Vermeiden von Überspannung am uC-Eingang

brechbunkt Gast 03.03.2014 11:37 #3558327

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Hallo,

ich (als Softi, bzw. Hardware-Leihe) habe mir nun endlich ein eigenes 
Board geätzt. Ein 3,3V-Spannungsregler versorgt den Mikrocontroller. Der 
ADC-Eingang vom Mikrocontroller ist über einen Spannungsteiler mit dem 
Eingang des Spannungsreglers verbunden ist. Nun kann ich als rechtzeitig 
Messen/reagieren, bevor die Versorgungsspannung des gesamten Boards mal 
absinkt. Das klappt soweit recht gut und ich war anfangs richtig stolz 
auf die Idee :)

Mittlerweile finde ich die Idee gar nicht mehr so toll. Falls ich das 
Board unbedacht (mal soeben) an eine höhere Spannung anschließen sollte 
(der Regler kann ja schließlich bis 20V aushalten), würde ich mir somit 
den ADC-Eingang zerschießen.

Meine Frage wäre wie ihr das nun lösen würdet, ohne gleich eine neue 
Platine zu ätzen. Mir würden momentan nur diese zwei Wege einfallen:
- Z-Diode zur Begrenzung am ADC-Eingang dazu löten
- einen anderen Spannungsteiler wählen
Ob das nun aber der richtige Weg ist, weiß ich nicht so recht.

Danke für Ideen....

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Michael B. (laberkopp) 03.03.2014 11:40 #3558335

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Der Spannungsteiler sollte hochohmig sein (100k und mehr), schon um 
eventuell die Batteerie nicht zu sehr zu belasten (berechne Fehler durch 
Eingangsstrom).
Dann schützt die eingebautee Diode vom Eingang nach VCC den Eingang.
Da ein A/D-Wandlereingang je nach uC (dessen Typ du uns NATÜRLICH nicht 
mitgeteilt hast) jedoch einen niedrigeren Eingangswiderstand sehe will 
für genaue Messungen (so 10k), kann man dem hochohmigen Spannungsteiler 
einen Kondensator von ca. 10nF nach Masse folgen lassen, der die 
dynamische Eingangsimpedanz verringert, allerdinga auch die 
Reaktionsgeschwindigkeit auf Spannungsänderungen vor dem 
Spannungsteiler.

Meist reicht das aus.

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Torsten C. (torsten_c) 03.03.2014 11:42 #3558341

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brechbunkt schrieb:
> einen anderen Spannungsteiler wählen

Dann kannst Duch schneller reagieren und hast mehr Zeit zum reagieren 
als bei einer Z-Diode

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brechbunkt Gast 03.03.2014 11:44 #3558349

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Zum besseren Verständnis habe ich mal ein Bild der Schaltung angefügt.

Angehängte Dateien:

ohne_Z-diode.PNG (5,8 KB)

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gnd3 Gast 03.03.2014 12:06 #3558379

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Was spricht denn gegen einen anderen Spannungsteiler? Du hast doch ein 
Gerät gebaut mit 4.5 bis 20 Volt Eingangsspannung. Da ist es doch die 
natürlichste Lösung, wenn du auch bis (min.) 20 Volt messen kannst. Na 
gut, du verlierst 2 Bit Auflösung, aber das spielt an der Stelle ja 
wirklich keine Rolle.

Übrigens nützt eine Zenerdiode allein sowieso nichts. Beim Einschalten 
steigt die Spannung am ADC-Eingang schneller an als die 
Betriebsspannung. Der Strom fließt also kurzzeitig doch über die 
Eingangsschutzdiode.

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brechbunkt Gast 03.03.2014 13:19 #3558508

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OK, ich danke euch für die schnellen Tipps. Dann werde ich mir einfach 
eine Teiler 600k || 100k Einlöten.

gnd3 schrieb:
> ...nützt eine Zenerdiode allein sowieso nichts. Beim Einschalten
> steigt die Spannung am ADC-Eingang schneller an...

Meinst du damit, dass die Spannung an einer Zenerdiode (im 
Einschaltmoment) kurzfristig über den Z-Dioden-Wert hinaus schießt?

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Torben Gast 03.03.2014 13:24 #3558518

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Hallo, auch noch 5 Jahren immer die gleichen Themen.

Spannungsteiler + Serienwiderstand zum Schutz den ADC, wenn es verboten 
ist die internen Schutzdioden zu nehmen, dann eine extern.

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Wilhelm F. Gast 03.03.2014 13:32 #3558534

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brechbunkt schrieb:

> gnd3 schrieb:
>> ...nützt eine Zenerdiode allein sowieso nichts. Beim Einschalten
>> steigt die Spannung am ADC-Eingang schneller an...
>
> Meinst du damit, dass die Spannung an einer Zenerdiode (im
> Einschaltmoment) kurzfristig über den Z-Dioden-Wert hinaus schießt?

Das kommt mir auch etwas merkwürdig vor.

Manchmal bekommt ein Pin mal gleich beim Einschalten volle VCC, mehr 
aber nicht. Das kenne ich vom Reset-Eingang des 8051 mit RC-Glied, diese 
Schaltung war aber millionenfach bewährt (z.B. in mehreren µC-Boards aus 
meiner Sammlung von verschiedenen Bauplänen). Lediglich bei schnell 
zusammen brechender Betriebsspannung (Kurzschluß) konnte das gefährlich 
werden, wenn sich voll aufgeladene 10µF über den Reset-Pin entladen 
müssen.

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