Hallo,
ich möchte eine kleine Spannung 0-100mV mit einem Op-Amp und ADC messen
und wollte den Eingang mit TVS-Dioden schützen. Das Problem ist aber
dass die Dioden eine Thermospannung von so um die 26mV generieren.
1) Wie hoch ist der Thermostrom, bzw. wie kann ich den berechnen um ihn
eventuell über einen Widerstnd weg zu bekommen
2) Wie kann ich das Problem sonst noch umgehen außer mit MOV's?
Hat jemand sich dem problem schon mal angenommen? Kennt jemand zu dem
Problem eventuell whitepaper?
Vielen Dank,
Grüße
Sebastian
@ Sebastian (Gast)
>ich möchte eine kleine Spannung 0-100mV mit einem Op-Amp und ADC messen>und wollte den Eingang mit TVS-Dioden schützen.
Das ist unüblich. TVS-Dioden sind eher was für höhere Spannungen und
Ströme.
>Das Problem ist aber>dass die Dioden eine Thermospannung von so um die 26mV generieren.
Das ist eigentlich egal, denn die liegen ja paralle zum EIngang. Wen die
Quelle niederohmig genug ist, interessiert die Thermospannugn nicht.
Ausserdem sind die TVS unterhalb der Klemmspannung hochohmig, d.h. die
Thermospannung fällt "intern" ab.
>1) Wie hoch ist der Thermostrom, bzw. wie kann ich den berechnen um ihn>eventuell über einen Widerstnd weg zu bekommen
Da gibt es nichts wegzubekommen
>2) Wie kann ich das Problem sonst noch umgehen außer mit MOV's?
MOVs sind noch falscher ;-)
Einen einfachen Schutz erreicht man mit 2 antiparallelen Dioden mit
wenig Leckstrom. Für einfache Sachen reichen 1N4148, für sehr hochohmige
Quellen nimmt man spezielle leckstromarme Dioden mit 1pA und weniger.
Sebastian schrieb:> ich möchte eine kleine Spannung 0-100mV mit einem Op-Amp und ADC messen> und wollte den Eingang mit TVS-Dioden schützen.
TVS sind dort unüblich, 2 normale Dioden antiparallel nach GND sollten
es schon tun, die leiten bei 0.1V noch nicht.
Oder auch 2 Dioden, je eine falls der Eingang unter Masse oder über die
Versorgung des OpAmps geht. Falls der OpAmp nicht solche Dioden schon
eingebaut hat. Dann reicht ein Vorwiderstand vor dem OpAmp-Eingang, der
ja hochohmig ist so dass der Vorwiderstand nicht stört damit nicht zu
viel Strom über die Dioden fliesst.
Hallo,
warum sind TVS unüblich, alle IOs kommerzieller Geräte haben Supressor
Dioden. Klemmt jemand eine Spannung an, ... sollte das nicht zur
Zerstörung führen. ESD ist auch relevant.
Sebastian
P.S. ja man kannst über Dioden gegen DVD und VHS ableiten und das mit
einer Zenerdiode und einem Kondensator wegnehmen.
Aber ohne Schutz, ganz schlecht, das ist Hobbyisten.
Für Hochohmige Eingänge kann man 2 Leckstromarme Diode nutzen, und die
Spannung anderen Seite dann per Spannungsfolger weitgehend der
Eingangsspannung folgen lassen die Spannung dort kann man dann
Begrenzen, ohne sich groß um Leckströme zu kümmern. Das können bei
kleiner Spannung einfach Dioden sein, oder sonst auch TVS oder
Zenerdioden.
Ein Problem mit Thermospannungen hat man ggf. beim Widerstand (oder
ähnliches) in Reihe zum Signal, den man braucht um den Strom im
Fehlerfall zu begrenzen.
Hallo,
> Sebastian schrieb:> warum sind TVS unüblich, alle IOs kommerzieller Geräte haben Supressor> Dioden.
Ja, das ist richtig, aber solche I/Os sind auch selten
Präsisionsschaltungen.
> Klemmt jemand eine Spannung an, ... sollte das nicht zur> Zerstörung führen. ESD ist auch relevant.
Überspannungsschutz alleine ist nicht das Thema.
TSV-Dioden haben vergleichsweise hohe Leckströme, große Kapzitäten und
arbeiten mit rel. größen Toleranzen.
Für OPV-Eingänge werden deshalb meist andere Schaltungsvarianten
genutzt.
z.B. mit antiparalellen Dioden wie hier an Pin2 des OPV:
http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/PT1000_Schaltung_1.pdf
oder Dioden gegen +Us und -Us wie hier D1:
http://uwiatwerweisswas.schmusekaters.net/Uwi/ELEKTRONIK/PT1000_Schaltung_2.pdf
Die Diode am Ausgang der OPV (hinter R7) hat übrigens die gleiche
Funktion für einen nachfolgenden Eingang (z.B. ADC).
Die BAV199 ist speziell ausgesucht auf kleinsten Leckstrom.
Gruß Öletronika
Hallo Öletronika,
wenn Du mit dem PT1000 in einem Gehäuse bleibst ist die Schaltung
wahrscheinlich ok. Typischerweise kann man zu hohe Spannungen mit einer
Diode gegen VDD und einer gegen VSS ableiten um den Eingang zu schützen.
Man hat dann aber trotzdem die Spannung der Diode als „Spannungsquelle“,
mit einer resitiven Last, bzw. niederohmigen Quelle bekommt man die weg,
je nachdem wie niederohmig die Quelle ist.
Was mir in Deiner Schaltung aufgefallen ist, am Eingang des OpAmp ist
wahrscheinlich ein keramischer Kondensator. Ist der PT1000 im Feld und
berührt eventuell jemand der statisch aufgeladen ist den PT1000, dann
gibt es einen Durchschlag im Kerko. Der zweite Anschluss ist direkt am
Ausgang vom OpAmp, auch nicht optimal, besser einen Widerstand mit
kleinem Drift über Temperatur und Alterung in Reihe, den kannst Du
rauskalibrieren, und natürlich den Anschluss schützen.
Es gibt eine Menge Schaltungsbeispiele, meist fehlt was für ESD, EMI,…
Grüße
Sebastian
Hallo,
deine Ausführungen sind ganz interssant, zeigen sie doch, dass die
jeweiligen Massnahmen in einem Fall eine sehr gute Lösung sein könne, im
anderen Fall aber unzureichend wären.
> Sebastian schrieb:> Ist der PT1000 im Feld
Nein, in diesem Fall sind die Temperatursensoren nur mit rel. kurzen
Leitungen innerhalb eines Gerätes angeschlossen. Deshalb ist die Gefahr
von Überspannungen mit rel. hoher Energie schon von vornherein recht
gering.
Die PT1000 sind als Mantelelemente mit geschirmten Kabeln nicht wirklich
berührgefährdet. ESD würde über den Schirm sowieso abgeleitet werden.
Deshalb ist auch der rel. niederohmige Ausgang kaum gefährdet.
> und berührt eventuell jemand der statisch aufgeladen ist den PT1000,> dann gibt es einen Durchschlag im Kerko.
Außerdem meine ich, dass solche Effekte auch eher unwahrscheinlich sind.
Beim Human Body-Model geht man von bis ca. 100...300pF aus.
Gegen diese Kapazität hat der 100nF MLCC eine über 300-fach höhere
Kapazität.
Rechne mal aus, wie hoch die Spannung sein müßte, um 100nF mit mind.
100V Spannungsfestigkeit durch ESD zu überladen.
Ich meine, da müßte man schon sehr heftige ESD-Entladungen drauf gebenm,
um das C so kaputt zu bekommen.
Dagegen sind die wenigen pf ein einem OPV mit FET-Eingang weitaus
empfindlicher. Da reichen auch schon geringste Ladungen aus und
Spannungen aus, um den zu zerschießen.
Gruß Öletronika
Hallo,
hab mal eine Skizze gemacht was ich mir so gedacht habe, ESD und Blitze,
Spannungsbegrenzung, Filter und Terminierung für eine Differentielle
Spannung von Thermoelement.
Grüße,
Sebastian
P.S. Bin von Haus aus Software Entwickler, also wäre es schön Feedback
von Leuten zu bekommen die industrielles Design beherrschen, basteln
kann jeder.
Hallo,
deine Schaltung bringt so nix.
Die Sache mit der angeblich gefährlichen Thermospannung kann ich nicht
nachvollziehen. Das ist wahrscheinlich eine Fehlinterpretation. Geben
mal einen Link dazu an.
Wenn du die TSV-Dioden parallel zu den Gasableitern schaltest, werden
erst diese TSV-Dioden verrbaten und irgendwann sprechen die Gasbabeiter
an, nachdem der Rest der Schaltung längst kaputt ist.
Ich bin Entwickler für Industriemesstechnik und weiß so etwaa, wie man
analoge Signale möglichst störfrei und sicher einlesen kann.
Aber ich habe keine Lust, meine Zeit mit Rätselraten zu veringen.
Für eine vernünftige Beratung kommst du wohl nicht daran vorbei, die
konkreten Daten und Randbedingungen zu deiner Aufganestellung zu
ber´schreiben.
- was für Quelle, Impedanzen, zu erreichende Genauigkeit, Auflösung usw.
- Eigenschaften deiner Auswertelektronik (ADC-Bereich, Polarität usw).
- Leitungslängen, Leitungsart (Empfehlung z.B. LiYCy-TP
- zu erwartendes Störumfeld (wo und wie wird das konkret eingesetzt)
- Umgebungsbedingungen (zumindest Einsatztemp.)
- Kosten/Budged
- sonstige Randbedingungen, die evtl. von Bedeutung sind.
Gruß Öletronika
Hallo,
ich möchte gerne Thermoelemente an Solarkollektoren montieren. Ist eben
auf dem Dach im Außenbereich und die Spannungen sind klein, der erzeugte
Strom niedrig. Ob die Spannung der TVS eine Rolle spielt, da waren eben
die Frage die ich nicht ohne weiteres klären konnte, auch der Aufbau mit
PTCs, GDTS, TVS,... die meisten Whitepaper befassen sich mit 230V
Eingängen, Datenleitungen,... Ich konnte da bisher wenig brauchbares
finden.
Klar kann man noch PTCs rein schalten um die TVS zu schützen.
Budget ist egal, ist ja für mich privat 5 oder 10€ mehr interessieren
mich nicht. Ich möchte es eben gern robust aufbauen. Ich denke an 4
Stück, 2 für mich 2 für meinen Bruder, halt für den privatgebrauch. Wenn
ich etwas mache versuche ich es gut zu machen und etwas dabei zu lernen.
Grüße
Sebastian
Hallo,
> Sebastian schrieb:> ich möchte gerne Thermoelemente an Solarkollektoren montieren.
also nur so privat als Bastelprojekt?
Warum Thermoelemente? Die üblichen Typ-K mit nur ca. 40uV/K sind für
Bastler schon etwas schwierig zu handhaben. da muss man schon wissen,
wie man Messverstärker dafür aufbaut.
Da gibt es doch einfachere Lösungen.
In welchem Temperaturbereich willst du damit messen?
Ich meine, du solltest erstmal dein Konzept hinterfragen.
Damit löst sich so manche Problem evtl. von selbst.
> Ist eben auf dem Dach im Außenbereich und die Spannungen> sind klein, der erzeugte Strom niedrig.
Thermoelemente sind aber recht niederohmig und es wird nur die Spannung
ausgewertet.
Die Leitungen sind also paar m bis evtl. 10...20m lang?
Wenn man Signalleitungen als Twisted Pair nimmt und schirmt, hat man
schon mal viel gewonnen. Der Schirm muss gut geerdet werden.
> Budget ist egal, ist ja für mich privat 5 oder 10€ mehr interessieren> mich nicht. Ich möchte es eben gern robust aufbauen. Ich denke an 4> Stück, 2 für mich 2 für meinen Bruder, halt für den privatgebrauch. Wenn> ich etwas mache versuche ich es gut zu machen und etwas dabei zu lernen.
Ich empfehle dir einfache elektonische Messfühler (z.B. AD592).
https://www.conrad.de/de/temperatursensor-ad592anz-analog-devices-ad-592-an-25-105-c-gehaeuseart-to-92-174912.html
Die lassen sich viel einfacher auswerten.
Wo und wie willst du das überhaupt auswerten?
Dann kannst du auch wie oben empfohlen geschirmte TP-Leitungen
verwenden.
Innerhalb des Hause ist auch nicht mit Potentialunterschieden zu
rechnen.
Die Schutzbeschaltung ist dann auch eher einfach wie weiter oben schon
beschrieben für OPV-Eingänge.
Gruß Öletronika
U. M. schrieb:> Außerdem meine ich, dass solche Effekte auch eher unwahrscheinlich sind.> Beim Human Body-Model geht man von bis ca. 100...300pF aus.> Gegen diese Kapazität hat der 100nF MLCC eine über 300-fach höhere> Kapazität.
Nein, bei ESD kann man nicht so argumentieren.
Bei einer Entladestromrate von 10A/ns werden in einem MLCC mit nur 1nH
Serieninduktivität bereits 10V induziert.
Hallo
> Mark S. schrieb:> Nein, bei ESD kann man nicht so argumentieren.> Bei einer Entladestromrate von 10A/ns werden in einem MLCC mit nur 1nH> Serieninduktivität bereits 10V induziert.
erkläre das mal bitter etwas genauer, was du damit sagen willst.
Gruß Öletronika
Hallo,
der ADC ist für den Schutz weniger von Bedeutung, auf die interne
Schutzdioden verlasse ich mich weniger.
Anbei noch mal ein Foto einer Schaltung. Mich würde es freuen
Schaltungsvorschläge zu diskutieren, denn ich möchte nur wenige bauen
und das sollte dann auf Anhieb was "sinnvolles" sein.
@Öletronika: Wie würdest Du die GDT's und die TVS's schützen? Sollten an
der Stelle der ersten Widerstände besser PTC's rein?
Vielen Dank,
Grüße
Sebastian
P.S.
Was ADC,... betrifft bin ich noch nicht fetgelegt, ich nehme was passt
und verfügbar ist. Das sollte weniger ein Problem sein, und die
Berechnung ist auch kein Problem.
Hallo,
ich habe schnell mal die Schaltung in LT-Spice eingegeben Widerständer
des Schutzes alle 4k7 und einen 20kV Puls simuliert. Das scheint gar
nicht so schlecht zu sein. Ich frage mich welche Widerstände man am
besten verwendet, Draht, Kohle,... ?
Hat sonst jemand eine Meinung?
Vielen Dank,
Grüße
Sebastian
Hallo,
die Widerstände vor den Gasbableitern werden nicht benötigt.
Gasableiter sind je nach Bauform für Impulsströme von mehreren kA
ausgelegt.
Typisch 2...4kA für Gasableiter, die man auch LPL löten kann.
Da gehen eher die Widerstände kaputt.
Wenn du schon simulierst, dann doch richtig.
Hast du mal die Impulsleistungen ausgerechnet?
Bei den angenommenen 20kV an 4,7 kOhm würden ca. 4,2A fließen. Das wäre
über den Widerstand eine Verlustleistung von ca. 84 kW.
Was meinst du, wie lange ein normaler Widerstand solche Leistung
aushält.
Nur leistungsfähigen Drahtwiderständen kann man das zumuten.
Selbst bei Impulslängen von ca. 0,3ms werden ca. 25 Joule umgesetzt.
Die Frage dabei ist allerdings, ob die Annahme von 20kV sinnvoll ist.
Etwas einfacher wird es nachfolgend, wenn die Gasableiter die Spannung
schon deutlich begrenzen. Da solche Gasableiter allerdings für
Ansprechspannungen ab 60V bzw. 75V ausgelegt sind und bei hohen
Strombelastungen die Spannung bis knapp 500V ansteigen kann, ist es
trotzdem nicht ganz so trivial.
Auch da muß man immer auch die Impulsenergie beachten.
Was deine Schaltung angeht, so hängt die Beurteilung davon ab, wie die
nachfolgende Verstärkerschaltung aussehen soll. Willst du diese galv.
getrennt ausführen? Das hat einige Vorteile, weil dann die Gasableiter
nur die Gleichtaktstörungen ableiten müssen und die Suppressordioden nur
noch die differenziellen Störungen übernehmen müssen.
Wo soll sie Schaltungsmasse liegen?
Ich halte die 2-stufige Absicherung für nicht zweckmäßig.
solange die erste Stufe funktioniert, ist die 2. Stufe überflüssig.
Falls die 1. Stufe aber ausfällt, steht die Frage, ob die Schaltung dann
überhaupt noch funktioniert und ob die 2. Stufe das noch überlebt.
Wie oben schon geschrieben, empfehle ich auf alle Fälle geschirmte
Leitungen. Dann werden die sehr hohen Impulsströme schon mal über den
Schirm abgeleitet. In den Signaladern können dass zwar immer noch
erhebliche Impulsleistungen induziert werden, aber diese werden dann
schon mal deutlich geringer sein.
Gruß Öletronika
Hallo,
ja, vor allem die 15kV die über dem Widerstand abfallen, bei einem doch
relevanten Strom wird der richtig zerfetzt. Bei einem PTC, oder MOV den
ich in machen Schaltungen vor den Gasableitern gesehen hab wird’s nicht
anders sein, das schlägt einfach durch. Die Gasableiter werden doch sehr
niederohmig.
Die Schaltung soll beides ermöglichen, galvanische Trennung, oder
Drahtbrücken statt DC/DC Wandler.
Am Ende der Schaltung soll ein MCP3428 sein, ein 16Bit ADC ADC mit einem
8xPGA. Den I2C werde ich dann galvanisch trennen, dazu werde ich
wahrscheinlich was fertiges verwenden, die Stückzahl rechtfertigt keinen
diskreten Aufbau, nur wen die Teile schlecht verfügbar sind. Man muss
eben wegen dem Loopback aufpassen.
Grüße
Sebastian
Hallo,
> Sebastian schrieb:> Die Schaltung soll beides ermöglichen, galvanische Trennung, oder> Drahtbrücken statt DC/DC Wandler.
naja, das kann man immer machen.
Mit galv. Trennung hat man einige Vorteile aucgh bezüglich
Überspannungsschutz.
Für die Begrenzung der Gleichtaktstörungen kann man dann die sehr
leistungsfähigen Gasableiter nutzen. DCDC-Wandler und Koppler müssen
dann auch nur eine Spannungsfestigkeit von max. 500V haben.
Gegen die eher kleineren differenziellen Störungen zwischen den
Signalleitungen sind dann TSV-Dioden oder bei ausreichdn hochohmigen
Eingängen auch die einfachen Schutzdioden gegen gnd und +Ub ausreichend.
Das Prinzip mit Gasabl. und TSV-Diode geht wie oben rechts dargestellt.
Das Prinzip mit hochohmiger Schutzbeschaltung und Dioden gegen gnd und
+Ub siehst du oben links (D351, D352).
Gruß Öletronika
@Basti
>> P.S. ja man kannst über Dioden gegen DVD und VHS ableiten und das mit
einer Zenerdiode und einem Kondensator wegnehmen.Aber ohne Schutz, ganz
schlecht, das ist Hobbyisten.
???? - ROFL!!!!!!!!!!!!!!!
Unübertreffliche Verarsche! - oder was hast du geraucht???
