce soit tout à fait impossible, mais je pense que ce sera assez cher, beaucoup de dollars par intrant, surtout si vous devez satisfaire aux approbations des agences de sécurité. Quelle tension transitoire devez-vous supporter sur le 480V? 1kV? 4kV?
@SpehroPefhany - Étant donné que nous sommes assez nouveaux dans les contrôles industriels, je ne sais pas exactement quelles sont les approbations d'agences de sécurité nécessaires, le cas échéant. Si nous pouvions supporter des transitoires de 1 kV, cela devrait suffire.
Je pense que vous aurez besoin d'au moins 10 mm de ligne de fuite pour 480VAC. Il existe des résistances correctement évaluées pour l'approche d'Olin, essayez Vishay.
Merci, @SpehroPefhany, qui est utile. Je vais voir si je peux trouver un tableau pour rechercher les lignes de fuite.
Cinq réponses:
#1
+8
Olin Lathrop
2014-03-11 02:55:20 UTC
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Vous devriez pouvoir le faire si vous considérez cette tension d'entrée comme un signal analogique. Atténuez-le de 100, et vous avez quelque chose dans la plage 0-5 V. 5 V donne seulement 50 mV, mais c'est encore assez élevé pour détecter au-dessus de tout plancher de bruit raisonnable.

Ce pourrait être une bonne idée de le faire passer dans un micro pour mesurer réellement la tension, alors demandez au code de décider si la tension d'entrée est vraiment «présente» ou non. Avec une telle plage de 100: 1, je pense que ce n'est pas aussi simple que de vérifier si elle dépasse 4 V, par exemple, ou non. Le code peut, espérons-le, vérifier quel est le niveau attendu, peut-être voir qu'il est assez stable, ou autre. Gardez à l'esprit qu'une ligne qui est à 480 V lorsqu'elle est «allumée» peut avoir plus de 5 V de bruit lorsqu'elle est désactivée. Je pense qu'une logique qui fait plus qu'une simple comparaison stupide de seuil fixe sera utile.

En raison de la haute tension, vous voulez utiliser un diviseur à haute impédance sinon il dissipera une puissance significative. Une résistance supérieure de 1 MΩ et une résistance inférieure de 10 kΩ semblent fonctionner. Ce n'est pas tout à fait 1/4 W à 480 V, et bien sûr beaucoup moins à des tensions plus basses. Il fournit également une sortie d'impédance de 10 kΩ pour piloter l'entrée A / N.

Merci, Olin. Le seul inconvénient que je peux voir est l'incapacité d'insérer une isolation, mais cela n'a peut-être pas d'importance si nous utilisons une résistance de 1M. Quelles sont vos pensées?
Vous pouvez toujours avoir l'isolement en utilisant un petit microcontrôleur sur le côté «chaud» d'un opto-isolateur.
@Wouter, J'y ai pensé, mais cela m'obligerait à alimenter le uC du côté chaud, qui à son tour a besoin d'un vreg capable d'une entrée de 1000V ... Si je pouvais faire cela, ce problème serait résolu! :-)
@Olin, nous pouvons fournir un certain "isolement du pauvre" en divisant le 1M en deux 500K et en les mettant sur les V + et V- entrants. Cela éliminerait le besoin d'optoisolateurs, je pense.
Vous pouvez fournir l'alimentation à partir d'un côté basse tension à l'aide d'un convertisseur CC-CC à haute tension d'isolement, et non à partir du signal d'entrée.
vous pouvez utiliser un convertisseur DC vers DC. Ceux-ci ont normalement une isolation de 1500 volts entre l'entrée et la sortie au minimum.
y a-t-il un écho ici lol.
Merci @Spehro et Andy. Je n'avais pas pensé à cela, mais je garderai cela à l'esprit si le besoin d'isolement> 500V se fait sentir. Je pense que nous pouvons nous en tirer simplement en utilisant le diviseur à haute résistance.
Oui, je pensais la même chose que Spehro et Andy. Si vous avez besoin d'isolement, fournissez un peu de puissance à travers un petit transformateur coupé à 100s de kHz à partir d'une alimentation connue du côté isolé. Le diviseur, le micro et tout le reste activent finalement l'opto pour signaler la présence de tension, tous fonctionnent du côté chaud à partir de la puissance reçue sur le transformateur. Quelques 100 mW devraient suffire. Ce signal d'entrée réel pilote uniquement le diviseur et vous pouvez ainsi spécifier une impédance connue.
#2
+6
horta
2014-03-11 04:14:13 UTC
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Le diviseur de tension R1, R3 doit créer approximativement la tension de seuil du Nmos qui est généralement autour de 0,7V lorsque l'entrée est de 5V. La diode Zener est là pour protéger la porte Nmos afin que tout ce qui dépasse la tension Zener choisie tombe directement à la terre. Cela permet une plage d'entrée très large. R1 doit avoir une résistance d'environ 1 Mohm ou plus pour éviter un flux de courant trop important du côté de l'entrée. La sortie est une simple sortie d'amplificateur inverseur de source commune. R2 doit être adapté au courant de sortie souhaité, c'est-à-dire Vdd / R2 = I. Assurez-vous que Vdd n'est PAS le même que votre signal d'entrée. Il doit être à un niveau que M1 peut gérer.

Le fonctionnement de ce circuit est compris entre 0 et 5 Volts, le diviseur de tension ne doit pas fournir une tension suffisamment élevée pour atteindre la tension de seuil du Nmos. Au-dessus de 5 volts, la tension de seuil est atteinte, le nmos s'allume et entraîne la sortie à la masse. Si l'entrée devient vraiment élevée et que le diviseur de tension commence à passer par une tension trop élevée, la diode Zener "entre en action" et limite la tension d'entrée à, dans ce cas 5V max.

Le seuil de 5V n'est pas très précis car les tensions de seuil sur les mosfets sont susceptibles de varier en fonction du processus qui les a produites. Si une plus grande précision est nécessaire, je me dirigerais vers une solution d'amplification opérationnelle à moins que les solutions numériques mentionnées dans les autres réponses fonctionnent également.

schematic

simuler ce circuit - Schéma créé à l’aide de CircuitLab

#3
+2
Michael Karas
2014-03-11 02:53:31 UTC
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Je pense que votre plage de tension sera difficile à atteindre avec un seul circuit.

J'ai fabriqué des entrées industrielles qui étaient robustes pour des entrées de 0 à environ 50V. J'ai utilisé une LED optocoupleur comme entrée. Au lieu d'utiliser une résistance pour polariser l'optocoupleur, j'ai utilisé une diode de régulation de courant devant la LED, ce qui conduit à une augmentation linéaire de la dissipation de puissance dans le composant de polarisation lorsque la tension augmente au lieu d'une augmentation au carré comme vous obtenez avec une résistance.

J'ai utilisé une stratégie légèrement différente pour détecter les hautes tensions avec un optocoupleur. Je posterai le circuit de ça sous peu.

#4
+1
user43687
2014-05-29 19:52:09 UTC
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Les diodes de limitation / régulation de courant sont excellentes, j'ai abordé un problème similaire il y a quelque temps alors j'ai pensé partager mes découvertes:

J'ai utilisé un redresseur dans plusieurs diodes de limitation de courant en série pour contrôler une optique. Le Semitec E-202 transmet 0,5 à 2 mA sur une plage de tension de 0,5 à 100 V. Six E-202 en série dans un Vishay SFH618 Opto devraient passer 0,5 mA assez facilement (en supposant que quelque chose comme 3,3 V ou 5 V soit disponible pour l'alimentation opto).

Il n'y a pas une tonne de marge de manœuvre et votre signal de sortie sera assez petit, mais vous aurez une très bonne isolation et une détection fiable de la présence / absence de tension entre environ 4,5V et 600V (rappelez-vous 480 Vrms vous donne 580 Vdc hors du redresseur).

480 v * 1,414 = 670 volts crête
Merci pour les informations spécifiques!Je vais devoir examiner cela.
#5
  0
Vijay Patel
2015-01-13 17:55:19 UTC
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TI a une assez bonne solution qui peut vous aider à détecter jusqu'à 350V DC. L'idée est de limiter le courant par une résistance et un circuit de limitation de courant supplémentaire:

Interfaçage d'applications haute tension avec des contrôleurs basse puissance



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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