Hallo, Ich befinde mich gerade mitten in meinem Projekt für meine Abschlussarbeit und muss eine Schutzschaltung für einen µControler dimensionieren. Ich habe mich auch schon eingelesen, jedoch habe ich keine Lösung gefunden, welche allgemein empfohlen wird. Ich habe ein Eingangssignal zwischen 0-10V welches mittels eines Spannungsteilers auf eine Range von 0-3,3V geteilt wird. Da das Endgerät jedoch von Schülern benutzt werden soll, muss es gegen dauerhafte Überspannung und ESD-Fehler geschützt sein. Nun stellt sich mir die Frage ob gegen ESD eine einfache Supressordiode ausreicht oder ob ich auf mehr Rücksicht nehmen soll. Bei der dauerhaften Überspannung würde ich gerne wissen ob hier ein Überspannungsschutz mit Dioden ausreicht und wie ich sie dimensionieren müsste? Bitte daher um Hilfe Danke.
Wenn der Spannungsteiler aus ausreichend hochohmigen Widerständen
besteht, sagen wir 220k und 100k, dann reichen bereits die internen
Schutzdioden des ICs.
Da du aber von 0-10V redest, meinst du wohl Analogsignal, und da möchten
uC gerne weniger als 10k Eingangsimpedanz sehen. Das kann man durch
einen 10nF Kondensator erreichen. Der verlangsamt natürlich die Reaktion
auf schnelle Signale. Besonders robust wird es, wenn man noch einen
Vorwiderstand vor den Eingang setzt, dann kommt so was bei raus:
BAV99
+--|>|-- VCC (3.3V)
|
In --220k--+---+---+----1k------|uC
| | |
100k 10nF +--|<|--+
| | |
GND GND GND
Da der ESD Funke aus einem Acrylpullover leicht 2kV erreichen kann,
sollte der 220k Widerstand auch bei 2000V noch keinen Funken
drüberlassen, also kein SMD und möglichst 2 x 100k in Reihe.
Die Eingangsschaltung übersteht also alle im Schulalltag vorkommenden
Spannungen, von SELV über 230V bis mehreren kV einer Funkenentladung
(falls der Aufbau sinnvoll ist und den Funken weder kapazitiv noch durch
zu kleine Abstände drüberlässt).
Danke für die rasche Antwort. Jedoch ergibt sich das Problem, dass es die Signaleänderungen so schnell als möglich erkennen sollte. Hättest du dafür auch noch eine Lösung oder wird dies dann in Kombination schwierig? lg
MaWin schrieb: > Da der ESD Funke aus einem Acrylpullover leicht 2kV erreichen kann, > sollte der 220k Widerstand auch bei 2000V noch keinen Funken > drüberlassen, also kein SMD und möglichst 2 x 100k in Reihe. Hallo MaWin, ich hätte da noch mal eine Frage zu dem oben zitierten Textteil. Sollte es nicht eigentlich auch gehen, wenn man SMD-Widerstände größerer Bauform (1206 oder gar 2012 z.B.) benutzt? Ich bin der Meinung, dass eine Funkenstrecke etwa 3kV/mm benötigt, um durchzuschlagen, so dass ein solcher Widerstand, trotz der unter den Widerstand reichenden Pads, vermutlich auch 2kV aushalten müsste. Kannst du dem zustimmen, oder liege ich da komplett falsch? Mich würde deine Meinung dazu interessieren. MfG Florian
Florian W. schrieb: > SMD-Widerstände größerer Bauform (1206 ...) ... auch 2kV aushalten müsste. Das hält dann evtl. die Platine zwischen den Pads "aus". Aber nicht der Widerstand an sich. Bei dem ist in diesen Bauformen meist bei 200V Schluss. Mit ein wenig Glück kommst du bis 500V: http://de.farnell.com/yageo-phycomp/rv1206jr-07330kl/widerstand-1206-high-voltage-5/dp/1377006
:
Bearbeitet durch Moderator
Bei den Widerständen, die ich mal eben verglichen habe, steht bei THT-Widerständen (110k, 1/4W, Metallschicht) aber auch "nur" eine maximum working voltage von 500V. Ähnlicher Widerstand (110kOhm, 1206 oder 2010) in SMD-Bauweise hat immerhin auch schon 400V maximum overload voltage. Demnach halten auch die THT-Widerstände solch einen ESD-Funken nicht aus, oder verstehe ich da jetzt das Datenblatt nicht richtig? MfG Florian
Florian W. schrieb: > Demnach halten auch die THT-Widerstände solch einen ESD-Funken nicht > aus, oder verstehe ich da jetzt das Datenblatt nicht richtig? Doch, korrekt. Der ESD-Funke wird schlimmstenfalls einfach über die Widerstandsbahn "drüberhüpfen". Das passiert zwar im "Normalfall" nicht, aber es wird auch nicht garantiert. Auf jeden Fall ist es aber bei SMD-Widerständen wahrscheinlicher...
Was hier auch ginge sind solche ESD-Z-Dioden wie die PESD-Serie: http://www.nxp.com/documents/data_sheet/PESDXS2UT_SERIES.pdf Die kann man direkt am Eingang gegen Masse schalten. Bei modernen Chips wie µController reicht das dank eingebautem Schutz dann aus, weil die Dioden die meiste Energie abbekommen. Der eingebaute ESD-Schutz des µC kann den Rest dann ohne Schaden schlucken. Ich bin damit schon bis 16kV AD gekommen. Beim ESD wäre aber zu beachten, dass der Impuls extrem steilflankig ist - das steigt innerhalb von ns auf kV - ein extrem großes dU/dt bei passablen Strömen. Dementsprechend ist das Layout hier wichtig - kurze Wege, die Diode direkt auf die Leitung setzen, es darf keine "Zuleitung" geben. Das Layout ist hier wichtiger, als die Bauteile. Der ESD ist direkt am Stecker abzufangen, der Strom (der gegen Erde fließt!) darf auf keinen Fall über Leiterbahnen durch die Platine gefahren werden. Jedes nH parasitäre Induktivität tut hier weh. Ein Möglichkeit sind auch Funkenstrecken im Layout. Aber die haben den Nachteil, von Umweltbedingungen abhängig zu sein und dass man sie nicht exakt auslegen kann.
Danke für die Erklärung. Das hat beim Verständnis schon sehr geholfen. MfG Florian
WehOhWeh schrieb: > Die kann man direkt am Eingang gegen Masse schalten. Bei modernen Chips > wie µController reicht das dank eingebautem Schutz dann aus, weil die > Dioden die meiste Energie abbekommen. Der eingebaute ESD-Schutz des µC > kann den Rest dann ohne Schaden schlucken. Ich bin damit schon bis 16kV > AD gekommen. Korrektur: Am Stecker muss die Diode natürlich sitzen, nicht am Eingang. Asche auf mein Haupt!
WehOhWeh schrieb: > Ein Möglichkeit sind auch Funkenstrecken im Layout. Aber die haben den > Nachteil, von Umweltbedingungen abhängig zu sein Und zwar extrem! Trockene und feuchte Luft sowie ein wenig Staub oder (Zigaretten-)Rauch ändern die Werte locker um den Faktor 10...
MaWin schrieb: > Da der ESD Funke aus einem Acrylpullover leicht 2kV erreichen kann, ... Zur Info: Elektrostatische Entladungen vom Menschen in Gegenstände werden bei Spannungen von unter 2kV gar nicht bemerkt. Diejenigen, die man bemerkt, finden also bei wesentlich größeren Spannungen statt. Entsprechende Witterung (niedrige Luftfeuchte), passende Kleidung (Synthetikfasern) vorausgesetzt kann man nach dem Aufstehen aus einem Brürostuhl zwischen sich und demselben ohne weiteres über 20kV haben. Die Peakströme bei der Entladung können dabei eine Größenordnung von 10 Ampére erreichen. Wie schon geschrieben: ESD-Schutzdiode direkt direkt an den Steckverbinder, Layout ist wichtig. Zur Dauerüberspannung: Gegen welche maximale Überspannung soll denn eigentlich geschützt werden?
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