Sichere Trennung zw. Primär- und Sekundärseite - Einschaltverzögerung

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Sichere Trennung zw. Primär- und Sekundärseite - Einschaltverzögerung
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BlackLight

Inventar

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Hallo zusammen. Brauche inzwischen für einige Projekte mit Ringkerntrafos eine ordentlichen Einschaltstrombegrenzer/Einschaltverzögerung.
Deshalb wage ich mal einen Eigenbau, ein 555er, Relais und Trafo kann ja nicht so groß und schwer sein, dachte ich blauäugig.

Hab mal schnell das Layout zusammengeschoben und frage mich jetzt schon, wie man am Besten die Primär und Sekundärseite "sicher" trennt?
Ist hier nicht direkt notwendig. Will es aber jetzt richtig machen, damit ich zukünftig das Netzteil auch als "Hilfsspannungsversorgung" nutzen kann.



Hab erst eben den Trafo-Footprint auf 32,5 mm x 27,5 mm verkleinert, auch deshalb schaut es noch nicht schön kompakt aus.



Frage 1: Auf der Primärseite eine Kupferfläche nutzen und an den PE anbinden?
Frage 2: Ist eine Fräsung ("cutout") sinnvoll? Die PE-Kupferfläche sollte eigentlich schon das meiste verhindern. Wie "lang" kann man die Fräsung machen, ohne dass die Platine später zu schwach wird? Die Fräsweite verkleinere ich noch auf das Minimum der Fab (~2,4 mm).

Oder kennt jemand eine schöne Application-Note, in der cutouts ausführlich behandelt werden?

Frage 3: Was mache ich mit der Massefläche auf der Sekundärseite? Über große Z-Dioden (z.B. 40 V) an den PE anbinden?
Habe es bisher nicht vor, aber wäre ohne großen Aufwand auch die "Schutzklasse II / Schutz durch doppelte oder verstärkte Isolierung" drin? Dann natürlich ohne Dioden!

Hier auch der Schaltplan. Hab es etwas modularer ausgelegt um es flexibel einsetzten zu können. Bin günstig an 10 Stück 24V-Finder-Relais (40.31) drangekommen. Die ziehen schon bei 18 VDC sicher an. Hab auch noch 7818&7810 zum "Entsorgen" rumliegen, damit wäre das gegeben. Bei allen anderen Punkten bin ich offen für Änderungen.
(Nicht über die krummen 0603-Widerstände oder die 63V-Elkos wundern, die hab ich in größeren Mengen rumliegen.)


Für J1 & J3 (230V) sind diese grünen Steckverbinder mit RM5,08 vorgesehen (z.B. CTB9309 Camdenboss o.ä.). Der kommt optional auch bei J2 zum Einsatz, um ggf. einen externen Sicherungshalter anzuschließen. R2 werde ich entfernen, eine Brücke kann man auch per J2 herstellen.
R1/R3 und TH1/TH2 sind Plätze für NTCs/Widerstände. Da will ich mal sehen was "besser" ist.
R4/R5 sind Brücken, damit ich ggf. die Ein- auch als Ausschaltverzögerung nutzen kann oder anders schaltende Relais'.

Die "Header" J4, J7, J8 und J9 dienen einerseits als Testpunkte. Andererseits kann man so die Spannungen für externe Zwecke abgreifen bzw. das Relais auch von außen schalten.
Analog die Lötpunkte Header J5 und J6 beim Trafo TR1, um ggf. auch Trafos mit zwei Primär- oder Sekundärwicklungen nutzten zu können. Will das mal ausprobieren und meine "PCB-Checkliste" will das so haben.

Die Beschaltung vom L7818/L7810 sollte selbsterklärend sein. (Soll ich noch eine GND-Diode oder LM317-Pinout vorsehen?) Mit R8 kann man sichtbar VPP und VDD brücken. Falls zukünftig mal der 555er und das Relais die gleiche Spannung vertragen und U2 überflüssig wird.

Der 555er-Aufbau sollte so funktionieren, werde es aber noch auf einem Steckbrett aufbauen und prüfen.
Ich verstehe es so, dass beim Einschalten per C8 der Pin TR und THR auf fast VDD gezogen werden. Getriggert wird der 555er so bald TR auf 2/3 VCC fällt und der Ausgang Q sollte angehen, sobald THR unter 1/3 VCC fällt.
Nach dem Datenblatt sorgen C8 und R10 für eine Zeitkonstante von ca. 50 ms, d.h. 2,5 Perioden (bei 50 Hz). Für zukünftige Anwendungen lasse ich um C8 etwas Platz, so dass man da auch größere Elkos einbauen kann.

Kritik zum Schaltplan ist immer willkommen.

Hatte zwischenzeitlich auch überlegt anstelle des Trafos ein kleines Schaltnetzteilmodul - z.B. Meanwell "MW IRM-01-24" bzw. "MW IRM-03-24" - einzusetzen.
Platz sparen die praktisch nicht und günstiger sind sie auch nicht. :-/




Offtopic :
P.S.
Arbeitet hier jemand intensivier mit KiCad? Bzw. bei anderen EDAs sollte es ähnlich sein.
Mir ist schon ein paar Mal störend aufgefallen, dass viele Netze oft keine sinnvollen Namen haben - wie auch. Im Schaltplan nicht weiter schlimm, im Layout bzw. beim Routen fällt es einem schon auf.

Hab hier als Versuch mal mit Schriftgröße 0,635 mm kleine Labels and einige Leitungen dran gemacht. Siehe Pin 12/14 von Relais K1 oder einige Pins vom NE555.
Kennt hier jemand eine bessere Lösung?


BID = 1091916

I-need

Stammposter



Beiträge: 394

 

  


Offtopic :
Wirklich intensiv habe ich Kicad auch noch nicht benutzt, aber genug um zu wissen, was einen in den Wahnsinn treiben kann. Z.B die Geschichte mit den Labels von Busverbindungen....

Netznamen kann man meines Wissens wirklich nur mit dem "Netzlabel hinzufügen" Werkzeug erstellen.

Zum Layouten benutze ich einfach immer 2 Bildschirme, auf dem einen das Layout, auf dem andern das Schema. Aber das macht bestimmt jeder so


_________________








BID = 1091917

BlackLight

Inventar

Beiträge: 4686

Hab inzwischen gelernt, dass das Thema "Clearance and Creepage" gar nicht so trivial ist.
Auf dem Kanal von Elektor TV gibt es drei Videos zu dem Thema mit insgesamt 25 min:

PCB Clearance and Creepage Distances, Part 1: Which Standard Applies?
→ IEC 62368

PCB Clearance and Creepage Distances, Part 2: Which Criteria Apply?
→ UNenn + Isolationstyp + Überspannungsklasse + Verschmutzungsgrad + Material + Max. Höhe über NN = Spaß

PCB Clearance and Creepage Distances, Part 3: Putting it All Together
TLDR: Clearance and Creepage bei 240 VAC ~2 mm bzw. ~4 mm je nach Isolationsanforderung



Zitat : I-need hat am 25 Dez 2021 22:16 geschrieben :
Z.B die Geschichte mit den Labels von Busverbindungen....
In KiCad 5.1.x oder in 5.99/6.0?
Weil in 5.1.x sind Busse meinem Verständnis nach nur graphische Linien.
In 6.0.0 sollen die Busse verbessert worden sein. Man kann in 6.0.0 einem Bus jetzt Namen vergeben wie "D[0..15]" oder"{SCL SDA CSL CLK}", aber so wie z.B. in Eagle 4/5 funktioniert es nicht.
Ein Layer-8-Problem möchte ich nicht ausschließen.
Dafür sind aber viele andere Sachen schöner gelöst als sie in Eagle 4/5 umgesetzt waren.


Zitat :
Zum Layouten benutze ich einfach immer 2 Bildschirme, auf dem einen das Layout, auf dem andern das Schema. Aber das macht bestimmt jeder so
Privat bzw. im "Home-Office" mache ich es auch so.

BID = 1091950

BlackLight

Inventar

Beiträge: 4686


Offtopic :

Zitat :
Man kann in 6.0.0 einem Bus jetzt Namen vergeben wie "D[0..15]" oder"{SCL SDA CSL CLK}", aber so wie z.B. in Eagle 4/5 funktioniert es nicht.
Ein Layer-8-Problem möchte ich nicht ausschließen.
Natürlich sitzt das Problem zwischen Monitor und Stuhl!

Man(n) muss nur auf einen Bus mit Namen klicken und C ("Vom Bus Lösen") drücken. Dann fügt KiCad automatisch diesen diagonalen Buseintritt (analog wie bei Z "Buseintritt für Verbindung hinzufügen") ein, fügt das entsprechende Label hinzu und lässt einen direkt Routen. Sogar das Buseintritt-Symbol wird passend gedreht/gespiegelt.
Die Änderung gefällt mir!


Zum eigentlichen Thema.
Die extra Sicherung für den Trafo und andere Kleinigkeiten sind rausgeflogen. Die Platine ist jetzt nur noch 82 mm x 56 mm groß.






Lasse es erst einmal bei einem Schutzklasse-I-Gerät.
Die PE-Fläche ist zu einem "PE-Schutzring" geworden.

Gibt es noch irgend welche Verbesserungsvorschläge? Will die Platine nach "morgiger Prüfung" in den nächsten Tage produzieren lassen.

Sollte unbedingt noch eine Haube für den Sicherungshalter und so eine 3-polige CTB9309-Schraubklemme konstruieren und einfügen. Könnte knapp werden.
Ob gleichzeitig an J3 und J2 die Schraubklemmen passen, sollte ich auch noch prüfen.

BID = 1092517

BlackLight

Inventar

Beiträge: 4686

Ich muss ja zugeben, dass ich euch fremdgegangen bin.
Hab die Frage auch in dem Forum mit den kleinen, roten Roboter gestellt.
Die Hauptkritik war, dass auf der 230VAC-Seite die Abstand viel zu klein sind, u.a. auch zum PE. Jetzt kommt der ganzen PE-Kram weg.

Wie in jedem guten Gerät mit Metallgehäuse eingesetzt, steige ich auf einen zentralen Erdungspunkt aka Erdungsschraube um.
Das Durchschleifen des PEs war auch eins meiner größten Sorgen. Lasse wohl die dreipoligen Stecker drin, entferne aber das mittlere Lötauge und am Besten auch den Stift. So kann der mitgeführte PE noch als Leitungs-Isolationsüberwachung dienen. Wenn es vom Platz her passt, werde ich auch noch Löcher für diese 6,3mm-Flachstecker auf den RM5,08-Footprint reinsetzten.
Die Sekundärseite wird ggf. über den Testpunkt "GND" geerdet. Oder ich füge direkt einen extra 6,3mm-Fachstecker für den PE hinzu.


Kennt jemand eine MPN für eine Erdungsschraube, die man von außen nicht lösen kann? Habe eine Schlitz-/Kreuzschraube im Kopf, die in Rückwärtsrichtung angekeilt ist. Ich meine die war von Schroff ca, M4x30. Finde höchstens 60100407, aber ohne Bilder und auch keinen Distributor der sie führt. Bei dicken Gehäusen könnte ich auch eine Schlossschraube (DIN 603) in M4x20-M4x30 nutzen.
Oder verwendet man heute was anders?


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