Hallo! Ich möchte meine Spannungsreferenz, die eingangsseitig mindestens 27VDC benötigt, gegen zu hohe Betriebsspannungen (>=40V) absichern. Im Betrieb wird die Schaltung weniger als 50mA Gleichstrom verbrauchen. Es geht hier also nicht darum, kurze Spannungsspitzen zu verhindern, sondern darum, zu hohe Dauerspannung aus einem externen Netzteil abzublocken. Das Ziel besteht auch nicht darin, die Überspannung jenseits der 40V zu verbraten. Meine Komparator-basierte Überspannungsabschaltung mit Hysterese funktioniert zwar, verhindert aber nicht, dass der OP-Verstärker zu hohen Betriebsspannungen ausgesetzt ist, denn der hängt dauernd an der Eingangsspannung, auch wenn er die Spannungsversorgung für den Rest der Schaltung per gesperrtem MosFet abgeschnitten hat. Mein nächster Testversuch, bestehend aus einer Zenerdiode mit 27V und einem BD131-Transistor, die im Überspannungsfall eine 100mA-Sicherung (5x20mm) schmelzen sollen, endete unbefriedigend: Selbst bei 31V wollte die Sicherung nicht schmelzen, was einer 200mA-Sicherung aber gelang. Die 100mA-Sicherung hat einen Ri von 25Ohm, die 200mA-Sicherung etwa 7Ohm. Wie löse ich das Problem schlau und bauteilarm?
Mit einer Crow Bar Schaltung. https://www.mikrocontroller.net/articles/TRIAC#Crow-Bar http://axotron.se/index_en.php?page=26
Peter M. schrieb: > Wie löse ich das Problem schlau und bauteilarm?
1 | +6V..+600V |
2 | | |
3 | +---|I BSP135 (Depletion NMOSFET) |
4 | | | |
5 | | +-- ca. 6V wenn R1=R2 |
6 | | | |
7 | | R1 |
8 | | | |
9 | +----+ |
10 | | |
11 | R2 |
12 | | |
13 | GND |
Da du reichlich Spielraum hast, würde ich eine Schmelzsicherung in Reihe schalten und eine Z-Diode parallel zur Last. Bei Überspannung fließt ein hoher Strom durch die Z-Diode, welche die Sicherung auslöst.
> Mein nächster Testversuch, bestehend aus einer Zenerdiode > mit 27V und einem BD131-Transistor, die im Überspannungsfall > eine 100mA-Sicherung (5x20mm) schmelzen sollen, endete unbefriedigend. Dann hast du vermutlich einen Schaltungsfehler fabriziert. Ich bin ganz sicher, dass das geht.
Mir fallen da gerade die Triggerdioden (DIAC) ein, die man in Dimmerschaltungen verwendet. Ich meine, die lösen bei 32 Volt aus, und deren Kennlinie ist für diesen Anwendungsfall geradezu ideal. http://www.conrad.de/ce/de/product/186406/Triggerdiode-DIAC-STMicroelectronics-DB3-D30-ER900-Gehaeuseart-DO-35-UDb-32-V
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Stefanus, ohne angeschlossene Last und ohne Sicherung steigt der Stromverbrauch in der Nähe von 27V explosionsartig an, mit dem Ergebnis, dass der BD131 mit einem Knall explodiert, wenn man nicht schnell genug trennt oder einen Kühlkörper montiert hat. Sobald die 100mA-Sicherung in Reihe geschaltet davor liegt, steigt der Strom nur mäßig an.
Ohne Sicherung sollst du das ja auch nicht machen. Und mit Sicherung müsste das so funktionieren. Denn 100mA * 25 Ohm ergeben 2,5 Volt. 2,5V plus die 27V von der Zenerdiode plus die 0,7V vom Transistor ergeben etwa 30 Volt. Bei 30V oder mehr muss die Sicherung durchbrennen. Es sei denn, der Transistor ist defekt oder du hast sehr hohe parasitäre Widerstände in der Schaltung (Steckbrett? Kabel mit Kroko-Klemmen?) Den Transistor musst du natürlich kühlen. 27V mal 100mA sind 2,7 Watt Verlustleistung. Ohne Kühlkörper kann der Transistor nichtmal 1 Watt ableiten. Eine Crowbar verwendet statt Transistor einen Thyristor. Diese Triggerdioden verhalten sich ganz ähnlich. Sobald die Auslöse-Spannung erreicht wird, verringert sich die Durchbruchspannung auf unter 2 Volt. Der Vorteil ist: 2V mal 100mA sind nur 200mW. Das geht ohne Kühlkörper.
Peter M. schrieb: > ... Zu der Schaltung: da sollte man noch eine Widerstand zwischen Basis und Emitter spendieren, damit der BD131 auch unterhalb der Z-Diodenspannung keine unkontrollierten (Rest-) Ströme zieht. Den Nachteil der Schaltung hat Stefan Us ja schon beschrieben (mögliche Verlustleistung). Gruß Dietrich
Hallo MaWin, wenn ich Deine Schaltung richtig verstehe, dann hat sie aber keinen "Schaltknick". Bei steigender Eingangsspannung ist irgendwann soviel Spannung zwischen R1 und R2, so dass die infolgedessen steigende Gatespannung bewirkt, dass der MosFet anfängt zu sperren. Das passiert aber dann wahrscheinlich eben nicht plötzlich, sondern langsam. Das heißt, der MosFET wird heiß oder brennt sogar durch und volle >=40V prügeln auf meinen 78L24 ein und nach Tod desselben auch auf die edlene ICs?
Peter M. schrieb: > Das > heißt, der MosFET wird heiß oder brennt sogar durch und volle >=40V > prügeln auf meinen 78L24 ein und nach Tod desselben auch auf die edlene > ICs? Der Knick ist nicht besonders scharf, aber man kann das schon so dimensionieren, dass nur zwischen 27V und 40V rauskommen, bei Eingangsspannungen bis hin zur maximalen Verlustleistung des Transistors, die wird unter 600V erreicht sein, aber es gibt Depletion ja auch in TO220 und TO263, das schafft einiges weg wenn man nur Milliampere braucht.
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Kleiner Denkanstoss. Obs passt? Keine Ahnung - aber ich hab ja auch nur 5min investiert. Die Simulation läuft aber. Vorteil der Lösung: Nix wird heiß, nix wird kaputt. Das könnte sogar gegen Transienten gehen, wenn die Spannung hoch ist, macht der PNP das Gate hübsch schnell leer ;-) Kapazitive Last führt zu hohen Strompeak beim wiedereinschalten. Da kann man mit kleinem Aufwand was tun (C von Gate nach Vout). Wie es sich mit Unterspannung verhält, wäre auch zu bedenken. Die Auslegung ist ein Schuss aus der Hüfte, die Schaltung soll nur das Prinzip verdeutlichen.
Tja, einen "kleinen" Fehler hab ich drin, zu D1 wäre ein Serienwiderstand einzufügen. Bzw. ein Basiswiderstand für Q1 wäre schon wohl angebracht. so 10k oder so. Sonst gibts Rauchzeichen. SOWAS zeigt die Simulation nicht, da schluckt ein BC847 auch mal gerne 100A Basisstrom, ohne zu meckern.
Hallo zusammen, Problem dank Eurer Hilfe gelöst! Bin gestern abend noch zur Apotheke gefahren und habe mir 32V-Triggerdioden besorgt. Die mit bis zu 2A spezifizierte Diode hatte keine Probleme eine 200mA-Sicherung zu schmelzen. Diese charmante Ein-Bauteil-Lösung verwende ich natürlich gerne. Der Thyristor für die Crowbar-Lösung war in der Apotheke nicht auf Lager, der kommt bei der nächsten Bestellung bei Angelika dran. Charmant finde ich auch die Idee bei niedrigeren Betriebsspannungen, bei denen es auf Genauigkeit ankommt die per Trimmer einstellbare Komparatorlösung zu benutzen und mittels zusätzlicher Triggerdiode und Sicherung den Komparator vor Überspannung zu schützen. Dankeschön.
Peter M. schrieb: > Bestellung bei Angelika Schön war das. Nun musst Du bei Ulf bestellen: http://www.elektroniknet.de/distribution/sonstiges/artikel/110204/
Wollte eigentlich "Angelika's Nachfahren" schreiben, aber das klingt so morbide...
Torsten C. schrieb: >> Bestellung bei Angelika > > Schön war das. Nun musst Du bei Ulf bestellen: > http://www.elektroniknet.de/distribution/sonstiges/artikel/110204/ Irgendwie habe ich den Eindruck, das Ulf höhere Preise als Angelika hat. Oder habe ich mich da getäuscht?
Kann ich überhaupt nicht absehen. Die EUR-Notierungen bestimmter Komponenten hängen ja vielleicht nicht nur von der aktuellen Unternehmensführung ab, sondern vielleicht auch vom Wechselkurs zu USD und JPY.
Hallo, eine wirksame Überspannungsbegrenzung wird allerorten benötigt. Sehr einfach aber wirkungsvoll ist ein Polyswitch z.B. 0,05A ....0,1A http://www.conrad.de/ce/de/product/1055676/PTC-Sicherung-Strom-IH-005-A-240-V-L-x-B-x-H-205-x-83-x-38-mm-Bourns-MF-RM005240-2-1-St?ref=list und dahinter eine Supressordiode (TSV-Diode) z.B. SMAJ28 oder SMBJ28 oder SMCJ28. Die wird bei ca. 33...35V leitend www.conrad.de/ce/de/product/1265414/Suppressor-Diode-Fairchild-Semicondu ctor-SMCJ28A-Gehaeuseart-DO-214-AB?ref=searchDetail Evtl. ist auch eine TSV-diode mit etwas geringerer Spannung gewünscht. Die TSV-Diode wird unter Umständen sehr heiß, wenn der Strom nicht ausreicht, um den Polyswitch hochohmig werden zu lassen. Dann ist es eine gute Idee, den Polyswitch thermisch an die Diode zu koppeln, so dass dieser in jedem Fall auslöst, falls die TSV-Diode über ca. 100°C kommt. Gruß Öletronika
Warum nicht gleich die maximale Spannung durch Trafo,Gleichrichter und Elko so niedrig halten, daß es gar nicht zum Worst-Case kommt? Mani
Hallo Öletronika, werde ich austesten. meine Solo-Triggerdiode löst zwar die Schmelzsicherung aus, bleibt danach aber niederohmig. Neben der bauteilarmen Crowbar-Schaltung steht Dein Vorschlag für mich auch auf der Agenda. Hallo Mani W., zum einen suche ich eine Lösung für die spezielle Schaltung, die gleichspannungsgespeist wird. Zum anderen suche ich eine generische Lösung für ähnliche Projekte dieser Art.
Peter M. schrieb: > zum einen suche ich eine Lösung für die spezielle Schaltung, die > gleichspannungsgespeist wird. Zum anderen suche ich eine generische > Lösung für ähnliche Projekte dieser Art. Dann gib mal an, warum Deine Spannung zu hoch werden kann, ohne einem Blitzschlag! Eine Schaltung wird normalerweise so konzipiert, dass sie sich nicht selbst zerstört! Und wenn ich ein Netzteil so anlege, dass bei 10-20 % Netzspannungs- erhöhung der Rest durchknallt, dann bin ich wohl selbst schuld daran. Dann brauche ich keine Crow-Bar oder Feuerlöscher inside... Mani
Die Spannung kann zu hoch werden, weil ein Benutzer eine zu hohe Gleichspannung einspeist.
Lustig für Dich, nur einen Satz zu schreiben und auf Antwort zu warten? Niemand weiß hier, was Du da eigentlich machst, und es gibt Benutzer, die eine zu hohe Spannung einspeisen können... Mann, kannst Du Dich in mehreren Sätzen ausdrücken, anstatt nur SMS zu schreiben???
Komisch, Sie sind der erste der mich nicht versteht, obwohl ich mich deutlich ausgedrückt habe. Hier finden Sie Hilfe: http://www.alfa-telefon.de/
U. M. schrieb: > Die TSV-Diode wird unter Umständen sehr heiß, wenn der Strom nicht > ausreicht, um den Polyswitch hochohmig werden zu lassen. > Dann ist es eine gute Idee, den Polyswitch thermisch an die Diode zu > koppeln, so dass dieser in jedem Fall auslöst, falls die TSV-Diode über > ca. 100°C kommt. Warum die Lösung ungeeignet ist : Bis das Gehäuse der TVS-Diode mal seine 100° oder woauchimmer die Schwelle der Polyfuse ist erreicht hat, hat die Sperschicht schon >200. Nicht immer überlebt die Diode das. Dazu kommt die mieserable Lebensdauer der Polyfuse und der Hold-Current der Polyfuse, der alleine schon die Diode überlasten kann. Das Problem gilt allgemein bei höheren Spannungen für alle Lösungen mit TVS Dioden. Weil P=U*I gilt IMMER, auch für TVS-Diode. Rechnen wir mal P=30V*2A = 60W. Was sagt eine TVS üblicherweise dazu? Pfffft, Brrzzzt oder Peng. Oft bleibts aber nicht bei 2A... Eine Schmelzsicherung oder Polyfuse können die TVS-Diode nicht zuverlässig schützen - man vergleiche dazu das Schmelzinteral der Sicherung mit dem SOA der Diode. Die einzige sauberere "Pfuschlösung" ist die Crowbar mit Sicherung und Thyristor - der reißt die Spannung brutal auf 1-2V nieder und wird daher nicht so heiß. Das löst zuverlässig die Sicherung aus und wird dabei nicht kaputt - einen geeigneten Thyristor vorausgesetzt. Dann gibt die diskete Lösung von mir (siehe oben). Und viele andere - mit Komparator und wasweisich. Und dann gibts Hot-Swap-Controller mit integrierem Überspannungsschutz (LM5069, oder diverse von Linear). Das ist dann die supersauber-Lösung, die man dann nimmt, wenn Überspannungen an der Tagesordnung sind. http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5069.pdf http://www.linear.com/product/LT4356MP-1 Die haben noch andere Vorteile (Kurzschlussschutz, Inrush Limit etc). Ich würde eine Schaltung oder einen Hot-Swap-Controller nehmen. Warum? Weil da nix hin wird, wenn eine Überspannung kommt. Die wird nur ausgeblendet.
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Peter M. schrieb: > Problem dank Eurer Hilfe gelöst! … Dankeschön. Und es wird fleissig weiter diskutiert. :-) Erstaunliches Forum! U. M. schrieb: > TSV-Diode Turn- und Sportverein? ;-) Peter M. schrieb: > Zum anderen suche ich eine generische Lösung für ähnliche Projekte > dieser Art. WehOhWeh schrieb: > Ich würde eine Schaltung oder einen Hot-Swap-Controller nehmen. Diese Hot-Swap-Controller sind ja mal richtig teuer, selbst bei AliExpress. Die werden in der Praxis wohl selten eingesetzt? Welche 'Schaltung' würdest Du als 'generische Lösung' nehmen? Diese hier (sorry wegen doppelt!)? Speziell als 'generische Lösung' hat der LM431 m.E. viele Vorteile: * sehr genau * stufenlos einstellbar * preiswert (ca. 15 ct) Thyristoren gibt es bei Ali auch unter 10 cent. Oder was meint Ihr?
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Torsten C. schrieb: > Thyristoren gibt es bei Ali auch unter 10 cent. Viel zu teuer! Aber, wie ein Thyristor funtioniert, weißt Du?
> meine Solo-Triggerdiode löst zwar die Schmelzsicherung aus, bleibt > danach aber niederohmig. Das gleiche Problem hast du dann vermutlich auch mit einem Thyristor. Finde mal heraus, woran das liegt. Vermutlich wurde die Diode durch zu hohen Kurzschlusstrom überlastet. Der Innenwiderstand (25 Ohm) der Sicherung sollte das verhindern. Jedoch liegt vielleicht noch ein Kondensator parallel zur Diode, der einen viel geringeren Innenwiderstand hat. Man könnte zwei Sicherungen verwenden. Oder auf der Rechten Seite einen weiteren Widerstand. Falls die Last damit klar kommt.
1 | 100mA 27 Ohm |
2 | In o---[---]----+----[===]---+----o Last |
3 | | | |
4 | X === C |
5 | | | |
6 | GND o-----------+------------+----o GND |
X soll die Triggerdiode darstellen. Oder die Thyristor-Schaltung.
Stefan Us schrieb: > Das gleiche Problem hast du dann vermutlich auch mit einem Thyristor. Kommt drauf an: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/SCR1369.jpg
> WehOhWeh schrieb: > Warum die Lösung ungeeignet ist : Bis das Gehäuse der TVS-Diode mal > seine 100° oder woauchimmer die Schwelle der Polyfuse ist erreicht hat, > hat die Sperschicht schon >200. Nicht immer überlebt die Diode das. Dazu > kommt die mieserable Lebensdauer der Polyfuse und der Hold-Current der > Polyfuse, der alleine schon die Diode überlasten kann. Du hast einerseits recht, aber wollen wir die Kirche mal im Dorf lassen. Der Verbraucher wird oben mit 27V und weniger als 50mA angegeben. Das sind nur gut 1W was das benötigt wird. Ob eine angeschlossene Stromversorgung überhaupt die Leistung erbringen kann, welche du in deiner Rechnung annimmst, das muß der Fragesteller sich selber beantworten. Falls die SV nur 5...10W bringen kann, wird die Schuztbeschatung das noch nicht mal bei Dauerbelastung killen. Freilich kann es Bedingungen geben, wo meine Lösung zumindest grenzwertig wird oder nicht zu empfehlen ist. Man kann aber auch noch optimieren, z.B. indem man noch größere Schutzdiode einsetzt oder 2 mit halber Spannung in Reihe schaltet, die sich die Leistung dann teilen. Die vorgeschlagene Supressordiode ist nicht gerade winzig, sondern eher ein recht dicker Klops, der zumindest kurzzeitig extrem hohe Pulsleistungen wegfängt und somit schon mal ziehmlich gut für ESD und Blitzsdchlagfestigkeit sorgt. Wegen der recht hohen Wärmekapazität und Wärmeableitung wird die Temperatur auch nicht unbegrenzt schnell ansteigen. Gerade bei höherem Strom kommt das auch der Polyswich recht schnell. Die bemägelte Lebensdauer des Polyswitch mag ein Problem werden, wenn denn regelmäßig solche Schutzbeschaltung beansprucht wird. warum sollte man das aber annehmen? Ansonsten setze ich solche Teile seit vielen Jahren in tausenden Industriegeräten ein, habe aber noch nicht gehört, dass Polyswitche ausgefallen wären. Dein Argument, dass der Haltestrom des Polyswich zu hoch wäre und die Schutzdiode überlasten könnte, halte ich dann für "an den Haaren herbeigezogen". Der Strom wird genau so groß, dass das thermische Gleichgewicht bei etwas über 100°C gehalten wird. > Weil P=U*I gilt IMMER, auch für TVS-Diode. Rechnen wir mal P=30V*2A = > 60W. Was sagt eine TVS üblicherweise dazu? Pfffft, Brrzzzt oder Peng. > Oft bleibts aber nicht bei 2A... > Die einzige sauberere "Pfuschlösung" ist die Crowbar mit Sicherung und > Thyristor - der reißt die Spannung brutal auf 1-2V nieder und wird daher > nicht so heiß. Das löst zuverlässig die Sicherung aus und wird dabei > nicht kaputt - einen geeigneten Thyristor vorausgesetzt. Kann sein, dass deine Annahmen zutreffen. Und woher weißt du, dass die Sicherung zuverlässig auslöst? Wo steht denn geschrieben, das die Spannungsquelle überhaupt genug Strom dafür liefert? Im schlechten Fall überlastet das nur die Spannungsversorgung und legt damit das System mit alle angeschlossenen Verbrauchern lahm. > Und dann gibts Hot-Swap-Controller mit integrierem Überspannungsschutz > (LM5069, oder diverse von Linear). Das ist dann die supersauber-Lösung, > die man dann nimmt, wenn Überspannungen an der Tagesordnung sind. > http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm5069.pdf > http://www.linear.com/product/LT4356MP-1 > Die haben noch andere Vorteile (Kurzschlussschutz, Inrush Limit etc). Ja, aber max. Eingangsspannung z.B. 80V (100V maximum ratings). Kommt mal ein Spannungsimpuls mit etwas höherer Spannung, dann kann auch deine schöne Lösung sterben. Ich habe einen Polyswitch mit deutlich höherer Spannungsfestigkeit vorgeschlagen und die Lösung ist auch ein Schutz für transiente Überspannungen, die ja nicht auf 100V begrenzt sind. > Ich würde eine Schaltung oder einen Hot-Swap-Controller nehmen. Warum? > Weil da nix hin wird, wenn eine Überspannung kommt. Die wird nur > ausgeblendet. Wie das ein Controller mit 100V Spannungsfestigkeit realisieren soll, ist dann wohl noch offen. Die Dinger heißen nicht umsonst Hot-Swap-Controller und sind nicht primär als echter Überspannungsschutz gedacht, sondern nur als Schutzelement im Rahmen definierter Bedingungen an bekannten Stromversorgungen. Ob dein Vorschlag überhaupt umsetzbar ist, weiß nur der Fragesteller. Das wird wohl nur gehen, wenn man ein Gerät neu konzipiert und das im Layout berücksichtigt. Die Kosten sind dann auch deutlich höher. Ich denke, es geht eher nur um eine einfache Nachrüstmethode. Aber es bleibt ihm ja überlassen, die Sache zu bewerten. Welche konkreten Annahmen er machen muß, hat er ja leider nicht geschrieben.
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