Hallo zusammen, ich weiß das Thema wurde schon des öfteren behandelt, aber irgendwie fehlt mir noch was. Für den Überspannungsschutz des AD-Wandlers wurde hier des öfteren von einer Z-Diode abgeraten, weil die zuviel Strom bei höheren Spannungen zieht, und das Messergebnis verfälscht. Als Alternative wurde eine Schottky-Diode zur Versorgungsspannung genannt. Nun meine Frage: Schottky-Dioden sind zwar sehr schnell, haben aber einen hohen Sperrstrom (bei der öfters genannten BAT85 z.B. ca. 0,1 µA bei 5V), der ja im normalen Betrieb, also ohne Überspannung, fließen kann. Bei einem Eingangsstrom des Wandlers von etwa 3µA ist das doch schon ein Fehler von 3%, oder sehe ich das falsch. Gibt es da noch besser geeignete Dioden? Gruß Andreas
Hallo Andreas Wenn Du eine genaue Messung haben willst, solltest Du auf diese Dioden verzichten. Ich weiß nicht welchen uC oder ADC Du verwendest, aber Du kannst einen Längswiderstand in die Leitung zum A/D-Wandler einbauen. Die meisten Bauteile schützen sich selbst, das heißt sie haben bereits solche Schutzdioden zwischen analog In und Ihren Stromversorgungspins eingebaut. Die halten nur nicht alszu viel Strom aus. Manche Entwickler bauen da schon mal Widerstände mit ein paar KOhm ein, das hat aber auch mal negative Auswirkungen auf die Wandelzeit. Hier muß mal halt Kompromisse machen. Wenn diese Dioden nicht da sind, gibt's die Möglichkeit den Eingang durch vorgeschaltete OP's zu schützen. Die Schaltung wird dadurch oft aufwendig, da die OP'S dann auch mal ne aufwendige Spannungsversorgung brauchen (auch Rail-to-Rail OP'S brauchen eine etwas größere Spannungsversorgung als das zu verarbeitende Signal) Gruß Gerhard
Zu meiner Schaltung: Also ich verwende den internen AD-Wandler des Texas TMS320F2812 zur Strommessung mit einem Gleichstromwandler. Dieser hat einen passenden Spannungsausgang, der bei meinem Nennstrom 2,9V bei max. 12,5 mA liefert, also kein Problem für den 3V Eingang des Wandlers. Problematisch wird es, wenn am Ausgang ein Kurzschluss anliegt. Die Leistungselektronik ist dafür geschützt und den Wandler stört es auch nicht, allerdings können dann am AD-Eingang bis zu 5V anliegen, die ihn zerstören würden. Davor will ich ihn halt bestmöglich schützen, natürlich mit möglichst wenig Verfälschung des Messergebnisses.
Habe gerade eine andere Idee. Meine Nutzspannung liegt zwischen 0,5 und 2,9V, darüber und darunter muss ich nicht mehr messen, sondern es darf nur nichts zerstören. Wie genau wäre das, wenn ich zwischen meinen Gleichstromwandler und den ADC einen rail to rail OP setzen würde, den ich mit 3,3V versorge? hat da schonmal jemand Erfahrungen gesammelt? Der Schutz regelt sich ja über den OP selbst, und mit 5V am Eingang dürfte der OP doch keine Probleme haben, oder? Was haltet ihr von der Idee?
Hallo die Idee ist ok, aber wie ich oben schon geschrieben habe, gibt's geringe Fehler wenn das Signal dicht an die Stromversorgung der OP's gerät. Bei einer Versorgung mit 3,3 Volt, schafft der OP am Ausgang irgendwas mit 3,3Volt-x, wobei x mindestens mit 20mV zu veranschlagen ist und mit steigender Last größer wird. Also genaugenommen müßtest Du für ein Siganl von 0..3,3 Volt den OP mit ca -0,1 Volt bis +3,4Volt versorgen, damit Du an den "Rändern" des Signalbereichs keine Verfälschungen/Fehler bekommst. Gerhard
damit verlagerst du das Problem nur vom direkten A/D-Eingang des MC zum OP-Eingang. Der MC ist dann sicher gut geschützt, der OP nicht. Es sei denn, du nimmst explizit einen Typ, der für Eingangsspannungen > Betriebsspannung geeignet ist.
Also brauch ich wohl doch ne Diode, weil der Kurzschlussfall ausdrücklich abgedeckt sein muss. Gibt es denn da keine optimalen Lösungen? Werd ich wohl mal nach einer Diode mit geringer Durchlassspannung und geringem Rückwärtsstrom suchen müssen.
"... sie haben bereits solche Schutzdioden zwischen analog In und Ihren Stromversorgungspins eingebaut." In der Tat und um deren Einfluss auf das Ergebnis zu kompensieren, besorgt die interne Architektur des Chips bei guten ADCs eine Korrektur- im einfachsten Falle durch den vorgeschalteten Verstärkungsfaktor des Eingangs-OPs. Andererseits: Wenn Du ein ADC-Design effizient nutzen willst, und nicht nur "geradeaus" baust, musst Du das System entweder analog justieren oder das ADC-Ergebnis postprozessieren, d.h. per z.B. Software korrigieren. Dazu ist eine Kalibrierung nötig und genau diese erschlägt dann nicht nur die üblicherweise schon vorliegenden Toleranzen in der Steilheit und der Verschiebung des ADC (GAIN / OFFSET), sondern eben auch den Einfluss der äusseren Beschaltung. Also keine Angst vor Schutzbeschaltungen: Die Software macht alles nett :-) Es gibt sogar Sarkastiker, die nachweisen, daß eine derartige Kalibrierung NUR aufgrund von Schutzdioden nötig ist, die der Anwender hinzufügt und der Chip-Hersteller nicht kennt (also auch nicht antizipierend kompensieren kann). Ergo schafft ein gutes und vorsichtiges Hardwaredesign überraschenderweise Arbeitsplätze für Softwerker!
Ich habe nochmal genauer im Datenblatt nachgeschaut. Also der AD-Wandler hat auch eingebaute Clamping-Dioden, die können einen Dauerstrom von 2mA ab. Trotzdem steht bei den Absolute Maximum Ratings eine Spannung von Vin max. 4,6V. Haben diese Dioden nur so wenig spannungsfest? Ich hatte eigentlich gedacht, wenn ich den Strom begrenze, kann eine höhere Spannung nichts tun. Scheinbar ist das nicht so. Dann werde ich wohl auch auf die genannte BAT85 zurückgreifen, und im Notfall per Software korrigieren.
Hallo, also eine softwaremässige Kalibrierung erscheint mit problematisch, da der Fehlerstrom, der von Schutzdioden verursacht ist, temperaturabhängig ist. Um langzeitstabile Systeme zu bauen, hilft es nur präzise Bauteile mit geringen Drifts zu verwenden und die Schutzbeschaltung wie oben beschrieben ohne Dioden und mit Lämgswiderstand zu bauen. Eine Kalibrierung wirft mehr Probleme auf als sie löst. Um eine besonders hohe Genauigkeit zu erreichen kann man zwar eine intelligente Kalibrierung über Referenzdioden und eine Selbtskalibrierung per Software einbauen (Chopperverstärker-Prinzip) aber es stellt sich die Frage ob das auch notwendig ist. Man kann das ja mal ausprobieren. Einmal ein Messsystem mit Dioden und einmal ohne Dioden aber mit Längswiderstand. Das Problem dabei ist nur die Energie die hinter der Überspannung steht. Es sind auch noch andere Systeme denkbar, wie z.B. Überwachung der Eingangsspannung mittels Komparator. Aber der Aufwand ! Aber, um zum Schluß zu kommen, man stelle sich zuerst mal die Frage wieviel Fehler man seinem System zubilligen kann und will. Gerhard
Wenn ich das richtig verstehe meinst du ja auch, die eingebauten Clamping-Dioden müssen nur gegen zu hohen Strom, also mit einem Widerstand geschützt werden. Dachte ich ja eigentlich auch, aber warum steht dann trotzdem bei den Absolute Maximum Ratings 4,6V? Das Problem ist, das Projekt ist meine Diplomarbeit, und einen TMS zerschießen, möchte ich doch nach Möglichkeit vermeiden. Dann vielleicht doch lieber mit geringerer Genauigkeit leben.
Auf was bezieht sich denn das mit den 4,6 Volt ? Wenn Du eine Versorgung von 3,3 Volt hast, und die Eingänge haben Clamping-Dioden kriegst Du nur 3,3+0,7 = 4,0 Volt zusammen. Also wenn Du den maximalen Strom nicht überschreitest sollte das schon so funktionieren. Gerhard
Angehängte Dateien:
-
absolutemax.JPG
83 KB
Wenn ich das so genau wüsste. Also Versorgung geschieht mit 3,3V, der nominale Messbereich geht bis 3V. Und als Maximum ist für alle Spannungen 4,6V angegeben und eben 2mA als max. clamp Strom. Habe den Ausschnitt aus dem Datenblatt mal angehängt. Das wichtigste ist mir halt das der heile bleibt. Und die max. 5V von meinem Wanlder liegen halt über den angegebenen 4,6V. Vielleicht kannst du das eindeutiger entziffern.
Hallo also ich kann im datenblatt kein Prob erkennen. Alle 4,6Volt Spannungen beziehen sich auf masse. Wird die 4,6 nicht überschritten: kein Problem. Damit die 2mA nicht überschritten werden aus 5 Volt: 5/2mA = 2500 Ohm. Mach also einen 2,7kOhm R in die Leitung und das Problem sollte gelöst sein. Tip für Vorsichtige (da zähl ich mich dazu) Nimm einen 10k Widerstand, leg in an den Eingang über ein Poti (Masse-5Volt) und dreh langsam die Spannung hoch. Bleibt die Spannung am Eingang des uC bei 4.0 Volt stehen haste kein Problem. Gerhard
Hallo Andreas, ich würde Dioden verwenden um Überspannungen nach Vcc bzw. GND abzuführen; am Besten eignen sich z.B. eine BAV99; durch die Integration sind diese vollkommen symmetrisch im gewünschten Messbereich linear: Vcc |-----|<-----+-----|<-----+ | | Vinput >--==R1==-+--==R2==----+---| GND | | Vout <----==R3==-+-----||-----+ R1 und R2 Spannungsteiler R3 Schutzwiderstand/ Strombegrenzung (Dim. lt. data sheet des µC) Diese Schaltung wird in vielen Steuergeräten eingesetzt. Mfg, Marc
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