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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Strombegrenzung Steuergerät


Autor: Christoph A. (paul87)
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Hallo,

in einem KFZ Steuergerät möchte ich den Strombegrenzen. Der Steuerteil 
dieses Steuergeräts, ist bereits über normale Widerstände geschützt. Das 
ist da kein Problem, da dort nur wenige mA fließen.

Aber auch der Strom des "Leistungsteils", welcher über die Klemme 30 
kommt, muss auch begrenzt werden. Dieser liegt im Normalbetrieb bei ca. 
2A. Was passiert wenn außerhalb des Steuergerätes ein Kurzschluss 
auftritt?

Eine Sicherung habe ich gelesen ist im Auto unüblich. Wie begrenzt man 
denn den Strom ohne riesigen Aufwand?

Die Überspannungen und der ESD Schutz werden bereits durch TVS Dioden 
abgeleitet.

Autor: Eifelstern (Gast)
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z.B. einen "intelligeneten" FET nehmen. der überwacht dann auch gleich 
sachen wie open Load, short to gnd, short to high, overtem ...
such z.b. mal nach ProFET von Infineon

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Cp A. schrieb:
> Eine Sicherung habe ich gelesen ist im Auto unüblich.
Hmmm...
Wo hast du das gelesen?

Autor: Christoph A. (paul87)
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Das mit der Sicherung habe ich u.a. anderem hier im Forum gelesen. Habe 
auch noch kein KFZ Steuergerät mit einer Sicherung gesehen.

Ich habe 2 von den ProFET im Steuergerät drin, die begrenzen den Strom 
auf 5A. Das ist auch ok so. Aber in dem Klemme 30 Kreis sind auch noch 
LED Treiber vorhanden. Dort konnte ich zur Strombegrenzung nichts 
finden.

http://de.farnell.com/infineon/tle4241gm/led-drive...

Autor: TManiac (Gast)
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Hi,

Cp A. schrieb:
> Eine Sicherung habe ich gelesen ist im Auto unüblich.

Ich denke mal du meinst damit die Aktorik? Weil in der Zuleitung zu den 
SGs sind schon noch Sicherungen drin.
Wie Eifelstern schon schrieb, wird die Begrenzung durch eigensichere 
FETs hergestellt.
Aber das ist kein Freibrief. Du musst trotzdem noch eine Beschaltung 
vorsehen in der du den Kurzschluss erkennst. So dass du im Fehlerfall 
die Endstufe auch abschalten kannst.
Die eigenensicheren FETs schalten nämlich beim Abkühlen wieder durch.
Wieviel Arbeit du da rein steckst, kommt ganz darauf an, was alles wann 
erkannt werden soll und wie die Last elektrisch aussieht (R, L, C).

Gruß,
TManiac

Autor: Eifelstern (Gast)
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Datasheet, Seite 8:

Output current limit    Iqmax     83mA

??

Autor: Eifelstern (Gast)
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@TManiac

>Aber das ist kein Freibrief. Du musst trotzdem noch eine Beschaltung
>vorsehen in der du den Kurzschluss erkennst. So dass du im Fehlerfall
>die Endstufe auch abschalten kannst.

Oh Ja! man muss natürlich den Status des BTS überwachen...

Auch nicht unwichtig ist das PCB für den den ggf. kurzzeitigen, aber 
hohen
Kurzschlusstrom auszulegen der auftritt bis der BTS ausschaltet.
Sonnst brennen gerne mal boards ab.

Autor: TManiac (Gast)
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Nun war der Eifelstern schneller :-D

Cp A. schrieb:
> Aber in dem Klemme 30 Kreis sind auch noch LED Treiber vorhanden.

wollte auch gerade zitieren:
Im Datasheet direkt bei Farnell steht gleich auf der ersten Seite:
"Protection circuits prevent damage to the device in case of overload, 
short circiut, reverse polarity and overtemperatur."  [abgetippt, weil 
copy im DS gesperrt ist]

Autor: Christoph A. (paul87)
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@TManiac: Ja das im KFZ Sicherungen vorhanden sind ist mir klar. Diese 
dienen aber "nur" dem Leitungsschutz. Ich meinte in den Steuergeräten 
selbst sind keine Sicherungen mehr vorhanden soweit ich weis.

Also mit dem Mikrocontroller erkenne ich auch ob ein Kurzschluss 
vorhanden ist oder nicht. Das ist kein Problem und alles realisiert.

Das Problem besteht in den LED Treibern. Auch diese erkennen einen 
Kurzschluss. Nur weis ich nicht ob diese auch Ströme von 5A vertragen.

Eifelstern schrieb:
> Output current limit    Iqmax     83mA
>
> ??

Das ist der maximale Strom der ausgegeben werden kann. Aber was verträgt 
der Eingang?

Autor: Christoph A. (paul87)
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Ahhhh ok, das habe ich wohl überlesen. Sorry.

Damit wäre das ja geklärt. Ein weiterer Schutz außer der Schutz gegen 
Verpolung und Überspannungen/ESD muss ja nicht her dann oder?

Eine Frage zu dem Verpolungsschutz. Den Verpolschutz wollte ich mit 
hilfe eines N-Kanal MOSFETS realisieren. Drain an GND, Source an +Ub und 
Gate auch an +Ub mit einem Widerstand und einer Zenerdiode.

Da die Klemme 15 Und 30 zusammenlaufen in Klemme 31 sind ja dann beide 
Kreise geschützt vor Verpolung. Reicht das aus?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Cp A. schrieb:
> in einem KFZ Steuergerät möchte ich den Strombegrenzen.
Was ist das für ein hochgeheimes Steuergerät, das LEDs ansteuert?

> Nur weis ich nicht ob diese auch Ströme von 5A vertragen.
Wer soll 5A vertragen, und woher sollen die kommen?

> Das ist der maximale Strom der ausgegeben werden kann.
> Aber was verträgt der Eingang?
Zeig doch mal deinen Schaltplan und mal rein, was dir Sorgen macht.

Autor: Eifelstern (Gast)
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@Cp A.
>Das ist der maximale Strom der ausgegeben werden kann. Aber was verträgt
>der Eingang

äss sorry, ich kapier die Frage nicht?

Bist du dir sicher das du eine automotive ECU bauen willst?

Autor: Christoph A. (paul87)
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Das Steuergerät ist nciht geheim. Das ist ein Projekt aus der Uni. Ein 
Steuergerät welches 2 Aktoren antreibt und LED´s. Schaltplan habe ich 
noch nicht am PC erstellt. Bin dabei das auf dem Papier zu machen und 
die grundlegenden Sachen zu verstehen.

Lothar Miller schrieb:
>> Nur weis ich nicht ob diese auch Ströme von 5A vertragen.
> Wer soll 5A vertragen, und woher sollen die kommen?

Ich meinte, wenn am Ausgang der LED Treiber ein Kurzschluss ist, ob die 
das vertragen. Aber jetzt fällts mir auch auf, das ja keine 5A oder 
sonst ein hoher Strom fließen kann, weil der Treiber das ja verhindert.

Autor: TManiac (Gast)
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Eifelstern schrieb:
> Oh Ja! man muss natürlich den Status des BTS überwachen...

Oha, ok der BTS hat schon alles intus. Da braucht man wirklich nichts 
mehr. Sorry aber den SGs mit den ich zu tun habe, da reicht so eine 
ungefähr Stromangabe nicht aus. Daher haben wir eigensichere FETs die 
"nur" abschalten. Das erkennen macht dann die sowieso vorhandene 
Strommessschaltung.

Autor: Christoph A. (paul87)
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Cp A. schrieb:
> Damit wäre das ja geklärt. Ein weiterer Schutz außer der Schutz gegen
> Verpolung und Überspannungen/ESD muss ja nicht her dann oder?
>
> Eine Frage zu dem Verpolungsschutz. Den Verpolschutz wollte ich mit
> hilfe eines N-Kanal MOSFETS realisieren. Drain an GND, Source an +Ub und
> Gate auch an +Ub mit einem Widerstand und einer Zenerdiode.
>
> Da die Klemme 15 Und 30 zusammenlaufen in Klemme 31 sind ja dann beide
> Kreise geschützt vor Verpolung. Reicht das aus?

Kann noch jemand dazu etwas sagen?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Cp A. schrieb:
> Kann noch jemand dazu etwas sagen?
Ja. Du!
Was ist das für ein Steuergerät?
Wenn du noch keinen Schaltplan hast, dann zeichne eine Funktionsskizze 
und schreib dort die Fragen rein...

> Eine Frage zu dem Verpolungsschutz.
Wozu brauchst du einen Verpolungsschutz?
Ist das Ding nicht fest eingebaut?

BTW:
Das Steuergerät in einem Auto ist nach allgemeinem Verständnis das, 
welches mit dem Motormanagement zu tun hat.

Autor: Eifelstern (Gast)
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@TManiac

Ja das kommt natürlich immer auf die Anwendung an. Versorgung von 
Innenraumbeläuchtung oder Relais kann ja durchaus mit nem überwachten 
BTS gemacht werden.

Für PWM Ausgänge nutz ich auch gerne einen BTS zum schalten der 
Versorgung auf der high side. Die Fehlerüberwachund und das schalten 
macht dan ein "richtiger" Fet samt strommessung auf der low side.

Autor: TManiac (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
>> Eine Frage zu dem Verpolungsschutz.
> Wozu brauchst du einen Verpolungsschutz?
> Ist das Ding nicht fest eingebaut?

Jedes SG muss einen Verpolschutz haben, da man nie sicher sein kann das 
ein Trottel doch die Batterie oder das Starthilfekabel falschherum 
anschließt.

Lothar Miller schrieb:
> BTW:
> Das Steuergerät in einem Auto ist nach allgemeinem Verständnis das,
> welches mit dem Motormanagement zu tun hat.

Das ist aber lange her. Jeder weiß, das ein Auto mehr als ein 
Steuergerät hat

@Cp A.
Der Verpolschutz wird normalerweise auf der positiven Spannungsseite 
realisiert. So wird dann auch der Stromfluss vom Aktor durch das SG auf 
die nun an KL30 des SGs anliegende Masse verhindert.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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TManiac schrieb:
> Das ist aber lange her. Jeder weiß, das ein Auto mehr als ein
> Steuergerät hat
Dann spricht aber nichts dagegen, zu sagen, welche Komponente der Karre 
das Steuergerät steuert....

>>> Ein Steuergerät welches 2 Aktoren antreibt und LED´s.
Oder weißt du jetzt, was dieses spezielle "Steuergerät" denn überhaupt 
steuern soll?

> Der Verpolschutz wird normalerweise auf der positiven Spannungsseite
> realisiert.
Nimm eine Diode.

Autor: TManiac (Gast)
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Lothar Miller schrieb:
> Nimm eine Diode.

Bei maximal 12A?
Viel Spaß bei der Diskussion mit dem Einkauf. Aber bei dem Uni-Projekt 
ist das tatsächlich eine Option.

Der genau Zweck ist doch egal. Man muss nur wissen wie die Lasten 
aussehen.
Und dass ein SG welches LEDs ansteuert kein Motorsteuergerät ist, wird 
jedem einleuchten.
Da es ein Uni-Projekt ist, tippe ich mal auf irgendwas aus dem Bereich 
der Formula-Student. Und da wird es kein SG sein, wie es im normalen 
Auto vorkommt. Vielleicht eine einfache Launch-Control.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Woher kommen die 12A?

Cp A. schrieb:
> Dieser liegt im Normalbetrieb bei ca. 2A.

Autor: TManiac (Gast)
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Cp A. schrieb:
> Ich habe 2 von den ProFET im Steuergerät drin, die begrenzen den Strom
> auf 5A.

Das sind 10A die die Diode auf alle Fälle aushalten muss, weil sonst ist 
die Strombergrenzung nicht im FET sondern in der Diode und außerdem 
nicht reversibel. Hinzu kommt noch der Strom des LED-Treibers und der 
Rest auf dem SG. Plus noch etwas Sicherheit.
Also muss die Diode mindestens 12A aushlten ohne in Rauch aufzugehen.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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TManiac schrieb:
> Also muss die Diode mindestens 12A aushlten ohne in Rauch aufzugehen.
Wie lange?

>> Ich habe 2 von den ProFET im Steuergerät drin, die begrenzen
>> den Strom auf 5A.
Ein zweiter Blick wäre noch interessant, wie die den Strom begrenzen:
über die Die-Temperatur... :-o

Ich würde evtl. einfach noch sowas wie eine Polyfuse vorsehen...

Autor: Christoph A. (paul87)
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Also das Steuergerät steuert ein Fahrwerk. Über einen Taster kann man 
das Fahrwerk auf hart oder weich stellen. Die Lasten sind also 
Magnetventile. Die LED´s zeigen die Funktion an. Blinkcodes ergeben 
einen Fehler, dauerleuchten bedeutet an. Dieses Steuergerät wird bereits 
in Serie eines bekannten Fahrwerkherstellers gebaut. Wir sollen es halt 
selbst "neu"-entwickeln.

Also die Strombegrenzung wird ja wie gesagt nun durch die Bauelemente 
selbst geregelt. Der Strom muss ja auch nur Kurzzeitig sein. Wenn die 
Highside Treiber das Signal geben "Kurzschluss" schalten die ab und wenn 
die Spannung aufgrund des Kurzschlusses zusammenbricht, wird ja auch 
abgeschalten.

Den Verpolschutz auf GND Seite habe ich gewählt, da im Verpolfall direkt 
die Spannungsseite gekappt ist.

Im Steuerkreis, der durch die Klemme 15 Spannung versorgt wird, ist eine 
Verpolschutzdiode drin. Da dort nur ein geringer Strom fließt. Dann ist 
der Spannungsfall nicht zu groß.

TManiac schrieb:
> Der Verpolschutz wird normalerweise auf der positiven Spannungsseite
> realisiert. So wird dann auch der Stromfluss vom Aktor durch das SG auf
> die nun an KL30 des SGs anliegende Masse verhindert.

Aber wo kommt denn der Strom her, der da dann durchfließen soll?

Autor: TManiac (Gast)
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Im Verpolfall kann das höhere Potential eben auch an anderen Pins 
anliegen als nur der eigentlichen KL31. Zum Beispiel wenn bei falsch 
angeschlossener Batterie bei irgend einem SG der CAN-Transiever 
durchschlägt. Dann werden alle anderem "am Bus" über den CAN mit 
Spannung versorgt von wo aus der Strom im SG Richtung der Masse an KL30 
fließen will. Genauso kann es aber auch jeder ander Pin sein. So kann 
auch bei einer Fehlerhäufung ein Kurzschluss an einem Ventil plus der 
Verpolung das SG über den Aktor "versorgt" werden. Der Fantasie sind 
hier keine Grenzen gesetzt. Wie ich schon eingangs erwähnte es kommt 
ganz darauf wie weit man es treiben möchte.

Ein Fahrwerks-SG mit zwei Aktoren? Hm unsere haben mindestens vier. Das 
Motorrad-Fahrwerks-SG hat meines Wissens nach auch mehr. Aber egal.

Autor: Christoph A. (paul87)
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Ja es sind auch 4, nur wir bauen es für 2. Symbolisch eins für vor und 
eins für hinten. So wird der Bauteilaufwand minimiert und man kann es 
trotzdem gut testen ob es klappt.

Gut also dann doch lieber einen P-Kanal MOSFET nehmen und an die 
Spannungsseite klemmen.



Wie sieht es denn jetzt aus mit dem Überspannungsschutz? Weis jemand ob 
in KFZ Steuergeräten außer Überspannungsdioden noch andere Sachen 
gemacht werden um Überspannungen abzuleiten?

Autor: heinz (Gast)
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Überspannungsschutz?

Also Varistor für die Versorgungspannung könnte noch ne gute sache sein.

Autor: TManiac (Gast)
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Was meinst du mit Überspannung genau?

Alles digitale braucht ja 5V oder kleiner. Um diese zu erzeugen hast du 
einen Spannungsregler (mit ein paar Trackerausgängen). Der 
Spannungsregler ist im automotive Bereich bis 80V Eingangsspannung 
spezifiziert. Du musst also nur oberhalb von 80V Sicherheiten einbauen. 
Und laut Lastenheftvorgaben, haben solch hohe Spannungen meißt keine 
lange Dauer mit der sie wirken können/dürfen.
Wenn du also einen Automotive spezifizierten Spannungsregler nimmst wie 
auch die Hersteller diverser SGs, dann hast du deinen 
Überspannungsschutz quasi mit drin. Einen Haufen C noch vor den 
Spannungsregler  plus eine Spule und fertig ist der Kuchen.

Hast du evtl einen Schaltplan von einen fertigen SG an dem du dich 
orientieren kannst? (ich glaub ich muss doch mal mein Passwort fürs 
Forum raussuchen um dir ne PN zu schicken)

Autor: Christoph A. (paul87)
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TManiac schrieb:
> Hast du evtl einen Schaltplan von einen fertigen SG an dem du dich
> orientieren kannst? (ich glaub ich muss doch mal mein Passwort fürs
> Forum raussuchen um dir ne PN zu schicken)

Das wäre nett. Ich mache den Schaltplan diese woche noch fertig. wie 
gesagt im moment existiert dieser nur mit Bleistift auf Papier.

Das mit dem Spannungsregler usw, das habe ich alles schon. Die ADC 
Eingänge, die direkten Kontakt über Spannungsteiler mit der 
Versorgungsspannung haben, sind alle mit einer BAV99 gesichert. Aber für 
den Klemme 30 Kreis wollte ich noch eine TVS zuschalten. Die ab 40V 
schützt. Nur ist mir gerade aufgefallen, dass ich eine Zenerdiode 
bereits drin habe um die Vgs des P Kanal MOSFET für den Verpolschutz zu 
schützen. Darüber gehen ja dann auch die anderen Überspannungen.

Und im Klemme 15 Kreis wollte ich halt auch eine Supressordiode schalten 
um alle Spannungen über 40 V zu sperren. Auch wenn der Regler Peaks bis 
40V kann.

Was ist eigentlich im Verpolfall? Der Verpolschutz schützt ja nur gegen 
den Stromfluss, nicht aber vor Überspannungen. Was muss ich denn da noch 
beachten?

Autor: TManiac (Gast)
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Uff, so langsam muss ich auch passen. Auch wenn ich dank des Mechatronik 
Studiums die Hardware verstehe, bin ich doch mehr "Softi" (LowLevel SW 
Aktorik). Ich schau morgen mal in wie weit ich dir ein paar 
Schaltplanschnipsel zu kommen lassen kann ohne rechtliche Probleme zu 
bekommen. Ich hab mir privat auch etwas von den Sachen auf Arbeit 
abgeschaut.

Autor: Jens Räthe (tmaniac)
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Hi Cp A.

So hab mein Passwort wieder. Werde dir heute abend, wenn alles nach Plan 
läuft mal ne PN schicken.

Gruß,
TManiac

Autor: Christoph Steurich (Gast)
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Hallo an alle,
ich habe einen Trafo. Eingang 220V, Ausgang 110V, belastbar bis 20A.
Kann ich mit einer Diode (Welcher Typ ist am besten?) am Ausgang einen 
welligen Gleichstrom von 55V bekommen? Wie lässt sich der Gleichstrom 
auf einfache Weise auf 3A, 4A und 5A begrenzen für einen Versuchsaufbau 
mit Algen?
Gibt es eine andere/bessere Möglichkeit, um dasselbe zu erreichen? Gibt 
es vielleicht ein preiswertes Gerät/Netzteil, einstellbar, um dasselbe 
zu erhalten?
Ich freue mich über jeden guten Tipp von euch.
Christoph

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