Verpolungsschutz ADC

[Note (Gast)]

Hallo Leute,

hätte da zwei Fragen bezüglich des Verpolungsschutzes.
1) Wenn ich die Lösung mit p-Kanal-MOSFET verwende, der die 
Versorgungsleitung auftrennt - kann ich ja dann erzwungermaßen keine 
Spannung durchkriegen, die kleiner ist als die "Forward Voltage" der 
Bulk-Diode? Gibt es da vielleicht Nuancen?

2) Lösung mit den Dioden (s. angehängtes Beispiel aus einem der 
Threads). Dass ich in der Simulation bei einer Verpolung keine 0V 
rauskriege (bewegt sich im Bereich 0,3V) ist verständlich, wieso aber 
bekomme ich bei einer Überspannung keine begrenzende Funktion rein?

Wie werden denn in der Industrie die Eingänge (vorallem die analogen) 
vor Verpolung geschützt?

Danke euch schon mal :)

[Note (Gast)]

P.S.: Wir gehen mal von den Industriestandards für die Eingänge aus, 
digital 0/24V und analog 0...10V.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Note schrieb:
> Wie werden denn in der Industrie die Eingänge (vorallem die analogen)
> vor Verpolung geschützt?
Mit Vorwiderstand und Klemmdioden. Für analoge Eingänge ist es wichtig, 
dass die Dioden einen niedrigen Leckstrom haben...

[Kurt B. (kurt-b)]

Note schrieb:
> P.S.: Wir gehen mal von den Industriestandards für die Eingänge aus,
> digital 0/24V und analog 0...10V.

Eine Supressordiode allein macht Überspannungs- und Verpolungsschutz.

 Kurt

[Note (Gast)]

Ich glaube aber nicht, dass die Supressordiode auch einen Verpolschutz 
bietet, höchstens ab der Durchbruchspannung...

[Note (Gast)]

Mir geht es um das Verständnis, wie man mit einer Diode (und ohne 
Sicherung, die man auswechseln muss) einen Verpolungsschutz aufbaut, der 
keinen Spannungsabfall verursacht.

[Kai A. (kaiand1)]

Note schrieb:
> Mir geht es um das Verständnis, wie man mit einer Diode (und ohne
> Sicherung, die man auswechseln muss) einen Verpolungsschutz aufbaut, der
> keinen Spannungsabfall verursacht.

Nun ein guter Weg ist da gebrauchte Baugruppen zu erwerben und 
nachzuschauen.
zb SPS S5 gibt es massenweise Günstig :)

[HildeK (Gast)]

Note schrieb:
> Ich glaube aber nicht, dass die Supressordiode auch einen Verpolschutz
> bietet, höchstens ab der Durchbruchspannung...

Selbstverständlich. Die ist vom Prinzip her eine Z-Diode. Für negative 
Spannungen ist sie eine Diode, für positive bietet sie eine Begrenzung 
nach oben, wenn auch ungenau.

Note schrieb:
> Mir geht es um das Verständnis, wie man mit einer Diode (und ohne
> Sicherung, die man auswechseln muss) einen Verpolungsschutz aufbaut, der
> keinen Spannungsabfall verursacht.

Siehe Beitrag von Lothar Miller.

[Note (Gast)]

Hallo nochmal,

nach etwas Recherche und Simulation habe ich die im Anhang befindliche 
Schutzbeschaltung fertiggemacht und werde sie wohl auch so nutzen.

Die Schaltung kann sowohl als digitaler Eingang (0/24V) als auch 
analoger Eingang (0...10V) verwendet werden (R_LAST ist hierbei der 
Mikrocontrollerpin, der sowohl als ADC als auch zur Flankenerkennung 
genutzt werden kann).

D1 (Shottky) dient dem Überspannungsschutz (24V + 0.3V)
D2 (Shottky) leitet bei Verpolung und R2 dient der Strombegrenzung (bis 
280mW Verlustleistung).

D3 begrenzt die Spannung auf 10V (Sollte die Schaltung als analoger 
Eingang dienen).
Mit dem Spannungsteiler R2+R3 und R1 wird der 10V-Bereich in den 
ADC-Bereich bis 4V (4.096V) herunterskaliert, Verhältnis 1:2.5

Damit bleibt die Spannung bis 10V im gültigen Messbereich. Bei 24V am 
Eingang wird der 5V-Bereich nicht überschritten, was für den uC-Pin 
somit kein Problem darstellt.

[Roland F. (rhf)]

Hallo Lothar,

> Für analoge Eingänge ist es wichtig, dass die Dioden einen
> niedrigen Leckstrom haben...

Ist mit Leckstrom der Sperrstrom gemeint? Und welche Diode kann man 
verwenden?

rhf

[aSma>> (Gast)]

Roland F. schrieb:
> Ist mit Leckstrom der Sperrstrom gemeint? Und welche Diode kann man
> verwenden?

Viele uC haben schon solche Klemmdioden an Board. Dann wird darauf 
verwiesen wieviel Strom/Leistung bei Überspannung diese aushalten.

Das Problem tritt häufig bei 3.3V/5V Toleranz auf. Also Datenblätter 
lesen und versuchen die Energie mittels hochohmiger 
Widerständen/Tiefpass aufzunehmen.

@Note
Geh mal vom Worst Case, also eine Spannungsspitze von 100V aufgrund 
Kontaktprobleme/Einschaltspitzen.

Unendlich hochohmig kann man auch nicht gehen (lesen Datenblatt zu ADC).

[HildeK (Gast)]

Roland F. schrieb:
> Ist mit Leckstrom der Sperrstrom gemeint?
Ja.

> Und welche Diode kann man verwenden?
Eigentlich keine Schottky-Dioden. Die haben deutliche Sperrströme, bei 
hohen Temperaturen je nach Diode bis in den mA-Bereich.

Si-Dioden haben von Haus aus deutlich geringere Sperrströme und es gibt 
ein paar, die wohl auf geringste Sperrströme optimiert sind - habe aber 
leider gerade keinen Typ im Kopf ...

[Marcus H. (Firma: www.harerod.de) (lungfish)]

aSma>> schrieb:
> @Note
> Geh mal vom Worst Case, also eine Spannungsspitze von 100V aufgrund
> Kontaktprobleme/Einschaltspitzen.

Da der TO über Industriebereich redet, sollte man als unterste Messlatte 
eher von der IEC61000-6-2 ausgehen.

Eine interessante Aufgabe ist es, die funktionalen Anforderungen (z.B. 
Messbereich, Bandbreite, Genauigkeit) und die EMV-Anforderungen (z.B. 
ESD, EM, HF, H-Felder, etc.) in Einklang zu bringen.

Mit pauschalen Kochrezepten wird man hier keine optimale Lösung 
bekommen. Die Schaltung muss auf die Anwendung zugeschnitten werden.

[Arc N. (arc)]

HildeK schrieb:
> Roland F. schrieb:
>> Ist mit Leckstrom der Sperrstrom gemeint?
> Ja.
>
>> Und welche Diode kann man verwenden?
> Eigentlich keine Schottky-Dioden. Die haben deutliche Sperrströme, bei
> hohen Temperaturen je nach Diode bis in den mA-Bereich.
>
> Si-Dioden haben von Haus aus deutlich geringere Sperrströme und es gibt
> ein paar, die wohl auf geringste Sperrströme optimiert sind - habe aber
> leider gerade keinen Typ im Kopf ...

BAV199, BAV170, BAS45 (ehemals NXP jetzt Nexperia...).
Central Semiconductor hat auch einige