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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik AVR vor Überspannung schützen


Autor: Michael K. (Gast)
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Hallo Leute,
ich will nen Board für den Modellbau basteln und hätte hier eine kleine 
Frage. Der Controller ist nen Mega88 der ja von 1,8 - max. 6V bei max. 
8MHz betrieben werden kann. Jetzt ist im Modellbau es üblich 4 zellige 
bzw. manchmal auch 5 zellige Akkus zu verwenden. Wenn ich das Board mit 
4 Zellen betreibe ist ohne Regler und Schutzschaltung alles in Butter. 
Bei den 5 Zellern werden die 6V bei vollem Akku jedoch überschritten. 
Meine Idee war jetzt ist die Vcc Leitung einfach noch ne normale 
Si-Diode einschleifen, die das Spannungslevel schon mal um 0.7V drückt 
.... Sinnvoll ?
Ansonsten setzte ich immer den ZLDO500 ein der eine sehr niedrige 
drop-out voltage hat(5,3V für 5.0V bei Volllast). Problem ist hier nur 
wenn die Spannung tiefer geht schaltet das Ding einfach ab ....
Gibts da irgendwas schlaues ?
Grüße,
Michael

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Michael K. (Gast)

>Bei den 5 Zellern werden die 6V bei vollem Akku jedoch überschritten.
>Meine Idee war jetzt ist die Vcc Leitung einfach noch ne normale
>Si-Diode einschleifen, die das Spannungslevel schon mal um 0.7V drückt
>.... Sinnvoll ?

Ja, Quick & Dirty.

MfG
Falk

Autor: Michael K. (Gast)
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Cool ... Danke !

Quick'n dirty ist immer gut..... ;-)

Autor: Stefan Wimmer (wswbln)
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...guck' aber sicherheitshalber nochmal in's Datenblatt der Diode, die 
Du Dir aussuchst, was die bei dem Strom, den die AVR-Schaltung aufnimmt, 
wirklich für einen Spannungsabfall hat. Nicht dass es zu kleinen 
Überraschungen kommt....

Autor: Michael K. (Gast)
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Guter Tipp! Werd' ich machen !
Danke an alle !
Grüße, Michael

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> Der Controller ist nen Mega88 der ja von 1,8 - max. 6V

max. 5,5V - Steht schon auf der ersten Seite des Datenblatts. Die 6V 
sind "absolute maximum", also das, wo der Chip nicht sofort kaputtgeht, 
aber seine Lebenszeit schon stark leidet, wenn er längere Zeit damit 
betrieben wird.

> Wenn ich das Board mit 4 Zellen betreibe ist ohne Regler und
> Schutzschaltung alles in Butter.

NiCd/NiMH-Akkus können direkt nach dem Laden unter Umständen auch 
1,6V/Zelle haben, macht 6,4V. Das ist schon 0,9V über dem empfohlenen 
Maximum.

> Meine Idee war jetzt ist die Vcc Leitung einfach noch ne normale
> Si-Diode einschleifen, die das Spannungslevel schon mal um 0.7V drückt
> .... Sinnvoll ?

Ja. Bei 5 Zellen wären es aber eher schon wenigstens drei Dioden.

Autor: OptoKlaus (Gast)
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Wenn der Strombedarf des AVR nicht zu groß ist gehts vielleicht auch mit 
nem Widerstand, Zenerdiode und Kondensator?

Autor: Michael K. (Gast)
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Strombedarf liegt bei rund 20 - 30 mA für Controller und LED ...
Geht das noch mit ZDiode ?
Danke für alle anderen Beiträge !!
@Rolf Magnus: Bist Du sicher, dass die Spannungslage da soooo hoch ist ?
Grüße,
Michael

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Michael K. (Gast)

>Strombedarf liegt bei rund 20 - 30 mA für Controller und LED ...
>Geht das noch mit ZDiode ?

Jain. Besorg die lieber nen Low-Drop Spanungsregler der 3.3V ausspuckt. 
Dann geht es immer sauber und dein uC hat immer eine konstante 
Betriebsspannung.

MfG
Falk

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> @Rolf Magnus: Bist Du sicher, dass die Spannungslage da soooo hoch
> ist ?

Wahrscheinlich wird's nicht so hoch sein, aber es kann zumindest 
passieren. Es hängt auch von den Zellen ab und natürlich von der Last. 
Bei 5 Zellen solltest du zumindest davon ausgehen, daß die Spannung über 
7 Volt liegen kann. Du kannst ja auch mal messen, was der Akku direkt 
nach dem Laden für eine Spannung hat.

Wie wichtig das ist, kommt letztendlich auch darauf an, wofür der AVR 
eingesetzt wird. Ich habe auch schon einen AVR direkt an einem 5-Zeller 
laufen lassen (auch direkt nach dem Laden), und der geht heute noch, 
aber darauf verlassen würde ich mich nicht.
Da es um Modellbau geht: Wenn es irgendwas ist, für das der Ausfall 
keine großen Konsequenzen hat, würde ich mir keine allzugroßen Gedanken 
machen. Wenn er kaputtgeht, tauschst du ihn halt aus. Falls es aber z.B. 
um die Steuerung eines Flugzeugs geht, das beim Ausfall abstürzt, würde 
ich genauer darüber nachdenken.

Autor: Atmega8 Atmega8 (atmega8) Benutzerseite
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Bei NiMH-Akku's habe ich kurz nach dem Laden immer 1.60 - 1.85V gemessen 
(mit 1K Ohm Last wurde es etwas weniger) und nach einem Tag Lagerung 
(und auch eine Woche danach) 1.35V - 1.40V.

Die 1,20V haben die Akkus ja nur wenn sie nicht mehr ganz voll sind, 
dann aber über einen längeren Zeitraum.

Siehe (blaue Linie im Diagramm): 
http://www.jens-seiler.de/bastelecke/akkus/#entladespannung

Bei 8MHz läuft ein Atmega8 auch noch super mit 2.7V und bei 12MHz mit 
3.3V !

Nimm einen LM317T und stelle ihn auf 3.3V , je höher die 
Eingangsspannung desto mehr Strom zieht dein Atmega.

Bei 1.8V , 8MHz (ist es nicht sichergestellt dass er läuft)
Bei 2.7V , 8MHz , Aktiver Controller: 4.5mA
Bei 3.3V , 8MHz , Aktiver Controller: 6mA
Bei 5.5V , 8MHz , Aktiver Controller: 13mA

lg

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> Bei NiMH-Akku's habe ich kurz nach dem Laden immer 1.60 - 1.85V

1,85V scheinen auch mir etwas hoch gegriffen. Wenn mich meine Erinnerung 
nicht trügt, sollen man beim Laden von NiXX-Akkus nicht über 1,6V gehen, 
weil es sonst sein kann, daß sie gasen.

> Die 1,20V haben die Akkus ja nur wenn sie nicht mehr ganz voll sind,

Im Prinzip ist dieser Wert dann erreicht, wenn sie etwa halb voll sind.

> dann aber über einen längeren Zeitraum.

Ja, die Spannung bleibt relativ lange annähernd konstant.

> Bei 8MHz läuft ein Atmega8 auch noch super mit 2.7V und bei 12MHz mit
> 3.3V !

Es ging um den Mega88. Dessen V-Typ geht bei 4Mhz offiziell bis 1,8V 
runter, bei 10Mhz bis 2,7V.

> Nimm einen LM317T und stelle ihn auf 3.3V

Sofern mit anderer Elektronik wie z.B. Empfänger interagiert werden muß, 
müßte man sich dann wieder um eine Pegelwandlung kümmern.

Autor: Atmega8 Atmega8 (atmega8) Benutzerseite
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Rolf Magnus wrote:
>> Bei NiMH-Akku's habe ich kurz nach dem Laden immer 1.60 - 1.85V
>
> 1,85V scheinen auch mir etwas hoch gegriffen. Wenn mich meine Erinnerung
> nicht trügt, sollen man beim Laden von NiXX-Akkus nicht über 1,6V gehen,
> weil es sonst sein kann, daß sie gasen.

Ich hab die Akku's mit so einem Standard-Ladegerät(schaltet automatisch 
ab wenn der Akku voll ist) geladen. Er wird aber wohl eins mit Delta-U 
Ladung haben.

Ja, das mit den 10MHz @ 2.7V beim 88 stimmt.
Ich denke aber dass er seine Elektronik mit einer konstanten Spannung 
versorgen sollte.

Er wird wahrscheinlich in der Fernbedienung einen Kanal ge-multiplext 
haben und im Empfänger hängt der µC auf diesem Kanal und schaltet ein 
paar Lampen oder Servos.
Da ist Pegelwandlung nicht so das Problem.

lg

Autor: Falk Brunner (falk)
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>> Nimm einen LM317T und stelle ihn auf 3.3V

Quark. Der braucht gut 2V Spannungsdifferenz zum arbeiten.man braucht 
einen LOW-DROP Regler, die brauchn 0,2..1V.

MFg
Falk

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Falk Brunner wrote:
>>> Nimm einen LM317T und stelle ihn auf 3.3V
>
> Quark. Der braucht gut 2V Spannungsdifferenz zum arbeiten.man braucht
> einen LOW-DROP Regler, die brauchn 0,2..1V.
>
> MFg
> Falk

Jau, ich mach einfach mal einen Vorschlag: LP2950-3,0 mit 3Volt 
Ausgangsspannung kostet 40ct bei Reichelt (TO92) und kann maximal 160mA 
ab. Die Dropout-Voltage ist mit 0,38V angegeben bei National 
Semiconductors.

PS: Es gibt auch eine 3,3V, die habe ich allerdings noch nicht bei 
gängigen Shops gesehen.
PPS: Auch CSD hat den LP2950-3,0

Autor: Michael K. (mmike)
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Hallo Leute,
vielen Dank für die Anregungen!!!!
@Rolf:
> Da es um Modellbau geht: Wenn es irgendwas ist, für das der Ausfall
> keine großen Konsequenzen hat, würde ich mir keine allzugroßen Gedanken
> machen. Wenn er kaputtgeht, tauschst du ihn halt aus. Falls es aber z.B.
> um die Steuerung eines Flugzeugs geht, das beim Ausfall abstürzt, würde
> ich genauer darüber nachdenken.
Richtig. Das Ding ist nen Mischer für einen Tandem Hubschrauber. Wenn 
der AVR nicht mehr tut, dann tut auch der Heli nicht mehr lange ....

> Sofern mit anderer Elektronik wie z.B. Empfänger interagiert werden muß,
> müßte man sich dann wieder um eine Pegelwandlung kümmern.
3.3V Klingt nicht schlecht und ich hab auch noch ein paar ZLDO330 
rumliegen die ne Dropout voltage von 0.3V haben, was gut passt. Problem 
ist halt dann die Pegelanpassung für die Servoausgänge..... Was könnte 
ich da tun? Alles per Transistor open collector "Spannungsteiler" und 
dann die Ausgänge invertieren oder gibts noch was einfacheres ?

Grüße,
Michael

Autor: Michael K. (mmike)
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Hab grad noch mal nachgeschaut:

Der ZLDO330 hat bei max. 300mA eine dropout voltage von 0.1V

ZLDO 33 T8TA 1.15€ bei Reichelt.....

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Michael K. (mmike)

>ist halt dann die Pegelanpassung für die Servoausgänge..... Was könnte

Pegelwandler

>dann die Ausgänge invertieren oder gibts noch was einfacheres ?

Versuch einen einstellbaren LDO zu kriegen. Den stellst du auf 4..4,5V. 
Dann hast du Luft bei leerem Akku und kannst die Servos direkt 
ansteuern. GGf. geht das auch mit 3,3V.

MfG
Falk

Autor: Michael K. (mmike)
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>>ist halt dann die Pegelanpassung für die Servoausgänge..... Was könnte
>
> Pegelwandler

Kannte ich schon, aber danke!

>>dann die Ausgänge invertieren oder gibts noch was einfacheres ?
>
> Versuch einen einstellbaren LDO zu kriegen. Den stellst du auf 4..4,5V.
> Dann hast du Luft bei leerem Akku und kannst die Servos direkt
> ansteuern. GGf. geht das auch mit 3,3V.

Luft ist gut .... Bei nem "fast leeren" Vielzeller liegen noch rund 
4..4,5V an und dann noch die Dropout Spannung ... könnte knapp werden. 
Ich werde einfach mal probieren ob ich die Servos direkt mit 3,3V 
anfahren kann und wenn nicht dann kommt einfach nen 5 Zeller mit dem 
ZLDO rein.
Ich frag mich nur wie die RC-Empfänger Hersteller das machen !!! Die 
Vertragen klaglos 3.7 - 7V !!

Grüße,
Michael

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ Michael K. (mmike)

>Ich frag mich nur wie die RC-Empfänger Hersteller das machen !!! Die
>Vertragen klaglos 3.7 - 7V !!

Die laufen mit 3,3V und LDO?

MfG
Falk

Autor: Michael K. (mmike)
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Keine Ahnung ... ich schraub so nen Teil mal auf und schau mal rein ....

Autor: Michael K. (mmike)
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Hatte grad mal nen Emfpänger offen und hab nen L4949 gefunden. Das Ding 
ist auch nen Spannungsregler, der anscheinend auch bei Unterspannung 
einigermassen funktioniert (verminderung der Ausgangsspannung um die 
DropOut Spannung)... der ZLDO500 den ich normalerweise einsetzt kann das 
laut Datenblatt nicht ....

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> Das Ding ist nen Mischer für einen Tandem Hubschrauber.

Das klingt sehr interessant. Gibt es dazu mehr Informationen oder gar 
eine Homepage? Mit sowas wollen mein Vater und ich uns auch 
beschäftigen.

> Problem ist halt dann die Pegelanpassung für die Servoausgänge.....

Die Frage ist, welche Mindestpegel die Servos überhaupt brauchen. 
Wahrscheinlich wird es dazu aber keine verlässlichen Aussagen geben.

> Alles per Transistor open collector "Spannungsteiler" und
> dann die Ausgänge invertieren oder gibts noch was einfacheres ?

Es gibt ja auch Buffer-ICs in den 74er-Logikreihen, die z.B. 8 Ausgänge 
haben und dabei die Pegel wandeln können. Ich hab grad die Bezeichnung 
nicht im Kopf.  Das wäre jedenfalls einfacher als für jeden Kanal einen 
Transistor mit Widerständen.

Wie wäre es mit einer anderen Lösung: Ein zweizelliger Lipo mit 
nachgeschaltetem größerem low-drop-Regler, der auch die Servos und den 
Empfänger mitversorgt. Dann läuft alles sauber mit konstanten 5V. Es 
wird zwar Leistung im Spannungsregler verbraten, aber es dürfte bei 
gleicher Akkukapazität auch mit einem kleinen Kühlkörper immer noch 
leichter sein als ein NiMH-Akku. Ich finde es eh besser, wenn die Servos 
mit konstanter und nicht mit last- und ladezustandsabhängiger Spannung 
laufen. So eine Lösung will ich in meinem Funflyer auch mal probieren.

Autor: Daniel (Gast)
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also ne diode, find ich zu pfuschig... ein linearregler kostet ja sogut 
wie nix, also was spricht da dagegen...

Autor: Michael K. (mmike)
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@Rolf:
> Das klingt sehr interessant. Gibt es dazu mehr Informationen oder gar
> eine Homepage? Mit sowas wollen mein Vater und ich uns auch
> beschäftigen.
Nicht wirklich (PM mich einfach mal an). Nen Bekannter macht momentan 
die Mechanik und ich eben den Mischer....

>> Problem ist halt dann die Pegelanpassung für die Servoausgänge.....
>
> Die Frage ist, welche Mindestpegel die Servos überhaupt brauchen.
> Wahrscheinlich wird es dazu aber keine verlässlichen Aussagen geben.
Richtig.

>> Alles per Transistor open collector "Spannungsteiler" und
>> dann die Ausgänge invertieren oder gibts noch was einfacheres ?
>
> Es gibt ja auch Buffer-ICs in den 74er-Logikreihen, die z.B. 8 Ausgänge
> haben und dabei die Pegel wandeln können. Ich hab grad die Bezeichnung
> nicht im Kopf.  Das wäre jedenfalls einfacher als für jeden Kanal einen
> Transistor mit Widerständen.

cool werd' ich mal suchen !


> Wie wäre es mit einer anderen Lösung: Ein zweizelliger Lipo mit
> nachgeschaltetem größerem low-drop-Regler, der auch die Servos und den
> Empfänger mitversorgt. Dann läuft alles sauber mit konstanten 5V. Es
> wird zwar Leistung im Spannungsregler verbraten, aber es dürfte bei
> gleicher Akkukapazität auch mit einem kleinen Kühlkörper immer noch
> leichter sein als ein NiMH-Akku. Ich finde es eh besser, wenn die Servos
> mit konstanter und nicht mit last- und ladezustandsabhängiger Spannung
> laufen. So eine Lösung will ich in meinem Funflyer auch mal probieren.

Klingt nicht schlecht, aber bei dem Tandem werkeln alleine schon 8 
Servos an den beiden Taumelscheiben. Da kommt schon ein wenig Strom 
zusammen.... Es gibt zwar auch jede Menge Kauflösungen dafür, aber das 
wäre ja langweilig !

@Daniel:
> also ne diode, find ich zu pfuschig... ein linearregler kostet ja sogut
> wie nix, also was spricht da dagegen...

siehe oben das Problem mit der Pegelanpassung .... und eventuelles 
abschalten wenn die Versorgungsspannung unter die Regelspannung fällt 
...

Autor: yalu (Gast)
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Was spricht gegen einen Primitivlängsregler aus Widerstand, Z-Diode
und Transistor, eingestellt auf eine relativ hohe Ausgangsspannung,
z.B. 5V (Z-Diode für 5,6V)?

Vorteile:
- Überspannung von mehreren Volt werden problemlos niedergebügelt (im
  Gegensatz zur Lösung mit der Seriendiode).
- Pegelwandler sind keine erforderlich (im Gegensatz zur Lösung mit
  einer Ausgangsspannung von 3,3V).
- "Medium-Drop": Der Spannungsabfall beträgt ca. 0,7V (UBE), das ist
  zwar schlechter als bei guten Low-Drop-Reglern, aber deutlich besser
  als beim LM317.
- Er liefert auch bei sinkender Eingangsspannung eine vernünftige
  Ausgangsspannung, die ca. 0,7V darunter liegt.

Nachteile:
- Es gibt keinen Überlastschutz. Aber spätestens dann, wenn der
  ansprechen würde, würde der µC sowieso außer Betrieb gesetzt und
  dein Heli ist kaputt. Da spielt ein zusätzlicher kaputter Transistor
  auch keine Rolle mehr.
- Die Stabilität der Ausgangsspannung ist schlechter als bei
  integrierten Spannungsreglern. Aber das ist in deinem Fall ja nicht
  so wichtig.

Autor: Michael K. (Gast)
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@yalu:
Es spricht gar nichts dagegen !
Alles was Du beschreibst kann der L4949 und der hat die von Dir 
beschriebenen Nachteile nicht ... Ich denke ich werde den L4949 mal 
besorgen und ausprobieren ....

> - Pegelwandler sind keine erforderlich (im Gegensatz zur Lösung mit
>  einer Ausgangsspannung von 3,3V).

Wie kommst du darauf ? Wenn die Versorgungspannung bei 6,3 V liegt und 
man mit 5V PWM rausgeht, besteht eine Spannungsdifferenz von 1.3V. Mag 
sein, daß die Servos das noch fressen, aber sicher bestätigen konnte das 
bis jetzt keiner ....

Autor: yalu (Gast)
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>> - Pegelwandler sind keine erforderlich (im Gegensatz zur Lösung mit
>>  einer Ausgangsspannung von 3,3V).
>
> Wie kommst du darauf ? Wenn die Versorgungspannung bei 6,3 V liegt
> und man mit 5V PWM rausgeht, besteht eine Spannungsdifferenz von
> 1.3V.

Ok, ich war der (möglicherweise irrigen) Meinung, dass ein
5V-PWM-Signal immer reichen sollte, während ein 3,3V-Signal evtl.
Probleme macht, wenn die Versorgungsspannung der Servos deutlich
darüber liegt.

Hast du einmal nachgemessen, welchen Ausgangspegel dein Empfänger bei
einer Versorgungsspannung von 6,3V liefert? Wenn da ein L4949 drin
ist, werden es wahrscheinlich auch nicht mehr als 5V sein. Und mehr
als der Empfänger muss der µC pegelmäßig auch nicht können.

Autor: Michael K. (Gast)
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Guter Punkt ! Werd' ich heute abend gleich erledigen !

Autor: Michael K. (mmike)
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Also ich habs gestern abend endlich mal geschafft nen Empfänger an den 
Oskar zu hängen (nicht dass das so ein großer Aufwand wäre) ... mit 
folgendem Ergebnis:

Bei einer Betriebsspannung von 5V + Dropout Spannung des Reglers liegt 
die PWM Ausgangspannung bei konstant 5V. Liegt die Betriebsspannung 
unter 5V ist der PWM Spannungspegel bei der Betriebsspannung - Dropout 
Spannung ....

Gut zu wissen! Danke an alle !

Grüße,
Michael

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