Medición de señales referenciadas a tierra de CA y CC
macdonaldtomw
Estoy trabajando en un producto que tendrá varios circuitos integrados de medición STPM32 que miden el consumo de voltaje/corriente/potencia/energía de varios circuitos controlados por relé. Estoy diseñando de manera que el relé y el frente analógico del IC de medición puedan controlar/medir una fuente de 0-40 V CC o de 230 Vrms CA.
La fuente de CC es un banco de baterías y la fuente de CA es un inversor. El IC de medición está configurado para medir el voltaje diferencial a través de una resistencia de derivación ubicada en la PCB, así como el voltaje diferencial entre el cable "activo" de CC + o CA y un punto de referencia aún por determinar.
Estoy tratando de descubrir cómo implementar un esquema de conexión a tierra entre los extremos frontales analógicos de los circuitos integrados de medición y las fuentes de voltaje que se controlarán/despacharán.
Me he tomado la molestia de dibujar un par de esquemas aproximados de lo que estoy hablando.
simular este circuito : esquema creado con CircuitLab
El primer esquema muestra dos canales (por lo tanto, 2 circuitos integrados de medición). El primer canal que he dibujado muestra el inversor conectado (fuente de 230 Vrms), con otra fuente de 12 V que se muestra como una alternativa disponible (al cambiar SW1 y SW2). Esto solo tiene fines ilustrativos (para resaltar que podría ser una fuente de CC que alimenta el canal 1 con la misma facilidad que una fuente de CA). También hay una fuente de 24 V CC que alimenta el segundo canal en la parte inferior del esquema. El problema con esta topología es que los voltajes en los pines de entrada al IC de medición superarán el máximo de 0.3V. Otro problema con esta configuración es que si el cable neutral se desconecta mientras el relé está cerrado, el IC de medición obtendrá 230 Vrms en sus pines I+, I- y V-.
Este segundo esquema muestra mi idea original. Originalmente, solo iba a unir todos los terrenos de los canales en la PCB. Esto funciona en términos de mantener los voltajes en los pines del IC de medición dentro de las especificaciones, pero luego me di cuenta de que el GFCI del inversor se dispararía debido a que parte de la corriente regresaba al inversor a través de tierra en lugar de a través de su conductor neutral. Aparte de eso, parece ser un buen diseño.
Si simplemente cambio a un inversor sin un GFCI en su salida, ¿puedo continuar y unir todas las conexiones a tierra en la PCB como se muestra en el segundo esquema (es decir, conectar el neutro a tierra en la PCB?).
Estoy empezando a pensar que la única opción viable es tener cada canal aislado galvánicamente de los otros canales. De esa manera, puedo "flotar" cada IC de medición al voltaje neutro/CC, asegurarme de que ninguno de los pines supere los 0,3 V (si el neutro se desconecta mientras el relé está cerrado, la tierra del IC de medición local simplemente flotará hasta 230 Vrms), y mientras tanto asegúrese de que toda la corriente de la fuente de CA regrese a través de la línea neutral.
Respuestas (2)
QueRosaBestia
Estoy empezando a pensar que la única opción viable es tener cada canal aislado galvánicamente de los otros canales.
Cerca, pero recomendaría que los canales se puedan unir: son los terrenos los que deben aislarse galvánicamente. Verás,
(si el neutro se desconecta mientras el relé está cerrado, la tierra del IC de medición local simplemente flotará hasta 230 Vrms)
es aterrador ¿Has prestado atención a lo que estás diciendo? ¿"Simplemente flote hasta 230 Vrms"? En otras palabras, todo su sistema puede conectarse a 230 voltios y sin que usted lo sepa. Cualquier inspector eléctrico competente lo cerrará en un santiamén.
Debe acondicionar sus señales utilizando la energía de la batería o (aún mejor) un transformador de bajo voltaje cuyo primario sea alimentado por CA en el lado de la medición. Use un amplificador separado para voltaje y corriente, y si realmente siente que necesita ahorrar en enlaces de comunicación, puede cambiar las entradas del amplificador entre sus dos fuentes. Esto será bastante peculiar, ya que sus dos fuentes son CA y CC, por lo que recomendaría un circuito de acondicionamiento separado para sus 4 variables.
Una vez acondicionado, tiene una opción: hacer un A/D del lado de la alimentación con enlaces ópticos (fotoacopladores) a su lado de medición, o proporcionar una transmisión óptica analógica, como mediante el uso de un convertidor V/F, de sus 4 señales, y adquiere las señales usando uno o más convertidores F/V (puedes poner fácilmente un multiplexor aquí). El primer enfoque utiliza un mínimo de hardware A/D, pero requiere enlaces ópticos bidireccionales para controlar el ADC. El segundo utiliza más circuitos del lado de la potencia (los F/V) pero la sección de adquisición es unidireccional. Tu elección.
macdonaldtomw
Creo que la respuesta es permitir que cada canal en el frente analógico se refiera al lado bajo de su entrada (es decir, a CC (-) o CA neutral). En otras palabras, para un AFE de 12 canales, la PCB tendrá 13 potenciales de tierra en total: uno por canal AFE y uno para la MCU y el resto de la placa.
¿Cómo se puede usar la tierra como un segundo cable?
¿Cómo detecto el voltaje/corriente sinusoidal en una resistencia?
¿Qué es la tierra de la meca?
Potencia de CA sin medir usando MCU, problemas de cálculos
¿Por qué los transformadores de aislamiento proporcionan 0 V entre sus terminales y los instrumentos puestos a tierra y por qué una puesta a tierra normal no?
Observar y explorar la relación entre corriente y potencial con un multímetro USB
Conexión a tierra del blindaje para sensor analógico
¿Por qué una fuente de alimentación con caja aislante y separación galvánica necesitaría un cable de alimentación con conexión a tierra?
¿Por qué un multímetro pone más voltaje para medir una resistencia más pequeña?
¿Cómo funciona la puesta a tierra cuando la tierra está seca?
macdonaldtomw