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Verbindung Erdung - GND bei Schaltnetzteil

07/03/2009 - 01:35 von Markus Lackner | Report spam
Hallo Allerseits!
Bin gerade an einem Mikrocontroller Projekt beschàftigt. Es geht dabei
darum, ca. 300 LEDs an 20 Konstantstromtreibern Typ TI TLC5940 zu
betreiben und diese TLCs über einen Mikrocontroller mit serieller
Datenübertragung zu steuern. Das ganze sieht so aus, dass ich ein
zentrales Metallgehàuse habe, in dem ein Schaltnetzteil mit
ausgangsseitig 5V/10A und der Steuermikrocontroller eingebaut sind. Aus
diesem Metallgehàuse führt eine 9 polige Sub-D-Buchse zur
Datenübertragung an die TLCs sowie Kabel mit der 5V Versorgungsspannung
der TLCs + LEDs. Dann habe ich noch für jeden TLC eine eigene Platine
mit Sub-D-Buchse zum Datenempfang und Steckklemmen für die
Versorgungsspannung.
Da das Schaltnetzteil (Conrad Artikelnummer 511817-62) mit Netzspannung
betrieben wird, und ein Metallgehàuse verwendet wird, ist das Netzteil
und das Metallgehàuse natürlich mit der Erdung zu verbinden. Jetzt ist
es aber so, dass die Sub-D Buchse auch am Metallgehàuse festgeschraubt
ist und dadurch das Buchsengehàuse und die Schirmung des Datenkabels
auch mit der Erdung verbunden sind. Da diese Schirmung auch mit dem GND-
Anschluss des Schaltnetzteils verbunden ist, ist jetzt praktisch der
GND-Anschluss indirekt über die Sub-D Buchse mit der Erdung verbunden.
(Ich habe bei meinem Computer mit dem Multimeter nachgemessen. Dort ist
das Buchsengehàuse auch mit der Erdung und Netzteil-GND verbunden) Auf
den Platinen mit den Konstantstromtreibern ist die Schirmung ebenfalls
wieder mit GND verbunden, um Einstreuungen abzuleiten.
Soweit sogut.
Jetzt hab ich nur ein Problem im Fehlerfall, wenn am Gehàuse 230V
anliegen würden: Alle mit GND verbundenen Bauteile (Konstantstromtreiber
+ Mikrocontroller) würden durch die Verbindung von Erdung mit GND auch
kurzzeitig, an Netzspannung liegen, bis die Sicherung geht. Dadurch
würden diese Chips natürlich zerstört. Gibt es eine Möglichkeit eine Art
Schutzdioden einzubauen?
Oder liege ich falsch damit, das GND mit der Erdung verbunden sein kann?

Schonmal Danke für eure Antwort.
LG Markus
 

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#1 Rolf Mennekes
07/03/2009 - 10:21 | Warnen spam
Markus Lackner schrieb:
Hallo Allerseits!
Bin gerade an einem Mikrocontroller Projekt beschàftigt. Es geht dabei
darum, ca. 300 LEDs an 20 Konstantstromtreibern Typ TI TLC5940 zu
betreiben und diese TLCs über einen Mikrocontroller mit serieller
Datenübertragung zu steuern. Das ganze sieht so aus, dass ich ein
zentrales Metallgehàuse habe, in dem ein Schaltnetzteil mit
ausgangsseitig 5V/10A und der Steuermikrocontroller eingebaut sind. Aus
diesem Metallgehàuse führt eine 9 polige Sub-D-Buchse zur
Datenübertragung an die TLCs sowie Kabel mit der 5V Versorgungsspannung
der TLCs + LEDs. Dann habe ich noch für jeden TLC eine eigene Platine
mit Sub-D-Buchse zum Datenempfang und Steckklemmen für die
Versorgungsspannung.
Da das Schaltnetzteil (Conrad Artikelnummer 511817-62) mit Netzspannung
betrieben wird, und ein Metallgehàuse verwendet wird, ist das Netzteil
und das Metallgehàuse natürlich mit der Erdung zu verbinden. Jetzt ist
es aber so, dass die Sub-D Buchse auch am Metallgehàuse festgeschraubt
ist und dadurch das Buchsengehàuse und die Schirmung des Datenkabels
auch mit der Erdung verbunden sind. Da diese Schirmung auch mit dem GND-
Anschluss des Schaltnetzteils verbunden ist, ist jetzt praktisch der
GND-Anschluss indirekt über die Sub-D Buchse mit der Erdung verbunden.
(Ich habe bei meinem Computer mit dem Multimeter nachgemessen. Dort ist
das Buchsengehàuse auch mit der Erdung und Netzteil-GND verbunden) Auf
den Platinen mit den Konstantstromtreibern ist die Schirmung ebenfalls
wieder mit GND verbunden, um Einstreuungen abzuleiten.
Soweit sogut.
Jetzt hab ich nur ein Problem im Fehlerfall, wenn am Gehàuse 230V
anliegen würden: Alle mit GND verbundenen Bauteile (Konstantstromtreiber
+ Mikrocontroller) würden durch die Verbindung von Erdung mit GND auch
kurzzeitig, an Netzspannung liegen, bis die Sicherung geht. Dadurch
würden diese Chips natürlich zerstört. Gibt es eine Möglichkeit eine Art
Schutzdioden einzubauen?
Oder liege ich falsch damit, das GND mit der Erdung verbunden sein kann?

Schonmal Danke für eure Antwort.
LG Markus





Zu diesem Thema gàbe es einiges zu sagen (Schutzerdung, Funktionserdung,
Erdungskonzept, EMV Verhalten, harte/weiche Erdung, sternförmige Erdung
usw. usw.).
Aber konkret zu deiner Frage zur kurzzeitigen Anhebung des PE/GND
Potenzials. Die 5VDC sind potential getrennt. Dadurch kann man die 5VDC
und das PE/GND Potential als Reihenschaltung betrachten. Wird nun das
PE/GND Potential angehoben (z.B. durch einen Schluss von 230VAC auf
Gehàuse), so liegen die 5VDC auf einem höheren Potential. Deine
Bausteine bekommen weiterhin nur 5VDC, sofern sie nicht (meist
kapazitiv) mit einem anderen Potential verbunden sind. Wàre z.B. die
+5VDC mit einem Heizungsrohr verbunden (auch über eine größere
Kapazitàt), so könnte kurzzeitig ein Spannungseinbruch/überhöhung (im
Extremfall eine Überspannung/Umpolung) erfolgen.
Zur Versinnbildlichung kannst du dir vorstellen, dass deine Schaltung
nicht auf "Erdpotential" (das nicht unbedingt 0 sein muss) liegt,
sondern batteriebetrieben auf einer 220kV Hochspannungsleitung. Würde
wunderbar funktionieren, solange deine Bauteile (incl. LEDs) weit genug
weg von einem anderen Potential (z.B. Erde) sind.

-*--5VDC
| |
5VDC O Bauteil
| |
O*-- GND / PE
|
X VAC
|

Ich hoffe, die Zeichnung kommt einigermaßen raus.
Unabhàngig von dem hier angesprochenen Problem kann ich nur jedem raten
sich mit dem Thema EMV und Erdung auseinander zu setzen. Das spart viele
schlaflose Nàchte und einige graue Haare :-)

Probleme bei der oben beschriebenen Schaltung bekommst du unter
Umstànden bei der Datenübertragung im Normalbetrieb. Ist z.B. deine PE
Impedanz in dem Stromkreis, wo du dein LED-Geràt angeschlossen hast
höher als die Impedanz Datenleitung - PC - PE, dann fließt ein Großteil
der abgeleiteten Störströme aus deinem Schaltnetzteil über den
Schirm/Masseleitung ab. Das freut die RS232. Oder sind die PE Potentiale
am Geràt und PC unterschiedlich, so fließt ein Ausgleichsstrom über den
Schirm und die Masseleitung. Auch ein netter Effekt. Aber es kommt immer
auf den aktuellen Fall an, ob es hier Probleme gibt.

Rolf

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