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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eingangsschutzschaltung für Sensorauswertung


Autor: René K. (Gast)
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Hi

Ich würde gern mit einem Mikrokontroller(wird wohl ein Atmega 162) Kfz 
Sensoren auslesen, konkret geht es um einen Luftmassenmesser und einen 
Drucksensor. beide liefern je nach Messwert eine Ausgangsspannung von 0 
bis 5 Volt, eigentlich fast perfekt um es mit dem ADC eines Atmega 
auszulesen, aber grad im Kfz Umfeld kann es ja mal passieren das ein 
Sensor oder die Verkabelung spinnt und auf so eine Leitung mal 13,8 Volt 
kommen, und genau dagegen suche ich eine Schutzschaltung. Spannungen 
über 5 Volt und unter 0 Volt würde ich also irgendwie ableiten wollen, 
ich denke mal mittels einer Überspannungsschutzdiode?!?

Die kleinen Schutzdioden die der Atmega intern an den Eingängen hat 
würden wohl sofort den Geist aufgeben.

Ich glaube aber es ist keine gute idee die spannungen über 5 Volt gegen 
die Versorgungsspannung des Atmegas abzuleiten, der arme 7805 
spannungsregler wird es wahrscheinlich nicht so gut finden 14 volt auf 
seinen ausgang zu bekommen. also müssten wohl eingangsspannungen unter 
0V und über 5V beide gegen masse abgeleitet werden?!?

Hat da jemand ne Idee wie das genau geht? am besten mit Bauteilen die es 
bei Reichelt gibt :D

Und bitte nicht gleich den Kopf abreissen, ist mein erster Post hier :D

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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Widerstände in die Leitungen zum uC (bei analogen Eingängen danach 10nF 
o.ä. gegen Masse),
Zenerdioden dahinter gegen Masse (Achtung! bei kleinen Strömen sind 
Zenerdioden Mist wegen der Kennlinie),
Zenerdiode zwischen Versorgungsspannung uC und Masse, um die 
"geklemmten" Überspannungen abzuleiten.
Statt Zenerdiode gibt es auch (besser) Transil (oder ähnliche Namen), 
die Überspannungen ableiten.

Autor: Anja (Gast)
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René K. schrieb:
> Hat da jemand ne Idee wie das genau geht?

Im Normalfall werden hierfür die Prozessorinternen Schutzdioden benutzt. 
Der Strom muß je nach Prozessor auf 0,5 - 1mA durch einen 
Serienwiderstand begrenzt werden. z.B. (16V - 5V) / 0,5mA = 22K. Die 
hohe Quellimpedanz wird dann mit einem Filterkondensator (1 - 10 ms 
Zeitkonstante) wieder ausgeglichen. Du darfst halt dann nicht allzu 
häufig messen. (max. 100Hz bis 1kHz je nach ADC-Eingangskapazität).

Vorsicht: im allgemeinen wird (zumindest beim Drucksensor) der Sensor 
ratiometrisch ausgewertet. Wenn Du exakt messen willst solltest Du die 
5V-Sensor-Versorgung + 5V Sensormasse als Referenzspannung für den ADC 
verwenden. Natürlich mit entsprechender Pufferung (z.B. TLE4250) + 
Schutzbeschaltung gegen 16 V.

Gruß Anja

Autor: René K. (Gast)
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Bernd Rüter schrieb:
> Widerstände in die Leitungen zum uC (bei analogen Eingängen danach 10nF
> o.ä. gegen Masse),
> Zenerdioden dahinter gegen Masse (Achtung! bei kleinen Strömen sind
> Zenerdioden Mist wegen der Kennlinie),
> Zenerdiode zwischen Versorgungsspannung uC und Masse, um die
> "geklemmten" Überspannungen abzuleiten.
> Statt Zenerdiode gibt es auch (besser) Transil (oder ähnliche Namen),
> die Überspannungen ableiten.

Also in etwa so wie auf dem Bild angedeutet?!?

Die Diode wäre folgende: 1N 5908 :: TRANSIL Diode, CB421, 5V, 1500 WA

Bei der Richtung der Diode zwischen Versorgungsspannung und Masse bin 
ich mir jetzt nicht sicher.

Das Problem mit der ratiometrischen Messung, das Anja angesprochen hat 
müsste so ja erschlagen sein.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Ich mache es immer so wie hier beschrieben:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23

                       +-|>|- +5V
                       |
Sensor  --10k--+--10k--+--| Controller
               |       |
              10nF     +-|<|- GND
               |
              GND

Wobei die beiden Dioden in einem Gehäuse sind (BAV 99, erhältlich bei 
Reichelt).

Autor: René K. (Gast)
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Alex Bürgel schrieb:
> Ich mache es immer so wie hier beschrieben:
> http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23
>
>                        +-|>|- +5V
>                        |
> Sensor  --10k--+--10k--+--| Controller
>                |       |
>               10nF     +-|<|- GND
>                |
>               GND
>
> Wobei die beiden Dioden in einem Gehäuse sind (BAV 99, erhältlich bei
> Reichelt).

Vielen Dank erstmal für diesen Link. der hat mir echt geholfen. Hab 
erstmal meine gesamte Spannungsversorgung geändert und von da 
übernommen, weil ich das ja schließlich auch im Auto verwenden möchte. 
Kann ich statt dem BAV99 auch einfach 2 1N4001 Dioden nehmen oder was 
würdet ihr als alternative empfehlen. den BAV00 gibts bei reichelt 
nämlich nur als SMD.

Die nächste Frage wäre dann, wie oft ich mit dieser Schaltung messen 
kann, wegen des hohen Eingangswiderstands. Ich vermute ich muss dann 
eine gewisse Mindestzeit zwischen dem anwählen eines ADC Kanals und dem 
eigentlichen Messen warten. Kontroller ist wie gesagt Atmega 162.

Autor: Anja (Gast)
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René K. schrieb:
> Kann ich statt dem BAV99 auch einfach 2 1N4001 Dioden nehmen

Nimm zwei 1N4148 die 1N4001 haben zu viel Leckstrom das gibt unnötige 
Messfehler.

Gruß Anja

Autor: René K. (Gast)
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Vielen Dank für die Hilfe an alle. Jetzt weiß ich wie es gemacht wird, 
hab meine Reichelt Einkaufsliste fertig und kann mich bald ans Löten und 
Programmieren machen. Das kann ich nämlich besser als Schaltungen 
entwerfen(hoffe ich :D )

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