Im Prinzip soll ein Ohmmeter gebaut werden,
welches bis zu 4 kV Gleichspannung an den Prüfling anlegt,
um die Leckage zu messen.
Es soll dazu dienen, die Durchschlagfestigkeit von Schaltnetzteiltrafos
und Optokopplern zu verifizieren.
Theoretisch sollten diese Bauelemente auf der Leiterplatte
eine Minute lang eine solche Spannung vertragen.
Oder etwa doch nicht?
Zur Prüfung ortsveränderlicher Geräte der Schutzklasse II
(= doppelte oder verstärkte Isolierung)
werden nur 1 s lang 500 V Gleichspannung angelegt.
Gemessen wird der Strom zu einem Anschluss der Sekundärseite
und/oder irgendeinem elektrisch leitendem Gehäuseteil.
2 MΩ genügen.
Die Stromergiebigkeit des Testers soll so gering sein,
dass das unbeabsichtigte Berühren zwar unvermeidbar schmerzhaft
aber nicht gefährlich oder gar lebensgefährlich ist.
Eine eingebaute Uhr für die Prüfzeit und ein Piepser zur Endemeldung
sowie diverse Konfigurations- und Kalibriermöglichkeiten
runden das Gerät ab.
Bastelgrundlage
Ausgangspunkt ist eine alte Industriesteuerung „IVO TA200“
im Schalttafelgehäuse mit einem LED-Frontpaneel
mit 6 rotleuchtenden 7-Segment-Ziffern (inklusive Dezimalpunkte),
3 LEDs und 4 Tasten.
Maßzeichnung aus der Betriebsanleitung
An der Rückseite befindet sich eine 9-polige Schraubklemmen-Steckleiste,
von der nur vier Anschlüsse benötigt werden.
Die enthaltene Hauptplatine mit einem 8052-Mikrocontroller
fliegt erst mal weg.
Die Frontplatine ist mit erfreulich wenigen Leitungen (nämlich 8)
mit der Hauptplatine verbunden.
Daher genügt ein Mikrocontroller mit wenig Beinchen.
Schaltplan des vorgefundenen Bedientableaus
Die Ziffernanzeigen mit gemeinsamen Katoden werden per 1-aus-8-Dekoder
74HC238 und nachgeschaltetem Darlington-Treiberarray ULN2003 angesteuert,
und das genau der Reihe nach, nicht umsortiert.
Der siebte Ausgang des ULN2003 steuert die Katoden von 8 vorgesehenen
und 3 bestückten Extra-LEDs.
Der achte Ausgang des 74HC238 wird zum Dunkeltasten bei der Segmentumschaltung
und der Tastenabfrage „genutzt“.
Die Anoden aller LEDs werden mittels Seriell-Parallel-Schieberegister
74HC164 angesteuert und über Vorwiderstände getrieben.
Die Segmentanordnung entspricht der Bitwertigkeit, ist also nicht umsortiert.
Die 6 vorgesehenen und 4 bestückten Tasten werden unpraktischerweise
mit den Ausgängen des Schieberegisters abgefragt.
Das erfordert einen achten Zyklus für die Tasten.
Normalerweise macht man das segmentweise mit dem ULN2003 und erspart sich
obendrein den Pulldown-Widerstand,
da Pullup-Widerstände in vielen gängigen Mikrocontrollern enthalten sind.
Umsetzung
Basis ist ein 14-beiniger Mikrocontroller ATtiny44.
Dieser übernimmt folgende Teilaufgaben:
Multiplexen der Anzeige und Abfrage der Tasten
Ansteuerung des Transverter-Transistors mittels Pulsweitenmodulation
und Ausgangsspannungsregelung mittels Spannungsteiler und A/D-Wandler
Schnell wirkende Strombegrenzung des Transvertertransistors
mittels Emitterwiderstand und Analogvergleicher
Messung und Begrenzung des Ausgangsstroms mittels Shunt und A/D-Wandler
Temperaturbegrenzung; dazu wird einfach die Chiptemperatur gemessen
Piep-Ausgabe auf Mini-Lautsprecher
Gedanken zur Hochspannungserzeugung mittels beschaffbarer Bauelemente
per Villardschaltung
Handelsüblich (bei Reichelt) sind Kondensatoren
und Dioden mit 2 kV Spannungsbelastbarkeit.
Da muss man also Reihenschaltungen vorsehen: Eine Villardschaltung.
Eine Spule mit mehr Spannung wäre ohnehin eher ein alter Zeilentrafo
und damit ziemlich voluminös und viel zu leistungsstark.
Das Bereitstellen einer gesiebten Gleichspannung (Kondensator)
und deren Messung ist ohnehin problematisch.
Die zu messende Ausgangsspannung wird kurzerhand am Teilanschluss
der Villardschaltung entnommen, da das Spannungsteilerverhältnis
der Villardschaltung präzise genug ist.
SMD-Widerstände der Baugröße 1206 sind für 200 V Dauergleichspannung
spezifiziert, für 2 kV braucht man also 10 Stück in Reihe.
Durchsteck-Widerstände sind hingegen für 250 V Dauergleichspannung
spezifiziert, für 2 kV braucht man 8 Stück hintereinander.
Das bringt kaum etwas.
