Stromkreise voneinander sauber trennen

[nelg23]

Hallo liebe Community,

wir arbeiten gerade an unserem Roboter im 4. Semester und ich bin für die Energieversorgung zuständig.
die zugehörigen Beiträge könnt ihr gerne hier nachlesen:
https://www.roboternetz.de/community...uerung-Roboter
https://www.roboternetz.de/community...kku-Versorgung


Habe ein paar Berechnungen, Recherchen etc. gemacht, stehe aber jetzt vor einem kleinen "Problemchen":

Wir haben in unserem Roboter einen Haupt- und einen Steuerstromkreis - Zum Hauptstromkreis hab ich eigentlich alles gefunden was ich bräuchte. (denke ich jedenfalls; Akkus, Spannungswandler und eine elektronische Sicherung als Schutz gegen Überlast)

Mir wurde nun gesagt, dass wir den Haupt- und den Steuerungsstromkreis irgendwie sauber voneinander trennen sollten, um eventuelle Komplikationen zu vermeiden.
Muss zugeben, dass ich das nie wirklich gemacht habe und deswegen so gut wie null Ahnung habe.
Habe auch schon auf Google, hier und co gesucht, außer galvanischer Trennung habe ich nichts wirklich hilfreiches gefunden.

Nun wende ich mich an euch:

Sicherlich gibt es doch jemanden unter euch der mir bitte sagen wie man diese beiden Stromkreise "sauber" voneinander trennt?
Oder ist das bei einem kleinen Roboter, der sich auf dem Feld hin und her bewegt und Bälle über eine kleine Trennwand wirft nicht wirklich nötig als bei einer schweren Maschinerie?
Wie habt ihr das bei euren früheren/jetzigen Projekten gelöst?

Bin euch für jeden Ratschlag dankbar!


P.S.: der vorläufige Schaltplan inkl. Komponenten wie el. Sicherung und Spg.-Wandler würde in etwa so ausschauen (siehe Anhang)
Hab übrigens zwei Schaltungen zum 7805 gefunden, wo genau liegt da der Unterschied?
Falls was wirklich gravierend falsch ist, sagt mir das bitte! - Weil wie schon gesagt, hab noch nie nen Roboter gebaut^^

[Vitis]

der 7805 ist ein gutes, uraltes Bauteil, wenn Du nur wenig Strom brauchst ist n Linearregler ne feiner Sache, wenn du aber etwas Power drüber ziehen willst beisst sich das mit akkubetrieb weil der dann ein Energievernichter und Wirkungsgradsenker wird.

Es ist oftmals sinnvoll Controller und Lastkreis schon wegen oft unterschiedlicher Spannungen zu trennen und manchmal sogar ein muss. Einfachster Weg für digitalsignale sind oft Optokoppler.

[wkrug]

Einen 7805 würde ich auch nur da einsetzen wo maximal 100mA verbraucht werden, ansonsten muss er gekühlt werden.
Bei mehr Strom wäre ein Schaltregler geeigneter, aber auch aufwändiger.
Sowas gibts aber in der Zwischenzeit als fertige Platinen.

Der 1µF Kondensator im Ausgang wäre mir zu klein, ausserdem würde ich in der heutigen Zeit lieber einen Keramikkondensator verwenden.
Ein normaler Elko tut es auch, wenn man einen Kermikkondensator ( 100nF ) parallel schaltet.

Ich denk auch nicht, das Du mit 1A für die Elektromotoren auskommen wirst.
Die Stromversorgung muss ja auch die Anlaufströme liefern können.

Wenn Du eine komplette galvanische Trennung willst, wäre ein integrierter DC/DC Wandler eine Möglichkeit und zur Signalübertragung Optokoppler.
Oft reicht es aber schon, wenn die positive Spannung über 2 Spannungsregler erfolgt und die Masse Leitung gemeinsam genutzt wird.
Dabei muss man sich aber dann Gedanken über die Masseführung machen.

P.S.
Die Links sind nur Beispiele - Google hilft!

[nelg23]

Wenn Du eine komplette galvanische Trennung willst, wäre ein integrierter DC/DC Wandler eine Möglichkeit und zur Signalübertragung Optokoppler.
Oft reicht es aber schon, wenn die positive Spannung über 2 Spannungsregler erfolgt und die Masse Leitung gemeinsam genutzt wird.
Dabei muss man sich aber dann Gedanken über die Masseführung machen.

Sorry, aber das sagt mir gerade leider gar nix

P.S.: kann ich auch als elektronische Sicherung eine PTC-Sicherung wie diese nehmen?
→ https://www.conrad.de/de/ptc-sicheru...170507164136:s

[wkrug]

Sorry, aber das sagt mir gerade leider gar nix

Für die Stromversorgung und galvanische Trennung kannst Du so einen DC/DC Wandler einsetzen.
Nun müssen ja noch Signale vom Steuerkreis zum Lastkreis übertragen werden.
Beide Teile haben bei einer galvanischen Trennung natürlich keine elektrische Verbindung miteinander.
Trotzdem müssen da wohl Signale übertragen werden - Z.B. um Transistoren anzusteuern.
Für diesen Zweck kann man Optokoppler einsetzen.
Ein schönes Beispiel findest Du hier .
Im RAR Archiv die Datei schematic.jpg öffnen.
Rechts unten im Schaltplan sind die Schnittstellen und der DC/DC Wandler.

PTC-Sicherung wie diese nehmen...

Ja, das geht. Allerdings regelt ein 7805 bei 1A ohnehin ab.
Als Ersatz für den 7805 gibts seit ein paar Jahren dieses Bauteil.
Das ist ein DC/DC Wandler auf Schaltreglerbasis, aber Pinkompatibel mit den 7805 Spannungsreglern, hat aber um die 90% Wirkungsgrad.

Dabei muss man sich aber dann Gedanken über die Masseführung machen.

Massen legt man üblicherweise Sternförmig an - Es gibt auch Ausnahmen!
Die Verbindungspunkte sind die GND Leitung der Stromversorgung, sowie die + Leitung der Haupt Stromversorgung.
Der Sinn der Massnahme ist, das Spannungsverluste auf den Lastkreisen sich nicht auf die Steuerkreise auswirken sollen.
Würde man den GND zum Steuerkreis führen und dann weiter auf den Lastkreis würde der Strom durch den Lastkreis einen Spannungsabfall auf der GND Leitung bewirken.
Dadurch kann es zu Störungen im Steuerkreis kommen.
Ausserdem sollen die Elkos / Kondensatoren in der Hauptstromversorgung die Einstrahlungen von der angeschlossenen Elektronik schlucken.
Ein gutes Beispiel für so eine Masseführung sind HiFi Endstufen.

[Peter(TOO)]

Hab übrigens zwei Schaltungen zum 7805 gefunden, wo genau liegt da der Unterschied?

Die eigentliche Grundschaltung besteht nur aus dem 7805 und den 4 Kondensatoren.
C2 und C3 müssen mit möglichst kurzen Leitungen direkt am IC platziert werden und dienen der Stabilität bei Strom und Spannungsspitzen. C2 sollte so 100-330nF haben, der genaue Wert ist nicht so kritisch.
Die Grösse von C1 hängt auch noch vom Strom ab.
Über den Elko am Ausgang streiten sich die Geister etwas. Laut dem Original-Datenblatt ist er nicht nötig, aber zu dieser Zeit gab es noch keine Mikro-Controller. In der Praxis hat sich gezeigt, dass er auch noch einen Beitrag zur Stabilität leistet.

D1 dient als Verpolungsschutz und kann auch weggelassen werden.
Die Diode über dem Regler ist meistens nicht nötig. Sie soll verhindern, dass sich der geladene Ausgangselko über den Regler entlädt, wenn die Eingangsspannung weg fällt. Dies ist aber nur ein Problem, wenn die Elkos etwas grösser sind und der Eingangskreis beim Abschalten niederohmig werden kann.

Mir wurde nun gesagt, dass wir den Haupt- und den Steuerungsstromkreis irgendwie sauber voneinander trennen sollten, um eventuelle Komplikationen zu vermeiden.

Hier spielt vor allem die Leitungsführung eine grosse Rolle.
Jede Verbindung musst du als Widerstand betrachten, an welchem bei einem Stromfluss auch eine Spannung abfällt!
Verbindest du jetzt die Masse von der Batterie zum Steuerkreis und dann weiter zum Motor und einen Sensor direkt mit der Batterie und dem Steuerkreis, bekommst du Probleme.
Der Steuerkreis benötigt typisch einen kleinen Strom und der Sensor einen noch kleineren.
Schaltest du jetzt den Motor an, fliesst ein grosser Strom über die Masseleitung. Dadurch hast du in der Masseleitung zwischen Batterie und Steuerkreis einen Spannungsabfall. Durch die Masseleitung zum Sensor fliesst aber immer noch nur ein kleiner Strom. Die Sensorspannung am Steuerkreis wird dann aber um den Spannungsabfall an der Masseleitung kleiner und due misst einen anderen Wert.
Netterweise haben Motoren einen recht hohen Spannungsabfall, was dann zu entsprechenden Spannungsabfall-Spitzen in der Masseleitung führt.

Verbindest du aber den Motor direkt mit dem Masseanschluss der Batterie, sieht das viel besser aus.

Nach Schaltschema sehen aber beide Aufbauten identisch aus.

MfG Peter(TOO)