TVS Diode geeignet?

Timo Gerster Gast #3621944
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Hallo,

ich suche für folgende Schaltung einen passenden Überspannungsschutz:

ca. 20m Versorgungsleitung mit ca. 5 bis 6 V --> LDO 3,3 V --> µC

LDO TPS76333: max 10 V Vin, 3,3 V Vout, max. 150 mA Iout

Als Hauptgefahr sehe ich elektromagnetische Felder z.B. durch Blitze.

Als Überspannungseingangsschutz habe ich folgende unidirektionale TVS 
Diode ausgewählt:

SMBJ5.0A (Die wichtigsten Daten befinden sich im Bildanhang).

Da ich mich mit TVS Dioden nicht sonderlich auskenne, würde ich euch 
gerne um eure Meinung zu meiner Selektion bitte. Gibt es geeignetere 
Dioden oder bessere Schutzmaßnahmen?

Vielen Dank schon mal!

Beste Grüße

Timo
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U. M. #3622021
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Hallo,
je nach Anwendungsfall und möglichem Aufwand kann man ein Schutzkonzept 
unterschiedlich aufwendig gestalten.

Als erstes: Was ist das für eine Versorgung?
Was macht der uC. Welches Bezugpotential hat dieser.

Hat man galv. Trennung auf beiden Seiten, dann kann man ein sehr hohes 
Schutzlevel erreichen.
Dazu nutzt du angenommen eine geschirmte Leitung mit Twistet-Pair Adern.

Bei einem Blitzschlag wirkt der EMP zuerst mal auf den Schirm.
Dieser muß natürlich sehr gut geerdet werden.
Über den Schirm fließen dann unter Umständen viele kA Strom ab und 
induzieren im Inneren noch erhebliche Spannungen auf die Adern.

Da diese verdrillt sind, wirken die äußeren Einflüsse vor allem als 
Gleichtaktstörungen.
Der ganze galv. getrennte Teil der Schaltung wird unter Umständen auf 
einige kV Pegel angehoben. Da schlägt dann bei höheren Spannungen irgend 
was durch.
Dagegen kann man sehr leistungsfähige Überspannungsableiter gegen Erde 
einsetzen.
http://www.conrad.de/ce/de/product/532838/ESKA-Gasableiter-BH-Serie-620090S-Keramisch-x-L-8-mm-x-61-mm-Impuls-Ableit-Strom-20-kA20-A?ref=searchDetail
Außerdem sollte man die galv. getrennte Schaltung mit einem RC-Glied 
gegen Erde beschalten, um floatendes Potential zu begegnen. z.B. 
470kOhm/10nF(1000V).

Dann bleibt der kleinere Anteil differentieller Einwirkungen auf die 
Adern Plus und Minus 5V.
Diese kannst du mit gut mit Suppressordioden (Transzorbdioden) abfangen.
Je nach Bedarf auch größere Typen mit höherer Impulsbelastbarkeit.
Die SMA- und SMB-Typen sind ja die kleineren (400-600W).
Diese setze ich eher für Signalleitungen ein, wo es auch auf niedrige 
Kapazität ankommt.
Für Stromversorgung sind auch durchaus die SMC-Typen mit 
Impulsbelastbarkeit bis 1500W angemessen.
Vor die Dioden setze ich auch einen Polyswitch, der bei Überstrom 
anspricht und das Überhitzen und abfacklen nachfolgender BE verhindert.
Feinsicherungen gehen natürlich auch.

Auch niederohmige Reihenwiderstände und Drosseln können bei 
Impulsbelastung pos. Nutzen haben. Im normalen Betrieb fällt darüber 
wenig Spannung ab, aber bei Impulsbelastung wird der Strom deutlich 
begrenzt.
Dazu auch Abblock-C am Eingang parallel zur Suppressordiode.

Beachte, dass die Schutzelemente unter Impulsbelastung deutlich höhere 
Spannungen und Leistungen abkönnen müssen, als normal bzw. die max. 
Flussspannung der Schutzdioden weit höher liegt als 6V.
Dein 3,3V-Regler muß dafür ausgelegt sein.
Gruß Öletronika
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Timo Gerster Gast #3627165
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Vielen Dank für eure sehr nützlichen Antworten und Sorry für die späte 
Rückmeldung.
Ihr habt natürlich Recht, das waren viel zu wenige Informationen. Nähere 
Beschreibung des Gesamtsystems soweit möglich:

Das System besteht aus einem Master, welcher eine galvanisch getrennte 
Versorgung bzw. hinreichenden Überspannungsschutz besitzt. Dieser 
versorgt bzw. kommuniziert über eine geschirmte und verdrehte (nicht 
twisted pair) vieradrige Leitung (Unitronic LiYCY 4 x 0,75 mm²) mit bis 
zu 32 Slaves (CAN_H, CAN_L, GND, V+). Für die Kommunikation wird der 
Physical Layer von CAN-Verwendet. Ist also differenziell geführt. Die 
maximale Versorgungsspannung der Slaves beträgt im ungestörten Fall 5,5 
V.

Die Slaves bestehen aus aus ca. 100x100 mm PCBs mit PCB Sensorantennen, 
welche Unterputz verbaut werden (ich komme also später nicht mehr an die 
Hardware ran, nur Firmwareupdate über CAN-möglich). Sie besitzen kein 
Metallgehäuse. Die Antennen sind über ca. 100K Impedanzen von sämtlichen 
anderen Bauteilen getrennt. Jeder Slave besitzt einen 4 poligen 
Eingangs- und Ausgangsanschluss für die o.g. Leitung und kann den 
CAN-Bus ggf. abschließen.

Die Schirme der Leitungen sind nicht auf die PCBs aufgelegt sondern 
werden außerhalb dieser direkt an die Ausgangsverbindung zum nächsten 
Slave weitergeleitet. Ergo sind alle Schirme miteinander verbunden. Am 
Master werde ich den Schirm mit der Beschaltung von Uwe 
(leistungsfähiger Gasableiter + RC Glied) gegen PE ableiten.
Die CAN-Leitungen sind auf jedem Slave über PESD2CAN TVS Dioden 
bidirektional geschützt.

Die Versorgung der Slaves ist momentan über die noch zu dimensionierende 
SMB-Diode geschützt, danach folgt ein Abblock C Einen SMD Polyswitch 
besitzt die Schaltung auch. Leider hinter der TVS. Danach folgt ein 
P-Kanal FET als Verpolschutz und schließlich der LDO.

Leider habe ich mir über den Überspannungsschutz etwas zu spät 
ausreichend Gedanken gemacht und nun die fertigen PCBs hier. Stehe eher 
kurz vor der Installation... Von den Pads ist nur Platz für die 
SMB-Diode (600W).

SMBJ5.0A oder besser SMBJ6.0A?

@Uwe: Meinst du nicht, dass die 600 W Variante für den 
Slave-Überspannungsschutz reichen sollte? Die Hauptstörer sollten über 
den Schirm und den fetten Gasableiter über PE beim Master abgeleitet 
werden…

Notfalls könnte ich auch eine SMC dranbasteln…

Beste Grüße
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U. M. #3627192
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Timo Gerster schrieb:
> @Uwe: Meinst du nicht, dass die 600 W Variante für den
> Slave-Überspannungsschutz reichen sollte? Die Hauptstörer sollten über
> den Schirm und den fetten Gasableiter über PE beim Master abgeleitet
> werden…
Hallo,
sicher wird das auch reichen. Ist auf alle Fälle besser als kein Schutz.
Ist ja Indoor nicht draußen in einer Anlage und hat keine hunderte Meter 
Leitung dran.

Allerdings, die Sache mit den fest eingebauten Elektroniken unter Putz,
an die man nicht mehr ran kommt, scheint mir ein Schildbürgerstreich zu 
werden.
Ich möchte wetten, dass es bei so vielen LPL nicht lange dauert, bis du 
doch mal an eine ran kommen mußt.
Ich habe bei mir auch Steuerleitungen in den Wänden liegen, aber an den 
Enden sind Kästen, die man zwar mit Tapete überkleben kann, aber wenn 
nötig schneidet man eben rundum und nimmt den Deckel einfach ab.
Gruß Öletronika
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