MESA OPTOCOPPLER CARD 7i37TA

Die 7i37 ist die wohl am meistverwendete Karte wenn eine FPGA Karte von MESA im Spiel ist.

Bei dieser Tochterkarte handelt es sich um einen 8 Kanal MOSFET Leistungsteil
mit 16 Eingangen und galvanischer Trennung durch Optokoppler.

Die 8 Ausgange sind wie bereits erwahnt mit MOSFETs realisiert.
Dadurch konnen bis zu 48V und 1A geschaltet werden.

MOSFETs sind in der Regel auch in der Lage Wechselstrome zu schalten,
da aber Bauteilbedingt eine Diode parallel zum MOSFET geschaltet ist, wurde das die negative
Halbwelle der AC Spannung immer durchlassen - der Strom wurde daher auch uber die Diode im fliessen
wenn der MOSFET gesperrt ist.

Um dennoch auch AC Spannungen schalten zu konnen, mussen 2 Ausgange antiseriell verbunden werden.

Belegung der Ausgange

OUTx+ Spannungsversorgung bzw. Drain-Anschluss des MOSFET
OUTx- Verbraucher bzw. Source-Anschluss des MOSFET

"x" steht in diesem Zusammenhang fur die Nummer des Ausgangs.
Diese reicht von 0 bis 7 bei den Ausgangen und von 0 bis 15 bei den Eingangen.

ublicherweise wird in einer CNC Maschine die Last (Relais, Lampen, Motoren, ...)
mit einem Pol gegen Masse geschaltet und der zweite Pol wird an einer Ausgangskarte
angeschlossen (Source-Betrieb). Schaltet der MOSFET durch kann
der Strom von OUT+ nach OUT- fliessen und die Last vollbringt ihre Tat.

Naturlich gibt es in alteren Maschinen auch noch den s.g. Sink-Betrieb.
Dabei wird die Last mit einem Pol mit der Versorgungsspannung verbunden und der
zweite Pol wird an der Ausgangskarte angeschlossen.
Bei diesem Szenario muss nun OUT- mit Masse und OUT+ mit dem Verbraucher verbunden werden.
Schaltet der MOSFET durch fliesst der Strom nun von der Spannungsversorgung uber die Last,
dann uber OUT+ nach OUT- zur Masse.

Freilaufdiode bei Induktiven Lasten nicht vergessen!
Relais und andere induktive Lasten haben die Eigenschaft beim Abschalten hohe
Spannungsspitzen in den Schaltkreis zu induzieren.
Ohne Freilaufdiode kann das den MOSFET und andere Bauteile zerstoren.

AC Verbraucher schalten

Wie bereits beschrieben kann mit der 7i37 auch Wechelspannung geschaltet werden.
Im Jahre Schnee wurden oftmals auch AC Schutz verbaut, man wollte sich damit die
Gleichrichter fur die Leistungselektrik sparen.
Damit man bei einem Retrofit nicht die AC Schuzt tauschen oder ein DC Vorschaltrelais
einbauen muss, kann man sich dem oben erwahnten Trick zu Nutze machen.

Da die MOSFET mit einer antiparallelen Diode ausgestattet sind (von OUT- nach OUT+)
wurde bei AC Spannung die negative Halbwelle auch bei nichtgeschaltetem MOSFET
uber die Diode fliessen.
Daher mussen zwei MOSFET antiseriell geschaltet werden.

Ist die Schaltung wie im Bild oben aufgebaut, so mussen die Ausgange OUT0 und OUT1
zur gleichen Zeit auf den selben Pegel geschaltet werden.
Wurde man hier nur einen Ausgang schalten, so kame nur eine Halbwelle der AC Versorgung
durch und bei grosseren Stromen konnte auch die interne Diode des MOSFETs zerstort werden.

Beide Ausgange immer gleichzeitig auf den selben Pegel setzen.
Auch bei AC Schutzen muss Sorge getragen werden, dass bei der Abschaltung die entstehenden
Abschaltstrome abgefuhrt werden.
Wenn bei DC Relais eine einfache Diode schon ausreicht, so hat das bei einem AC Schutz keine Wirkung.
Hier muss ein RC-Filter (auch Snubber-Network genannt) eingebaut werden.
Wird eine Maschine umgebaut, so ist sicherlich an jedem AC Schutz schon ein RC-Filter
- meist ein kleine schwarze Box mit 2 Anschlussen.

Eingange beschalten

Die eingangseitige Beschaltung hat auch wieder eine Eigenheit, die bei der Verkabelung
zu beachten ist.
Am Eingang befindet sich nicht nur ein Optokoppler, der das Signal galvanisch getrennt
zur FPGA Karte weiterleitet, sondern auch eine LED die antiparallel zum Optokoppler geschaltet ist.

Soll ein DC Signal ausgewertet werden, so muss der positive Anschluss auf jeden Fall an IN+ anliegen,
da die Diode im Optokoppler von IN+ nach IN- zeigt.
Die LED kann in diesem Fall nicht leuchten, da sie in umgekehrter Flussrichtung gepolt ist.

Die LED leuchtet nur bei AC Signalen.
Sollte eine LED auch bei DC Signalen leuchten, so fehlt wahrscheinlich ein Masseanschluss
oder die Verkabelung ist Fehlerhaft.

Das schaltende Element muss nicht vor IN+ liegen, der Taster im Beispiel rechts
konnte sich auch nach IN- befinden.

Anders sieht das wiederum bei Sensoren aus.
Sensoren gibt es in verschiedenen Ausfuhrungen.

	3 Leiter PNP Sensor: Dieser Sensor ist der Wohl meistverwendete im europaischen Raum. Dieser Sensor schaltet die Spannungsversorgung auf den Ausgang. Die Last kann somit zwischen Ausgang und GND angeschlossen werden.
	3 Leiter NPN Sensor: Dieser Sensor wird oft von asiatischen Herstellern verwendet. Wenn der Sensor durchschaltet wird der Ausgang auf Masse gelegt. Die Last kann wie auf dem Bild gezeigt zwischen Spannungsversorgung und Ausgang angeschlossen werden.
	2 Leiter Sensor: Dieser Typ von Sensor verfugt nur uber 2 Leiter, die sowohl zur Versorgung des Sensors genutzt werden, aber auch eine Last schalten konnen. Bei diesem Sensor fliesst immer ein Ruhestrom. Leider ist dieser Ruhestrom schon zu hoch, sodass dieser Sensor nicht so einfach mit der 7i37 genutzt werden kann.

Bei europaischen Maschinen wird man am Haufigsten auf PNP Sensoren stossen.
Der Vorteil von PNP Sensoren liegt darin, dass bei einem Kabelbruch kein
Signal an die Steuerung gesendet werden kann. Bei NPN Sensoren ware das
hingegen schon moglich, da das Maschinengestell ein grosser Masseleiter ist
und somit ein Kontakt mit einem defekten Leiter ein Signal in der Steuerung auslosen kann.