www.mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schutz eines digitalen Ausganges


Autor: Klaus (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hi

Wie kann man eingentlich mit "einfachen Miteln" einen digitalen Ausgang 
und angeschlossene Geräte (Wie im Bild) schützen. Der digitale Ausgang 
muss etwa 40 mA treiben können. Die Schaltfrequenz des Schalters ist ca. 
1 KHz (Encoder). Der Widerstand muss wie eigezeichnet an GND hängen.

Problem 1: Von aussen wird von einem Gerät eine positive Spannung 
eingestpeist => Wenn der Taster gedrückt ist, dann kommt es zum 
Kurzschluss.
Lösung 1: Vorwiderstand, bei einem Begrenzungsstrom von 0.2 A allerdings 
bei Rv = 100 ohm  PV = 4 W (grosser Widerstand)
Lösung 2: Rückstellende Sicherung: Gibt es als kleine SMD-Bauteile, 
Schaltzeit bei 0.1 A ca. 1 s. Macht das Sinn?

Problem 2: Negative Spannung von aussen => Kurzschluss
Lösung evtl. mit Diode in Serie

Was gibt es einfaches besseres:)?

Vielen Dank

Autor: Sascha Weber (sascha-w)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Klaus schrieb:
> Hi
>
> Wie kann man eingentlich mit "einfachen Miteln" einen digitalen Ausgang
> und angeschlossene Geräte (Wie im Bild) schützen.
Im Bild seh ich eher einen Eingang, und Geräte -> Widerstand, Schalter ?

> Der digitale Ausgang
> muss etwa 40 mA treiben können. Die Schaltfrequenz des Schalters ist ca.
> 1 KHz (Encoder). Der Widerstand muss wie eigezeichnet an GND hängen.
du willst einen Schalter versorgen ?????

> Problem 1: Von aussen wird von einem Gerät eine positive Spannung
> eingestpeist => Wenn der Taster gedrückt ist, dann kommt es zum
> Kurzschluss.
X1 kann nicht gleichzeitig EIN&AUSGANG sein, wo soll da bei deinem 
Beispiel auch der Sinn liegen?

> Problem 2: Negative Spannung von aussen => Kurzschluss
> Lösung evtl. mit Diode in Serie
wo soll die negative Spannung herkommen?

Sascha

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo

Vielleicht habe ich mich zu wenig genau ausgedrückt, es ist aber so wie 
ich beschrieben habe.

An X1 liegt das digitale Ausgangssignal an. Es könnte nun passieren, 
dass ein Benutzer falscherweise eine sinusförmige Spannung anlegt. In 
diesem Fall käme es zum Kurzschluss, wenn der Benutzer die Taste drückt. 
Wenn die Sinusförmige Spannung genügend Power hat, dann könnte z.B. eine 
Leiterbahn der gezeichnetetn Schaltung durch Überstrom beschädigt 
werden.
Andererseits könnte auch das Gerät, welches die sinusförmige Spannunge 
einspeist beschädigt werden.

Beste Grüsse

Klaus

Autor: Oki Freund (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Gehören an Deine Schaltung vielleicht ein Strombegrenzender 
Eingangswiderstand und ein paar Clamp Dioden ?

Autor: Sascha Weber (sascha-w)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Klaus schrieb:
> Hallo
>
> Vielleicht habe ich mich zu wenig genau ausgedrückt, es ist aber so wie
> ich beschrieben habe.
nu ja

> An X1 liegt das digitale Ausgangssignal an.
wo kommt das her ?

> Es könnte nun passieren,
> dass ein Benutzer falscherweise eine sinusförmige Spannung anlegt.
wo? an X1 ??

> In
> diesem Fall käme es zum Kurzschluss, wenn der Benutzer die Taste drückt.
wenn an X1 ein digitales Ausgangssignal anliegt kommts je nach Pegel 
auch zum Kurzschluss
nur was soll der Taster an einem Ausgang?

Sascha

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Oki
>Gehören an Deine Schaltung vielleicht ein Strombegrenzender
>Eingangswiderstand und ein paar Clamp Dioden ?
Momentan noch nicht. Genau darum geht es mir, wie man die gezeichnete 
Schaltung und andere Geräte schützen kann wenn man die Ausgänge 
irrtümlich verbindet.

Ein Beispiel dafür wäre z.B. wenn man am Ausgang eines 
Frequenzgenerators irrtümlich eine Gleichspannung anschliesst. Wenn der 
Frequenzgenerator keine Schutzschaltung am Ausgang hat, dann könnte er 
ja bei dieser Aktion auch Schaden nehmen.


Sascha Weber schrieb:
>> An X1 liegt das digitale Ausgangssignal an.
>
> wo kommt das her ?

Das digitale Ausganssignal wird durch den Taster erzeugt. Es liegt an X1 
an.
>> Es könnte nun passieren,
>> dass ein Benutzer falscherweise eine sinusförmige Spannung anlegt.
<wo? an X1 ??

ja, genau. Er könnte ein Gerät anschliessen und eine Eingangsspannung 
anlegen.

Autor: Oki Freund (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dann Poste bitte mal eine konkrete Schaltung.
So ist das doch nur Rätselraten.

Autor: lassativ (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
dir hilft nur eine ueberdimensionierte Endstufe, die alles '' klein '' 
macht was ihr irrtuemlicherweise in den Weg kommt. Resultat: du machst 
damit womoeglich das andere Geraet kaputt ;;--)

Baust du Geraete fuer Leute ohne Kopf? Dummheit kostet...

Autor: oszi40 (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Klaus, Deine ganze Sache ist mir noch nebulös.

1.Deine Gesamtschaltung ?
2.Massefrage ausreichend geklärt ?

3.Statt Brechstangen-Lösung würde ich "wartungsfreundlichen" 
Schutzwiderstand als Opfer vorsehen.

Autor: Ganymed (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Lösung des Problems liegt darin,
die Steckverbinder so auszuwählen,
dass ein falsches Anschließen unmöglich ist.

Autor: Klaus (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Oki Freund

Die Schaltung sieht exakt so aus wie bereits gezeicnet. Anbei aber der 
beschriebene Fehlerfall.
Bzgl. Masse gibt es keine Besonderheiten. Die Platine hat eine 
einseitige Massefläche

@lassativ
Wie bereits beschrieben, ss soll wenn möglich nichts zu Schaden kommen.

@oszi40
>Wartungsfreundlicher Schutzwiderstand
Das klingt nach einer Lösung. Verstehe ich richtig, du würdest einen 
kleinen Widerstand einbauen der sich bei Überstrom verabschiedet. 
Vielleicht wäre aber eine rückstellbare Sicherung dann besser.

@Ganymed
Hier kann man leider nichts verändern.


Ich denke, diese Situation tritt in der Praxis auch in vielen anderen 
Fällen auf.

Autor: Henk (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Also wenn dort jemand beispielsweise ein industrielles Schaltnetzteil 
von beispielsweise 24V und 40A anschliesst, dann wird sich die Schaltung 
oder zumindeste eine Sicherung in 99% aller Fälle (auch mit 
Schutzmechanismen) in Rauch auflösen. Dagegen etwas tun zu wollen ist 
schon hart Brot.

Autor: Ganymed (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich würde in die Leitung S2:1->X1:1 einen
Widerstand 4,7k 1W schalten. Der Anschlag
mit dem Netzgerät +-30V blieb dann ohne
Folgen.

Liegt dagegen an X1 der hochohmige Eingang
eines Mikrocontrollers, würde die Funktion
nicht beeintächtigt.

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Ganymed
Gegen positive Spannungen könnte man sich ja mit einer Diode aushelfen. 
Bei negativen spannungen sieht es schon schlimmer aus. Dann hat man 
gleich mal > 30 V au

@Henk
>Also wenn dort jemand beispielsweise ein industrielles Schaltnetzteil
>von beispielsweise 24V und 40A anschliesst, dann wird sich die Schaltung
>oder zumindeste eine Sicherung in 99% aller Fälle (auch mit
>Schutzmechanismen) in Rauch auflösen. Dagegen etwas tun zu wollen ist
>schon hart Brot.

Ja, das wäre dann der Extremfall. Eine Sollbruchstelle dürfte dann aber 
schon in Rauch aufgehen. Das wäre noch tolerabel.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Man kann nicht alles gegen Fehlbedienung schützen. Inkompatibilität der 
entsprechenden Stecker und Buchsen ist in der Regel ausreichend. Bei 
Schraubklemmen muß es oft reichen, wenn etwas für den Personenschutz 
getan wird. Nicht umsonst steht dann überall, daß das Anschließen des 
Gerätes nur von einem Fachmann durchgeführt werden darf.

Du könntest eventuell zwei Schutzdioden zu den Supply Rails schalten, 
ein paar Transzorb dazu und eine Sicherung in Serie zum Ausgang.

Mehr kann ich aber erst sagen, wenn du viel konkreter wirst.

Kai Klaas

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Kai

Welche Informationen benötigst du noch um mehr dazu zu sagen? Ich meine 
euch nichts vorenthalten zu haben...

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielleicht wäre so eine Minitursicherung eine einfache Lösung..

http://de.farnell.com/schurter/3410002101/sicherun...

Die Teile gibt es sogar mit Sicherungshalter, also noch zumutbar wartbar

Autor: Ganymed (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Klaus schreibt:
>Bei negativen spannungen sieht es schon schlimmer aus.
>Dann hat man gleich mal > 30 V

Na und? Dann fallen in diesem Fall
60V am 4,7k ab. Die angegebene Leistung
reicht in meinem Beispiel aus. Der Strom
von 13mA wird die Leiterbahnen sicher
nicht verdampfen lassen.

Verstehst Du etwas von E-Technik?

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Ganymed

Ganz am Anfang habe ich geschrieben, dass der digitale Ausgang 40 mA 
treiben können muss (Im Betriebsfall sind es 20 mA). Der digitale 
Ausgang liegt nämlich an einem digitalen Messeingang an, welcher 20 mA 
Strom zieht. Mit einem 4K7 Widerstand ergäbe sich dann über den 
4K7-Widerstand ein Spannungsabfall von 94 V.

Autor: Abacus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Spannung steigt ja immer höher!!

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
:) Ja, schon klar, dass auf Ground hin nie mehr abfallen kann als auch 
da ist:) An den 30 V hat sich nichts geändert.

Autor: lassativ (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ich stimme fuer  FEINSICHERUNG !
Das Fehlanschliessen passiert ja nicht taeglich.
Das ist die beste Loesung: auch in Multimetern zu finden !!

 -- 1 000 000 000 verkaufte Multimeter irren nicht --

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Klaus,

>Welche Informationen benötigst du noch um mehr dazu zu sagen? Ich meine
>euch nichts vorenthalten zu haben...

Bei allem Respekt, aber es fehlt so gut wie jede Information!

>Wie kann man eingentlich mit "einfachen Miteln" einen digitalen Ausgang
>und angeschlossene Geräte (Wie im Bild) schützen.

Was ist da dein "digitaler Ausgang"? Der Schalter mit dem Widerstand 
nach Masse? Normalerweise meint man mit digitalem Ausgang den speziellen 
Ausgang einer digitalen Chip-Familie, also TTL, 3,3V-CMOS. Desweiteren 
spezifiziert man dann noch, ob es Push-pull, Open-drain, Tristate, oder 
was auch immer ist. Meinst du also mit digitalem Ausgnag den Schalter 
und den Widerstand?

>Der digitale Ausgang muss etwa 40 mA treiben können.

Was heißt das? Muß er irgdendwie die 40mA erzeugen können? Oder darf die 
Ausgangsspannung dann nur bis zu einem besimmten Wert zusammenbrechen?

Ist das wirklich ein realer Ausgang? Oder kommt da noch was dahinter? 
Was treibt dieser Ausgang denn, wenn es ein Ausgang ist? Was für eine 
Schaltung sitzt dahinter? Hat die einen großen Eingangswiderstand? Hat 
die einen Pull-Up Widerstand? Wie muß das "digitale" Signal aussehen, um 
als "high" oder "low" identifizeirt zu werden? Oder verarbeitet der 
Empfänger den Strom?

Klaus, es fehlt so gut wie jede Information! Mir fallen auf die Schnelle 
sicher 50 Fragen auf, die deine Beschreibung der Situation aufwirft.

Woher kommen die +-30V?? Wer legt die da an? Und wieso? Ist das typisch, 
oder kann das mal passieren? Kann die Spannung auch größer sein als die 
30V?? Wenn ja, warum??

Kai Klaas

Autor: noname (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ausgang als 40mA-Stromquelle mit Diode in Reihe auslegen!
Pmax am Transistor dann 60V*40mA=2,4W bei -30V Einspeisung am Ausgang.

Autor: Fliegenkenner (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
> -- 1 000 000 000 verkaufte Multimeter irren nicht --

Sorry, irgendwo stand "Leute esst Kuhscheiße! Millionen Fliegen können 
sich nicht irren!"

Eine Sicherung solltE beim doppelten Nennstrom nach -einer- Sekunde 
kaputt gehen. Bis dahin kann schon viel Silizium geschmolzen sein, da 
wir seine wahre Schaltung noch nicht kennen.

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Was ist da dein "digitaler Ausgang"? Der Schalter mit dem Widerstand
>nach Masse? Normalerweise meint man mit digitalem Ausgang den speziellen
>Ausgang einer digitalen Chip-Familie, also TTL, 3,3V-CMOS. Desweiteren
>spezifiziert man dann noch, ob es Push-pull, Open-drain, Tristate, oder
>was auch immer ist. Meinst du also mit digitalem Ausgnag den Schalter
>und den Widerstand?

Gut, über die Definition eines digitalen Ausganges kann man reden. Als 
digitalen Ausgang meine ich den gezeichneten Schalter mit Widerstand. In 
der Steuerungstechnik können digitale Pegel ja auch höher als 3,3 V 
sein.

>>Der digitale Ausgang muss etwa 40 mA treiben können.
>Was heißt das? Muß er irgdendwie die 40mA erzeugen können? Oder darf die
>Ausgangsspannung dann nur bis zu einem besimmten Wert zusammenbrechen?

Ich wollte damit implizit mitteilen, dass jegliche Schaltung in der 
Ausgangsleitung auch 40 mA verarbeiten können muss bzw. die 
Ausgangsleitung nicht zu stark beeinflussen darf und dieser Strom noch 
fliessen können muss - gerade auch im Hinblick auf die Auslegung einer 
Sicherung.

>Ist das wirklich ein realer Ausgang? Oder kommt da noch was dahinter?
>Was treibt dieser Ausgang denn, wenn es ein Ausgang ist? Was für eine
>Schaltung sitzt dahinter? Hat die einen großen Eingangswiderstand? Hat
>die einen Pull-Up Widerstand? Wie muß das "digitale" Signal aussehen, um
>als "high" oder "low" identifizeirt zu werden? Oder verarbeitet der
>Empfänger den Strom?

Nein, es kommt nichts mehr dahinter. Die Schaltung wird mit einer 
Versorgungsspannung von 30 V gespeist. Der "digitale Messeingang " hat 
einen Eingangswiderstand von etwa 1K5. Ein high-Pegel liegt bei 15 V.

>Klaus, es fehlt so gut wie jede Information! Mir fallen auf die Schnelle
>sicher 50 Fragen auf, die deine Beschreibung der Situation aufwirft.
Das glaube ich dir schon, ich hätte im ersten Schritt aber genmeint, 
eine Kurzbeschreibung inkl. Bild und Lösungsbeispiele, wie ich ganz am 
Anfang beschrieben haben reichen aus. Der Rest der Fragen kann dann nach 
und nach beantwortet werden.

>Woher kommen die +-30V?? Wer legt die da an? Und wieso? Ist das typisch,
>oder kann das mal passieren? Kann die Spannung auch größer sein als die
>30V?? Wenn ja, warum??
Die +-30 V kommen entweder von einem Sensor, Funktionsgenerator, einem 
Netzteil o.ä. Angelegt wird die Spannung durch einen Benutzer. Man kann 
annhemen, dass die angelegte Spannung den Wert von +-30 V nicht 
überschreitet. Im Normalfall tritt dieser Fehler auch nicht auf. Wie 
oben auch beschrieben, es kann irrtümlich passieren, ist aber nicht der 
Standardfall. Erfahrungsgemäss passiert es aber, wenn es passieren 
kann:)

Ein Parameter ist bestimnmt auch die Geschwindigkeit wie schnell ein 
Schutz aktiv ist. Wie schnell das bei elektronischen Schaltungen sein 
sollte hängt natürlich von der Anwendung ab. Im meinem Fall könnte die 
Leiterplatte (Verschmoren einer Leiterbahn) oder der Schalter beschädigt 
werden. Ausserdem wollte ich den Lösungsraum nicht im Vornherein 
einschränken:)

Danke noch an all jene mit objektiven, "polemiefreien" konstruktiven 
Beiträgen.

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@noname
>Ausgang als 40mA-Stromquelle mit Diode in Reihe auslegen! Pmax am >Transistor 
dann 60V*40mA=2,4W bei -30V Einspeisung am Ausgang.

Das liest sich gut, danke!

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
>Ausgang als 40mA-Stromquelle mit Diode in Reihe auslegen!
>Pmax am Transistor dann 60V*40mA=2,4W bei -30V Einspeisung am Ausgang.

Dem schließe ich mich an. Wenn man die Stromquelle, so wie im Anhang, 
zusätzlich noch abschaltet, wenn die Ausgangsspannung unter 0V fällt, 
kann man die Verlustleistung sogar noch halbieren.

Kai Klaas

Autor: Klaus (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Vielen Dank Kai! Das sieht sehr robust und wartungsfreundlich aus!

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.