J
JĂźrgen Veith
Guest
Auf einer Platine sitzt ein 3x400 Volt DrehstromschĂźtz welcher aus
SicherheitsgrĂźnden einer Thyristor Phasenwendeschaltung zur Notabschaltung
vorgeschaltet ist. Als Schutz fĂźr die Thyristoren gegen Transienten sind
hinter dem SchĂźtz X-Kondensatoren 3x1uF Folie in Stern (ohne N).
Als Logikteil wird die Schaltung von einem differentiellen RS422 Signal bei
einer Baudrate von 10 Mb versorgt. Eingangs Bustreiber sind MAX3281. Das
serielle Signal wird Ăźber einen 3 Volt CPLD (Mach4) eingesammelt und als IO
der Thyristorschaltung zur VerfĂźgung gestellt.
Das Ganze funktioniert prima und wie geplant aber:
Wenn der SchĂźtz einschaltet (ohne eingeschaltete Thyristoren), gibt es aus
unbekannten GrĂźnden Ăbertragungsfehler auf der seriellen Leitung. Diese
sind reversibel, d.h. im nächsten Zyklus weg und es gibt keinen SW Absturz
oder ein Latchup etc. Trotzdem ist mir die Ursache und der Einkopplungsweg
der StĂśrung vĂśllig unklar und ich weis nicht, wie ich die Sache weiter
angehen kann. Folgendes wurde schon beobachtet:
1)
Mit einem Oszilloskop sieht man im Einschaltfall StĂśrungen von 1-2 kV im
100Mhz Bereich wenn der SchĂźtz anzieht. Es ist dabei fast egal wo man das
Oszi anschliesst und die StĂśrung wird auch angezeigt wenn das Messkabel nur
irgendwo in der Nähe liegt und gar nicht angeschlossen ist. Auch wenn die
Tastkopfspitze auf dem eigenen GND liegt. Ein weiteres Indiz dass die
StĂśrung nicht Ăźber den "offiziellen" Weg des Tastkopfs ins Oszi fliesst,
ist derjenige, daĂ mit einem anderen Messbereich am Oszi wieder ganz andere
Spannungen misst, obwohl die Eingangsimpedanz ja theoretisch gleich bleibt.
Getestet mit einem batteriebetriebenen Tektronix um Einkopplung Ăźbers Netz
auszuschliessen und einem 1 Ghz Le Croy mit ziemlich ähnlichen Ergebnissen.
2)
Die Theorie der StĂśrungsursache habe ich mir so zurechtgelegt, daĂ die 3
SchĂźtzkontakte prellen und durch Ein und Auschalten zu verschiedenen Zeiten
am Netzsinus verschiedene Spannungen an die äusserst niederohmigen
Kondensatoren gelegt werden. Bei zusätzlich fehlendem Null
(C-Reihenschaltung) entsteht mit dem prellenden Schalter eine Ladungspumpe
bei welcher extrem hohe Spannungen im kV Bereich zusammenkommen. Die
Netzimpedanz dĂźrfte fĂźr HF etwa 100 Ohm betragen und damit viel zu
hochohmig sein um die StĂśrung zu schlucken. Hinter einem (1kVA) Trenntrafo
sieht man ßbrigens, daà im Einschaltfall eine gedämpfte Schwingung von
Kondensator und Trafo entsteht. Diese ist beim viel niederohmigeren Netz
praktisch auch viel hochfrequenter und es scheint beim Schaltvorgang auch
extrem hohe StrĂśme zu geben. Um es vorweg zu nehmen: Drosseln in Reihe
(Stabkern 10uH) nĂźtzen Ăźberhaupt gar nix sondern sind fast kontraproduktiv.
3)
Entsprechend der Theorie nach 2) habe ich die SchĂźtzkontakte mit kleinen
Kondensatoren (1nf) ĂźberbrĂźckt. Die StĂśrung wird hier wesentlich besser, da
die 1uF Kondensatoren schon vorgeladen sind. Die Sicherheitsabschaltung
darf ja aber nicht ĂźberbrĂźckt werden so dass dieser Ansatz ausscheidet.
Also habe ich die 1uF Kondensatoren vor den SchĂźtzkontakt gelegt, so daĂ
sie ständig an der Netzspannung liegen. Auch hier werden die DatenstÜrungen
bedeutend besser, am Oszilloskop sind die Signale der Kondensatoren vor und
hinter dem Kontakt aber kaum zu unterscheiden. D.h. es gibt noch immer eine
StĂśrung beim Schalten und das, obwohl hinter dem Schalter kaum etwas
angeschlossen ist. In der Realität sind das eine Menge (abgeschalteter)
Thyristoren mit je einem MOV. Da die Varistoren ebenfalls fast 1nF
Kapazität aufweisen, vermute ich, daĂ sie die groĂen Kondensatoren zu einem
guten Teil ersetzen. Zumindest der Spitzenstrom der beim Einschalten
fliesst, ist theoretisch ja unabhängig von der GrĂśĂe der Kapazität.
4)
Wie kann ich eine solche StĂśrung quantitativ und qualitativ sicher erfassen
um festzustellen welche Ănderungen sich wie auswirken?
5)
Wie kann ich feststellen, auf welchem Weg eine solche StĂśrung auf die
Datenleitung einkoppelt? Das Layout hat einen Trenngraben zum 3 Volt CPLD
Teil. Alle darßbergehenden Leitungen sind hochohmige Widerstände oder
Differentialdrosseln so dass dies zumindest theoretisch vorbildlich ist.
SicherheitsgrĂźnden einer Thyristor Phasenwendeschaltung zur Notabschaltung
vorgeschaltet ist. Als Schutz fĂźr die Thyristoren gegen Transienten sind
hinter dem SchĂźtz X-Kondensatoren 3x1uF Folie in Stern (ohne N).
Als Logikteil wird die Schaltung von einem differentiellen RS422 Signal bei
einer Baudrate von 10 Mb versorgt. Eingangs Bustreiber sind MAX3281. Das
serielle Signal wird Ăźber einen 3 Volt CPLD (Mach4) eingesammelt und als IO
der Thyristorschaltung zur VerfĂźgung gestellt.
Das Ganze funktioniert prima und wie geplant aber:
Wenn der SchĂźtz einschaltet (ohne eingeschaltete Thyristoren), gibt es aus
unbekannten GrĂźnden Ăbertragungsfehler auf der seriellen Leitung. Diese
sind reversibel, d.h. im nächsten Zyklus weg und es gibt keinen SW Absturz
oder ein Latchup etc. Trotzdem ist mir die Ursache und der Einkopplungsweg
der StĂśrung vĂśllig unklar und ich weis nicht, wie ich die Sache weiter
angehen kann. Folgendes wurde schon beobachtet:
1)
Mit einem Oszilloskop sieht man im Einschaltfall StĂśrungen von 1-2 kV im
100Mhz Bereich wenn der SchĂźtz anzieht. Es ist dabei fast egal wo man das
Oszi anschliesst und die StĂśrung wird auch angezeigt wenn das Messkabel nur
irgendwo in der Nähe liegt und gar nicht angeschlossen ist. Auch wenn die
Tastkopfspitze auf dem eigenen GND liegt. Ein weiteres Indiz dass die
StĂśrung nicht Ăźber den "offiziellen" Weg des Tastkopfs ins Oszi fliesst,
ist derjenige, daĂ mit einem anderen Messbereich am Oszi wieder ganz andere
Spannungen misst, obwohl die Eingangsimpedanz ja theoretisch gleich bleibt.
Getestet mit einem batteriebetriebenen Tektronix um Einkopplung Ăźbers Netz
auszuschliessen und einem 1 Ghz Le Croy mit ziemlich ähnlichen Ergebnissen.
2)
Die Theorie der StĂśrungsursache habe ich mir so zurechtgelegt, daĂ die 3
SchĂźtzkontakte prellen und durch Ein und Auschalten zu verschiedenen Zeiten
am Netzsinus verschiedene Spannungen an die äusserst niederohmigen
Kondensatoren gelegt werden. Bei zusätzlich fehlendem Null
(C-Reihenschaltung) entsteht mit dem prellenden Schalter eine Ladungspumpe
bei welcher extrem hohe Spannungen im kV Bereich zusammenkommen. Die
Netzimpedanz dĂźrfte fĂźr HF etwa 100 Ohm betragen und damit viel zu
hochohmig sein um die StĂśrung zu schlucken. Hinter einem (1kVA) Trenntrafo
sieht man ßbrigens, daà im Einschaltfall eine gedämpfte Schwingung von
Kondensator und Trafo entsteht. Diese ist beim viel niederohmigeren Netz
praktisch auch viel hochfrequenter und es scheint beim Schaltvorgang auch
extrem hohe StrĂśme zu geben. Um es vorweg zu nehmen: Drosseln in Reihe
(Stabkern 10uH) nĂźtzen Ăźberhaupt gar nix sondern sind fast kontraproduktiv.
3)
Entsprechend der Theorie nach 2) habe ich die SchĂźtzkontakte mit kleinen
Kondensatoren (1nf) ĂźberbrĂźckt. Die StĂśrung wird hier wesentlich besser, da
die 1uF Kondensatoren schon vorgeladen sind. Die Sicherheitsabschaltung
darf ja aber nicht ĂźberbrĂźckt werden so dass dieser Ansatz ausscheidet.
Also habe ich die 1uF Kondensatoren vor den SchĂźtzkontakt gelegt, so daĂ
sie ständig an der Netzspannung liegen. Auch hier werden die DatenstÜrungen
bedeutend besser, am Oszilloskop sind die Signale der Kondensatoren vor und
hinter dem Kontakt aber kaum zu unterscheiden. D.h. es gibt noch immer eine
StĂśrung beim Schalten und das, obwohl hinter dem Schalter kaum etwas
angeschlossen ist. In der Realität sind das eine Menge (abgeschalteter)
Thyristoren mit je einem MOV. Da die Varistoren ebenfalls fast 1nF
Kapazität aufweisen, vermute ich, daĂ sie die groĂen Kondensatoren zu einem
guten Teil ersetzen. Zumindest der Spitzenstrom der beim Einschalten
fliesst, ist theoretisch ja unabhängig von der GrĂśĂe der Kapazität.
4)
Wie kann ich eine solche StĂśrung quantitativ und qualitativ sicher erfassen
um festzustellen welche Ănderungen sich wie auswirken?
5)
Wie kann ich feststellen, auf welchem Weg eine solche StĂśrung auf die
Datenleitung einkoppelt? Das Layout hat einen Trenngraben zum 3 Volt CPLD
Teil. Alle darßbergehenden Leitungen sind hochohmige Widerstände oder
Differentialdrosseln so dass dies zumindest theoretisch vorbildlich ist.
