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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wie interne 5V vor externen Störungen, die über einen 5V-Ausgang kommen können, schützen?


Autor: Randy N. (huskynet)
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Hallo liebes Forum,

ich möchte an einen µC einen Stromsensor über ein mehrere Meter langes 
Kabel anschließen. Der Stromsensor benötigt zum Betrieb 5V.

Auf meiner Leiterplatte erzeuge ich bereits 5V für den µC. Diese 5V 
wollte ich nun auf eine Klemme führen, um daran das Kabel mit dem 
Stromsensor anzuschließen. Ich habe jedoch die Befürchtung, dass ich mir 
mit dem Kabel jede Menge Störungen einfange und mir die 5V für den µC 
"versaue". Zwischen Schaltregler und 5V-Ausgang muss also irgendein 
Schutz/Filter. Ich hatte da an folgendes gedacht:


Ausgang <----o------o------o----15µH----< 5V vom Schaltregler
             |      |      |
             |      |      |
            TVS   100nF  100µF
             |      |      |
            GND    GND    GND


Kann das so funktionieren? Ist das ausreichend? Welche Werte für die 
Spule und den Elko sind am geeignetsten? Die oben angegeben Werte hab 
ich in verschiedenen Schaltplänen in der Versorgungsleitung gesehen, 
aber ich weiß nicht, ob die für meinen Zweck passen. Oder ist es 
sinnvoll, einen zusätzlichen Spannungsregler nur für den Stromsensor 
einzusetzen, und nur die beide Massen zu verbinden?

Vielen Dank für Tipps
Randy

Autor: Kay I. (imperator)
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Blöde Antwort (wie immer): kommt drauf an ...

Wie funktioniert den Deine Strommessung?
Wenn Du draußen irgendwo einen Messwiderstand misst, dann hast Du ja 
auch eine Schaltung, die ihn mit geregelter Energie versorgt - die wäre 
ja dann erstmal der Störung ausgesetzt.

Weiterhin musst überlegen, welche Störungen Du erwartest. Wenn es 
hochfrequente Signalanteile sind beispielsweise durch Statische 
Entladung (ESD) nützt dir eine uH-Spule mit einem 100nF-Kondensator 
überhaupt nix - weil die in diesen Frequenzen meist gar nicht wirksam 
sind. Hier bräuchtest (je nach Gehäuse und je nachdem, welchen Weg sich 
der Entladestrom gegen PE sucht) Cs gegen PE oder Ferrite.

Wenn Du energiereiche Störimpulse erwartest (Einkopplung durch 
Blitzeinschlag und ähnliches) helfen nur entsprechend belastbare 
Schutzbauteile (z.B. Dioden), um so etwas abzuleiten.

Dann gibt es noch unterschiedliche Einkopplungsvarianten: Gleich- und 
Gegentakteinkopplung. Hier können wieder andere Bauteile weiterhelfen 
z.B. Stromkompensierte Drosseln; X- Y-Kondensatoren ...

Unterm Strich sind die Gegenmaßnahmen aber doch wieder abhängig von:
- Prinzip der Sensor-Anbindung
- Störgröße, die blockiert werden soll

Grundsätzlich kannst aber so rangehen: wo der Störstrom nicht lang 
fließen soll, da muss er im relevanten Frequenzbereich einen großen 
Widerstand "sehen". Da wo er lang soll, muss es niederohmig sein (z.B. 
Kondensator).

Autor: Randy N. (huskynet)
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> Wie funktioniert den Deine Strommessung?

Ist ein LEM HASS 50-S, den ich direkt an das Kabel anschließen wollte 
(der hat nen Hall-Sensor integriert und ich glaube auch nen OpAmp).

> Wenn Du draußen irgendwo einen Messwiderstand misst, dann hast Du ja
> auch eine Schaltung, die ihn mit geregelter Energie versorgt - die wäre
> ja dann erstmal der Störung ausgesetzt.

Hm stimmt, wobei es mir mehr darauf ankommt, dass der Mikrocontroller 
unbeirrt weiterläuft. Wenn ich für einen kurzen Moment falsche Messwerte 
erhalte, ist das nicht so schlimm, da ich eh den Mittelwert vieler 
Messwerte bilde.

> Weiterhin musst überlegen, welche Störungen Du erwartest.

Wenn ich das wüsste... :-) ESD-Schutz (ich denke dabei jetzt an das 
Drangreifen an den Anschluss mit dem Finger) wäre nicht so wichtig (im 
ausgeschalteten Zustand überleben sollte es die Schaltung aber dennoch). 
Dafür hatte ich eigentlich auch die TVS-Diode vorgesehen. Mir geht es 
hauptsächlich um Störungen, die z.B. durch das Schalten von 
Induktivitäten in der Umgebung auftreten (Motoren).

Ich hatte vor längerer Zeit schonmal schlechte Erfahrungen gemacht, als 
ich versucht hatte, einen µC über eine 1m lange Leitung mit 5V zu 
versorgen und dann mit dem µC ein Relais zu schalten, an dem wiederum 
ein Motor (Rollladen) hing. Insbesondere dann, wenn der Endschalter des 
Rollladens abgeschaltet hatte, resettete der µC. Abhilfe schaffte dann 
eine 24V-Versorgung mit Schaltregler und Diode vor dem Schaltregler 
sowie ein paar größere Kondensatoren "vor Ort".

Wenn ich jetzt die 5V wieder nach außen zu dem Stromwandler lege, 
befürchte ich die gleichen Probleme wie damals bei meiner 5V-Versorgung.

> Wenn Du energiereiche Störimpulse erwartest (Einkopplung durch
> Blitzeinschlag und ähnliches) helfen nur entsprechend belastbare
> Schutzbauteile (z.B. Dioden), um so etwas abzuleiten.
>
> Dann gibt es noch unterschiedliche Einkopplungsvarianten: Gleich- und
> Gegentakteinkopplung. Hier können wieder andere Bauteile weiterhelfen
> z.B. Stromkompensierte Drosseln; X- Y-Kondensatoren ...

Hm, sehr energiereich wird das wohl alles nicht sein. Ich will nur 
nicht, dass eine negative Spannung von z.B. -4V in die 5V-Leitung 
induziert wird, dadurch die Spannung am µC auf 1V absinkt und dieser 
resettet. :-) Da die 4 Adern zum Stromsensor dicht beieinander liegen 
sind das wohl alles Gleichtaktstörungen (?).

> Grundsätzlich kannst aber so rangehen: wo der Störstrom nicht lang
> fließen soll, da muss er im relevanten Frequenzbereich einen großen
> Widerstand "sehen".

Die Frage ist, welche Frequenzen ich wohl zu erwarten habe. Meine 
15µH-Spule müsste ja dann genau dafür dieser "große Widerstand" sein. 
Theoretisch alle Frequenzen > 0 Hz...bis auf den Einschaltmoment 
natürlich... :-)

Ich glaube fast es ist das Beste, wenn ich einen zusätzlichen linearen 
Spannungsregler für den Stromsensor verbaue. Der müsste dann etwa 0,38W 
verbraten. Ist denke ich akzeptabel. Etwa so:

24V ---o--- Regler für µC ---> zum µC
       |
       o--- Regler für LEM --> nach "draußen"

Bringt das überhaupt was oder fange ich mir jetzt die Störungen über die 
gemeinsame Masse ein?

Vielen Dank!

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