A/D Überspannungsschutz

Christian Büch Gast #223852
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Hi,

ich will Spannungen im Bereich von 0 - 15 V messen. Da mein
Microcontroller A/D Eingang (Silabs 8051) bis Vref geht, und die bei
2.5V liegt dachte mir ich teile die Spannung mit einem Spannungwandler
und leite falls nötig die restliche Überspannung mit einer Zener Diode
ab. Da an der Zener Diode ja fast kein Strom mehr fliest, würde so doch
eigentlich nichst kaputt gehen auch bei großen Spannungsspitzen ...

Also
                             A/D
                              |   2.5V Zener
                              |---Z<|----|GND
                              |
Eingang ----| 1M-Ohm |-----------------| 250k |----|GND


Jetzt habe ich das ganze in Multisim mal simuliert. Theoretisch klappt
es auch, aber die Spannungen sind immer ein paar 10-100mV falsch. Wenn
ich die Zener Diode weg mache passt es, aber dann habe ich ja keinen
Schutz mehr.

Gibt es eine bessere Möglichkeit Spannungsspitzen an einem A/D Eingang
einzufangen ? Es geht nicht nur um kurze Spitzen sondern auch um den
GAU (also einer schließt den Kanal an bsp. 30V dauerspannung an).
Analog-Technik ist noch nicht so mein Ding ...

Vielen Dank schon mal.
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dodo Gast #223853
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Der Vorwiderstand von 1M ist sehr hoch und der Sperrstrom der ZD läßt am
ihm eine Spg abfallen. Ich würde die Überspannungssicherung ganz an den
Eingang legen. Da sind die Möglichkeiten dann besser (Varistor, etc).
dodo
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Philipp S. #223854
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1 MOhm ist heftig; sicher, daß da nicht schon Dein Analogeingang selbst
das Ergebnis verfälscht?

Bei solchen Schaltungen mußt Du auch bedenken, daß die Nennspannung der
Z-Diode unter voller Last angegeben ist, d.h. sie beginnt schon deutlich
früher, ein wenig zu leiten und verfälscht Dein Ergebnis bei hohen
Spannungen. Da aber die "absolute maximum ratings" ja i.d.R. noch
etwas höher liegen, kann man eine entsprechend höhere Z-Diode nehmen.
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theo Gast #223855
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Wie Dodo und Philipp bereits sagten, solltest Du u.U. den
Eingangswiderstand reduzieren. Befindet sich im AD-Wandler keine
Schutzdiode?

Wenn ja, dann kannst Du bei genügend großem Eingangswiderstand die
interne Diode verwenden.

Wenn nein: Shotky-Diode in Durchlassrichtung auf URef. Die
Referenzspannungquelle sollte dann aber in der Lage sein den Strom
anzuleiten. Der Vorteil von der Schaltung ist, dass Du keine
Verfälschungen am Eingang vom AD-Wandler haben solltest. Ausserdem
brauchst Du keine weiteren Bauteile anpassen, wenn Du URef veraenderst.
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Unbekannter Gast #223857
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Nimm einfach die nächst größere Zener-Diode, z.B. 2,7 oder 3,0 Volt. Du
musst auch an die Temperaturabhängigkeiten und Toleranzen denken.

Die 1 Megaohm sind nicht so schlimm, wie Vorposter hier befürchtet
haben, denn Du hast ja einen Spannungsteiler aufgebaut. Also wirkt im
Arbeitsbereich des AD-Wandlers effektiv nur die Parallelschaltung aus
250 KOhm und 1 MOhm, also sieht der AD-Wandler (und die Zenerdiode)
eine Quellimpedanz von 200 KOhm.

Wenn jedoch der Überspannungsfall eintritt, wird der Strom durch die
Zenerdiode durch den 1 MOhm Widerstand begrenzt.

Es ist ja auch nicht so, dass der AD-Wandler bei einem Hauch von mehr
als 2,5 Volt sofort kaputt geht, sondern er hat da auch noch etwas
Puffer. Details dazu findest Du im Datenblatt.
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A.K. Gast #223858
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"Nimm einfach die nächst größere Zener-Diode, z.B. 2,7 oder 3,0 Volt.
Du musst auch an die Temperaturabhängigkeiten und Toleranzen denken."

Das Hauptproblem ist hier, dass technisch bedingt alle Z-Dioden unter
7V bei Strömen im Microampere-Bereich weitgehend nutzlos sind.

Üblicherweise leitet man daher gegen VCC ab, ggf. mit Schottky-Diode.
Wenn das zu viel ist: mit Si-Diode gegen niedrigere Spannung - die kann
dann mit einer entsprechenden Z-Diode gebaut werden.

                                             VCC
                                              |
                                      ADC    .-.
                                       |     | |
                                       |     | |
                                       |     '-'
                                _    |      |
                            IN-|___|---|--->|-|
                                              |
                                              |
                                              z
                                              A
                                              |
                                              |
                                             ===
                                             GND
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Arno H. Gast #223859
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Mach vor den 1M-Widerstand einen 2,2 -10kOhm in Reihe und schliesse den
Verbindungspunkt über eine 18V Z- oder Transzorbdiode nach Masse an.
Oder eine Diode von hier auf die 15V-Versorgung. Dann hast Du die
Überspannung so früh wie möglich abgefangen.
Arno
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