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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Eingangsabsicherung in 'rauher' Umgebung?


Autor: Lennox (Gast)
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Hallo,

mich würden Rezepte zur Absicherung von Digial- und Analog-Eingängen und 
-Ausgängen vor auf die angeschlossenen Leitungen eingekoppelten 
Störungen, mit dem Potential die Schaltung zu zerstören, interessieren.
Und besonders interessant sind hier für mich die Möglichkeiten, die über 
'Serienwiderstand und Clampingdioden' hinausgehen... Wie (versucht) das 
Militär seine Gerätschaften vor EMP zu schützen? Wie kann man selbst 
einen (evtl. empfindlichen) IC der eine Ankopplung nach draußen besitzt 
vor extremen Pulsen möglichst gut schützen? Ich möchte keine Opfer-ICs 
dazwischen setzen sondern die Schaltung möglichst robust machen, nicht 
den Schaden begrenzen.

Gibt es darüber Bücher/Leitfäden/...? Ich bin für alle Tipps dankbar!

Grüße
der Lennox

Autor: Stimmy (Gast)
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Ich würde sagen:
Erstmal das Ganze zur Abschirmung in ein Metallgehäuse packen. Alle 
Anschlusskabel sind abgeschirmt; das Gleiche gilt für die 
Stecker/Buchsen am Gerät.
Und extrem empfindliche ICs bekommen grundsätzlich keine direkte 
Anbindung nach draußen. Die Signale werden über deutlich robustere 
Puffer/Leitungstreiber geführt, ehe sie aus dem Gehäuse geführt werden.
Leitungen, die nur DC oder niedrige Frequenzen übertragen, kann man mit 
LC-Tiefpässen gegen Überspannungsspitzen schützen. Vor dem Tiefpass 
(also direkt am Eingang) wird evtl. noch ein Überspannungsableiter 
(Funkenstrecke und/oder starke Varistoren) installiert, damit die Spule 
bei sehr starken Spannnugsspitzen (ich meine etliche kV) nicht 
durchschlägt.
Damit sollte (bei ausreichender Dimensionierung) ohne allzu große 
Schwierigkeiten ein Schutz gegen einen direkten Blitzeinschlag in das 
Eingangskabel möglich sein.
Man kann das fast beliebig weit treiben...

Autor: tom (Gast)
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>Damit sollte (bei ausreichender Dimensionierung) ohne allzu große
>Schwierigkeiten ein Schutz gegen einen direkten Blitzeinschlag in das
>Eingangskabel möglich sein.

Sowas hilft gegen direkten Blitzeinschlag? Das möchte ich sehen.
Bei nem direkten Blitzeinschlag überlegt der LC-Tiefpass und der starke 
Varistor noch nicht einmal ob er guten Tag sagen soll. Gegen was soll 
denn der Varistor geschaltet werden, am besten gegen Gerätemasse!
Wenn schon viele Blitzableiter nicht richtig dimensioniert sind (Kabel, 
Hauserde, Verlegung,...) wie soll dann der starke Varistor das abkönnen.

Man bekommt Geräte sicher gegen ESD-Kontakt/Luftentladung / Störpulse 
auf den Leitungen (Surge, Burst, usw.) und Störeinstrahlung sehr robust 
mit den obigen Maßnahmen hin, aber nur eben auf die entsprechenden 
vorgeschriebenen Grenzwerte. Aber ein direkter Blitztreffer gibt sicher 
Rauch.

Aber poste mal deinen Schaltungsvorschlag, vielleicht kann ich auch noch 
dazulernen.

gruß
tom

Autor: Daniel F. (danielosna)
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Das ganze Thema würde mich auch interessieren da ich mit der Absicherung 
von Schaltungen bisher keine Erfahrungen habe und bisher immer nur den 
obligatorischen Widerstand vor die Eingänge setze um den Stromfluss zu 
begrenzen.

In diesem Thema sehe ich eine wertvolle Erweiterung meines kleinen 
Elektrotechnischen Horizonts...

Autor: oszi40 (Gast)
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Bei echtem Blitzeinschlag glüht der fingerdicke Blitzableiter kurz und 
Dein das Gerät daneben ist ein Häufchen Asche.

Ein wegwerfbarer, gut austauschbarer Überspannungschutz ist aber 
trotzdem nützlich für die restlichen Geräte in Deiner Straße, die keinen 
direkten Einschlag, sondern nur Spannungspitzen hatten. Da werden evtl. 
einige größere wirtschaftliche Schäden vermieden.

Autor: Anja (Gast)
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Lennox schrieb:
> Gibt es darüber Bücher/Leitfäden/...? Ich bin für alle Tipps dankbar!

Sicherlich keine allgemein verfügbaren.

Lennox schrieb:
> Wie (versucht) das
> Militär seine Gerätschaften vor EMP zu schützen?

Ein Stichwort wären TEMPEST-Filter die sollen zwar in die andere 
Richtung gehen (Abhörsicherheit) allerdings müssen die auch die 
Belastungen von außen aushalten.

Hier mal ein Beispiel: (ja ich weiß ist kein SMD-Filter sondern ein 
mehrfach gekammertes Filter).

http://www.tesch.de/deutsch/download-fu/kabinennet...

Allerdings: Für einen Direkten Blitzeinschlag (bis mehrere 100kA) in 
eine Leitung gibt es keine Filterbauelemente die das aushalten. Üblich 
sind Gasableiter mit 5kA (indirekter Blitzeinschlag) eventuell auch mal 
etwas höher. Alles was darüber hinaus geht wird mit Schutzzonenkonzepten 
abgesichert. Also z.B. Außenhülle eines Gebäudes mit Blitzableiter 
absichern. Leitungen nach außen entsprechend gesichert verlegen. 
Funkenstrecken am Eintritt ins Gebäude. Empfindliche Elektronik Zentral 
im Gebäude im geschirmten Raum. Bei Eintritt in geschirmten Raum 
Gasableiter. Im eigentlichen Gerät dann Feinschutz mit Varistoren und 
Transzorb-Dioden.

Gruß Anja

Autor: Lennox (Gast)
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Hallo und vielen Dank für alle Hinweise!

Ganz besonderen Dank an Dich, Anja! Das Stichwort 'TEMPEST' hat mich 
auch eine sehr gute Fährte geführt...

Mir geht es natürlich nicht darum unmgöliches umsetzen zu wollen, die 
Elektronik bei einem direkten Blitzschlag noch retten zu wollen, o.Ä. - 
sondern darum einen guten Schutz vor äußeren Einflüssen aufzubauen, 
welcher vorderrangig eine stabile Funktion gewährleistet.

Technisch gesehen habe ich nun einige Schnittstelle, wo die Möglichkeit 
bestand, auf besser entstör- u. absicherbare Topologien umgewandelt, 
also z.B. komplementäre Strom-Signale, ...
Weiterhin natürlich konsequent die schon erwähnten Schutzdioden, 
Varistoren und RC-Glieder eingesetzt, sofern es die Signale zuließen 
(ist eben oftmals nicht möglich - wenn die Signale selbst steile Flanken 
besitzen, wie bei höheren Datenübertragungs-Geschwindigkeiten natürlich 
gegeben).

Weitere Maßnahmen die das gesamte System - und nicht nur die 
Schaltungsbaugruppen - betreffen sind natürlich auch essentiell: Richtig 
geschirmte Leitungen, separate Schirmung von Leitungspaaren, auch die 
Schirmung der Gehäuse,... - es benötigt eben doch ein Gesamtkonzept, 
wobei ich damit im Groben ja schon vertraut bin, nur die weitergehenden 
Möglichkeiten, mit Fokus auf die Schutzmaßnahmen in den Schaltungen 
selbst, interessieren mich sehr, da muss ich mir noch mehr Wissen 
aneignen.

Grüße
Lennox

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