Har ett litet projekt på gång med ett kort (NI USB-6341) som har ett antal analoga ingångar. Jag funderar på att skydda ingångarna med "hängslen och livrem", dvs. skydd mot överspänning och transienter av olika slag. Jag vet inte alls vad den kommer utsättas för eftersom det blir ett portabelt mätinstrument och funderar på om detta kan vara möjligt med hjälp av en signalföljare (OP-förstärkare för hög impedans) samt både TVS-dioder och dom klassiska dioderna mot matningen? Genom en del googlande har jag hittat diverse lösningar men ingen riktigt övertygande, så det finns spår av flera lösningar i designen (alla komponenter kommer troligtvis inte monteras samtidigt utan är mer en test av olika lösningar).
Ingången kan användas flytande eller med jord som referens, jag tänkte lösa val av detta med en switch där jag kan välja att koppla in skärmen via RC-filter eller inte... nedan orginalritning överst för dom två alternativen från NI och min princip-lösning med switch...
Här är en första skiss på signalföljaren, frågan jag har är om det funkar med "dubbla" signalföljare för att skydda både den positiva och den negativa ingångssidan, eller finns det bättre lösningar? Att det finns är jag övertygad om med vad är praxis om man vill skydda en analog ingång (+/- 10V)
F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Du gör ett klassiskt misstag: har diod mot VDD. Detta KAN i extremfall betyda att VDD blir ordentlig hög = *poof* i kretsarna.
Jag hade tagit ett motstånd först i kedjan. Det ska inte vara med ett högt värde men det ger en "gummikoppling" som tar bort de stora strömmar innan man börjar med TVS. Överspänning ville jag ta med kanske en zenerdiod - som rent faktisk fungerar bra som underspänningsskydd också.
Jag förstår att det inte rör sig om höga frekvenser och då är min erfarenhet att det fungerar bra. Dock är en zener inte snabb så jag brukar lägga en 100nF konding med parallellt över zenern, detta ger ett RC-lågpassfilter som ger zenern "all tid i världen" att hinna med.
Jag hade tagit ett motstånd först i kedjan. Det ska inte vara med ett högt värde men det ger en "gummikoppling" som tar bort de stora strömmar innan man börjar med TVS. Överspänning ville jag ta med kanske en zenerdiod - som rent faktisk fungerar bra som underspänningsskydd också.
Jag förstår att det inte rör sig om höga frekvenser och då är min erfarenhet att det fungerar bra. Dock är en zener inte snabb så jag brukar lägga en 100nF konding med parallellt över zenern, detta ger ett RC-lågpassfilter som ger zenern "all tid i världen" att hinna med.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Tack Icecap, ska rita lite på detta... Vad tror ni om användandet av OP:n för att göra ingången högimpediv, onödigt eller värt att lägga dit?
Det kanske räcker med ett seriemotstånd, en TVS följt av Icecaps zener med parallell konding
TVS:en tar ju (om jag har fattat rätt) både
positiva och negativa spikar så då blir ju "clamping" dioderna (vad säger man på svenska?) onödiga, och precis som Icecap säger istället en risk
om det läggs på en väldigt hög konstant spänning på ingången. Frågan är om zenerdioden klarar av att hantera detta Kanske zenern i
kombination med ett "aktivt" överspänningsskydd kan vara något, zenern tar första smällen och överspänningsskyddet kopplar bort signalen helt
innan zenern brinner upp...
Är det någon som har sett eller känner till en (eller flera) länkar till intressanta skydd för analoga ingångar (inte primärt audio utan mätingångar
för analoga signaler, kan ju vara audio men det är inte vad som skall mätas i mitt fall
)
Det kanske räcker med ett seriemotstånd, en TVS följt av Icecaps zener med parallell konding
TVS:en tar ju (om jag har fattat rätt) både positiva och negativa spikar så då blir ju "clamping" dioderna (vad säger man på svenska?) onödiga, och precis som Icecap säger istället en risk
om det läggs på en väldigt hög konstant spänning på ingången. Frågan är om zenerdioden klarar av att hantera detta
Kanske zenern i kombination med ett "aktivt" överspänningsskydd kan vara något, zenern tar första smällen och överspänningsskyddet kopplar bort signalen helt
innan zenern brinner upp...
Är det någon som har sett eller känner till en (eller flera) länkar till intressanta skydd för analoga ingångar (inte primärt audio utan mätingångar
för analoga signaler, kan ju vara audio men det är inte vad som skall mätas i mitt fall
)
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Vad skall mätas? Väldig skillnad på om den skall tåla nätspänning eller ett åsknedslag...
Du har alltid en jordreferens när det är direktkopplat. Flyter nivåerna utom ingångarnas common mode kapacitet så bottnar det.
Vad är det för mystisk koppling med OP som har -in som signalingång och är direktkopplad till utgången? Den där saken tvärlåser utspänningen till samma nivå som +in så länge utgången orkar hålla emot.
Sätt en OP som buffer och sedan två motstånd i serie på signal in till denna. Mellan de två mostånden en liten konding till jord och parallellt en zener eller två seriekopplade motriktade zeners för att tillåta både positiv och negativ inspänning. Det klarar "två hål i väggen", men inte åska...
Du har alltid en jordreferens när det är direktkopplat. Flyter nivåerna utom ingångarnas common mode kapacitet så bottnar det.
Vad är det för mystisk koppling med OP som har -in som signalingång och är direktkopplad till utgången? Den där saken tvärlåser utspänningen till samma nivå som +in så länge utgången orkar hålla emot.
Sätt en OP som buffer och sedan två motstånd i serie på signal in till denna. Mellan de två mostånden en liten konding till jord och parallellt en zener eller två seriekopplade motriktade zeners för att tillåta både positiv och negativ inspänning. Det klarar "två hål i väggen", men inte åska...
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Tack Marta, jag som ritat galet i all hast... OP:n skall mycket riktigt kopplas som en buffer och klarar ingången nätspänning är det bra. Som jag skrev vet jag inte vad användaren kan välja att stoppa in på mätutrustningen, men kan jag täcka inspänningar runt 500VAC som bör täcka ett felmätt trefas uttag så är det ju ett plus, normalt pratar vi mätning av analoga signaler under 10V. Eventuella statiska urladdningar hoppas jag kunna ta med TVS-dioden som jag tolkat är designad för just detta ändamål.
Ingången på mätkortet (NI USB-6341) kan kopplas för antigen jordad referens eller flytande ingångar, jag tänkte göra ett försök att skydda på både den positiva och den negativa ingången när man kör "flytande mode"...
Ingången på mätkortet (NI USB-6341) kan kopplas för antigen jordad referens eller flytande ingångar, jag tänkte göra ett försök att skydda på både den positiva och den negativa ingången när man kör "flytande mode"...
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Vad innebär "flytande mode" på mätkortet, diffingång eller riktig flytande?
Är det på riktigt är det komplicerade saker med separat flytande spänningsmatning av ingången och isolerad överföring av mätvärdet. Extra skydd skall då ligga mellan ingång och den flytande referensen. Skydd mot common mode överspänning antagligen mot skyddsjord, om där nu skall finnas sådan. Där finns risk att skapa fara om jorden flyter och skyddskomponenterna kan avleda farlig strömstyrka.
Vad är där för ingångsresistans i mätkortet? Det är helt avgörande för hur stökigt det blir tillsammans med frekvens och önskad noggrannhet. Kan insignalen göras högohmig är den lätt att klippa utan större effektutveckling. En konding och zener tar allt om det tåler ett passande motstånd i serie med ingången.
Med 10k blir det 50mA vid 500V. Med 15V klippspänning räcker 1W dioder, men motståndet bränner av 25W. Går det att öka till 47k räcker 5W motstånd och vanliga små 400mW dioder.
Är det på riktigt är det komplicerade saker med separat flytande spänningsmatning av ingången och isolerad överföring av mätvärdet. Extra skydd skall då ligga mellan ingång och den flytande referensen. Skydd mot common mode överspänning antagligen mot skyddsjord, om där nu skall finnas sådan. Där finns risk att skapa fara om jorden flyter och skyddskomponenterna kan avleda farlig strömstyrka.
Vad är där för ingångsresistans i mätkortet? Det är helt avgörande för hur stökigt det blir tillsammans med frekvens och önskad noggrannhet. Kan insignalen göras högohmig är den lätt att klippa utan större effektutveckling. En konding och zener tar allt om det tåler ett passande motstånd i serie med ingången.
Med 10k blir det 50mA vid 500V. Med 15V klippspänning räcker 1W dioder, men motståndet bränner av 25W. Går det att öka till 47k räcker 5W motstånd och vanliga små 400mW dioder.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Tänk gärna på att det blir en fördröjning
på signalen om man tar med en kondensator.
Tillsammans med ett motstånd så blir det
en rc-krets som behöver laddas upp,
och det tar en viss tid även om man har
en ganska liten kondensator.
Jag byggde sådant en gång,
så jag har sett det själv.
Du kan ju prov-koppla och se själv.
på signalen om man tar med en kondensator.
Tillsammans med ett motstånd så blir det
en rc-krets som behöver laddas upp,
och det tar en viss tid även om man har
en ganska liten kondensator.
Jag byggde sådant en gång,
så jag har sett det själv.
Du kan ju prov-koppla och se själv.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Ska försöka svara på frågorna så gott jag kan, det är alltså ett köpt mätkort från National Instruments NI USB-6341 (datablad här)
Om jag läser databladet rätt har dom analoga ingångarna en ingångsimpedans på 10Gohm när enheten är på och 1,2Kohm när den är av(?) Hur kortet ser ut rent elektriskt är inte något National Instruments delar med sig av... Kortet har ett visst skydd redan från början (+/-25V när enheten är på och +/-15V när den är av), hur designen på ingångarna ser ut vet jag inte, så om portarna är "äkta" flytande eller inte vet jag ej. Men jag skulle gissa på att dom inte är "äkta", nedan är NI:s bild från manualen för hur man väljer om det skall vara "flytande" eller ej...
Genom att använda OP på ingången så bör jag ju kunna välja hur hög ingångsimpedans jag vill ha, i princip, och därmed också kunna välja ett värde för att hålla ner effekten som behöver brännas bort...
Jag tänkte som sagt försöka få till ett extra skydd som klarar lite mer än det redan inbyggda, tanken är att jag ska rita ett interfacekort med kontakter och lite annat för montage i låda och tänkte att det då passade bra att CAD:a in övriga önskemål (bland annat extra skydd) på samma gång...
.
Om jag läser databladet rätt har dom analoga ingångarna en ingångsimpedans på 10Gohm när enheten är på och 1,2Kohm när den är av(?) Hur kortet ser ut rent elektriskt är inte något National Instruments delar med sig av... Kortet har ett visst skydd redan från början (+/-25V när enheten är på och +/-15V när den är av), hur designen på ingångarna ser ut vet jag inte, så om portarna är "äkta" flytande eller inte vet jag ej. Men jag skulle gissa på att dom inte är "äkta", nedan är NI:s bild från manualen för hur man väljer om det skall vara "flytande" eller ej...
Genom att använda OP på ingången så bör jag ju kunna välja hur hög ingångsimpedans jag vill ha, i princip, och därmed också kunna välja ett värde för att hålla ner effekten som behöver brännas bort...
Jag tänkte som sagt försöka få till ett extra skydd som klarar lite mer än det redan inbyggda, tanken är att jag ska rita ett interfacekort med kontakter och lite annat för montage i låda och tänkte att det då passade bra att CAD:a in övriga önskemål (bland annat extra skydd) på samma gång...
.
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Jag skulle gissa på att det sitter en instrumentförstärkare på ingången. Och då ingångarna är ganska tåliga redan är det frågan för hur mycket du ska skydda. Om det t.ex. ska mätas nätspänning ska det ju ändå vara en spänningsdelare innan och då ska man mest se till att de motstånd tål spänningen ska sänkas över dom + extra som säkerhet.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Det skulle vara bra om det är så (blir enklare för mig) men vad händer om användaren felaktigt kopplar in nätspänning, det är lite sånt jag tänkte försöka säkra mig mot... Man kan ju inte skydda sig mot allt men om man har möjligheten så, eller är det som du säger helt onödigt. Kortet kostar ju ca: 12K plus moms så om det gå att skydda det mot felkoppling för några tior är det ju inte helt fel...
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
I det fall hade jag tagit en(/två) smältsäkring(ar) och en MOSFET med lite krafs och gjort en stöddig överspänningsbegränsare som gå knallar säkringen/säkringarna.
Alltså en sorts crowbar lösning.
Alltså en sorts crowbar lösning.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Tack, ett intressant förslag men låter lite brutalt... Kan kräva lite koll på vad som faktiskt kopplas in så att man inte dödar det som kopplas fel (kan iofs. lösas med en väldigt svag säkring i "crowbar:en"). Sparar idén om inte till detta projekt kanske till något annat 
Hittade en annan intressant produkt(?) en Vishay ILL300 linjär optokopplare som ska klara 5kV och bandbredder upp till 200kHz
På samma länk hittar man Avago HCNR201-500E, ett annat exempel som är ganska precis det jag tänker mig, BNC in -> Opto -> BNC ut, men hur separerar man lämpligast matningen (VCC1/VCC2 samt VEE1/VEE2), räcker det att bygga dubbla nätdelar trots att dom matas från samma trafo, eller bör man även dubblera nättrafon
Hittade en annan intressant produkt(?) en Vishay ILL300 linjär optokopplare som ska klara 5kV och bandbredder upp till 200kHz
På samma länk hittar man Avago HCNR201-500E, ett annat exempel som är ganska precis det jag tänker mig, BNC in -> Opto -> BNC ut, men hur separerar man lämpligast matningen (VCC1/VCC2 samt VEE1/VEE2), räcker det att bygga dubbla nätdelar trots att dom matas från samma trafo, eller bör man även dubblera nättrafon
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Det finns isolerade DC-DC omvandlare, just för såna saker.
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
Nu har det blivit dags att sjösätta detta lilla projekt men jag vill gärna ha lite fingervisning vad jag söker efter för att räkna ut brytfrekvensen för denna koppling (vad kallas kopplingen)? Jag har valt att till en början bara gå på NI:s egna lösning enligt bilden nedan, men för att räkna ut värdet på kondingen och motståndet behöver jag veta vad jag skall söka efter, vad kopplingen kallas? (sökt på "decoupling", "floating ground" och "RC filter cut off frequency") men då jag inte vet vad kopplingen kallas får jag inga bra träffar...
Jag antar att motståndet skall vara ganska högohmigt för att separera jorden från mätingången och att kondingen skall vara ganska liten för att ta snabba transienter/störningar? Filtret på ingången skall ligga runt 250kHz men då kopplingen inte riktigt är ett RC-filter, hur räknar man?
Jag antar att motståndet skall vara ganska högohmigt för att separera jorden från mätingången och att kondingen skall vara ganska liten för att ta snabba transienter/störningar? Filtret på ingången skall ligga runt 250kHz men då kopplingen inte riktigt är ett RC-filter, hur räknar man?
Re: F: skydda en analog ingång med hjälp av OP?
En variant i stället för dioder och som fungerar bättre
vid högre frekvenser (ger mindre övertoner) är varianten
enligt schemat...
vid högre frekvenser (ger mindre övertoner) är varianten
enligt schemat...
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
