Hallo,
mal eine Frage:
Was passiert mit einem uC-Eingang, wenn dieser mit einer deutlich zu
hohen Spannung beaufschlagt wird, diese jedoch extrem stark gedämpft
ist, so dass prinzipiell keine hohen Ströme fließen können.
Soll heissen:
1Meg-Widerstand zwischen Controllereingangspin und z.B. Steckdose.
Der fliessende Strom ist in diesem Moment ja schonmal auf 315uA
begrenzt.
Geht ein typischer Controllereingang nun aufgrund so einer Überspannung
kaputt, oder hält er diese aus, da ja kein Strom fließt, der irgendetwas
kaputt gehen lässt...?
mfg
6A66 schrieb:> JA, und der Controller mit dazu!
Da steht im Dateblatt irgendetwas von "maximaler Spannung am Eingang".
Das solltest Du nicht ignorieren.
rgds
Ja, das da so was im Datenblatt steht, ist mir schon klar.
Aber warum geht das Bauteil über den Jordan?
Ein paar Mikroampere werden nichts, aber auch Garnichts zum Schmelzen
bringen...
Das Problem sind die kleinen Strukturen im µC, die sich nicht mit hohen
Spannungen vertragen. Im Grunde hat der µC Eingang zu den umliegenden
Schichten (und auch GND) innerhalb des µC einen Abstand und wirkt daher
als (Platten-)Kondensator.
Jeder Kondensator "bricht" aber ab einer bestimmten Spannung durch (im
Verhältnis zum Plattenabstand), soll heißen, es entsteht ein Lichtbogen.
Da reicht auch weniger Energie (vgl. Piezozünders im Feuerzeug -> hohe
Spannung, wenig Energie).
Deshalb hilft es dir reichlich wenig, den Strom zu
begrenzen(vernachlässigen wir den dynamischen Augenblick des
Einschaltens und nehmen die Spannung als statisch an).
Das ist übrigens auch der Grund, warum in dicht bepackten ICs mit immer
kleiner werdenden Strukturen auch die Versorgungsspannung (Corespannung)
sinken muss. Mit unter eben, dass bei den Geringen Abständen kein
Übersprechen stattfinden (und da reichen auch schon wenige Volt - auf
den Abstand kommt es an).
Threadstarter schrieb:> Ein paar Mikroampere werden nichts, aber auch Garnichts zum Schmelzen> bringen...
Na, dann probier das doch einfach aus wenn Du uns nicht glaubst.
rgds
Threadstarter schrieb:> Was passiert mit einem uC-Eingang, wenn dieser mit einer deutlich zu> hohen Spannung beaufschlagt wird, diese jedoch extrem stark gedämpft> ist, so dass prinzipiell keine hohen Ströme fließen können.
Die meisten, aber nicht alle µCs haben heutzutage Schutzdioden,
die dieSpannung dann begrenzen.
Hängt im Prinzip vom Controller und vom Eingang ab!
Manche µC haben Schutzdioden an den PortPins --> Dann hilft die
Strombegrenzung, da die internen Dioden die Spannung begrenzen.
Man kann aber auch eine Z-Diode mit entsprechender Spannung anbringen.
Harald Wilhelms schrieb:> Die meisten, aber nicht alle µCs haben heutzutage Schutzdioden,> die dieSpannung dann begrenzen.
Na da würde ich mich bei 230V aber nicht drauf verlassen. Nicht umsonst
steht da eine Warnung in der Appnote.
Aber wie schon gesagt: Versuch macht kluch. Die einfachste Methode zu
lernen ist zu hinterfragen und das Wissen derer anzunehmen die Erfahrung
haben. Die Schmerzhafteste Methode ist die der eigenen Erfahrung.
rgds
6A66 schrieb:>> Die meisten, aber nicht alle µCs haben heutzutage Schutzdioden,>> die die Spannung dann begrenzen.>> Na da würde ich mich bei 230V aber nicht drauf verlassen.
Nun, die Frage des TOs ist mit obigen Satz eindeutig beantwortet.
Verlassen würde ich mich auf diesen Schutz alleine aber auch
nicht. Schon allein wegen der besseren Prüfbarkeit während der
Entwicklung würde ich µC-Schaltungen grundsätzlich nur netzge-
trennt aufbauen.
Gruss
Harald
6A66 schrieb:> Harald Wilhelms schrieb:>> Die meisten, aber nicht alle µCs haben heutzutage Schutzdioden,>> die dieSpannung dann begrenzen.>> Na da würde ich mich bei 230V aber nicht drauf verlassen.
Nix verstanden.
Es ist vollkommen irrelevant, wie hoch die Spannung am anderen Ende des
Schutzwiderstandes ist. Entscheidend ist, wieviel Strom durch die
Schutzdiode fließt. Für eine höhere Spannung braucht man einfach einen
größeren (und natürlich entsprechend spannungsfesten) Widerstand.
Wieviel Strom erlaubt ist, steht im Datenblatt. Und wenn man diesen
Strom überschreiten muß, schaltet man einfach eine externe Schutzdiode
parallel.
XL
Axel Schwenke schrieb:> Und wenn man diesen> Strom überschreiten muß, schaltet man einfach eine externe Schutzdiode> parallel.
Oder z.B. eine Z-Diode, damit kann man dann ein Leiten der internen
Dioden gänzlich verhindern (etwa wenn keine Spezifikationen für eine
"Dauerbestromung" angegeben sind oder explizit davon abgeraten wird).
Für 5 V CMOS-Logik würde sich eine 4.7 V Z-Diode anbieten, bei 5 %
Toleranz werden die Schaltschwellen mit ~4.4 V sicher überschritten (bei
AVRs 0.7*Vcc, also 3.5 V).
Threadstarter schrieb:> Der fliessende Strom ist in diesem Moment ja schonmal auf 315uA> begrenzt.
Beim Zerstören von Mosfets durch Überspannung spielt ein echtes
Schmelzen gar keine Rolle.
Die Eingangskapazität wird auf Überspannung aufgeladen, dann geschieht
ein Durchschlag durch die Gate-Isolierschicht und eine bleibende
Verbindung Gate-Kanal ist entstanden. Alleine die in der Gate-Kapazität
gespeicherte Energie reicht dazu aus, den Dirchschlagskanal auf Dauer
leitfähig zu machen.
Der Gate-Kondensator wurde zwar durch <300µA aufgeladen, entladen tut er
sich aber mit A innerhalb von Mikrosekunden.
Man kann einen Folienkondensator per 1µA auf mehrere hundert Volt
aufladen.
Wenn dann die Durchschlagspannung erreicht ist, macht der Kondensator
"pitsch" und die dann bereits im Kondensator steckende Energie zerstört
ihn. Das eine µA von außen spielt beim Durchschlag keine Rolle mehr.
TX schrieb:> Das ist übrigens auch der Grund, warum in dicht bepackten ICs mit immer> kleiner werdenden Strukturen auch die Versorgungsspannung (Corespannung)> sinken muss. Mit unter eben, dass bei den Geringen Abständen kein> Übersprechen stattfinden (und da reichen auch schon wenige Volt - auf> den Abstand kommt es an).
Iiiiih ! (daneben gehende Begründung)
Man will ja Taktfrequenzen bis in den GHz-Bereich.
Das erreicht man durch kleine Strukturen: damit entstehen kleine
Eingangs-und Ausgangskapazitäten. Die besonders dünne
Gate-Isolierschicht entsteht damit auch. Zusätzlich bringt diese dünne
Schicht eine niedrige Schaltschwelle der Mosfets, die das Umschalten von
0 auf 1 erleichtert.
Es braucht halt viel weniger Energie, einen Kondesator von 0 auf 1,8V
umzuschalten als bei 5V Spannungshub.
Fast alle CMOS-Eingänge haben eine Schutzdiodenstruktur an den Ein- und
auch an den Ausgängen. Das ist der hauptsächliche ESD-Schutz.
Leider sind nicht alle Bauelemente in dem Punkt ausreichend
spezifiziert. Wenn in den DB-Angaben steht, dass der Eingang z.B.
VCC+0.3V sehen darf, dann deutet das auf eine vorhandene Schutzdiode
hin. Glücklich kann man sich schätzen, wenn dazu auch ein maximaler
Strom angegeben ist - der liegt dann meist im mA-Bereich, z.B. 5mA ...
50mA. Leider ist das nicht immer der Fall.
Eine Aufladung der Eingangskapazität bis zum Durchbruch kann dabei nicht
vorkommen, denn die Diode leitet den Strom auf VCC ab. Voraussetzung ist
natürlich, dass an der Stromversorgung von VCC mindestens dieser Strom
auch verbraucht wird, sonst steigt auch die VCC an - mit den
entsprechenden Folgen. Oder man hat ein Netzteil, das auch 'sinken'
kann, z.B. einen synchronen Schaltregler.
Wenn der TO also so ein spezifiziertes Bauelement vorliegen hat, dann
kann er getrost dem Eingang die paar hundert µA zumuten.
Es gibt auch Bauelemente (z.B. in der LVC-Serie), die haben als maximale
Eingangsspannung einen absoluten Wert angegeben - ideal, weil so leicht
z.B. als Pegelwandler 5V --> 3.3V einsetzbar. Dann ist dort entweder
nichts vorhanden, oder es ist eine Z-Diodenstruktur verbaut. Wenn dieser
Strom nicht angegeben ist, dann nützt der sehr hochohmige Vorwiderstand
auch nichts, die Spannung wird steigen bis zu einem Durchbruch mit
Zerstörung des Teils ...
Ich verweise nochmals auf den Beitrag von Axel Schwenke.
HildeK schrieb:> Fast alle CMOS-Eingänge haben eine Schutzdiodenstruktur an den Ein-> und auch an den Ausgängen.
Die Schutzdioden an den Ausgängen (und damit auch an allen µC Pins, die
als Ausgänge konfigurierbar sind) sind sogar unvermeidlich - das sind
nämlich die Body-Dioden der MOSFETs an den Ausgängen. Und bei denen ist
die Strombelastbarkeit auch klar: die ist ziemlich genau so groß wie die
Belastbarkeit der Ausgänge.
Nur bei reinen Eingängen müssen die Schutzdioden als zusätzliche
Strukturen integriert werden.
Der Grund, warum die Datenblätter oft so geringe Ströme durch die
Schutzdioden zulassen bzw. die Grenzwerte der Eingangsspannung auf
weniger als eine Flußspannung über Vcc (bzw. unter GND) festlegen, ist
die Gefahr des Latchups. Siehe https://en.wikipedia.org/wiki/Latchup
XL
Axel Schwenke schrieb:> Die Schutzdioden an den Ausgängen (und damit auch an allen µC Pins, die> als Ausgänge konfigurierbar sind) sind sogar unvermeidlich - das sind> nämlich die Body-Dioden der MOSFETs an den Ausgängen
und aus diesen parasitären Bauelementen hat dann das Marketing ein
Feature gemacht und sie "Schutzdioden" genannt.
MfG Klaus
Threadstarter schrieb:> Was passiert mit einem uC-Eingang, [bei einem]> 1Meg-Widerstand zwischen Controllereingangspin und z.B. Steckdose.
Wenn man perfekte sinusförmige 230 Veff ohne Störungen annimmt, dann ist
das kein Problem, weil der Strom durch die Schutzdioden (clamp diodes)
sehr gering bleibt.
In der Realität gibt es noch Surge und Burst auf der Leitung, die man
mit einem kleinen Kondensator glätten sollte. Die Spannungsfestigkeit
des 1 MΩ Widerstands lässt sich leicht durch drei in Reihe geschaltete
Widerstände der Bauform 0207 erreichen.
CC schrieb:> In AVR182 wird so etwas gemacht. Aber ob es wirklich zur Nachahmung> empfohlen ist, ist noch eine andere Frage...
Ich bin mir sicher, dass Atmel diesen Aufbau nicht vorschlagen würde,
wenn es Probleme damit gäbe. Daher hätte ich bei dem Vorgehen keine
Bedenken.
http://www.atmel.com/images/doc2508.pdf
Alexander Schmidt schrieb:> Ich bin mir sicher, dass Atmel diesen Aufbau nicht vorschlagen würde,> wenn es Probleme damit gäbe. Daher hätte ich bei dem Vorgehen keine> Bedenken.> http://www.atmel.com/images/doc2508.pdf
Bitte in der Appnote weiterlesen (siehe Amhang!)
Eine Appnote ist keine Ausentwicklung - in diesem Fall ist es ein
Schaltungsvorschlag. Wie schon angedeutet
Harald Wilhelms schrieb:>>> Die meisten, aber nicht alle µCs haben heutzutage Schutzdioden,>>> die die Spannung dann begrenzen.>>>> Na da würde ich mich bei 230V aber nicht drauf verlassen.>> Nun, die Frage des TOs ist mit obigen Satz eindeutig beantwortet.> Verlassen würde ich mich auf diesen Schutz alleine aber auch> nicht. Schon allein wegen der besseren Prüfbarkeit während der> Entwicklung würde ich µC-Schaltungen grundsätzlich nur netzge-> trennt aufbauen.
sollte die Schaltung für härtere Anfroderungen besser geschützt werden.
Wenn die Diode durch Alterung/ESD/Burst/Surge durchbricht ist das ganze
System nicht mehr sicher.
rgds
