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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Seltsamer Kurzschluss in der Spannungsversorgung


Autor: AlexW (Gast)
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Hallo miteinander!

Ich habe ein Problem mit einem plötzlichen Kurzschluss in der 
Spannungsversorgung meines Datenloggers.

Ich habe wie im Anhang abgebildet den 12/24V-Filter meiner Schaltung 
aufgebaut. Ich habe jetzt eine Baugruppe zurückbekommen, wo plötzlich 
der +12V-Ausgang direkt auf Masse durchgeht und natürlich entsprechend 
die vorgeschaltete Sicherung zum Schmelzen bringt.

Leider kann ich nichts im Detail prüfen, da die Baugruppe komplett 
vergossen
ist. Die Baugruppe war in einem Omnibus eingebaut und man erzählte mir, 
dass an dem Bus ständig irgendetwas geschweißt wird.

Kann es sein, dass der 30V-Varistor durch das Schweißen beschädigt wurde 
und jetzt auf Masse durchlegiert? Wenn ja, wie anfällig ist der Varistor 
für solche Schäden? Oder hat jemand eine andere Idee, was kaputt 
gegangen sein könnte?

Viele Grüße,

Alex.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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AlexW schrieb:
> Oder hat jemand eine andere Idee, was kaputt gegangen sein könnte?
Wenn der Varistor mal sein Leben ausgehaucht hat, kommen als nächstes 
die Halbleiter und Kondensatoren dran.
Und eine 220uH Spule hält (ein wenig längere) Überspannungsspikes nicht 
wirklich davon ab, gleich danach auf den Regler zu kommen...  :-/

BTW: diese Trennung von Analog-GND und Digital-GND kannst du aber nicht 
wirklich bis zu einem uC durchziehen. Denn sonst fliessen da schnell mal 
über den Die irgendwelche Ausgleichsströme.

Autor: AlexW (Gast)
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Der Filter hatte sich so bei der EMV-Prüfung bewährt. Da war am 
Reglereingang absolute Ruhe. Hast Du eine Idee, wie man die Peaks beim 
Schweißen (keine Ahnung wie die Aussehen!) ableiten kann. Hilft da eine 
TVS-Diode?

Autor: Anja (Gast)
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AlexW schrieb:
> Der Filter hatte sich so bei der EMV-Prüfung bewährt.

Hast Du auch die ganzen KFZ-Testimpulse (Load Dump, Jump Start usw.) 
geprüft? Ist der Varistor Jump-Start-fest? (Spezieller Automotive-Typ?).
In 24V-Systemen braucht man normalerweise eine Vor-Regelung für den 
Spannungsregler weil er die transienten sonst nicht aushält.
Ein 30V (Wechselspannung?) Varistor läßt da locker mal 60-80V durch bis 
er so richtig begrenzt.

AlexW schrieb:
> Oder hat jemand eine andere Idee, was kaputt
> gegangen sein könnte?
BTW was hängt sonst noch an der gefilterten Spannung was kaputt gehen 
könnte?
Ich tippe auf den Spannungsregler oder das was sonst noch an der 
gefilterten Spannung hängt als Ursache. Der Varistor kriegt das bestimmt 
gar nicht mit.

AlexW schrieb:
> Leider kann ich nichts im Detail prüfen, da die Baugruppe komplett
> vergossen
Du wirst wohl um eine Analyse nicht herumkommen. Da gibt es sicher 
Mittel und Wege die Vergußmasse wieder zu entfernen.

Gruß Anja

Autor: AlexW (Gast)
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@ Anja:

Ja, es wurde die komplette KFZ-Richtlinie für 24V geprüft, also auch mit 
Peaks von +/- 400V. War alles kein Problem

Der Varistor wurde mir von der Würth-Elektronik als schnell ansprechend 
(<1ns) und zur Absorption hoher Energien verkauft. Die Würth-Elektronik 
selbst hat in ihrer Schaltungsempfehlung für eine 
KFZ-Spannungsversorgung keinen Varistor, sondern nur den Pi-Filter 
(2x100nF+Spule) und den großen Elko drin.

Was verstehst Du genau unter einer Vorregelung für 24V-System?
Hast Du eine Idee zur Verbesserung des Schutzes?

Autor: Anja (Gast)
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AlexW schrieb:
> also auch mit
> Peaks von +/- 400V. War alles kein Problem

Nur schnelle Transienten oder auch die langsamen? Bei 400V erübrigt sich 
allerdings die Frage: das sind schnelle Transienten (= Burst).
Schnelle Transienten werden schon durch die 100nF Abblock-Kondensatoren 
abgefangen. Die langsamen sind dann eher was für den Varistor.

Das Problem beim Varistor ist nicht die Ansprechzeit oder die Energie da 
ist er gut genug. Der Varistor muß auf den nachfolgenden Spannungsregler 
ausgelegt sein. Der LM7805 ist je nach Hersteller in der Regel für max 
35V ausgelegt. Der Varistor darf bei Jump-Start (ca 36V oder sogar 48V? 
beim 24V-System) noch nicht durchbrennen, soll aber Load-Dump Impulse 
(50-90V je nach Systemauslegung (Stichwort Zentralschutz)) und 
niederfrequente Transienten (habe ich nicht mehr im Kopf) auf maximal 
35V (= 7805) begrenzen. -> das ist also die Quadratur des Kreises.

Für KFZ-Anwendungen gibt es spezielle Typen von Varistoren
http://www.epcos.com/inf/70/db/var_08/SIOV_Leaded_...

Im allgemeinen sollte im 24V-Bordnetz der Spannungsregler mindestens ca 
60V aushalten. Also entweder ein Schaltregler in "HV" Ausführung (z.B. 
LM2576HV) oder ein 80V-Darlington + Z-Diode als Vor-Regler.

Eine Transzorb-Diode hat zwar eine schärfere Kennlinie, verträgt 
allerdings auch weniger an Energie. Auch hier muß entsprechend an das 
System angepaßt werden.

Gruß Anja

Autor: AlexW (Gast)
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Hallo Anja,

vielen Dank für die Hilfe.

Varistor bis max. 60V und einen Spannungsregler für 60V Eingangsspannung 
habe ich jetzt beisammen und werde die Platine für die nächsten Geräte 
ändern.

Allerdings brauche ich noch Abhilfe für die bereits fertigen Platinen. 
Mein Spannungsregler mit max. 35V Eingangsspannung ist tatsächlich das 
Hauptproblem. Nach dem Schaltungsvorschlag von Würth-Elektronik 
(Pi-Filter mit Spule ohne Varistor oder Suppressordiode) bin ich davon 
ausgegangen, dass alle Peaks allein durch die Kondensatoren geblockt 
werden. Beim Schweißen am Fahrzeug trifft das sicherlich nicht mehr zu.

Kann ich den Spannungsregler nachträglich durch Auflöten einer 
Zenerdiode schützen (z.B. 30V/5W). Wenn ich die Spule rausnehme, könnte 
ich an der Stelle auch einen Leistungswiderstand in die Schaltung 
bringen. Dann müssten doch Diode und Spannungsregler auch das Schweißen 
überleben?

Gruß,

Alex.

Autor: Michael Roek (mexman) Benutzerseite
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Seltsam erscheint mir die 5.1V Zenerdiode am 5V-Ausgang!
Laut Datenblatt des 7805 (je nach Hersteller) kann die geregelte 
Ausgangsspannung schon mal 5.25V betragen.
Und was macht die Z-Diode dann?


Gruss

Michael

Autor: AlexW (Gast)
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Die Zenerdiode ist nur dann bestückt, wenn das Gerät von aussen mit 5 
Volt versorgt wird. Dann sind Filter und Spannungsregler natürlich auch 
nicht drin.

Gruß,

Alex.

Autor: Anja (Gast)
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AlexW schrieb:
> Beim Schweißen am Fahrzeug trifft das sicherlich nicht mehr zu.

Bei richtiger Verkabelung (Masseführung bis zum zentralen Massepunkt und 
kein Rückleiter über Karosserie) sollte schweißen kein Problem sein.
Ich denke eher an Störimpulse durch abschalten größerer Ventile oder 
Motoren.

AlexW schrieb:
> Kann ich den Spannungsregler nachträglich durch Auflöten einer
> Zenerdiode schützen (z.B. 30V/5W). Wenn ich die Spule rausnehme, könnte
> ich an der Stelle auch einen Leistungswiderstand in die Schaltung
> bringen. Dann müssten doch Diode und Spannungsregler auch das Schweißen
> überleben?

Ob das klaptt hängt sehr stark vom Stromverbrauch der nachgeschalteten 
Elektronik ab. Ich würde eine Kombination aus Widerstand, Darlington + 
Z-Diode bevorzugen.

AlexW schrieb:
> Die Zenerdiode ist nur dann bestückt, wenn das Gerät von aussen mit 5
> Volt versorgt wird. Dann sind Filter und Spannungsregler natürlich auch
> nicht drin.
An den Ausgang des Spannungsreglers gehört zusätzlich noch ein 
Keramik-Kondensator dicht an den Spannungsregler. Falls D16 nahe am 
Spannungsregler sitzt würde ich dort einen 100nF bestücken.
Der Elko wirkt nur bei niedrigen Frequenzen. Bei hohen Frequenzen ist 
ein Kerko besser. Am Ausgang sitzt der Spannungsteiler für die 
Regelschleife der Ausgangsspannung. Wenn der Regler sich dort eine 
Störung einfängt kann das mehrere hundert Millivolt Spannungsänderung 
zur Folge haben.

Gruß Anja

Autor: oszi40 (Gast)
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Meiner Meinung nach fehlen um den 7805 herum 3 Schutzdioden wie sie in 
manchem Datenblatt empfohlen werden. Am Eingang und Ausgang jeweils in 
Sperrrichtung von Plus nach Masse und eine die den 7805 zuverlässig 
gegen Rückstrom schützt (überbrückt).

Nun müßte man bloß noch erforschen, wo der große Strom vom Schweißen 
zuerst Schaden anrichtet. Dahin würde ich vorerst als Verpolungsschutz 
eimen dicken Gleichrichter 10A von Plus nach Masse und eine Sicherung 
davor einfügen.

In besonders ungünstigen Fällen ist jedoch die Masse durch besonders 
rostige Teile verschwunden und der Strom sucht sich dann einen Weg durch 
die restliche Elektronik.  :-)

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