KFZ Netz - enorme Spitzen trotz RLC Filter

[Daniel H. (dnl)]

Guten Abend,
ich habe ein Problem mit Spannungsspitzen auf einer Platine.

Die Schaltung soll im Motorrad/Auto am 12V Boardnetz betrieben werden 
und unter anderem Daten loggen.
Dazu sitzt auf der Platine ein AVR Mikrocontroller, Operationsverstärker 
usw.

Ich habe bereits alles mir Mögliche versucht, die Spannungsspitzen 
abzufangen. Die entstehen bei mir z.B. wenn ich das Frontlicht 
einschalte.
Wie man den Screenshots entnehmen kann, ist es mir nicht gelungen.

Ich habe folgenen Aufbau:

12V - MELF -  Spule - TVS - Diode - Elko - 7805

Anbei ein Screenshot aus eagle zum besseren Verständnis.

Die Spannungsspitzen messe ich direkt am VCC Eingang vom AVR. Teilweise 
habe ich da Werte von über 20V.

Zwar sind die Pulse sehr kurz - es macht mir aber trotzdem Sorgen.

Was kann ich noch tun? Ich bin wirklich ratlos.

Herzlichen Dank!
Daniel

[David (Gast)]

Meine Glaskugel sagt aufgrund fehlender Fotos des Messaufbaus: Diese 
Spannungsspitzen sind Messfehler aufgrund schlechter Masseanbindung der 
Tastköpfe. Um mit 20ns Zeitbasis zu messen sollte man schon wissen was 
man tut.
Ließ dir bitte erstmal ein paar Appnotes zu den Thema durch, und kehre 
dann hierher mit den "richtigen" Messergebnissen zurück.

[Michael K. (Gast)]

David schrieb:
> Meine Glaskugel sagt

Und recht hat die alte Murmel ...
Man rechne sich nur mal aus welche welcher Strom nötig ist um alleine 
den 100u Elko binnen 10ns von -2V auf +14V zu laden.
I(t)=dUxC/dt => 160KA
Lassen wir die 47uH ausser acht haben wir: U=IxR = 160KA x 100R = 16MV 
am Eingang ?

Alles Quatsch, Dein Tastkopf fungiert als Messempfänger für den 
Abschaltfunken.
Mindestens ebenso wichtig wie ein gutes Messgerät ist die Interpretation 
der Messung.

[Matthias X. (current_user)]

Die Schaltung und das Layout sind auch nicht gerade sehr gut.
Am Eingang würde ich noch einen 100nF Kerko setzen.
Zum Layout:
Die Position von C10 ist schlecht gewählt. HF geht direkt in die Diode 
und nimmt nicht erst den Umweg über C10.
Zwischen +12V und dem Ausgang von L1 gibt es eine Kapazitive Kopplung.

Ansonsten kann ich mich meinen Vorrednern nur anschließen. Bei solchen 
Frequenzen immer mit Massefeder arbeiten. jeder cm Massekabel verfälscht 
das Ergebniss. Außerdem gibt es auch einen Unterschied wo man die Masse 
ansetzt.

[Daniel H. (dnl)]

Guten Abend,

erstmal vielen Dank für die vielen Hinweise.
Ich habe die Messungen wiederholt und dabei festgestellt, dass die 
großen Spitzen tatsächlich ein Masseproblem waren.
Ich habe zwar direkt am Controller gemessen, das Massekabel war aber gut 
3cm entfernt am ISP angeklemmt. Dazu kommt die Länge der Masseleitung 
vom Tastkopf selbst.

Nun habe ich mit Massefeder gemessen und konnte absolut nichts mehr 
feststellen. Keine Peaks, keine Einbrüche.. nichts.

Auch ohne meinen RLC Filter und die TVS Dioden ist die 5V Leitung 
erschreckend sauber.

Nun frage ich mich natürlich, ob sich der Aufwand mit Spule und großem 
Elko überhaupt lohnt, wenn es (zumindest im Labor) keine Änderung zeigt.

Wie sind eure Erfahrungen im KFZ Bereich?

Herzlichen Dank!
Daniel

[Abdul K. (ehydra)]

C9 brauch schonmal mehr Spannungsfestigkeit. 50%+ ist sinnvoll.

Die Effektivität des Eingangsfilters hängt vom Laststrom ab. Ein Spule 
macht nur Sinn wenn der Strom hinreichend groß ist. Typisch findet man 
sowas in Autoradios.
Bei 200mA würde ich sagen, macht keinen Sinn! Du baust damit nur einen 
Schwingkreis, der mit dem Eingangspuls angeregt wird und dann nahezu 
lastfrei vor sich hinschwingt...
Bei wenig Strom nimmt man eher ein pi-Filter oder gleich nur einen 
Widerstand bzw. PTC.

[Soul E. (Gast)]

Daniel H. schrieb:

> Wie sind eure Erfahrungen im KFZ Bereich?

Wenn die Kondensatoren 35V und der Spannungsregler 40V am Eingang 
aushalten, dann kommst Du ohne Suppressordiode aus. Die kleinen Pulse 
werden vom Elko zerdrückt, die großen bleiben im zulässigen 
Spannungsbereich.

Die Spule brauchst Du nur, wenn Du Schaltregler, PWM-Treiber oder 
ähnliche Störquellen auf Deiner Platine hast. In diesem Fall würde ich 
die als Pi-Filter (d.h. Keramik+Elko - Spule - Keramik+Elko) beschalten.

[xyz (Gast)]

soul eye schrieb:
> Wenn die Kondensatoren 35V und der Spannungsregler 40V am Eingang
> aushalten, dann kommst Du ohne Suppressordiode aus. Die kleinen Pulse
> werden vom Elko zerdrückt, die großen bleiben im zulässigen
> Spannungsbereich.
>
> Die Spule brauchst Du nur, wenn Du Schaltregler, PWM-Treiber oder
> ähnliche Störquellen auf Deiner Platine hast. In diesem Fall würde ich
> die als Pi-Filter (d.h. Keramik+Elko - Spule - Keramik+Elko) beschalten.


Nette Tipps.

Ich lege Dir folgende Reihenfolge ans Herz:

1) ESD-Kondensator(en)
2) bidirektionale 36V-Suppressordiode
3) Filter (wie schon erwähnt als Pi-Filter)
4) Verpolschutz (am besten Schottky mit mindestens 40V oder 
entsprechender
P-Kanal-MOSFET)
5) Spannungs-/Schaltregler

Im Pi-Filter die Kombination "Kerko + Elko" zu nutzen macht
keinen Sinn, wenn nicht der Verpolschutz vor dem Filter wäre.
Daher im Pi-Filter ausschließlich Kerkos nutzen.
Alle Kerkos vor dem Spannungsregler 50V-Typen.

Den MELF mit 100 Ohm kannst du entfernen.

Wird das Gerät irgendwie abgeschaltet (KL15?)?
Sonst solltest Du Dir noch mal überlegen, ob der Ruhestrom des
Gerätes keine Probleme macht.

Und anstelle 7805 (1A) wäre ein Schaltregler hier die erste Wahl.