Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Kondensator für galvanische Trennung
White_Fox
25.11.2013, 21:52
Moinsen
Ich bin auf der Suche nach einem Kondensator, den man zur sicheren galvanischen Trennung einsetzen darf, ca. 200V abkann und eine Kapazität im mittleren 4-stelligen µF-Bereich hat. Notfalls geht auch mittlerer 3-stelliger µF-Bereich.
Ich finde bei Reichelt nix was diesen Vorgaben gerecht wird...
Besserwessi
26.11.2013, 09:02
Damit man eine Sichere galvanische Trennung (z.B. vom Netz) hat, darf die Kapazität nicht zu groß sein, sonst fließt auch einfach über den Kondensator schon genügend Wechselstrom um Gefährlich zu sein. Das genaue Limit kenne ich jetzt nicht, es sollte aber eher bei 10 nF oder so liegen.
Im Bereich 1000 µF und 200 V kommen sowieso schon nur Elkos in Frage, und auch das ist schon richtig groß von der Bauform. Ggf. muss man da schon einige parallel schalten.
Ich bin auf der Suche nach einem Kondensator, den man zur sicheren galvanischen Trennung einsetzen darf, ca. 200V abkann und eine Kapazität im mittleren 4-stelligen µF-Bereich hat. Notfalls geht auch mittlerer 3-stelliger µF-Bereich.
Eine (sichere) galvanische Trennung ist mit einem Kondensator prinzipiell nicht möglich. Potentialfreies koppeln/trennen von zwei Schaltungsteilen, das ist keine galvanische Trennung, erfordert mindestens 2 Kondensatoren
MfG Klebwax
Bein RS gibt es Folien Kondensatoren dieser Größenordnung:
http://de.rs-online.com/web/p/polypropylen-folienkondensator/7441423/
Ist es das, was du suchst? Damit kannst du vielleicht Wechselspannungssignale von Gleichspannung entkoppeln (wie Klebwax schon geschrieben hat, du brauchst zwei davon). Sekundärseitig immer schön mit Widerständen kurzschließen und niederohmig erden damit sich nichts durch Kriechströme o.ä. auf die primärseitigen 200V aufladen kann. Und auf Berührungsschutz achten! Es ist keine sichere Trennung, die Kondensatoren sind keine Schutzisolation.
White_Fox
28.11.2013, 19:11
@Besserwessi und Klebwax:
Also schön, dann suche ich eben nach ZWEI Kondensatoren, beide jeweils mit einer Kapazität im mittleren drei- oder vierstelligen µF-Bereich, und beide mit einer Spannungsfestigkeit von 200V.
Also ehrlich Leute, wenn ich wissen will wie ich eine Potenzialtrennung herstelle, dann würde ich danach fragen. Wenn ich Hilfe bei einer Schaltung brauche, würde ich sie hier posten und um Rat bitten.
Tu ich aber nicht. Warum? Weil ich ein (ok, ok, zwei) Bauteile suche, die bestimmte Eigenschaften haben-welche ich oben genannt habe.
Ich werde "sicher" mal spezifizieren:
Der Kondensator soll im Fehlerfall keinen Kurzschluss verursachen. Er darf sogar gepolt sein.
Kennt jmd einen Hersteller, der solche Kondensatoren im Programm hat?
@Witkatz:
Danke für den Link. Leider lösen die mein Problem nicht, ich glaub bevor ich die lasse ich mir lieber was Anderes einfallen.
Und warum lösen die dein Problem nicht? Was ist das Problem? Wolltest du nicht etwas spezifizieren?
Bei RS findest du Leistungs - Becher Elkos sogar mit 5-Stelligen uF und Spannungsfestigkeit >=200V wenn du richtig suchst. Aber sorry, ich bin kein Verkaufsberater von RS.
Tu ich aber nicht. Warum? Weil ich ein (ok, ok, zwei) Bauteile suche, die bestimmte Eigenschaften haben-welche ich oben genannt habe
Dann noch enmal ganz deutlich:
Ich bin auf der Suche nach einem Kondensator, den man zur sicheren galvanischen Trennung einsetzen darf,
Einen solchen Kondensator gibt es nicht. Mit einem (oder zwei oder egalwieviele) Kondensator erreicht man keine galvanische Trennung, erst recht keine sichere. Deswegen darf man auch. keinen dazu einsetzen!
Da du zusätzlich zum Begriff "galvanische Trennung" auch noch die Worte "sicher" und "darf" verwendet hast, gehe ich mal davon aus, das eine einfache Potentialtrennung wie man sie mit Kondensatoren erreichen kann, nicht gemeint ist.
MfG Klebwax
White_Fox
29.11.2013, 10:27
@Witkatz:
Nun...die sind viel zu groß.
Ich hab unterschätzt wie groß die Teile bei solchen Kapazitäten werden können.
Aber dennoch vielen Dank für den Tip.
Ich kann euch ja mal erklären was ich vorhabe, vllt wird das am verständlichsten sein.
Ich plane eine Schaltung, um von 400V GLEICHSPANNUNG galvanisch getrennt 12V Gleichspannung zu realisieren. Das Grundkonzept für diese Schaltung steht soweit. Ein Schaltregler, über einen Microcontroller gesteuert.
Der Controller versorgt sich selber (über 7805 5V von der 12V-Ebene abzweigen), jetzt haben wir allerdings noch ein Problem.
Wenn die Schaltung im stromlosen Zustand ist, hat der Controller auch keine Spannung. Und damit kann die Schaltung ihren Betrieb nicht aufnehmen. Es geht jetzt darum, den Controller beim Einschalten mit Spannung zu versorgen.
Mein Ansatz war, einen kapazitiven Spannungsteiler zu verwenden. Drei Kondensatoren in Reihe an die 400V, die Kapazitäten so gewählt dass über dem mittleren Kondi verträgliche Spannung abfällt die man nutzen kann, um den Controller zu versorgen bis der die Ausgangsspannung eingestellt hat.
Für den mittleren Kondensator wollte ich einen Cap nehmen, 1F oder 0,1F. Die beiden äußeren Kondis sollen die Trennung sicherstellen, daher dürfen sie im Fehlerfall keinen Durchgang verursachen-das meinte ich mi "sicher".
Sollte das mit derartigen Kapazitäten nicht machbar sein überleg ich gerade, ob ich in der Mitte vllt 16V oder 24V zulasse, dafür weniger Kapazität (normaler Elko) und dann nen Längsregler dahinter.
Ach ja...Widerstände zur Strombegrenzung hab ich auch bedacht, sind jetzt aber erstmal uninteressant.
Wir haben auch Konzepte wie z.B. Batterien oder Akkus, aber das mit den Kondensatoren erscheint mir am saubersten, sofern diese Lösung nicht völlig ausufert was Baugröße und Kosten betrifft.
Edit:
Sorry wenn mein Post weiter oben etwas harsch war. War nicht böse gemeint. ;)
Ich plane eine Schaltung, um von 400V GLEICHSPANNUNG galvanisch getrennt 12V Gleichspannung zu realisieren. Das Grundkonzept für diese Schaltung steht soweit. Ein Schaltregler, über einen Microcontroller gesteuert.
Der Controller versorgt sich selber (über 7805 5V von der 12V-Ebene abzweigen), jetzt haben wir allerdings noch ein Problem.
Wenn die Schaltung im stromlosen Zustand ist, hat der Controller auch keine Spannung. Und damit kann die Schaltung ihren Betrieb nicht aufnehmen. Es geht jetzt darum, den Controller beim Einschalten mit Spannung zu versorgen.
Mal jetzt unabhängig von galvanischer Trennung etc.
Über einen Kondensator kannst du Energie nur übertragen, wenn sich die Spannung ändert. Bei DC hast du nur eine Spannungsänderung, die beim Einschalten. Wieviel dabei übertragen wird, hängt von der Änderungsgeschwindigkeit der Spannung ab. Diese könnte z.B. von den übrigen Lasten, die auch mit den 400V eingeschaltet werden, abhängen. Ich habe da meine Zweifel, ob das zuverlässig hinzukriegen ist.
Aber ein anderer Ansatz: die 400V entsprechen ja in etwa der Zwischenkreisspannung gängiger Schaltnetzteile. Man könnte also einfach eine solche Schaltung als Beispiel nehmen.
MfG Klebwax
Die Spannungsverteilung bei Reihenschaltung von idealen Kondensatoren hängt nicht von der Änderungsgeschwindikeit der Spannung beim Einschalten ab. Jeder Kondensator speichert die selbe Ladung - die Spannung ist umgekehrt proportional zu Kapazität. So viel zu Theorie, in der Praxis fließen nach dem Einschalten parasitäre (Kriech- Leck- u.a) Ströme, die den mittleren Kondensator weiter aufladen werden. Und beim Abschaltvorgang wird der mittlere C durch die äußeren verpolt aufgeladen. Ansonsten finde ich die Idee nicht schlecht. Dass die Leistungskondensatoren dieser Größenordnung nun mal groß sind, lässt sich nicht so schnell ändern. Da wirst du entweder auf den technologischen Fortschritt in der Kondensatoren-Technologie noch ein paar Jahrzente warten müssen, oder auf einen alten Hasen wie Klebwax hören und mal recherchieren, wie das Netzteil deines Laptops funktioniert. Bei Conrad gibt es ein Schaltnetzteil als Bausatz zu kaufen, mit Schaltplan zum Dowload. Dieses Netzteil wandelt interne 400V DC im Zwischenkreis zu 5/9/12/15/18/24V und kommt ohne eimergroße Becherelkos für hunderte von EUR aus.
Es gibt (gab) auch spezielle Optokoppler die geringe Energiemengen übertragen können, als Empfänger sind dann mehrere serielle geschaltete Fotodioden als Solarzelle geschaltet. Ein (vermutlich längst obsoleter) Typ wäre der TPL 590. In einem Datenblatt von Toshiba ist eine Spannung von 6,5 V bei 12,5 Mikroampere angegeben, wenn man ihn mit 25 mA füttert.
Ich habe jetzt nicht nachgesehen ob der Typ noch erhältlich ist (mein Datenbuch ist aus dem Jahr '88 ) aber vielleicht gibt es ja ähnliches. Toshiba hat solche Typen als "Photovoltaic couplers" bezeichnet. Du kannst ja mal im Netz suchen...
Es stellt sich dann die Frage ob man die 25 mA Treiberstrom günstig aus der 400V Gleichspannung ableiten kann.
White_Fox
29.11.2013, 22:35
@Klebwax:
So wie ich das bisher verstanden habe ist eine galvanische Trennung doch eine Unterbrechung des el. Strömungsfeldes. Dies wäre bei Kondensatoren doch gegeben (parasitärer Parallelwiderstand mal vernachlässigt). Warum schreibst du denn, dass man mit Kondensatoren nicht (sicher) galvanisch trennen kann?
Mit einem (oder zwei oder egalwieviele) Kondensator erreicht man keine galvanische Trennung, erst recht keine sichere. Deswegen darf man auch. keinen dazu einsetzen!
Ansonsten hat Witkatz meine Idee richtig erkannt. Der mittlere Kondensator soll nur kurzzeitig soviel Energie bereitstellen dass ein Mikrocontroller ein paar Millisekunden arbeiten kann.
@Witkatz:
Die parasitären und Leckströme sollten kein Problem sein. Die sollten wohl noch unterhalb dessen liegen, was die Logikschaltung verbraucht, und wenn ich da noch mit Extras wie Status-LEDs nachhelfen muß. Die Schaltung ist nicht dafür vorgesehen, dauerhaft an 400V zu liegen. Wenn also aus, dann richtig aus.
@ranke:
Diese Solar-Optokoppler hören sich interessant an. Das wären in unserem Fall zwar 10W minus dem was hinten rauskommt an Verlustleistung, was für unsere Anwendung nicht schön ist, mit der man aber vllt leben könnte. Ich werd das auf jeden Fall mal durchgehen.
Ansonsten:
Das Thema "Wir nehmen ein Schaltnetzteil und ruppen die PFC einfach raus..." hatte ich auch schon angedacht. Und bin davon wieder abgekommen als ein gelernter Kommilitone von mir (der schon an ner Menge SNTs rumgebastelt hat) meinte, dass die Zwischenkreisspannung meist etwas unter 400V liegt (ich glaub, so um die 360V oder 380V), die Regelung im SNT jedoch so empfindlich ist dass es bei 400V seinen Betrieb einstellen würde. Zudem sind 400V auch eher ein Richtwert und keineswegs stabil. Die Spannung wird definitiv ein wenig schwanken und kann kurzzeitig einbrechen. Unsere Schaltung muß aber auch damit klarkommen, wenn statt der 400V auch mal nur ca. 360V und evt. noch weniger anliegen. Ein fertiges SNT werden wir dafür also wahrscheinlich nicht nehmen können.
Aber ich werde mir auf jeden Fall mal den Schaltplan von dem Conrad-Bausatz reinziehen. Vllt bestell ich das Teil sogar. Von daher vielen Dank für diese vielversprechende Anregung. :)
Besserwessi
29.11.2013, 23:38
Der Steuerteil beim Schaltnetzteil wird in der Regel von der Primärseite versorgt, zumindest so viel das das Netzteil anschwingt und etwas Leistung Überträgt. In einigen Fällen ist der eigentliche Regler tatsächlich auf der Sekundärseite, die Steuerung geht dann aber so das der Regler die Ansteuerung bremst und so die Spannung reduziert.
Viele Schaltregler kommen auch mit ein stark schwankenden Eingangsspannung aus. So etwas wie 350 - 400 V sollte da eher kein Problem sein. Die Notebook Netzteile gehen oft von 90 - ca . 280 V (AC) ohne Umschaltung. Die 400 V als obere Grenze sind da eher das Problem, aber auch dafür gib es Lösungen.
Die Spannungsverteilung bei Reihenschaltung von idealen Kondensatoren hängt nicht von der Änderungsgeschwindikeit der Spannung beim Einschalten ab. Jeder Kondensator speichert die selbe Ladung - die Spannung ist umgekehrt proportional zu Kapazität. So viel zu Theorie,
Nun liegt aber parallel zum "mittleren" Kondensator die Last, der Verbraucher, den man mit Strom versorgen will. Der mittlere Kondensator ist eigentlich ein RC-Glied. Im eingeschwungenen Zustand ist diese Spannung null und die Höhe der kurzzeitig auftretenden Spannung ist abhängig Änderungsgeschwindikeit der Spannung beim Einschalten.
@Klebwax:
So wie ich das bisher verstanden habe ist eine galvanische Trennung doch eine Unterbrechung des el. Strömungsfeldes. Dies wäre bei Kondensatoren doch gegeben (parasitärer Parallelwiderstand mal vernachlässigt). Warum schreibst du denn, dass man mit Kondensatoren nicht (sicher) galvanisch trennen kann?
Galvanische Trennung heißt, es fließt kein Strom zwischen der heißen und der kalten Seite. Auch kein Wechselstrom! Verifiziert wird das, indem 1,5kV (oder auch wesentlich mehr) Wechselspannung an beide Seiten angelegt wird und der Strom null sein muß. Ok, null gibt es nicht, wie groß er in Realität sein darf, habe ich nicht im Kopf. Ich würde einen Isolationswiderstand von 2 stelligen MOhm oder mehr erwarten.
.. meinte, dass die Zwischenkreisspannung meist etwas unter 400V liegt (ich glaub, so um die 360V oder 380V), die Regelung im SNT jedoch so empfindlich ist dass es bei 400V seinen Betrieb einstellen würde. Zudem sind 400V auch eher ein Richtwert und keineswegs stabil. Die Spannung wird definitiv ein wenig schwanken und kann kurzzeitig einbrechen.
Wohl wahr. Aber die Obergrenze der Zwischenkreisspannung wird durch die Spannungsfestigkeit der Bauteile und die Überspannungsabschaltung des Reglers begrenzt. Kritisch sind da erstmal die Kondensatoren. Die werden aber eigentlich nicht gebraucht, da die Versorgung mit Gleichspannung erfolgt. Man könnte sie durch kapazitiv kleinere mit höherer Spannung ersetzen. Der Trafo sollte kein Problem sein, und die Halbleiter muß man überprüfen. Die Abschaltung des Reglers ist sicher einstellbar.
Es gibt solche Netzteile aber auch für den Betrieb am Dreiphasen-Netz. Da liegt die Zwischenkreisspannung wesentlich höher.
Gleichstromversorgung ist ein spannendes Thema. Wenn man nicht über die Möglichkeiten der Industrie verfügt, alles neu zu bauen oder zu entwickeln sondern darauf angewiesen ist, vorhandenes (auch Know How) zu benutzen, ist die Spannungslage der Versorgung der kritische Punkt. Wenn man statt 400V nur 350 bis 380 nimmt, könnte man in einer Stunde ein altes PC-Netzteil am Laufen haben. Wenn man eigentlich keine DC-DC Netzteile entwickeln sondern andere Sachen an der DC-Versorgung betreiben will, sollte man die Spannungslage gut überlegen.
MfG Klebwax
Ich habe nur den kapazitiven Spannungsteiler für sich betrachten wollen. Natürlich ist die gesamte Schaltung so was wie ein RC-Netzwerk. Die dynamischen Parameter werden klar, wenn man sich jetzt die angestrebten Dimensionen vor Augen führt. 1F Kondensator speichert 1As pro 1V. wenn die Mikrocontrollerschaltung ein paar mA verbraucht, dann kann der Kondensator sie für Minuten mit Spannung versorgen. Wenn der mittlere Kondensator mehr als ein paar mA verträgt, dann kann das Aufladen schneller vonstatten gehen als der Entladevorgang. Aber Schaltvorgänge auf der 400V Seite dürften dabei keine Rolle spielen.
Ich persönlich würde die Schaltung mit einer NiMh Zelle puffern, es gibt welche mit geringer Selbstentladung, so dass auch nach Jahren noch genug Saft fürs Starten vorhanden sein sollte.
White_Fox
30.11.2013, 15:19
Vielen Dank für die Antworten :)
Gleichstromversorgung ist ein spannendes Thema. Wenn man nicht über die Möglichkeiten der Industrie verfügt, alles neu zu bauen oder zu entwickeln sondern darauf angewiesen ist, vorhandenes (auch Know How) zu benutzen, ist die Spannungslage der Versorgung der kritische Punkt. Wenn man statt 400V nur 350 bis 380 nimmt, könnte man in einer Stunde ein altes PC-Netzteil am Laufen haben. Wenn man eigentlich keine DC-DC Netzteile entwickeln sondern andere Sachen an der DC-Versorgung betreiben will, sollte man die Spannungslage gut überlegen.
Hehe...doch, das Entwickeln ist eigt genau das, was ich anstrebe. Das ganze ist Teil eines Projekts von ein paar Komilitonen und mir. Ehrlich gesagt wollte ich schon immer mal einen Schaltregler bauen. Und meine größte Motivation an der Sache ist sowieso der, dass ich was dabei lerne. Im Bachelor-Studium lernt man nix Gescheites, allenfalls Klausuren zu bestehen. Umso dankbarer bin ich für die Möglichkeiten, die so ein Projekt bietet. Und dieser Teil ist, aufgrund unseres allgemeinen Mangels an Erfahrung sowieso eine der ganz wenigen Baustellen (wenn nicht sogar die Einzige), wo wir etwas selber entwickeln.
Wir werden das Netzteil sowieso nicht sofort für 400V bauen, sondern uns erstmal an einem Testaufbau mit ungefährlicherer Eingangsspannung versuchen.
@Witkatz:
Den Akku hab ich auch schon in Erwägung gezogen (neben noch so allerhand anderen mehr oder weniger abenteuerlichen Möglichkeiten). Mal schauen auf was es am Ende hinausläuft. Am Mo werde ich das mal mit meinen Leuten durchsprechen...
Besserwessi
30.11.2013, 17:20
Ein Kapazitiver Spannungsteiler geht nicht bei Gleichspannung. Den Strom den man aus eine Kapazitiven Spannugsnteiler entnehmen kann ist proprotional zur Frequenz und damit bei DC Null. Auch nur den Anstieg beim Einschalten zu nutzen ist grenzwertig und braucht wie man an der Abschätzung sieht unpraktisch große Kondensatoren.
Der Übliche Weg ist es die Regelung auf die Primärseite und Sekundärseite zu verteilen, und dann für die Startphase einfache einen Vorwiderstand zu nutzen. Der Teil auf der Sekundärseite wird zum Starten noch gar nicht gebraucht. Später kann man die Versorgung über eine Hilfswicklung abzapfen, falls der Verlust zu hoch ist. Die Rückkopplung geht dann per Optokoppler, mit der Ref. Spannung auf der Sekundärseite, aber die Oszillatorschaltung halt auf der Primärseite.
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