True-RMS-Messvorsatz

Für einen "Power-Würfel", also ein Netzgerät, das speziell für Anwendungen mit größeren Leistungsaufnahmen gedacht ist, brauchte ich eine gute Spannungsanzeige. Dieses Netzgerät hat zum einen einen Stelltrafo eingebaut, der sekundär 0-260V ausgibt, zum anderen auch eine Phasenanschnittsteuerung, die Ströme bis 15A verträgt. Beide Varianten werden über einen Kippschalter ausgewählt.

Es bestand also der Bedarf nach einer guten Schaltung, die aus einer quasi beliebig gearteten Eingangsspannung (wg. Phasenanschnitt) den echten Effektivwert berechnet und auf einem gewöhnlichen Panelmeter (Eingang 0-2V) zur Anzeige bringt.

ACHTUNG:
Die hier vorgestellte Schaltung arbeitet direkt und ohne galvanische Trennung am Stromnetz ! Eine Berührung der Schaltung ist somit LEBENSGEFÄHRLICH! Ihr müsst wissen, was ihr tut - für eventuelle Schäden übernehme ich keinerlei Haftung, ein Nachbau erfolgt auf eigene Gefahr !

Fertige Schaltkreise

Für diese Aufgabe gibt es eine Reihe fertiger Schaltkreise. Im vorliegenden Fall hat sich speziell der MX536A von Maxim angeboten, da er eine zulässige Eingangsspannung von maximal 7Vrms besitzt und somit zur Anpassung an das Panelmeter keine weiteren aktiven Komponenten nötig sind (viele Bausteine anderer Hersteller arbeiten mit nur 200mVrms, die dann auf die 2V vom Panelmeter hätten verstärkt werden müssen).

Einige technische Daten im Überblick:

Schaltung

Das Schaltbild des Messvorsatzes ist hier zu sehen:

Schaltbild des TRMS-Messvorsatzes

Im oberen Teil ist die Spannungsversorgung für den MX536A und das Panelmeter zu sehen. Um einen ausreichenden Ausgangsspannungshub des Konverters zu gewährleisten, wird dieser mit +/- 12V versorgt. Die +12V werden mit einem Spannungsregler, die -12V hingegen mit einer einfachen Stabilisierung mittels Z-Diode gewonnen. Für das Panelmeter ist zusätzlich ein +5V-Regler vorhanden. Da direkt die Netzspannung gemessen wird, besteht KEINE GALVANISCHE TRENNUNG vom Netz, es ist also besondere Sorgfalt geboten, außerdem sollte die Inbetriebnahme mit Hilfe eines Trenntrafos erfolgen; die fertige Schaltung muss berührungssicher eingebaut werden !

Die zu messende Spannung wird an der mit "In" bezeichneten Klemme angelegt und ist auf den Neutralleiter (N) bezogen. Sie wird über einen Spannungsteiler auf 1/61 heruntergeteilt, so dass eine Eingangsspannung von 300V am IC eine Eingangsspannung von knapp 5V zur Folge hat. Der Spannungsteiler ist aus mehreren Widerständen aufgebaut, so dass der Ausfall eines Widerstandes nicht zum Defekt des ICs führen kann.

C9 ist der zur Bildung des Mittelwertes benötigte Elko, und C10 filtert noch einmal die Ausgangsspannung, um eine ruhige Anzeige auf dem Panelmeter zu bekommen. Dieser Schaltungsteil entspricht grundsätzlich den Vorgaben aus dem Datenblatt des MX536A. Die Ausgangs(gleich)spannung an Pin 6 wird nochmal mit einem Spannungsteiler heruntergeteilt und auf das Panelmeter ausgegeben. Der Teilerfaktor ist mit R9 einstellbar, so dass Bauteil- und Anzeigetoleranzen ausgeglichen werden können. Am Ausgang entspricht schließlich eine Gleichspannung von 100mV einer Wechselspannung von 100Vrms am Eingang.

An der zweiten Klemme schließlich wird das Panelmeter angeschlossen. Hierauf ist darauf zu achten, dass die Masse des Messsignals gleichzeitig die Masse der Versorgungsspannung ist (nicht jedes Panelmeter erlaubt diese Variante !). Außerdem sollten zwei getrennte Leitungen für Signal- und Versorgungsmasse verwendet werden, da es ansonsten zu einem Anzeigefehler aufgrund eines Spannungsabfalls auf der Leitung kommen kann (das kleinste Digit zeigt schließlich schon 1mV an).

Anschlussschema

Im Bild ist der Anschluss der Schaltung zu sehen. Zu beachten ist, dass die zu messende Spannung auf den Neutralleiter der Netzspannung bezogen ist. (Falls das ungewünscht ist, kann auch die Messspannung direkt über dem Eingangsspannungsteiler angelegt werden, dann muss die Verbindung des Trafos mit der Masse (auf der Primärseite) aufgehoben werden.) Beim Anschluss des Panelmeters sollten für GND, wie bereits erwähnt, zwei getrennte Leitungen verwendet werden, da es sonst zu einem Offset in der Anzeige kommen kann.

Anschlussschema