ESD-Schutz: Kondensatoren vor Sicherung?

Sebastian schrieb:
> Nachteil: Sicherung könnte bei ESD-Impulsen kaputt gehen.

Eine Schmelz-Sicherung 0,5A die bei ESD zerstört wird will ich sehen.
Vergleiche mal das Schmelzintegral der Sicherung mit der Energie eines 
ESD-Pulses.

Gruß Anja

2.Träge Sicherung könnte bei ESD-Impulsen kaputt gehen? Wahrscheinlich 
werden 50nF auch keine Wunder vollbringen.

Die Sicherung geht beim ESD impuls nicht kaputt!

Und wie du schon geschrieben hast:
> Sind die Kondensatoren defekt (Kurzschluss), so fließt dadurch
> ein Kurzschlussstrom, der durch keine Sicherung unterbrochen wird.

So einen gravierenden Nachteil nimmt man nicht in Kauf um einem völlig 
utopischen Impuls ESD-Impuls vorzubeugen

Vielen Dank schonmal für Eure Antworten, die sind ja doch recht 
eindeutig!

Nochmal zum Nachteil:

Sebastian schrieb:
> Nachteil: Sind die Kondensatoren defekt (Kurzschluss), so fließt dadurch
> ein Kurzschlussstrom, der durch keine Sicherung unterbrochen wird.

Wie wahrscheinlich ist es denn, dass ein Keramikkondensator einen 
Kurzschluss bildet? Bzw. was für ein Fehler müsste denn auftreten, damit 
er einen Kurzschluss bildet?

Sebastian schrieb:
> Wie wahrscheinlich ist es denn, dass ein Keramikkondensator einen
> Kurzschluss bildet?

Zweimal gehabt, Leiterbahn weggebrannt.

Wahrscheinlich Risse im Kondensator durch mechanische Spannungen beim 
Auflöten.

>> Wie wahrscheinlich ist es denn, dass ein Keramikkondensator einen
>> Kurzschluss bildet?

x mal gemessen bei eckigen Keramikondensatoren durch mechanische 
Beschädigung, einige Male erlebt: aufgeplatzte Störschutzkondensatoren 
...

Ist die Schaltung für den Einsatz im KFZ vorgesehen?

Dann sitzt die Schmelzsicherung im Sicherungskasten.
(und sichert den Kabelbaum ab).

Der ESD-Kondensator (wie auch immer der jetzt ausgelegt ist)
sitzt nahe am Stecker Deines Gerätes.
Ich habe noch nie ein KFZ-Steuergerät entwickelt/gesehen,
bei dem eine zusätzliche Schmelzsicherung im Gerät verbaut
war.

Ist auch alleine aus Service-Sicht nicht machbar, da die Geräte
verschraubt sind und selbst die Werkstatt das Gerät nicht öffnen,
nur tauschen, darf.

Zum Thema Keramikkondensatoren und -brüche. Es kommt drauf an,
wieviel ppm Du Dir an Rückläufern leisten kannst.
Beschädigte Kerkos gerade an KL30/31 können zu ganz unschönen
Dingen führen: Geräteabbrand, Fahrzeugabbrand (!), Image- und damit
Folge-Projekt-Verlust, sehr hohe Kosten, die an den OEM zu zahlen sind,
usw.).

Das alles hat dazu geführt, dass die OEMs selber vorschreiben,
wie mit Kerkos an solchen Stellen / Schaltungsteilen zu verfahren ist.

Kurt Bindl schrieb:
> Alles schön und gut, was aber wenn der Cerko zum Widerstand mutiert!

Da dann die Schaltung sowieso als defekt anzusehen ist, wäre es auch 
kein Problem, wenn eine davorsitzende SMD-Sicherung ansprechen würde.

Kurt Bindl schrieb:
> Alles schön und gut, was aber wenn der Cerko zum Widerstand mutiert!
> Dann wird er wärmer und wärmer und dann....

...könnte die Platine drumherum ziemlichen Schaden nehmen bzw. sogar
das Fahrzeug um das Gerät herum beschädigt werden.


> Und dann hätte man gerne eine Sicherung die auch noch als Thermoschalter
> fungiert.


Was nun: Eine Sicherung, die bei zu hohem Strom auslöst (Möglichkeit 1)
oder eine Thermosicherung, die genau diese Kerkos auf der Platine 
absichert (Möglichkeit 2)?

zu Möglichkeit 1: Jedes mir bekannte Steuergerät hat eine weitaus 
mögliche
höhere Nennstromaufnahme, als nötig wäre, dass ein Kerko die Platine 
thermisch schädigt. Somit fällt die Lösung mit der Sicherung leider weg. 
Eine Schmelzsicherung ist keine Lösung gegen einen Kerko-Schaden.

zu Möglichkeit 2: Sowas gibt es ja schon bei Varistoren. Leider müsste 
man in KFZ-Steuergeräten häufig aber zahlreiche Kerkos überwachen. Es 
gibt auch kein Kombi-Bauteil, das einen Kerko und eine Thermosicherung 
in einem Package vereint.
Wie soll das denn funktionieren? Eine Thermosicherung layouttechnisch 
neben jeden KL30-Kerko platzieren oder THT-Thermosicherungen auf jeden 
KL30-Kerko aufkleben?
Das fällt leider beides wegen Sinnfreiheit bzw. prozesstechnischer 
Probleme weg.

Das Beispiel mit KL30-Kerkos zeigt ein System und Anforderungen auf, die 
Jahrzehnte sich entwickelt haben. Man weiß, welche Bauteile man an 
welcher Stelle einsetzen kann, um das Restrisiko zu minimieren.
Bedenke, dass jedes weitere Bauteil (auch eine Sicherung) die 
Fehlerhäufigkeit erhöht. Du willst, dass der Kerko, der eventuell 
Schaden nimmt, überwacht wird, dann muss aber auch die Sicherung 
wahrscheinlichkeitsmäßig wesentlich fehlerfreier auslösen. Es macht 
keinen Sinn, wenn die Sicherung viel häufiger z.B. falsch auslöst, als 
der überwachte Kerko überhaupt defekt wäre.

Ein netter Teufelskreis.

Und so hat man sich drauf geeinigt, Kerkos u.a. an KL30/31 besonders zu 
betrachten und zu optimieren.

Durch geeignete Kerkos ist ein Abbrand faktisch Null, solange kein 
Herstellungsfehler des Kerko-Herstellers vorlag. Sowas sichert man nicht 
mit einer Sicherung ab - da greifen die Abstellmaßnahmen an anderer 
Stelle.

Heutige KFZ-Steuergeräte haben eine Ausfallrate von ca. 25ppm.
Hunderte bis tausende Bauteile sind hier pro Gerät verbaut (aber auch 
Designfehler der Hardware und Softwarefehler können dazu zählen). Also 
25ppm nicht nur für Kerkos und vor allem nicht nur KL30-Kerkos. Wenn man 
das jetzt mal rein auf die verbauten KL30-Kerkos statistisch 
runterrechnet, wird man eine sehr kleine Ausfallwahrscheinlichkeit 
bezogen auf einen KL30-Kerko haben.

Und ein defekter Kerko äußert sich auch wiederum nur in einem Bruchteil
der Ausfälle in einer Erwärmung, die eine weitere Beschädigung 
hervorruft.

So kommt am Schluss ein ppm-Wert raus, der ein Steuergerät zu einem 
thermischen Defekt führt, der bei fast Null liegt. Dass wegen 
KL30-Kerkodefekten zusätzlich auch noch das Fahrzeug mitbeschädigt wird, 
ist extrem unwahrscheinlich.

Kurt Bindl schrieb:
> Das ist aber der Versicherung die die abgefackelte Karre ersetzen soll
> nicht egal.


Wenn es der Fahrzeughersteller imagemäßig vertreten kann, dass x 
Fahrzeuge
pro Jahr abbrennen und die Versicherung des Schadenverursachers die 
Schäden abdeckt, ist doch alles OK.

Eine Versicherung wird nicht einfach immer und immer wieder Schäden 
begleichen, sondern darauf mit einer Erhöhung der Versicherungsbeiträge 
reagieren. Die werden nicht arm.

Kurt Bindl schrieb:
> Primär geht es hier um die Frage ob vor dem Kondensator noch eine
> Sicherung hin soll.
> Sie muss in jedem Fall!
> Auch wenn es die Sicherung des Sicherungskasten ist, ohne ists nicht
> zulässig.


Das kann ich nicht beurteilen, da ich noch keine KFZ-Kabelbäume bzw. 
deren Auslegung zusammen mit den Sicherungen entworfen habe.

Es ist halt so, dass zwischen KL30 (also direkte Batterieanbindung) und 
einem Steuergerät immer eine Schmelzsicherung verbaut ist um den 
Kabelbaum zu schützen.

Schreibe doch mal den Link zu "ohne ist's nicht zulässig". Das würde 
mich interessieren.

> Und was ist denn da so schlimm dran wenn man eine Polysw. im Gehäuse vor
> den ersten C hinklebt.


Es geht nicht um "schlimm". Eine Polyswitchsicherung setzt sich z.B. 
auch
erst nach Trennung von KL30 zurück. Das ist im KFZ so unüblich.
Entweder das Gerät ist defekt und wird getauscht oder es ist nicht 
defekt. Ein Rücksetzen und Noch-mal-Probieren ist nicht das Ziel.


> Diese Sicherung erfüllt zwei Zwecke, sie kann ev. Brand verhindern weil


"Eventuell" ist das Wort. Für eine thermische Auslösung müsste Sie 
direkt
thermisch mit dem zu überwachenden Bauteil verbunden sein.


> sie wegen Überstrom auslöst oder weil sie thermisch bedingt hochohmig
> wird.
> Das ist der Thermoschalter von dem ich geredet habe.

> Wenn du wirklich diese eine Sicherung sparen willst dann mach das, ich
> mache das grundsätzlich nicht.
> Da kommt eine rein, dann erst der Ü-Schutz, dann der Rest.


Es geht nicht um mich. Ich rede hier von Hardware-Entwicklung im 
Automotive-Bereich. Was Du privat zu Hause entwickelst und in Dein Auto
einbaust, ist natürlich Deine alleinige Entscheidung.

Und wenn Du meinst, eine Polyswitchsicherung würde helfen und es Dich
beruhigt, dann ist das doch OK.

Kurt Bindl schrieb:
> wir sind immer wieder am Diskutieren, was die beste Möglichkeit ist,
> eine ESD-Schutzbeschaltung mit einer Sicherung zu kombinieren.


Es muss keine ESD-Schutzbeschaltung mit einer Sicherung kombiniert
werden, weil das zwei völlig getrennte zwei Paar Schuhe sind.

Die Sicherung schützt vor einem zu hohen Dauerstrom den Kabelbaum.

Der ESD-Schutz schützt die Elektronik des (Steuer-)Gerätes.


> Konkreter:
> 1) Muss die Sicherung auch gegen ESD-Impulse (z.B. durch 2 in Reihe
> geschaltete (im 90°-Winkel zueinander angeordnete) Kondensatoren)
> abgesichert sein (s. Schaltplan-Auszug "Mit-Kondensatoren.gif")
> oder


Blöde Antwort aber: Wenn Du eine Sicherung findest, die mit den
geforderten ESD-Pulsen nicht klar kommt, dann ja.

Es gibt keine KFZ-Schmelz(!)sicherung, die davon betroffen ist.


> 2)ist die ESD-Schutzbeschaltung hinter der Sicherung anzubringen (s.
> "Ohne-Kondensatoren.gif").


Das ist der ESD-Schutzbeschaltung egal. Üblicherweise kommt die so nah
wie möglich an den Stecker des Gerätes. Da hier auch nie eine Sicherung
im Gerät verbaut wird, klappt das auch immer ganz gut.

Für den hypothetischen Fall, dass eine Sicherung in welcher Form auch
immer im Gerät verbaut werden soll (die Sinnfrage stellen wir nicht 
mehr)
gehört der ESD-Schutz auch direkt am Stecker, da 1. die Sicherung davon 
nicht betroffen ist und 2. man den ESD-Puls sofort und unmittelbar
direkt am Eingang des Gerätes abfangen möchte.
Sicher ist das eine Leiterbahn, aber die geht auf der einen Seite
zum ESD-Schutz hin und auf der anderen Seite weg in das Gerät weiter
hinein.

Die Leiterbahn hat parasitäre Effekte (R, L, C), so dass der verminderte
Puls am ESD-Schutz immer höher und gefährlicher ist, als auf der selben
Leiterbahn ein paar cm tiefer im Gerät.

Daher die ESD-Schutzbeschaltung immer direkt und so nah wie möglich am
Steckerpin. Auf gute Masseanbindung (KL31, normalerweise Fläche) ist zu 
achten.

C3 und C4 wie in der ersten Schaltung, danach die Sicherung.

Dann können wir aber nicht mehr darüber diskutieren, ob und wie eine 
Sicherung einen Kerko-Schaden (ESD-Schutzelemente) absichert.

In der Schaltung zwei sind ja gar keine ESD-Schutzelemente vorhanden.
D4 und D5 wird nicht als ESD-Schutz bezeichnet. Sie dienen vorrangig
dem Klemmen von Bordnetzüber-/unterspannungen im Betrieb.
Sicher wohl auch einen ESD-Puls, aber das macht man üblicherweise
mit Kerkos.

Nebenbei: D4 und D5 sind übringens auf eine viel zu kleine 
Clamping-Spannung dimensioniert. Optimal geeignet wäre hier eine 
bidirektionale Clamping-Diode mit 36V typisch (z.B. SM6T36CA).

fgbga43g schrieb:
> D4 und D5 sind übringens auf eine viel zu kleine
> Clamping-Spannung dimensioniert. Optimal geeignet wäre hier eine
> bidirektionale Clamping-Diode mit 36V typisch (z.B. SM6T36CA).

16V sind in der Tat zu knapp für Jump Start (24V) dimensioniert.
Bei 36V Nennspannung wird es schon schwierig einen Spannungsregler zu 
finden der die Clamping Spannung von rd. 60V dann aushält.
-> ich würde eher was in Richtung 24-27V als Durchbruchspannung wählen.

Gruß Anja

Anja schrieb:
> Spannungsregler zu
> finden der die Clamping Spannung von rd. 60V dann aushält

Da gibt es aber von LT einige HV-Varianten. Und man könnte mit 
Vorregelung arbeiten, also einen 150V-Transistor und eine ZD die Spitzen 
abfangen lassen.

Anja schrieb:
> der die Clamping Spannung von rd. 60V dann aushält.


Habe ich da im Datenblatt was übersehen?

Wir setzen diesen Typ millionenfach ein, um sicher unter 40V
zu klemmen.

Der folgende Schaltregler ist dann auch nur mit 40V 
ausgelegt/ausgesucht.

Anja schrieb:
> 16V sind in der Tat zu knapp für Jump Start (24V) dimensioniert.

Der Jump-Start ist übrigens mit 26V definiert.

fgbga43g schrieb:
> Habe ich da im Datenblatt was übersehen?

klar. 36V + 5% Toleranz bei 1mA Prüfstrom = 38V
dyn Widerstand der Diode ca 1 Ohm.
-> bei 10A Störimpuls (38V+20V / 2 Ohm) -> 48V

Gruß Anja

Anja schrieb:
> bei 10A Störimpuls

Naja, das kann man durch eine Induktivität am Eingang schon reduzieren. 
Die Schaltung, die MaWin aus den dsefaq immer rauskramt, enthält 
eigentlich Alles nötige.

Hi,
vielen Dank schonmal für die vielen Antworten.

Um nochmal die Anwendung genauer zu definieren:
es handelt sich hier um KEINE KFZ-Anwendung. Als Spannungsversorgung 
wird ein 24V (+/- 10%)-DC-Schaltnetzeil verwendet...

@timm-thaler:

Timm Thaler schrieb:
> Die Schaltung, die MaWin aus den dsefaq immer rauskramt, enthält
> eigentlich Alles nötige.

Welche Schaltung meinst du? Hast du den Link dazu?

Ich hab mir mal eine SMD-Klammer gebaut, die Bauteile auf der 
Leiterplatte andrückt, um sie zum Löten zu fixieren. Selten benutzt, 
dummerweise bei 1206er 100n-Cs. Und gerade bei diesem Prototyp sind mir 
dann 2 Cs abgeraucht, obwohl ich die vorher hundertfch problemlos - nur 
halt ohne Klammer - verbaut habe. Haben wohl den mechanischen Stress 
nicht vertragen.

Anja schrieb:
> klar. 36V + 5% Toleranz bei 1mA Prüfstrom = 38V
> dyn Widerstand der Diode ca 1 Ohm.
> -> bei 10A Störimpuls (38V+20V / 2 Ohm) -> 48V


Verstehe ich jetzt nicht.
Wo kommen denn jetzt die 10A her? Die Normen definieren
sich nicht über einen Strom.

Die 26V Jump Start sind statisch am Gerätestecker definiert.
Die 36V-Clamping-Diode spricht hier gar nicht an, 26V bei 40V
Spannungsfestigkeit der Bauteile kein Problem.

Alle weiteren Pulse sind Load Dump und die sogenannten "ISO-Pulse".
Die liegen aber alle betragsmäßig weit über 40V und sind dann auch
mit Innenwiderstand definiert.

Jump Start wie auch Load Dump werden durch die Clamping-Diode
nicht geklemmt, daher auch 40V-Bauteile und alle "ISO-Pulse"
werden durch die Clamping-Diode auf unter 40V reduziert.

Wenn ich das falsch sehe, bitte Aufklärung.

Sebastian schrieb:
> Um nochmal die Anwendung genauer zu definieren:
> es handelt sich hier um KEINE KFZ-Anwendung. Als Spannungsversorgung
> wird ein 24V (+/- 10%)-DC-Schaltnetzeil verwendet...


Die Schaltung sieht halt stark nach KFZ aus.

Wie soll das denn mit den beiden 16V-Z-Dioden bei 24V Betriebsspannung 
funktionieren?

Timm Thaler schrieb:
> Ich hab mir mal eine SMD-Klammer gebaut, die Bauteile auf der
> Leiterplatte andrückt, um sie zum Löten zu fixieren. Selten benutzt,
> dummerweise bei 1206er 100n-Cs. Und gerade bei diesem Prototyp sind mir
> dann 2 Cs abgeraucht, obwohl ich die vorher hundertfch problemlos - nur
> halt ohne Klammer - verbaut habe. Haben wohl den mechanischen Stress
> nicht vertragen.


Das wird's wohl gewesen sein. Ein Bauteil bzw. das System 
Bauteil/Platine vor dem Verlöten mechanisch vorspannen, dann verlöten 
und danach die Klammer lösen -> System biegt sich wieder zurück, 
Bauteil-Crack. Kann man mit
DMS-Messungen analysieren.

Oder die Klammer hat einfach punktuell auf das Bauteil einen zu hohen
Druck ausgeübt und es so direkt beschädigt.

Wie auch immer. Kerkos werden nicht mit Niederhaltern beim Löten 
fixiert.

fgbga43g schrieb:
> Wie soll das denn mit den beiden 16V-Z-Dioden bei 24V Betriebsspannung
> funktionieren?

Ups, das ist jetzt peinlich. Die Betriebsspannung ist 12V, nicht 24V! Da 
haben meine Hände irgendwie was anderes getippt, als in meinem Kopf 
war... ;-) Sorry hierfür!

Sebastian schrieb:
> Ups, das ist jetzt peinlich. Die Betriebsspannung ist 12V, nicht 24V! Da
> haben meine Hände irgendwie was anderes getippt, als in meinem Kopf
> war... ;-) Sorry hierfür!


Ich bin's langsam leid.

Wenn man halbwegs professionelle Antworten haben möchte,
dann muss auch die Ausgangssituation korrekt beschrieben werden.

-> Die Schaltung sagt 12-14V.
-> Die ESD-Kerkos sind in Reihe angeordnet.
-> Es wird von 90°-Drehung der Kerkos geredet.

Sorry, dass ich da gleich an KFZ-Anwendung gedacht habe.

Außerdem sollte man sich als Thread-Ersteller an der Diskussion 
beteiligen und nicht tagelang abwesend sein. Dann hätte man den Weg der 
Diskussion korrigieren können.

Kurt Bindl schrieb:
> Welcher Spitzenstrom kann bei den Prüfpulsen aufreten?


Sprichst Du mich an?

"Wir" haben keine CE-Pfüfpulse.

@fgbga43g:
* die 90°-Anordnung der Kerkos ist im Layout und nicht im Schaltplan 
realisiert
* zur meiner Beteiligung an der Diskussion: leider war ich am Wochenende 
unterwegs und konnte mich daher nicht beteiligen. Im Prinzip wurde meine 
Frage aber auch schon ausreichend beantwortet; die übereinstimmende 
Meinung zusammengefasst: die Sicherung gehört vor die Kondensatoren, da 
Kerkos auch Kurzschlüsse bilden können und die Schmelzsicherungen 
ESD-Impulsen stand halten.
* Dass sich die Antworten in Richtung KFZ-Anwendungen entwickelt haben, 
ist ja nicht schlimm, das ist ja auch interessant!

In diesem Sinne allen frohe Weihnachten und danke für die vielen 
Antworten!