Hallo! Tja mir is gerade ein blöder Gedanke gekommen: Ich betreibe einen PTC mit Konstantstromquelle an einem µController. Aber was ist, wenn man ohne die Schaltung auszuschalten, den PTC entnimmt? (Was bei der Konstruktion ohne weiteres möglich wär) Dann würde die Spannung auf ca 9,5V ansteigen (12V Versorgung - 2,5V Bandgap-Referenz) --> Der ADC (3,3V max.) würde wohl abrauchen. Wie kann ich das verhindern? mfg!
Kommt auf den Strom deiner Quelle an. Bei überschreiten der PIC Versorgungsspannung wird die Diode am Eingang des AD gegen Vcc leitend. Vielleicht kannst Du ja den Strom Deiner Stromquelle so einstellen, dass es für die Clamp-Dioden ungefährlich ist.
> Wie kann ich das verhindern? Einfach einen Vorwiderstand vor den Pin. Mit einem PTC kann die Temperaturmessung sowieso nicht soooo genau sein, da dürfte so ein kleiner Serienwiderstand auch nichts mehr ausmachen. @ Der Hinweiser (Gast) > phillip, warum denn "PIC"? könnte doch auch "AVR-Atmel" sein Da würden mir auf die Schnelle noch mindestens 6 andere uC Familien einfallen, die auch einen ADC haben ;-)
Spontan käme mir da eine Z-Diode in den Sinn, die die Spannung begrenzt, parallel geschaltet zum PTC. Wie hoch darf die Spannung am µC denn sein? 3.3 V? Dann schalte doch einfach eine Z-Diode mit diesem Wert vor.
Der Serienwiderstand zielt ja dabei auf die gleiche Problematik ab (Clamp-Diode nicht zerstören). Wenn es ohnehin eine kontinuierliche Temperaturmessung ist, dann würde ich hinter dem Serienwiderstand noch einen Kondensator spendieren um den S&H-Kondensator ausreichend schnell laden zu können.
Setze einen Single-Supply Rail-to-Rail-OP (Impedanzwandler) vor den Eingang (z.B. TS912), versorgt von der µC-Versorgung. Dann kann nix mehr passieren.
Da finde ich die Lösung mit dem RC Glied vor dem AD Wandler aber noch am saubersten. Der AD mag mit dem OP zwar geschützt sein, aber an den OP Spannungen zu legen die größer als seine Versorgung sind ist auch nicht schön.
Nicht nur überspannungen am OP sind unschön. Die Frage ist doch dann, wenn der PTC weg ist muss der Strom aus der Stromquelle ja irgendwo hin und in einen OP einen Strom reinzuprügeln ist auch net so schön. However, ich würd ne Z-Diode einsetzen. Bei nem halben Watt Leistung und 3.3 V darf da schon bis zu 150 mA Strom durch und irgendwas sagt mir, dass seine Stromquelle keine 150 mA durch den PTC prügelt, das werden doch eher nur so 15 sein ;)
Michael wrote: > Nicht nur überspannungen am OP sind unschön. Die Frage ist doch dann, > wenn der PTC weg ist muss der Strom aus der Stromquelle ja irgendwo hin > und in einen OP einen Strom reinzuprügeln ist auch net so schön. > However, ich würd ne Z-Diode einsetzen. Bei nem halben Watt Leistung und > 3.3 V darf da schon bis zu 150 mA Strom durch und irgendwas sagt mir, > dass seine Stromquelle keine 150 mA durch den PTC prügelt, das werden > doch eher nur so 15 sein ;) Naja, der Strom der Quelle muss ja nicht irgendwo verbraten werden, im schlechtesten Fall liegt eben die maximale Spannung an, die die Stromquelle treiben kann. Für den TS912 gilt: maximal Ub +0.3V, das ist natürlich nix. :( Die Methode mit der Z-Diode (und einem Widerstand gegen Masse) wäre als Schutz wohl am Besten.
Selbst 15mA sind ja nicht so wenig wegen Eigenerwärmung usw. Bei so einer Schaltung kann man wohl aber sogar mit den Leckströmen leben die Z-Dioden so mit sich bringen. Obwohl ich da nicht den Vorteil sehe. Wozu eine weitere Diode mit ihren Leckströmen einbauen, wenns ein simpler Widerstand tut? Zumal sich ein RC Tiefpass an so einem Eingang eh nicht schlecht macht und man durch den Kondensator weniger Probleme mit der Ausgangsimpedanz der Schaltung hat.
>Zumal sich ein RC Tiefpass an so einem Eingang eh nicht schlecht macht
Da musst du aufpassen, Keramikkondensatoren wirken wie VDRs und können
bei Defekten schon bei niedrigen Spannungen (<8V) leitend werden. Das
würde ich nicht empfehlen. Wenn schon Cs, dann MKS-4.
Ein Widerstand vor dem Eingang verändert die Messwerte auch, wenn er zu
hoch gewählt wird, das Ganze ist nicht grade einfach zu bewerkstelligen.
Den richtigen C mal ausgewählt würde ich das ganze für nicht so aufwendig zu dimensionieren halten. Bei einer Temperaturmessung ist ohnehin keine hohe Bandbreite gefragt. Und man kann sich ja den Worst Case Spannungsfehler leicht ausrechnen indem man annimmt der Widerstand wäre so ungünstig hoch, dass er keinen Strom in den Kondensator nachliefert während der Messung. Dann teilt sich die Ladung aus dem vorgeschaltetem C nach aufschalten des S&H Kondensators auf die beiden Kondensatoren auf. U1/U2 = C / (C+Csh) Wird C ausreichend große gegenüber Csh so ist der Spannungenunterschied auch sehr klein und das ganze auch wenn der R unendlich wäre. Man darf natürlich nicht so oft sampeln, sonnst kann der C nicht nachgeladen werden.
So jetzt bin ich auch mal wieder da :) Erst mal Danke euch für die zahlreichen Antworten. Wenn ich so zusammenfasse, gibts 2 Möglichkeiten: - eine Z-Diode, parallel zum PTC + ein Widerstand vor en ADC-Eingang - einen Folienkondensator ||zum PTC + Widerstand Eine Frage zur Methode mit Z-Diode... da könnt ich doch auch eine 2,5V Bandgap-Referenz nehmen, von denen hab ich noch zig rumliegen, oda? Dann noch eine Frage zu dem Widerstand: Als Konstantstrom hab ich 1mA gewählt. Auf wieviel muss ich das begrenzen --> wie groß muss der Widerstand sein? Letzte Frage: Was davon soll ich jetzt letztendlich nehmen? "Beide Varianten haben natürlich ihre Vor- und Nachteile ;)" mfg...
> - einen Folienkondensator ||zum PTC + Widerstand
PTC -- Widerstand -- Folienkondensator nach Masse -- AD-Wandler
Die Lösung mit Z-Diode halte ich für nicht sehr gut, wegen dem Strom vor
dem Knick. Einfach mal die Kennlinie anschauen.
Ok. Welche Größenordnung für den C? Hab hier: 4,7nF 6,8nF (lange nix) 0,1µF 0,22µF (und wieder lange nix) 4,7µF (der hat aber ca. 4cm³) und Widerstand is ziemlich egal?
Der Widerstand ist nicht völlig egal, der bestimmt die Grenzfrequenz deines Tiefpasses. Oder in deinem Fall vielleicht interessanter: Die Zeitkonstante der Aufladung. Der Kondensator ist nach ca. 5 * RC nahezu vollständig auf die Spannung vor dem Widerstand aufgeladen. Das ist die Zeit die Du mindestens zwischen 2 Samples warten solltest. Der R sollte dabei nicht so groß werden, dass evtl. Leckströme usw den Kondensator merklich entladen, er sollte aber so groß sein, dass er den Strom über die Clamp-Diode auf ein für sie verträgliches Maß begrenzt, wenn deine Stromquelle die maximale Spannung liefert.
Das mit der Z-Diode ist halt so ne Sache. Ihr Leckstrom sollte schon weitaus kleiner sein als der Strom den deine Stromquelle losschickt. So aus dem Bauch heraus würde ich sagen Faktor 10 sollte dazwischen liegen. 2.5 V können reichen sofern dir das reicht. Kommt halt drauf an wie hoch die zu erwartende Spannung am PTC sein wird. Ist sie 2.7V dann vergiss die 2.5 V Z-Diode, ist die zu erwartende Spannung bei 2.1 V geht die 2.5 V Z-Diode durchaus.
Für mich stellen sich die Vorteile der einen Variante gegenüber der anderen so dar: Vorteile der Z-Diode: --------------------- - größere Bandbreite möglich (bei Temp uninteressant) Vorteile RC: ------------ - Glättung des evtl. unsauberen Signal bei langen Leitungen - schnelle Ladung des S&H-Cs möglich - Bauteile normalerweise in der Schublade !! - volle Ausnutzun des AD-Bereichs möglich - der Strom wird begrenzt und nicht verheizt ... Vielleicht hab ich ja aber auch nur die rosarote Brille auf
Spannung: 9,5V - 3,3V = 6V max Strom der Diode: 1mA R = U / I = 6V / 1mA = 6kOhm Nimm zur Sicherheit das zwei bis dreifache davon. Den Kondensator berechnest du nun wie Philipp erklärt hat. Der Stromverbrauch deiner Schaltung muss immer deutlich über 1mA bleiben. Vorschlag: 33k und 0,2µF
Naja hört sich doch ganz gut an soweit :) Was wäre denn ein verträgliches Maß für die Diode im ADC? Ach ja, die Uref des ADCs ist bei 2,4V, Maximal-Uref ist 3,3V. --> Spannungsbegrenzung auf 2,5V würde optimal sein. Ich hab also durch keine der 2 Methoden Schwierigkeiten mit der Ausnutzung der Ressourcen des ADC. (Nebenbei bemerkt: der PTC hat als Maximum 150°C und da 2,277kOhm Widerstand --> Maximalspannung durch PTC 2,277V) Ok ich rechne mal: Angenommen, ein verträgliches Maß wäre 10µA. 9,5V sind das Maximum, was zustande kommen könnte. Demnach: R=950kOhm was mir schon relativ viel erscheint. Angenommen ich nehm dann einen 100nF-Kondensator, dann komm ich auf 0,475. Sekunden? Wenn ja, dann wär mir das fast ein bisschen zu langsam. Spricht was dagegen, einen kleineren C zu nehmen?
2,277V bei 2,277kOhm? Also 1mA aus der Quelle? Na dann kannst es ja fast komplett weglassen. Zu dem C würde ich mal im Datenblatt schauen welche Kapazität aufgeschaltet wird. Bei dem von mir hier gerade verwendetem LTC1864 warens imho 7pF. Ich würde es so dimensionieren, dass der Spannungsfehler möglichst kleiner als 1 LSB bleibt selbst bei pessimistischer Betrachtung.
Ok hab mal nachgeschaut, da steht folgendes: Power Supply Current (AV+ supplied to ADC): 450-900μA Input Capacitance: 10pF Ist es das was du meinst? Dann sollte der C vielleicht auch ned recht viel größer sein? Und was den Strom betrifft... dann pass ich das Ganze halt für 0,5mA an... "2,277V bei 2,277kOhm? Also 1mA aus der Quelle? Na dann kannst es ja fast komplett weglassen." Also du denkst, dass ich gar nix machen muss? Was passiert denn eigentlich, wenn der ADC an einem Kanal zu viel Spannung abkriegt? Messen dann die anderen Kanäle wenigstens noch richtig? (wär schon wichtig für mich)
Es gibt zum Einen die Eingangskapazität des Pins, Gehäuse usw und auf die wird dann noch der Sample Kondensator geschaltet. Wenns nicht genauer angegeben ist würde ich mit den 10pF rechnen. Wie groß die Spannungsänderung dadurch maximal sein darf hängt davon ab wie groß ein LSB bei Dir ist. Die Spannung an dem AD Eingang kann nie größer werden als Vcc + Clampdiodenspannungsfall. Ausser Du brennst die Diode durch. Typische Werte sind da wie von Alexander schon erwähnt 1mA. Aber auch da lieber nochmal nachlesen. Was Alexander auch schon ansprach ist der Verbrauch der Schaltung. Wenn Du einen Linearregler verwendest um die 3,3V zu erzeugen, so kann dieser nicht als Stromsenke arbeiten. Wenn Du jetzt von einem höherem Potential einen Strom durch die Clamp-Diode schickst der größer als die Stromaufnahme der Schaltung ist, so wird Vcc auch steigen.
Nun, man darf nicht vergessen, dass zwar die Spannung gemessen werden soll aber das ganze aus einer Stromquelle gespeist wird. Damit fällt schonmal der Vorteil des schnellen Ladens des S&H-Cs weg. Ist der nämlich entladen (Seine Spannung also 0) dann stellt der doch ne ideale Senke für den Strom da. Auch die ein und andere Z-Diode hab zumindest ich für gewöhnlich in der Schublade liegen, also auch nicht wirklich ein Vorteil. Warum mit passend gewählter Z-Diode der AD-Bereich nicht ausnutzbar sein sollte erschließt sich mir auch noch nicht. Den Strom wird begrenzt?? Bei einer Spannungsquelle ja aber wir haben hier doch eine Stromquelle. Bei der Z-Diode braucht man nur ein Bauteil, nämlich die Z-Diode. Wir haben ja schon festgestellt dass der Strom, der hier auftritt gewiss unter 10 mA liegen wird, das schafft jede 0.5W Z-Diode für diese Anwendung locker ohne Vorwiderstand. Wegen dem Leckstrom hab ich eben mal aus meinem Festspannungsreglersortiment von Conrad (Nummer: 179000) eine Z-Diode rausgepickt. Ist eine BZX55C2V4 gewesen, die hat einen Leckstrom von sage und schreibe <50 µA. Wenn also die Stromquelle nicht grad nur 1 µA Strom liefert (ich schätze einfach mal das es gar mehr als 0.5 mA sein werden) dann spricht da absolut nix dagegen eine Z-Diode einzusetzen. However, wie ich schon sagte, jedes System hat seine Vor- und Nachteile.
Der Vorteil des schnellen Ladens fällt nicht weg sobald der C aufgeladen ist. Dieser teilt sich beim samplen die Ladung mit dem Wandler und die Ausgangsimpedanz der Messschaltung ist dann zu vernachlässigen. Die Probleme mit der Z-Diode und dem nicht ausnutzen wurden weiter ober schon erötert. Mit der Strom wird begrenzt war gemeint, dass er Strom nicht unnötig durch die Z-Diode fließt (ok, ist hier wirklich egal) sondern nur ein kleiner Strom fliesst, der von der maximalen SPANNUNG der Stromquelle und dem Widerstand abhängt. Klar, wenn man die Z-Diode liegen hat kann man auch die verwenden, man verliert dann aber halt die Tiefpass Vorteile.
Tjaaa... gute Frage ^^ Die Z-Diode bzw. Bandgap-Referenz müsste nur 7mW aushalten.. zum LSB: Ich hab zwar noch nie damit zu tan gehabt :D aber ich schätz mal, damit ist die Auflösung in Verbindung mit Uref gemeint? Naja Uref=2,4V und die Auflösung ist 12Bit.
<korinthenkackerei>Die 50µA der Z-Diode machen schon 2 LSB Messfehler aus</korinthenkackerei> Sollte jetzt aber keine Diskussion aufflammen lassen ;) Bei dieser Messung ist das wohl völlig egal. Nochmal zu dem Kondensatorhinweis von Michael. Es ist ja wie er schon sagte eine Stromquelle. Man müsste es also als Spannungsquelle mit dem Innenwiderstand des PTC ansehen. Also nochmal die 2,xk in Reihe zu dem R bei der Berechnung der Zeitkonstanten. @Freak ja genau. Ein LSB ist bei Dir dann 2,4V / 2^12
>Der Vorteil des schnellen Ladens fällt nicht weg sobald der C aufgeladen >ist. Öhm...irgendwie kann ich nicht wirklich folgen. Wenn der C geladen ist ist er geladen, da ist dann nix mehr mit schnellem Laden. Ich glaub ich kann dir da grad net folgen bzw. versteh nicht was du meinst. Wo oben das nicht ausnutzen des AD-Wandlers durch die Z-Diode erörter wurde muss mir entgangen sein. Ich hab nur gelesen, dass dem so sein soll aber erklärt warum hats keiner.
Das schnelle Laden bezieht sich nicht auf den externen C sondern auf den Sample&Hold Kondensator. Die Z-Diode funktioniert in diesem Fall weil die maximale zu wandelnde Spannung kleiner ist als die maximale Spannung die man an den Pin legen sollte. Ansonsten bekommt man mit einer Z-Diode keinen scharfen "Knick" bei Vcc, so dass man darunter noch bis an die Kante messen kann.
> Dann würde die Spannung auf ca 9,5V ansteigen (12V Versorgung - 2,5V Nein, würde sie nicht, genauer: Sie würde nur auf VCC des Controllers plus ca. 0,7 Volt ansteigen, wenn der Eingangping Clamping-Dioden hat, was anzunehmen ist. Genaues steht im Datenblatt des Controllers. Und wenn Du eh schon das Datenblatt liest, kannst Du auch nachlesen, welchen Strom diese Dioden vertragen und überprüfen ob die Stromquelle schwach genug ist. Ausserdem musst Du noch garantieren, dass der Strom der Stromquelle über VCC auch "verbraucht" werden kann. D.h. die minimale Stromaufnahme der Elektronik auf VCC größer ist als der Strom Konstantstromquelle.
Ok, dann mal ganz pragmatisch: * geht 24k9 + 100nF in Ordnung? * geht 2,5V Referenz (als Z-Diode) in Ordung?
RC ja, wenn Du nicht öfter als 50 mal pro Sekunde messen willst. Zum zweiten, kommt auf die Referenz an. Geht nur wenn die auch einen Strom senken kann.
Na, ohne es nachzurechnen (ich denke mal das du das gemacht hast) würd ich sagen: Ausprobieren, scheint zumindest erstmal OK zu sein.
"Zum zweiten, kommt auf die Referenz an. Geht nur wenn die auch einen Strom senken kann." Die Referenz ist eine LM336-Z2,5.
Sollte gehen Edit: Hab mir gerade mal in Spice die LT1009 angesehen (ist wohl das gleich in grün, zumindest laut dem internen Aufbau). Da hat die einen richtig schönen Knick bei 2,5V.
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