INA333 Überspannungsschutz

[Tim M. (tim90)]

Hallo Forumsgemeinde!,

ich beschäfige mich momentan mit dem INA333.
Aktuell bin ich beim Überspannungsschutz und benötige wieder Eure 
Unterstützung...

Ein paar Info's
  - INA Versorgung +- 2,5V
  - Shunt max. 100mV Spannungsabfall
  - Betriebsspannung des zu messenden Gerätes: 0-100V DC
  - Im Fehlerfall (Kurzschluss) könnten am Shunt also 100V anliegen...

Im Datenblatt heißt es auf Seite 4:
"(2) Input pins are diode-clamped to the power-supply rails. Input 
signals that can swing more than 0.3 V beyond the supply rails should be 
current limited to 10 mA or less."

Das verstehe ich so, dass jeweils bei den Eingängen eine Diode nach V+ 
und V- geht.
Sollte die Eingangsspannung (V-)-0.3 unter- bzw. (V+)+0.3V 
überschreiten, darf der Strom 10mA an den internen Dioden nicht 
übersteigen.
Also könnte ich z.B. einfach einen 10kOhm Widerstand bei beiden Eingänge 
dazwischenschalten. => Bei 100V maximal 10mA

Nun zu den Fragen:

- Halten die Dioden diese hohe Spannung überhaupt aus?
- Wird die übrige Spannung durch die Dioden nicht in die 
Versorgungsspannung gespeist? => Zerstörung aller anderen Bauteile???
- Wird durch einen 10kOhm Widerstand das Messergebnis / Verstärkung 
verfälscht - wenn ja, um wie viel?
- Ich würde gern den Widerstand hochohmiger auslegen um sicher von den 
10mA entfernt zu sein. Wie weiß ich wie hoch ich mit dem Widerstand 
gehen kann, um die Verstärkung nicht zu verfälschen?
- Würde dieser Schutz dauerhaft schützen oder nur ein paar Sekunden?
- Würde dies gleichzeit auch als Verpolungsschutz funktionieren? (Also 
wenn beim Shunt unten statt GND + angeschlossen wird)


Gruß
Tim

[Achim S. (Gast)]

Tim M. schrieb:
> Also könnte ich z.B. einfach einen 10kOhm Widerstand bei beiden Eingänge
> dazwischenschalten. => Bei 100V maximal 10mA

Allerdings muss der Vorwiderstand das 1W dann auch so lange aushalten, 
wie die Fehlerbedingung anliegt. Wenn er abraucht kann es sein, dass 
seine Schutzwirkung nachlässt (wobei wahrscheinlicher ist, dass er 
hochohmig wird).

Tim M. schrieb:
> - Halten die Dioden diese hohe Spannung überhaupt aus?

Die Dioden sehen keine hohe Spannung, die Spannung fällt am Widerstand 
ab.

Tim M. schrieb:
> - Ich würde gern den Widerstand hochohmiger auslegen um sicher von den
> 10mA entfernt zu sein. Wie weiß ich wie hoch ich mit dem Widerstand
> gehen kann, um die Verstärkung nicht zu verfälschen?

Der Vorwiderstand hat wenig Einfluss auf die Verstärkung. Er macht sich 
evtl. über einen Offsetfehler bemerkbar (Spannungsabfall am 
Vorwiderstand aufgrund der Eingangsströme, bei 10kOhm bleibt das noch im 
sub-µV Bereich). Der INA333 hat zwar einen eingebaute Offsetkorrektur, 
aber ob die auch Fehler durch Spannungsabfall an Vorwiderständen 
abdeckt, müsste ich erst mal genauer nachdenken (aus den Bauch raus 
denke ich eher nicht). Evtl. hat der Vorwiderstand auch irgendwann 
Einfluss auf die CMRR oder ähnliches. Aber bezüglich Fehlern bei der 
Verstärkung musst du dir wesentlich mehr sorgen bezüglich der 
Genauigkeit von Gain-Widerstand und Shunt machen.

Tim M. schrieb:
> - Würde dieser Schutz dauerhaft schützen oder nur ein paar Sekunden?

Spätestens wenn der Vorwiderstand abgeraucht ist, ändert sich die 
Schutzwirkung (kann besser oder schlechter werden).

Tim M. schrieb:
> - Würde dies gleichzeit auch als Verpolungsschutz funktionieren? (Also
> wenn beim Shunt unten statt GND + angeschlossen wird)

Du meinst, wenn am Shunt -100mV abfallen statt +100mV? Davor brauchst du 
die Schaltung nicht zu schützen.

Ein wesentlicher Punkt ist noch, dass der Strom, der auf die 
Versorgungsnetze fließt, dort auch abgenommen werden muss. Stelle also 
sicher, dass die Verbraucher an den +/-2,5V Schiene mehr als 10mA 
abnehmen. Ansonsten wird der Strom über die Schutzdioden die Spannung so 
hoch treiben, dass doch irgendwas kaputt geht.

[Jemin K. (jkam)]

Wie können an einem 1 mOhm Shunt bei 100A Strom 100V entstehen? Doch 
nur, wenn der Shunt selbst zerstört wird, oder die Masseleitung stirbt. 
Und in dem Fall ist die Schaltung eh tot.

[Tim M. (tim90)]

Vielen Dank für die Antwort(en)!

>Der Vorwiderstand hat wenig Einfluss auf die Verstärkung. Er macht sich
>evtl. über einen Offsetfehler bemerkbar (Spannungsabfall am
>Vorwiderstand aufgrund der Eingangsströme, bei 10kOhm bleibt das noch im
>sub-µV Bereich). Der INA333 hat zwar einen eingebaute Offsetkorrektur,
>aber ob die auch Fehler durch Spannungsabfall an Vorwiderständen
>abdeckt, müsste ich erst mal genauer nachdenken (aus den Bauch raus
>denke ich eher nicht). Evtl. hat der Vorwiderstand auch irgendwann
>Einfluss auf die CMRR oder ähnliches. Aber bezüglich Fehlern bei der
>Verstärkung musst du dir wesentlich mehr sorgen bezüglich der
>Genauigkeit von Gain-Widerstand und Shunt machen.
Das muss ich einmal testen ob sich das bemerkbar macht...

>Du meinst, wenn am Shunt -100mV abfallen statt +100mV? Davor brauchst du
>die Schaltung nicht zu schützen.
Genau - Ein LowSide Shunt wird im Endeffekt zum HighSide Shunt^^

>Ein wesentlicher Punkt ist noch, dass der Strom, der auf die
>Versorgungsnetze fließt, dort auch abgenommen werden muss. Stelle also
>sicher, dass die Verbraucher an den +/-2,5V Schiene mehr als 10mA
>abnehmen. Ansonsten wird der Strom über die Schutzdioden die Spannung so
>hoch treiben, dass doch irgendwas kaputt geht.
Wenn ich dies nicht sicherstellen kann - Würde da eine Z-Diode mit 2.7V 
und Widerstand reichen um die Spannungs zu begrenzen? (10mA - jeweils 
für die positive und negative Betriebsspannung)

>Und in dem Fall ist die Schaltung eh tot.
Das soll ja vermieden werden...