Masse mehrerer Netzteile verbinden

  • Hallo zusammen,


    ich hoffe ich kriege hier Hilfe und kann mein Projekt endlich fertig stellen! Ich habe 4 Panele a 100 WS2801 LED Pixel welche ich mit einem Teensy 2 (alternativ habe ich noch einen Teensy 3 und einen Adruino Uno) steuern möchte. Ich habe 2 Netzteile mit jeweils 2 Rails a 50 Watt (http://www.amazon.de/gp/produc…o06_s00_i00?ie=UTF8&psc=1) also für jedes Panel 1 Stromversorgung. In verschiedenen Beiträgen u. Foren habe ich gelesen das man die Masse/Ground verbinden muss und die Pixel benötigen das Ground Signal ja auch damit die Steuerung funktioniert. Verbinde ich nur ein Panel, funktioniert alles einwandfrei, sobald ich aber ein 2tes Panel schalte geht entweder gar nichts oder es flackern/blinken nur vereinzelte LEDs. Ich bin mir sicher das es mit der Kombination der Grounds zu tun hat, weiß aber nicht wie ich es anders machen soll.


    Ich habe hier noch schnell eine Skizze der Verkabelung gemacht, wäre super wenn mir jemand einen Tip geben könnte.


    [Blockierte Grafik: http://www.pixelfahnder.de/verkabelung.jpg]


    Warum habe ich nicht ein Starkes Netzteil? 2 völlig verschiedene Elektriker haben mir dazu geraten lieber auf die Variante zu setzen die ich jetzt habe. Diese meinten auch beide einstimmig das ich die Verkabelung so machen soll wie abgebildet (Masse ist Masse ist Masse..)


    Würde gerne Endlich mein 4qm Projekt als Video vorstellen wenn es endlich einwandfrei funzt :)

  • Naja Elektriker sind aber keine Elektroniker auch wenn sie das oft selbst glauben ^ ^


    Bei zwei NTs hast auf jedenfall schon nen lechteren Wirkungsgrad. Also wenn das 24 Stunden pro Tag läuft schon mal auf lange Sicht teurer. Und Aufallrate ist natürlich auch höher.

  • Hallo Demi,


    die Massen zu verbinden ist schon richtig.
    Du solltest aber die sog. "sternförmige Verkabelung" anwenden. Also vom Netzteil aus je eine Leitung zu jedem Verbraucher.


    Also NICHT vom Netzteil aus erst mal eine einzelne Stippe ziehen, die sich erst weiter weg verzweigt. Oder (noch schlimmer) gar von Modul zu Modul geht.
    So 'ne Strippe ist auch ein komplexer Widerstand. Der rein ohmsche Anteil ist recht gering, aber da ist auch ein induktiver Anteil, der einem böse in die Suppe spucken kann.
    Wenn Stöme schnell geschaltet werden, leiten die Strippen sozusagen nicht schnell genug, um es mal plastisch zu formulieren.
    Dadurch beinflussen sich die Module dann gegenseitig, weil Masse dann kurzzeitig nicht mehr das überall gleiche Potenzial hat!


    Duch sternförmige Verkabelung beseitigst Du dieses Problem in ganz hohem Maße.
    Wenn Du dann noch zusätzlich jedem Verbraucher einen flotten (induktionsarmen) Eingangskondensator verpasst, müsste auch in schlimmen Fällen alles in Butter sein. Aber vielleicht ist das ja gar nicht notwendig. Verkabele mal sternförmig, mit möglichst dicker Masseleitung.


    Da Du zwei Netzteile einsetzt:
    Auch die Masseleitung vom zweiten Netzteil geht direkt zum Sternkunkt (Anschlussklemme) des ersten Netzteils.
    Dieser Punkt ist es also, wo für alle angeschlossenen Gerätschaften identisches Potenzial herrscht.
    Und nur an diesem Punkt werden Masseleitungen zusammengeschlossen.

  • Mal ne doofe Frage am Rande: Warum werden die Pixel eigentlich mit 12V versorgt ?(
    Der WS2801 hat doch Standardmäßig 5V Versorgungsspannung.


    Edith sagt:
    Ich seh gerade auf deiner schnellen Skizze sind die Pixel mit 4LEDs.
    Da sind 12V aber schon eng bei der blauen LED.

  • Ja jedes Panel wird mit einer extra 12 Volt Leitung versorgt wie es im Datenblatt steht, Strom wird nach jedem Strang (20 LEDs) zugeführt. Das Signal wird mit 3-5 V gespeist die vom Controller kommen.


    Wie gesagt, ich habe jedes Panel einzeln getestet indem ich die Stromzufuhr der anderen gekappt habe, es hat einwandfrei funktioniert. Also kann es ja nicht an zuwenig Leistung liegen.
    Ein einzelnen Panel läuft auch Problemlos über Stunden mit einem Steckernetzteil (MW3R15GS) was nur 1500mA liefert, das Netzteil wird dabei nur ganz leicht Handwarm und das Blau sieht extrem kräftig aus.


    Ich nutze folgende LEDs:


    36mmx36mm squares (1.4") 5mm deep (0.2")
    75mm / 3" apart on the strand
    20 pieces per strand
    These pixels use a WS2801 chip for full 24 bit color, constant-current drive
    12VDC power, 120mA maximum per pixel (LED on full white)
    2-pin SPI-like protocol
    WS2801 Datasheet for the chip inside each pixel
    Brightness per pixel: 6000 mcd combined (we'll try to get a datasheet for the LEDs)
    Datenblatt

  • Schau mal was das Oszi auf den Signalleitungen anzeigt wenn ein 2. Pannel dran hängst. Könnte sein das die höhere Last Dein Signal versaut oder es zu Störeinstrahlungen kommt.


    Dann könnten die Netzteile an sich noch Probleme machen. Bei den Schaltnetzteilen gibt es verschiedene, bei manchen ist kann es sein das die Masse, mit dem Gehäuse mit dem PE in irgendeiner Verbindung besteht. Das kann man testen wenn man z.B. 2 solche Netzteile betreibt, aber nur von einem den GND anklemmt und trotzdem alles funktioniert, dann fliesst der Strom beider Netzteile über den GND des einen über Stromnetz zurück. Das hatte ich schon mal bei so billigen Case-Netzteilen.


    Das andere Netzteilproblem könnte deren grundsätzliche Eignung sein. Ich hatte schon solche Netzteile die beim PWM-artigem plötzlichem Stromanstieg ausgestiegen sind. Quasi nach dem Motto als ob die diesen plötzlichen Stromanstieg als Kurzschlussmoment werten und sich dann abschalten. Das kann man dann mit einem Kondensator entsprechender größe umgehen.


    ABER, grundsätzlich sollte Deine Schaltung so funktionieren. Habe sowas schon aufgebaut, allerdings mit vergossenen Netzteilen die kein Metalgehäuse hatten und somit keinen PE. Das funktionierte bisher immer problemlos.


    UND, Deine Elektriker hatten recht. Klar, der Wirkungsgrad geht etwas in den Keller, aber das ist nicht so wild. Der Wirkungsgrad wird prozentual angegeben, also ist es egal ob ich 1x 100W betreibe oder 10x 10W, sofern der Wirkungsgrad bei allen gleich wäre. Aber Netzteile mit kleinen Leistungen haben meist einen schlechteren Wirkungsgrad als eines der gleichen Serie mit höherer Leistung. Machen dann von 5% bis zu 10% Unterschied aus.
    Was die Ausfallsicherheit angeht, stehst Du besser da. Wenn nur ein Netzteil hast und das ausfällt -> ist alles tot. Wenn Deine Anlage auf mehrere aufteilst dann ist nur ein Teilbereich tot, sofern es nicht gerade das Netzteil für den Controller trifft :P


    Gruß, Benny.

  • Was benkly schreibt befürchte ich auch. Das verkompliziert die Sache.


    Schaltnetzteile haben zudem einen hochfrequenten Störanteil, der die Ausgangsgleichspannung überlagert. Dieser Anteil kann sogar mehrere hundert Millivolt betragen, je nach Modell. Ein Blick ins Datenblatt sollte das klären.


    Schließt man nun mehrere Netzteile zusammen, können diese Störungen sich wahrscheinlich per Interferenz summieren.
    Schlimmer noch: Hat das eine Netzteil gerade ein "Tief", könnte das andere NT sich veranlasst fühlen, nachzuregeln. Was ihm bei so hohen Frequenzen natürlich nicht gelingt; will nur sagen, dass da gegenseitige Beeinflussungen durchaus drin sind.


    Um solche Effekte noch gründlicher los zu werden, wenn denn die sternförmige Verkabelung nicht ausreicht:

    • In jede Ausgangsleitung, eines jeden Netzteils, 'nen HF-Filter einbauen. Vorzugsweise sogar zwei: Einen direkt hinter der Ausgangsklemme. Von dort aus auf den Sternpunkt gehen. Von Sternpunkt aus zur Last. Direkt vor jeder Last den jeweils zweiten HF-Filter.
      Im einfachsten Fall reicht ein Ferrit, den man um die Strippe herum klippt. Bei Notebook-Netzteilen sieht man die Dinger oft - dieser dicke "Gnubbel".
    • Und schließlich noch die schon erwähnten Kondensatoren spendieren. Ideal ist eine Kombination aus größerer und kleinerer Kapazität, wobei insbesondere die kleinere Kap HF-tauglich sein muss. Ein keramischer Kondensator bringt's. Spannungsfestigkeit ein gutes Stück höher, als die Ausgangsspannung des Netzteils, 25V sollten es schon sein. Die Kondensmänner idealerweise direkt am Eingang jeder Last, mit kürzest möglicher Verbindung an die Versorgungseingänge.

    Ich habe für 'nen Kunden mal LED-Module von Videowänden repariert, die aus "unerklärlichen Gründen" fast wie die Fliegen starben.
    Als Grund habe ich dann Überspanungen auf der Versorgungsleitung herleiten können. Diese sind offenbar immer dann besonders stark gewesen, wenn die Module nach vollflächigem Weiß auf Schwarz umgeschaltet haben.
    Bei Weiß musste das Netzteil besonders viel "Gas geben". Erfolgte dann der Wechsel auf Schwarz, konnte das Schaltnetzteil nicht schnell genug herunterregeln und es gab 'nen Überspannungs-Impuls, der stark genug war, die ICs der Module zu himmeln.


    Abhilfe hat eine TSV-Diode gebracht, am Eingang eines jeden Moduls.
    Das klingt jetzt alles nach viel Aufwand und wahrscheinlich ist auch gar nicht das volle Programm notwendig.
    Wenn Du ein Oszi auftreiben kannst, dann kannst Du die einzelnen Maßnahmen mal testen und deren Auswirkung beobachten. Vermutlich wird schon eine davon (die richtige) den Erfolg bringen.



    Als Letztes schließlich, kann sich auch die Datenleitung was einfangen. Bei ungünstiger Verlegung, parallel zu störverseuchten Leitungen, kriegt die kapazitiv was rein. Da ist dann keine Leistung hinter, aber wenn ein hochohmiger Eingang bedient wird, kann der davon Samba tanzen. Abhilfe könnte schon ein einzelner Widerstand am Eingang nach Masse bringen, oder (besser) ein Spannungsteiler.


    Es gibt auch induktive Einwirkungen. Die erreichen nicht so hohe Spannungen, dafür aber höhere Ströme. Induktive Einwirkungen auf die Datenleitung halte ich hier jedoch für unwahrscheinlicher, als kapazitive.


    Um mal eine Vorstellung von kapazitiver Einwirkung zu bekommen:
    Nimm mal 'ne 10m lange Netzleitung und schließe nur eine der drei Adern an Phase (Achtung- gefährlich!). Ein Phasenprüfer-Schraubendreher wird nun an jeder Leitung leuchten!
    Dabei braucht das Lämpchen mindestens etwa 90V, um überhaupt leuchten zu können!
    Bereits bei 50Hz ist die kapazitive Wirkung innerhalb des Netzkabels, von Ader zu Ader, also genugend hoch, schon auf wenige Meter so was zu bewirken.
    Bei hoher Frequenz reichen folglich schon wesentlich geringere Leitungslängen, um sich kapazitiv von einer Leitung in die andere einzupoppeln, mit erheblicher Spannungshöhe.
    Wie erwähnt: Zum Glück ohne Power dahinter, weswegen man so was schon durch 'nen Widerstand nach Masse los werden kann.


    Das alles sind so die netten Klippen der Praxis, die den schönsten (theoretisch einwandfreien) Entwurf augenblicklich zerschellen lassen und man sucht sich dann blöde, die Ursache zu finden.

  • Vielen Dank für die Antworten, ich werde mal nen Kumpel fragen ob er ein Oszi zu Hause hat bevor ich weiter mache.. ja die Praxis ist oft anders als die Theorie, da das ganze ja eher unter Prototypenentwicklung läuft und ich keine Vorlage hatte wurden aus dem geplanten WE zur Fertigstellung inzwischen 8 Wochen und hunderte Stunden Arbeit, aber es macht Spaß :)


    Neophob hat in seinem Blog ein Thema wo es um Long distance spi installationen geht, ich habe dort nachgefragt was er meint und kam zu folgendem Ergebnis wie die Verkabelung sein muss weil Ground der Referenzpunkt für das Datensignal ist und ich die diese nicht zwischen den Panelen weiterleite:


    [Blockierte Grafik: http://www.pixelfahnder.de/wires3.jpg]


    Seine Antwort darauf war: "almost – just pass the gnd cable as data and clock"


    Also bin ich zu folgendem Entwurf gekommen, wenn ich das richtig verstanden habe:


    [Blockierte Grafik: http://www.pixelfahnder.de/wires4.jpg]


    Spricht etwas dagegen? Ein könnte klappen würde mir schon reichen weil es doch wieder erheblicher Aufwand und Umbauarbeiten sind

  • wurden aus dem geplanten WE zur Fertigstellung inzwischen 8 Wochen und hunderte Stunden Arbeit

    Tröste Dich, ich bin seit 9 Jahren selbstständig (Service und Schaltungsentwicklung) und das ist ein ganz normaler Faktor.


    Man denkt es dauert ein Wochenende; aus Erfahrung kalkuliert man gleich das Dreifache. Doch tatsächlich wurschelt man dann die achtfache bis zehnfache Zeit daran herum (die man nicht in Rechung stellen kann).
    Da kann man noch so viel Praxiserfahrung haben, jeden Wolf hinter dem Busch weise vorausahnen und diesen weiträumig umgehen - da ist garantiert noch irgendwo ein Loch im Boden, im dem man sich den Fuß verstaucht. Und schaut man beim Umgehen des Busches vorausahnend auf den Boden, dann fällt einem halt ein morscher Ast auf den Kopf und der Wolf frisst einen doch!

    weil Ground der Referenzpunkt für das Datensignal ist
    [...]
    "almost – just pass the gnd cable as data and clock"

    Tja, also das stimmt einerseits.
    Andererseits funktioniert das nur dann, wenn die Module von sich aus bereits bestens entkoppelt sind.
    Da Du die beschriebenen Probleme hast, scheint das nicht der Fall zu sein.


    Masse von Punkt zu Puinkt weiter zu führen ist generell das Übelste, was man tun kann. Schade, dabei wäre es doch so schön praktisch!
    Schon besser ist eine vollflächige Masseverbindung. Die bekommt man aber kaum jemals so vollflächig hin, wie es notwendig wäre.
    Der Kunstgriff, der dann ein überall gleiches Potenzial schafft, ohne gegenseitige Beeinflussung, ist dann halt die sternförmige Verdrahtung.


    Trotzdem ist jede Leitung immer auch 'ne Induktivität, die bei schnell geschalteten Strömen gar absonderliche Dinge verursacht.
    Dagegen hilft dann die Entkopplung mit Kondensatoren, eventuell noch das gezielte Einbauen von definierten Induktivitäten.


    Beim ADC von AVRs macht man das so. Den Referenzpin fixiert man auf ein Potenzial, indem in seine Zuleitung 'ne Induktivität kommt und direkt an den Pin ein Kondensmann nach Masse.


    ICs entkoppelt man vorzugsweise durch sternförmiges Layout der Versorgungsspannung (insbesondere Masse) und Kondensmann direkt an den Versorgungsanschlüssen des ICs. In ganz kritischen Fällen sollte auch da 'ne Induktivität vor den Plusanschluss des ICs.
    Bei Mainboards von Noteboook hingegen, stellt man ganze Layer für die Versorung bereit. Sternförmiges Layout wäre da aus Platzgründen gar nicht möglich, also macht man Masse so vollflächig wie nur möglich.


    Deine LED-Module sind zunächst mal "ICs". Nur halt mit externer Verkabelung, statt auf 'ner Platine.
    Das ändert aber nichts am Prinzip. Vollfächige Masse ist da nicht machbar, also sternförmig.
    Duch ungute Führung kann man sich trotz allem Störungen einfangen.


    Schaltnetzteile sind von sich aus störverseucht. Die vermeintliche Gleichspannung am Ausgang hat in Wahrheit einen ziemlichen HF-Dreck überlagert.
    Da hochfrequent, saut der kapazitiv schon auf kurzen Wegstrecken munter in Datenleitungen rein, was immer dann stört, wenn die Datenleitungen 'nen hochohmigen Eingang bedienen müssen.
    Mit geschalteten (also nicht gleichförmig entnommenen) Stömen haben Schaltnetzteile zudem größere Probleme, als die guten, alten, klobigen, verschwenderischen Netztrafo-basierten Netzteile, die also auf Netztrafo, Gleichrichter, Siebung und analoger Spannungsreglung basieren.
    Die Regelung eines Schaltnetzteils kann prinzipiell nicht so flott reagieren, wie eine analoge Regelung.


    Für empfindliche Schaltungen muss man daher unter Umständen die Eigenschaften der Schaltnetzteile entsprechend verbessern, durch externe Beschaltung. Also Filterglieder.
    Das verbessert zwar nicht deren Regelverhalten, reduziert aber zumindest deren HF-Dreck auf ein erträgliches Maß.
    Damit die versorgten Verbraucher, mit ihren schnell geschalteten Strömen, gar nicht erst auf die Versorgungsleitung (und darüber auf die anderen Module) zurück wirken können, empfiehlt sich die beschriebene Entkopplung mit Kondensmännern an jedem Modul - eventuell garniert mit eingebauter Induktivität.


    Es kann durchaus sein, dass Du mit anderen Netzteilen diese Probleme überhaupt nicht hast.


    Aber wenn Du tatsächlich ein Oszi auftreiben kannst, dann kannst Du die Auswirkungen anderer Verdrahtung oder der diversen Entstörmaßnahmen ja bald live beobachten.


    Manchmal sind es echt winzige Änderungen, nur an der Leitungsführung, die über Erfolg und Misserfolg entscheiden.


    Was benkly schon anführte, ist ebenfalls noch so ein dickes Ding: Erdung an metallenen Gehäusen ...
    Tiefes Thema!
    Man denkt immer, geerdete Geräte hätten überall gleiches Potenzial. - Ein großer Irrtum! Stichwort: "Erdschleife".
    Die Verschiebeströme über Erde können induktiv in Kabel reinsauen.
    Verwendet man geschirmte Kabel, im Glauben, damit alle Störeinwirkungen los zu sein, kann man sich erst recht ganz üble Störungen einhandeln, die man ohne Abschirmung gar nicht hätte!
    Die korrekte Verbindung von Masse, Schirm und Erde ist da ein wirklich tiefes Thema. Ich habe auf meiner Homepage mal 'nen Grundlagenartikel dazu angefangen, aber leider bislang erst zu einem kleinen Teil fertig, sonst hätte ich das jetzt verlinkt.


    Wie lang sind bei Dir eigentlich die Strippen, vom Netzteil zu den Modulen?