Zenerspannung stimmt? Wie schnell schaltet so eine Z-Diode z.B. durch? Ist das relevant?
Kommt drauf an... ...gegen was man den IO schützen will.
Ich persönlich dachte da an elektrostatische Aufladungen und Anwendungsfehler beim Schaltungsdesign (Basteln).
Nano schrieb: > Ich persönlich dachte da an elektrostatische Aufladungen ja > und > Anwendungsfehler beim Schaltungsdesign (Basteln). nein. Mit Kurzschluss oder 230V anlegen bekommt man so gut wie alles kaputt. Auch mit Z-Diode.
Hallo Joe und Nano. Joe F. schrieb: >> und >> Anwendungsfehler beim Schaltungsdesign (Basteln). > > nein. Mit Kurzschluss oder 230V anlegen bekommt man so gut wie alles > kaputt. > Auch mit Z-Diode. Was im Umkehrschluss nicht bedeutet, das man die Z-Diode getrost weglassen könnte, sie hat halt nur eine begrenzte Schutzwirkung - aber besser als nichts. @Nano: Setz Deine Z-Diode ruhig ein. >> und Anwendungsfehler beim Schaltungsdesign (Basteln). Aber überlege: Welche Leistung und welchen Strom verträgt die Z-Diode? Wenn die Z-Diode überhitzt, legiert sie zuerst durch und verursacht einen Kurzschluss. d.h. die Spannung bricht zusammen und Dein Controller ist so gesehen erst einmal geschützt.*) Aber es fliesst auch ein hoher Kurzschlussstrom, der Leitungen/Leiterbahnen /Gleichrichter ec. verbrennen kann. Darum muss dieser Kurzschlussstrom begrenzt bzw. angeschaltet werden. z.b. mit einer Sicherung. Wenn es nicht zu schlimm war, kommst Du mit blauem Auge, d.h. Wechsel von Sicherung und Z-Diode davon. Das ganze passiert übrigens nicht nur beim "Basteln". Es gibt auch Montagefehler bei der regulären Arbeit, und viele Schaltungen sind erschreckend schlecht gegen z.B. Verpolen oder rückwärts eingespeiste Leistung gesichert. *) Das nächste Problem ist, wie die Spannung zusammenbricht. Wenn das zu langsam passiert, geht der Controller zwar möglicherweise nicht kaputt, macht aber im Delirium ein paar Sachen, die Du nicht erwartest, wie Ausgänge unwillkürlich Schalten, Mist in Speicher schreiben und sich im Takt verzählen. Dieses Verhalten kann Folgefehler haben. Ein anderes Fass zum Aufmachen: Was passiert, wenn die Betriebspannung des Controllers verschwindet, aber an den Ausgängen noch eine externe Spannung zum Schalten ansteht? Hier könnten dann "Latch up" Effekte auftreten, weil sich die Ausgänge jetzt wie durchgeschaltete Tyristoren verhalten. https://de.wikipedia.org/wiki/Latch-Up-Effekt Ein weiterer unangenehmer Effekt: Treiber wie ULN2003 schalten nicht richtig durch, wenn die treibende Spannung zu gering ist. Ein nicht ganz durchgeschalteter Transistor als Schalter macht aber viel Verlustleistung und brennt selber durch. Aber man kann nicht alles auf einmal Lernen. Bau Du mal erst Deine Controller mit Z-Diode. Der Rest kommt später, wenn die Schaltungen komplizierter werden. Um die Betriebsspannung und den Takt zu überwachen und gegebenenfalls abzuschalten, einen Reset zu erzeugen oder welche Maßnahmen auch immer, gibt es diverse ICs, aber natürlich kann man das auch "zu Fuss" mit diskreten Bauteilen erledigen. Auch mit diversen Komparatoren bzw. Timern lässt sich so etwas bauen. Beispiele für ICs: MAX705-708, MAX813, LTC4365, MC3425, MIC2774 ec. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.l02.de
> Wie schnell schaltet so eine Z-Diode z.B. durch? Ist das relevant?
All das kannst du im Datenblatt der von dir anvisierten Diode nachlesen.
Einfach nachplappern auf Arduino-nivou ist nicht immer hilfreich.
Wenn du das machst und gleichzeitig mal das Datenblatt deines
Mikrokontrollers liest dann wirst du Merken das Z-Dioden nicht helfen
weil sie erst leiten wenn der Port bereits Geschichte ist.
Was hilft sind Dioden gegen die Betriebsspannung und die hat der
Hersteller deines Controllers in der Regel bereits eingebaut. Es liegt
nun an dir ueber Widerstaende dafuer zu sorgen das die dabei umgesetzte
Leistung den Port nicht schadet. Das sollte allerdings kein Problem
sein. Wenn man das gemacht hat dann koennte man ueber einen Grobschutz
mit Dioden nachdenken und dann eventuell einen weiteren Widerstand
(Sicherung?) der diese Dioden schuetzt und einen Kondensator die Flanke
begrenzt. Und wenn das immer noch nicht reicht weil du allerhochste
Ansprueche hast dann kommt danach noch eine Funkenstrecke. Wie das im
einzelnen auszusehen hat haengt natuerlich stark vom gewuenschten Schutz
und von den Signalen ab. Es gibt nicht die einfache Loesung die man
immer nur kopieren kann. Ein Schalteingang fuer einen Taster ist was
anderes wie sagen wir mal ein USB-Port.
Olaf
Nano schrieb: > Ich persönlich dachte da an elektrostatische Aufladungen und > Anwendungsfehler beim Schaltungsdesign (Basteln). Dann wäre wohl zusätzlich ein Widerstand zur Strombegrenzung angezeigt - sonst kann die Zener-Diode schnell Geschichte sein. Übrigens gibt es µC, die bereits eingebaute Schutzdioden an den IO-Ports haben. Die leiten gegen VDD bzw. Gnd ab. Guck mal ins Datenblatt. Der "Knick" der Kennlinie einer Zener-Diode ist im dritten Quadranten erheblich schlechter definiert, als bei einer VDD-seitigen Schutzdiode.
Bernd W. schrieb: > Wenn die Z-Diode überhitzt, legiert sie zuerst durch und verursacht > einen Kurzschluss. d.h. die Spannung bricht zusammen und Dein Controller > ist so gesehen erst einmal geschützt.*) Garantiert ist das nur bei Suppressordioden, die speziell für diesen Zweck gedacht sind, normale Zenerdioden sind deshalb und aus anderen Gründen weit weniger geeignet zum Schaltungsschutz. Georg
Eine Lösung mit Zenerdiode am µC-Eingang hat ein wesentliches Problem: wenn der µC nicht versorgt wird (Vcc=0), hilft die Zenerdiode nichts. Richtig sicher ist erst folgendes:
1 | D1 |
2 | +--|>|--------+-- Vcc |
3 | | | |
4 | >---+--R1--+-----R2------)-- I/O |
5 | | | | |
6 | SD +--|<|--+ ZD |
7 | | D2 | | |
8 | >---+--------------+-----+-- GND |
9 | |
10 | SD = Suppressordiode, wenn größere Störleistungen |
11 | "vernichtet" werden müssen |
12 | ZD = Zenerdiode, falls die Last an Vcc kleiner ist |
13 | als der Ableitstrom über D1 |
Angehängte Dateien:
-
schutzschaltung.png
1,6 KB
Dietrich L. schrieb: > Eine Lösung mit Zenerdiode am µC-Eingang hat ein wesentliches > Problem: > wenn der µC nicht versorgt wird (Vcc=0), hilft die Zenerdiode nichts. > > Richtig sicher ist erst folgendes: ... Ich habe das mal in KiCad eingezeichnet. Aber eine Frage habe ich noch, habe ich die Zenerdiode richtig herum eingezeichnet? Die Richtung geht leider aus deiner ASCII Zeichnung nicht hervor.
Ich würde nicht so kategorisch schützen, sondern eine konkrete Problemstellung bearbeiten. Eine bidirektionale TVS-Diode und ein Serienwiderstand ist schon eine Menge Schutz. Allerdings würde ich die TVS-Diode an den PIN hängen und den Serienwiderstand als PTC ausführen. Die gibt es mit definierten Halteströmen von bspw. 20mA und Auslösestrom von 50mA. So ist die TVS-Diode nicht überfordert. Die meisten Mikrocontroller haben bereits die gezeigten Schutzdioden integriert und ich finde es Verschwendung, da einfach noch mal ein MiniMELF o.ä. draufzupacken. Ist der PIN ohnehin für ein MOSFET-Gate zuständig und mit einem Serienwiderstand versehen, wobei das ausschließlich übers PCB angeschlossen ist, braucht es das absolut nicht. Wer 230V schalten will und gern auf der sicheren Seite bleibt, der nimmt vielleicht ein Relais o.ä., statt direkt elektrisch zu verbinden. Auch ein Thyristor-Gate ist nur ein kleiner Sprung für eine Transiente. Vielleicht legst du das irgendwie auf einen IO-Bereich um, eher modular denken. Dann kannst du einen Mikrocontroller als Basismodul um verschiedene Erweiterungen ergänzen. Die betreffende Schutzschaltung kommt dann in das Erweiterungsmodul. Einen riskanten ATTiny würde ich schlichtweg in einen Sockel stecken und bei Ausfall austauschen. Das ist billiger, als 1-2cm² Platinenfläche. Für Durchsteck brauchst du deutlich mehr.
Nano schrieb: > Aber eine Frage habe ich noch, habe ich die Zenerdiode richtig herum > eingezeichnet? Ja.
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