Hallo, ich möchte in meinem Auto mit einem Mikrocontroller (ATmega168) ein paar Bordnetzspannungen abgreifen - rein auf dem simplen Niveau ob Spannung vorhanden oder nicht. Problem beim Auto ist ja die doch mitunter stark schwankende Bordnetzspannung (grob 11 bis 15V), so dass ein einfacher Spannungsteiler unter Umständen Spannungen von über 5V am Pin liefern könnte. Daher dachte ich mir folgendes Konstrukt: D1 Z5.1 < Bordnetzsignal > -|>|-----[ 1k ]----X----|<|----- < GND > | ------------- < IO Pin > Wenn eine Spannung anliegt, wird diese durch die Z Diode auf 5,1V limitiert, was der AVR ja verträgt. Er hat einen sicheren High-Pegel, egal ob nun 11 oder 15V Bordnetzspannung. Den Widerstand habe ich jetzt einfach mal auf grob 2mA gesetzt, müsste nochmal nachschlagen was die Z-Diode da braucht/verträgt. D1 soll eine einfache 1N4148 Diode als Verpolungsschutz sein. Nun frage ich mich aber, ob ich einen sicheren Massepegel am IO Pin durch die Z-Diode habe, wenn keine Bordnetzspannung anliegt (Leitung z.B. durch Schalter unterbrochen). Musste nicht zur Erkennung eines Massepegels ein geringer Strom aus dem IO-Pin fließen können? Hätte sonst einen Parallelwiderstand zur Z-Diode mit eingeplant, aber wollte möglichst viele Bauteile sparen... Gruß, André
> Problem beim Auto ist ja die doch mitunter stark schwankende > Bordnetzspannung (grob 11 bis 15V), so dass ein einfacher Ganz so einfach ist es leider nicht, Standard link zu dem Thema: http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23
Ob da eine mickrige Z-Diode die langlebige Ideallösung ist bezweifle ich. Spätestens die Abschaltung der Zündung oder einer anderen Induktivität wird noch böse Spannungsimpulse liefern.
Danke für den Link! Diese Schaltung habe ich schon öfters gesehen: +-|>|- +5V | Eingang --10k--+--10k--+--| CMOS-Eingang | | 10nF +-|<|- GND | GND Allerdings frage ich mich, warum die so gerne eingesetzt wird. Die Diode hat doch eine Durchlassspannung von 0,6 - 0,7V, d.h. doch dass auf Spannungen von 5,6 bis 5,7V begrenzt wird. In der Atmel Spezifikation steht aber eine maximal zulässige Spannung von 5,5V an den IO Pins. Und das in den "Absolute maximum ratings" - also normaler Betriebsbereich ist das ja nicht mehr. Und wenn ich bei hoher Bordnetzspannung ein dauerhaftes Schaltersignal erfassen möchte, kann man da ja auch nicht mehr von einer Spannungsspitze sprechen...
oszi40 wrote: > Ob da eine mickrige Z-Diode die langlebige Ideallösung ist bezweifle > ich. > Spätestens die Abschaltung der Zündung oder einer anderen Induktivität > wird noch böse Spannungsimpulse liefern. Naja, der Atmel hat sich bei Spannungsspitzen als ziemlich robust erwiesen ;-) Hast aber prinzipiell recht, dass man die auch Abblocken müsste.
Die Frage ist letztendlich was fuer ein Strom zulaessig ist bevor der Eingang des Chips kaputt geht. Im Normalfall tut eine hoehere Spannung nicht weh solange der Strom vernuenftig begrenzt wird. In deinem Beispiel wird dies der 10k Widerstand machen.
Ich würde den Eingang jetzt ganz gerne wie vorgeschlagen mit +-|>|- +5V | Eingang --10k--+--10k--+--| CMOS-Eingang | | 10nF +-|<|- GND | GND schützen, da es ja dann wirklich die praktikabelste Lösung ist. Dazu würde ich aber ganz gerne noch ein paar Detailfragen stellen. Wäre sehr nett wen Ihr mir die noch beantworten könntet. 1) Also an den Eingang kann ich dann tatsächlich direkt dauerhaft (!) die Bordnetzspannung anlegen und über die beiden Dioden und die Widerstände wird der Port in zulässiger Weise betrieben? 2) Im de.sci.elecronics-FAQ wird von einer 4,7V Z-Diode oder der BAV99 gesprochen. Wie ist das im Detail gemeint? Die BAV99 ist ja eine Doppeldiode in einem Gehäuse, was vom Bauraum her sehr praktisch ist. Aber was ist nun empfehlenswerter? Die BAV99 oder die Verwendung von Z-Dioden? Und im Falle von Z-Dioden: Würden beide Dioden durch Z-Dioden ersetzt? 3) Um nochmal auf die Kernfrage des Beitrags zurück zu kommen: Oftmals wird im KFZ nur auf Bordnetzspannung geschaltet. Das würde ich auch so halten wollen, um Leitungen zu sparen. D.h. am Eingang meiner Steuerung habe ich entweder Bordnetzspannung oder gar keinen Signalpegel. Der Controller soll aber natürlich auch bei offenem Eingang einen definerten (Masse-)Pegel haben, um sicher ein "Low" zu erkennen. Erfüllt die obige Schaltung diese Bedingung? Und falls nicht, kann man noch einen Pull-Down Widerstand mit einfügen? Wenn sich der Eingang zur Antenne wandelt bringt mir die Schutzschaltung nicht viel ;-) Gruß, André
Andrew Taylor wrote:
> Du benötigst für zuverlässige Funktion den Pull-down-Widerstand.
Würde den dann einfach vor die ganze Schutzbeschaltung gegen Masse
hängen, oder was meint Ihr?
+-|>|- +5V
|
Eingang --+--10k--+--10k--+--| CMOS-Eingang
| | |
10k 10nF +-|<|- GND
| |
GND GND
Andrew Taylor wrote:
> Wir meinen: Ja, ersteres.
Ah, das königliche "Wir" :-)
Das würde ich so machen: Bordnetz auf die Leiterplatte wo der Controller drauf sitzt. Dort Spannungsregler mit einem kleinen 78L05 ( oder 7805 je nach Stromverbrauch der Controller- Leiterplatte) Das wäre eine saubere und verläßliche Schaltung. Gruß Uwe
Uwe Wensauer wrote: > Das würde ich so machen: > Bordnetz auf die Leiterplatte wo der Controller drauf sitzt. > Dort Spannungsregler mit einem kleinen 78L05 ( oder 7805 je nach > Stromverbrauch der Controller- Leiterplatte) > Das wäre eine saubere und verläßliche Schaltung. > > Gruß Uwe Die Spannungsversorgung wird natürlich noch seperat geschütz. Dennoch muss ich die Eingänge ja separat sichern um einerseits Bordnetzpegel auswerten zu können und andererseits abzusichern, dass ein Leiterschluss auf 12V/Masse keine Schäden verursacht. Könnte bitte noch jemand Frage 1 und 2 beantworten? Da weiß ich leider weiterhin noch nicht weiter :-(
Hmm schade... Ich hab nochmal allgemein nach Schutzmaßnahmen für Mikrocontroller im KfZ gesucht, aber irgendwie scheint es ausser dem oben geposteten Link (http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23 ) nicht viel sonstiges zu geben. Zumindest wird von zig Stellen immer wieder dorthin referenziert, obwohl die Beschreibung doch sehr knapp ist. Oder mir fehlen einfach die richtigen Suchbegriffe um den Goldtreffer bei Google zu landen ;-)
Hi, irgendwie kann ich Deine Gedankengänge nicht verfolgen. Digital gesehen : Es gibt nur Spannung vorhanden (H) oder nicht (L) Was soll deshalb "Massepotential erkennen" ? Also Definiere Massepegel, was meinst Du damit ? Gruß Uwe
Uwe Wensauer wrote: > Hi, > irgendwie kann ich Deine Gedankengänge nicht verfolgen. > Digital gesehen : Es gibt nur Spannung vorhanden (H) oder nicht (L) > Was soll deshalb "Massepotential erkennen" ? > > Also Definiere Massepegel, was meinst Du damit ? > Gruß Uwe Ähm, lange bist Du auch noch nicht dabei, oder? ;-) Spannung nicht vorhanden ist auf keinen Fall das Gleiche wie ein Low-Pegel! Wenn keinen Spannung anliegt ist der Signaleingang offen und kann völlig zufällige Signalpegel erkennen (Flackern zwischen H und L). Daher ist es in der Regel ja so wichtig Pull-Up oder Pull-Down Widerstände zu verwenden, damit ein Bezug auf eine Spannung bzw. 0V/GND besteht wenn der Eingang offen ist - also keine eigene Spannung führt. Aber was mich momentan einfach nicht loslässt ist eher die Frage welche Dioden zum Schutz des eingangs verwednet werden sollen. Z-Diode(n) oder die BAZ99? Bitte - ich brauche die Info weil ich sonst mit der Schaltung nicht weiter komme.
Naja, dann nehm ich jetzt eine 4,7V-Z-Diode nach Masse und eine 1N4148 nach 5V. Mal sehen ob's qualmt ;-)
Wenn man schon mehrere Leitungen abgreift, kann man sich doch nen Chip holen, der mehrere OPs inne hat. Kann man nicht einfach einen wählen, der hohe Eingangsspannungen ab kann, den mit 5V-Versorgungsspannung anschließen und das dann in Impedanzwandler-Schaltung an den Mikrocontroller anschließen? Ich bin Erstsemester und an der Uni waren OPs jetzt ein breit getretenes Thema zu dem wir viel gerechnet haben und das ist nur eine Idee, die ich jetzt einfach mal poste, um von erfahrenen Ingenieuren ein "Ja, kann man auch machen." oder "Nein, kann man nicht machen, WEIL..." zu lesen.
> Kann man nicht einfach einen wählen, der hohe Eingangsspannungen ab kann, > den mit 5V-Versorgungsspannung anschließen... Das würde nur heißen, dass du diese Eingangsbeschaltung dem OP-Hersteller überlässt. Einfach mal angenommen, du nimmst so einen OP (tolerant bis z.B. 50V), versorgst den mit 5V und schließt direkt an den +Pin dein Eingangssignal, an den Ausgang deinen uC. Dann kann eigentlich am Ausgang nie mehr als 5V herauskommen. Aber: leg jetzt mal eine falsche Spannung (z.B. 100V) an diesen Eingang an. Kurz darauf wird ein kleine Siliziumschmelze im OP im Gang gesetzt, der wird zum Leiter, und du hast 100V an uC-Pin. Kurz darauf wird eine Siliziumschmelze im uC ...
>Diese Schaltung habe ich schon öfters gesehen: > +-|>|- +5V > | >Eingang --10k--+--10k--+--| CMOS-Eingang > | | > 10nF +-|<|- GND > | > GND > >Allerdings frage ich mich, warum die so gerne eingesetzt wird. Die Diode >hat doch eine Durchlassspannung von 0,6 - 0,7V, d.h. doch dass auf >Spannungen von 5,6 bis 5,7V begrenzt wird. Die Eingänge vieler ICs sind durch genau diese Anordnung zweier Dioden gegen Überspannung geschützt. Dadurch erklären sich die Abs. Max. Ratings: Die Spannung darf die Flußspannung dieser Schutzdioden nicht überschreiten, sonst fließt hier zu viel Strom. Man könnte extern Schottky-Diode statt 'normaler' Dioden verwenden, deren Flussspannung liegt niedriger, so dass diese zuerst anfangen zu leiten. Davon abgesehen: die beiden 10k-Widerstände begrenzen den Strom durch die Dioden (egal ob ausserhalb oder innerhalb des ICs) auf harmlose Werte (wenn nicht gerade Dauer-Hochspannung an den Eingang gelegt wird...)
> Musste nicht zur Erkennung eines Massepegels ein geringer Strom aus dem > IO-Pin fließen können? Hätte sonst einen Parallelwiderstand zur Z-Diode > mit eingeplant, aber wollte möglichst viele Bauteile sparen... Den externen Pulldown wirst du für einen definierten LOW-Pegel brauchen, wenn du nicht im uC einen solchen Widerstand einfach einschalten kannst. Bei den AVR ist m.W. nur ein Pullup möglich.
Der Atmega hat auch interne Schutzdioden. Laut Atmel-Vertreter kann man die dauerhaft mit 1mA betreiben --> ein einfacher Vorwiderstand (ohne weitere Dioden) reicht vollkommen aus. Man muss nur den Strom auf 1mA begrenzen! -> weniger Bauteile geht wirklich nicht :-) Tobi
Also für den Auto-Fall: Maximal-Spannung 100V (die 5V und die Diodenspannungen vernachlässigt): R=100V/1mA = 100kOhm Bei 100kOhm sind halt hohe Frequenzen schlecht zu messen, weil man mit dem Portpin einen R-C Tiefpass bildet! Der Widerstand funktioniert auch für beide Richtungen (+/-100V). Allerdings müssten auch niedrigere Werte gehen, da ja 1mA die Dauerlast ist. Kurzzeitig dürfen sicher mehr fliessen (allerdings habe ich dazu keine Info).
Tobi wrote: > Der Atmega hat auch interne Schutzdioden. > Laut Atmel-Vertreter kann man die dauerhaft mit 1mA betreiben > --> ein einfacher Vorwiderstand (ohne weitere Dioden) reicht vollkommen > aus. > Man muss nur den Strom auf 1mA begrenzen! > > -> weniger Bauteile geht wirklich nicht :-) > > Tobi Wow, ich wusste gar nicht dass die so gut sind. Sind die denn ausreichend sicher bzw. genauso gut wie eine externe Beschaltung mit Z-Diode und Shottky-Diode? Klingt vielleicht etwas albern, aber mir ist noch immer ein wenig mulmig dabei, die Bordnetzspannung nur über einen Vorwiderstand an den AVR zu legen...
>> Laut Atmel-Vertreter ...
Das wäre sowieso meine allererste Informationsquelle in solchen Dingen
:-/
Wenns wenigstens der Atmel-FAE gewesen wäre...
Lothar Miller wrote: >>> Laut Atmel-Vertreter ... > Das wäre sowieso meine allererste Informationsquelle in solchen Dingen > :-/ > > Wenns wenigstens der Atmel-FAE gewesen wäre... Das sehe ich auch so. Wenn, dann traue ich so etwas erst dann wenn ich es schwarz auf weiß in einem Datenblatt oder einer AN gelesen habe. Und soweit ich weiß steht im Datenblatt des AVR, dass keine Eingangsspannung größer als Vcc + 0,3V (0,5V?) an die Eingänge gelegt werden soll. Das hätten sie doch sonst einschränken können,w enn die Dioden so leistungsfähig wären. Ein Mikrocontroller, der mit nem Serienwiderstand locker 12V Pegel auswerten kann wäre doch was feines ;-)
Habe eben in einem anderen Beitrag gelesen, dass es voN atmel eine AN gibt, wo die genau das beschrieben was Tobi geschrieben hat. Da sollen die angeblich 200V an einen Atmel Pin gelegt haben - nur mit einem 1MOhm Widerstand dazwischen! Kennt jemand die Application Note? Suche sie grad, aber ich finde das Mistding grad zwischen den anderen ANs nicht :-D
Grad hab ich's auch gefunden: AN AVR182 http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc2508.pdf
Das scheint tatsächlich so machbar zu sein. Also warum dann noch groß extern beschalten, wenn die internen Clamping Dioden das eh in Kombination mit einem Vorwiderstand begrenzen? Ich würde die Eingänge dann einfach so gestalten: Eingang --+--10k--+--10k--+--| CMOS-Eingang | | 10k 10nF | | GND GND Mit 20 kOhm in Reihe müsste der Pin, sofern ich die AN richtig verstehe, dauerhaft gut 20V vertragen. Den Kondensator würde ich zum Abblocken ganz gerne beibehalten - da ich überwiegend nur Schalter und Taster abfrage, kann das Signal ruhig etwas verschliffen werden. Und den Pull-Down werde ich ja weiterhin benötigen, um den offenen Eingang als Low interpretieren zu können. Hat das schonmal jemand so aufgebaut und dauerhaft laufen lassen?
Mach den 10k Pulldown direkt an den uC-Pin. Dann hast du eine Schaltschwelle von ca. 8V. Also wird nicht schon die kleinste Störung vom uC als High erkannt.
Lothar Miller wrote: > Mach den 10k Pulldown direkt an den uC-Pin. Dann hast du eine > Schaltschwelle von ca. 8V. Also wird nicht schon die kleinste Störung > vom uC als High erkannt. Hmm, guter Tipp. Danke! Aber falls ich mal mit 'gefährdeten' 5V Pegeln arbeite (die bei Leiterschluss 12V führen könnten), müsste ich meine erste variante einsetzen, gell?
André Wippich wrote: > Lothar Miller wrote: >> Mach den 10k Pulldown direkt an den uC-Pin. Dann hast du eine >> Schaltschwelle von ca. 8V. Also wird nicht schon die kleinste Störung >> vom uC als High erkannt. > > Hmm, guter Tipp. Danke! Wobei... Wenn ich den Pull-Down direkt an den Eingangspin lege, liegen dort bei 12V eingangsspannung lediglich 4V an! Ich müsste den Pull-Down erhöhen - denke 47k wären ganz gut. Dann kommt es auch mit den ca. 8V hin.
Lothar Miller wrote: >> lediglich 4V an! > Bitte beachten: Schaltschwelle CMOS = 2,5V Ist das generell so? Bzw. ist die Schwelle garantiert? Dachte immer es wären bei AVR-Eingängen 0,6 * Vcc (@5V: Vh = 3V). Und das wäre schon knapp, wenn man bedenkt, dass Bordnetzspannung zwischen (ca.) 9 und 15V liegt. Bei einer Schaltschwelle von 2,5V würde es auch mit 10k gehen, aber ein etwas größerer Pull-Down tut ja nicht weh, solange er nicht unverhältnismäßig groß wird. Werd das in ner ruhigen Minute nochmal so ausrechnen, dass ich bei 9V Bordnetzspannung so bei ca. 3,5V am Pin liege. 9V wäre auch ein sehr extremer Fall - nominal sind es ja 12 bis 14,7V mit denen man arbeitet.
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