Hey Leute,
ich soll dieses Netzwerk so überarbeiten, dass bei einem Single Point of
Failure "nichts" passiert. Bezieht sich ein SPOF eigentlich nur auf die
Funktion oder auch die Sicherheit für den Anwender?
Der Taster ist hier nicht interessant, nur die 12V und 230V. Die zwei
oberen Dioden sind zur Einweggleichrichtung weil Wechselspannung, die
Widerstände zur Strombegrenzung, die Z-Diode und der Kondensator für
eine stabile Eingangsspannung am IC.
Bei den Dioden hätte ich mir gedacht, dass man jeweils eine zweite
parallel schaltet. Aber bei den Widerständen und dem Kondensator? Welche
Maßnahmen kann man denn z. B. treffen, wenn ein Widerstand zum
Kurzschluss wird?
MfG
Was heißt "nichts passiert"? Nicht abfackeln oder weiter funktionieren?
Im ersteren Fall halt die zwei Widerstände durch jeweils zwei in Reihe
ersetzen.
Im Idealfall sollte es natürlich weiter funktionieren.
Deine Idee ist so simpel, daran hätte ich nie gedacht ^^. Eigentlich ist
dadurch ja auch die Funktion gewährleistet. Wenn sich ein Widerstand
verabschiedet, hat man eben den doppelten Strom (ein paar mA mehr). Die
Spannung wird durch die Z-Diode ja konstant gehalten (außer ein defekter
Widerstand kann auch eine Unterbrechung erzeugen?).
Mache ich dann das gleiche beim Kondensator? Halber Wert, dafür zwei in
Reihe. Ebenso bei den Dioden.
Ein Widerstand macht meistens beides:
Erst einen Kurzschluss, und wenn er dann (nach dem Ausschalten) abkühlt
eine Unterbrechung.
Halbleiter machen meistens einen Kurzschluss. Für die musst du deine
Betrachtung auch machen...
Könnte es so aussehen? Falls links jetzt ein Widerstand ausfällt und zum
Kurzschluss wird, ist der Widerstand 5kOhm (höherer Strom ist egal).
Nach Abkühlung dann 15kOhm. Dioden und Kondensator habe ich jetzt
einfach zwei hintereinander, da ich auch meine gelesen zu haben, dass
Dioden nach Zerstörung ein Kurzschluss sind. Beim Kondensator bin ich
mir noch nicht ganz sicher. Wie siehts da aus?
Ich muss jetzt wahrscheinlich andere Dioden nehmen und vielleicht an den
Widerstandswerten drehen, das wird eine neue Simulation zeigen. Geht mir
gerade mehr ums Qualitative.
Die Fehler können aber nicht nur in den Bauteilen auftreten. Da kommt es
auch auf das Layout, die Konstruktion (Gehäuse) und die Umgebung an.
Was passiert bei einem Kurzschluss (z.B. durch Lötzinn (ausgelötete
Bauteile), Reste von Drahtbrücken, Schmutz etc.) auf benachbarte
Leiterbahnen, oder auf die 3.6V Speisung?
Ist es dann immer noch sicher?
Oder ein ESD-Impuls, irrgendwo hin?
Sprich, du kannst das nicht nur auf die Bauteile allein reduzieren.
@Markus:
damit habe ich mich noch gar nicht näher befasst, denn dazu komme ich
erst. Aber wie soll man das verhindern, außer die Abstände entsprechend
zu dimensionieren? Für die ESD-Impulse braucht man vermutlich RC-Filter.
Philipp schrieb:> Könnte es so aussehen?
Ich habe das zwar auch noch nie gemacht, aber grundsätzlich scheint der
Ansatz brauchbar. Allerdings: wenn eine der Z-Dioden eine Unterbrechung
hat, dann könnte weiteres geschädigt werden. Warum also die nicht auch
parallel doppeln?
Die Z-Dioden sollten vor allem parallel sitzen, denn wenn sie
unterbricht, wandert Dir sonst die Spannung hoch. Es ist wichtiger, dies
zu vermeiden, als eine Spannung konstant zu halten!
Gruß
Jobst
Wo sind wir hier, in der elektro Esoterik?
Das sinnlose einbringen von Reservebauteilen bringt nichts und führt
nicht zum Ziel. Ihr müsst die Schaltung härten.
Wann bitte fällt ein Widerstand aus?
-> Verlustleistung wird längerfristig überschritten
-> Stromspitze durch Überspannung
-> Weil er von Chinamann kommt, der das Komma bei der Leistungsangabe
verschoben hat
Dagegen machen wir folgendes:
-> Wir kaufen Qualität
-> Wir wählen Widerstände die eine notwendige Reserve bei der
Verlustleistung haben um auch Spannungsspitzen zu überstehen
-> Wir berücksichtigen, das die Bauteile unter erhöhten thermischen
Bedingungen arbeiten müssen
Das wirkliche Problem sind die Halbleiter.
-> Warum wurde für D4,D5 kein robuster Typ wie 1N4007 oder besser
verwendet
-> U2 wird mit der jetzigen Beschaltung den Geist aufgeben, wenn D6
kaputt geht und C13 wird als Elko wohl auch die biege machen.
-> D6 kann durch eine Strom/Spannungsspitze gekillt werden
Dagegen machen wir folgendes:
-> Die Diode D4 wandert an das andere Ende von R9. Zusätzlich bauen wir
mit einem zweiten Widerstand von R9 einen Spannungsteiler auf, der
sicherstellt, das die eingespeiste Spannung von der 230V Schiene auch
bei einem defekt von D6 im unkritischen Rahmen bleibt. Zusätzlich kann
man über diesen Widerstand eine Kapazität zum Ableiten von
Spannungs-/Stromspitzen parallel schalten.
Danach kann man noch die Eingänge der 230V und 12V Schiene gegen
Spannungsspitzen härten. Also mit Varistor oder Spule.
Ich hoffe, ihr seid euch der 230V in der Schaltung bewusst und das so
was keine gute Idee ist. Aber ihr wisst da sicherlich was ihr tut.
Neben von mir beschriebenen Anpassungen könnte man die Erkennung völlig
neu gestalten, aber das wäre ein anderes Thema
Dioden können auch unterbrechen? Du lieber Himmel. Dann bleibt ja
überhaupt nur mehr das. Angenommen, die oberen Dioden und der
Kondensator können auch zu Unterbrechungen werden, muss ich letzten
Endes überhaupt alle Bauteile 4-fach auslegen. Sonst ist das ganze
eigentlich sinnlos. Einzig den Kondensator könnte ich 2-fach auslegen,
aber das ist dann auch schon egal.
Philipp schrieb:> Dioden können auch unterbrechen? Du lieber Himmel. Dann bleibt ja> überhaupt nur mehr das.
Und darum schaltest Du sie in Reihe, damit sich die Wahrscheinlichkeit
auch verdoppelt?
Grundsätzlich kann jedes Bauteil bei Überbelastung kurzschließen als
auch hochohmig werden, da es im schlimmsten Fall zu Brennen anfängt.
Ein Kondensator kann Kapazität verlieren.
Selbst eine Platine kann an jeder beliebigen Stelle kurzschließen
(durchschlagen) oder hochohmig werden.
Und wie Jobst M schon schrieb, erhöhst du mit mehr Bauteilen nur die
Ausfallwahrscheinlichkeit.
Meiner Meinung nach ist das Vorgehen von Marek das einzig richtige.
Streng genommen müsstest du bei deinem Aufbau auch noch eine Überwachung
einbauen. Was machst du, wenn ein Bauteil bereits beim ersten
Einschalten kaputt geht. Dann bist du im guten Glauben eine sichere
Schaltung zu haben, diese läuft allerdings schon außerhalb der Spec.
(erhöhter Stom etc)
Gruß
Roland
Marek Walther schrieb:> Wo sind wir hier, in der elektro Esoterik?>> Das sinnlose einbringen von Reservebauteilen bringt nichts und führt> nicht zum Ziel. Ihr müsst die Schaltung härten.
Hallo Phillip,
Du solltest daher bei Allen Bauteilen analysieren wie sich die Ausfälle
(Kurzschluss, Open, Drift) auf die Schaltung auswirken.
Im Falle C13/C31 würde ich überlegen, ob nicht eine Parallelschaltung
anstatt einer Serienschaltung besser wäre da bei einem Open im Falle der
Serienschaltung keine Kapazität mehr vorhanden wäre. Ähnlich bei den
Z-Dioden. Die frage ist auch, ob Du einen oder Zwei Ausfälle tolerieren
musst. Je nachdem kann die Schaltung aufwendiger werden. Generell: wie
schon dargestellt wäre zu überlegen ob Du den Eingangspfad der 230V
nicht anders gestaltest - vielleicht mit Optokoppler - je nach
geforderter Sicherheit.
rgds
Je mehr Bauteile, desto mehr Fehlermöglichkeiten.
Alleine mit Serie- oder Parallelschaltung wird die Wahrscheinlichkeit
immer nur erhöht.
Dazu sind andere Massnahmen (Schaltungsdesign), wie von anderen schon
geschrieben, notwendig.
Wichtig ist auch eine Fehlererkennung, und einleiten von Massnahmen, ob
die Schaltung noch alle Spez. einhält oder ob sie schon angeschlagen
weiterläuft.
Markus schrieb:> Wichtig ist auch eine Fehlererkennung, und einleiten von Massnahmen, ob> die Schaltung noch alle Spez. einhält oder ob sie schon angeschlagen> weiterläuft.
Nennt mann Diagnose, die Größe der Abdeckung ist dann die DC (Diagnostic
Coverage).
Markus schrieb:> Je mehr Bauteile, desto mehr Fehlermöglichkeiten.> Alleine mit Serie- oder Parallelschaltung wird die Wahrscheinlichkeit> immer nur erhöht.
Auch dafür gibt es Berechnugsmöglichkeiten (FMEDA). Wichtig ist aber
auch hier nicht der Ausfall sondern die Wahrscheinlichkeit des
gefahrbringenden Ausfalls. Es hilft ja nichts wenn ich nur einen
Widerstand einfüge der mir im Ausfall eine Gefahr bringt da ich dann
eine (relativ) hohe Wahrscheinlichkeit des gefahrbrinden Ausfalls habe.
Bei zwei Widerständen in Serie habe ich zwar eine insgesamt höhere
Ausfallrate, die Wahrscheinlichkeit des gefahrbringenden Ausfalls
reduziert sich aber da dessen Wahrscheinlichkeit = p(R1) * p(R2).
rgds
wie 6A66 schon richtig sagt, macht man für solche Schaltungen eine FMEA.
Je nach gewünschter Sicherheitskategorie braucht man dann einen gewissen
DC und eine MTTFd, um das zu erreichen (nach 13849). Bei der
Fehlerbetrachtung kann man übrigens für manche Bauteile wie zb
Widerstände einen Fehlerausschluss machen (die gehen nur öffnend
kaputt), wenn die entsprechend überdimensioniert sind...
mrc schrieb:> (die gehen nur öffnend> kaputt), wenn die entsprechend überdimensioniert sind...
Meines Wissens ist der Ausschluss nur bei bestimmten Bauformen möglich.
@TO: Wenn Du nicht Sicherheit im Sinne IEC61508 oder ähnlich benötigst
ist eine einfache logische Betrachtung durchaus möglich. Aber dann würde
ich mir für die 230V trozdem eine elektrische Trennung überlegen -
Schaden ist Ausfallwahrscheinlichkeit * Schadenshöhe. Und die
Schadenshöhe ist im Worst case der Tod eines Menschen bei 230V.
rgds
6A66 schrieb:> Meines Wissens ist der Ausschluss nur bei bestimmten Bauformen möglich.
Wenn ich mich recht erinnere kann man bei Melf-Widerständen das generell
ausschliessen, die gehen bauformbedingt immer nur öffnend kaputt. Bei
ganz normalen 0402ern kann man den Fehlerausschluss aber auch
erreichen...
Anstatt alles mehrfach auszulegen könnte man analysieren, was bei jedem
einzelnen Bauteil im Fehlerfall passieren kann und welche Fälle davon
überhaupt behandelt werden müssen.
Und die Aussage mit
> "nichts" passiert
gehört in den Sondermüll.
1)
Eine Suppressordiode zwischen VID und AGND sowie eine Sicherung in den
230V Zweig.
(Bezieht sich auf die ursprüngliche Schaltung.)
Dimensionierung:
Die Suppressordiode sollte bei 12Vac nicht schalten (außer Du willst
auch dort eine Sicherung einbauen).
obere Grenze: wenn Du keine andere Grenze für gefährliche Spannung hast,
so würde ich die untere Grenze der Niederspannungsrichtlinie nicht
überschreiten.
also irgendwo zwischen ca. 20V und 70V
Die Sicherung so auslegen, dass die Suppressordiode im Einsatzfall nicht
in Flammen aufgeht.
2)
Sicherstellen, dass auch bei 12Vac in der Schaltung nichts abfackelt.
Ist z.B. der maximale Strom der Quelle bekannt?
Ansonsten die Suppressordiode so auslegen, dass die 12V abgedeckt sind
und auch dort eine Sicherung einbauen.
3)
3,6V wenn U2 als Kurzschluss arbeitet
hält D6 das aus?
4)
Fackelt irgendetwas in der Schaltung ab bis die Suppressordiode aus 1)
aktiv wird?
Dimensionierung noch einmal überdenken, evtl. siehe 2).
Wenn das Ganze als Schulungsaufgabe gedacht ist und es wirklich darum
geht etwas doppelt auszulegen, dann würde ich den ganzen Teil mit den
Spannungserkennungen zwei mal bauen und mit Dioden verodert auf den
Eingang des Controllers geben. GGf mit einem weiteren Widerstand davor
und einer weiteren Z-Diode am Controllereingang.
Single_Point_of_Failure.png
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