Hallo liebe Gemeinde,
eine kleine in die Runde, weil mir da irgendwie ein universelles Konzept
fehlt: Wie könnte man analoge Eingänge (0...5V/10V) am besten vor
Verpolung schützen?
Etwas genauer: Bei einem meiner Projekte (ursprünglich auf
Arduino-Basis, später mit eigenem Board) habe ich 5 analoge Eingänge mit
jeweils an der benachbarten GND-Klemme. Die Versorgungsspannung
(DC/DC-Wandler) ist per Diode verpolsicher.
Nun das Problem: Faktisch habe ich ja jetzt 5x ungeschützte Masse. Die
Versorgungsspannung ist zwar geschützt, sobald aber der Fall auftritt,
dass ich bei angeschlossener Versorgungsspannung ausversehen den
analogen Eingang und die benachbarte GND-Klemme vertausche, stehen alle
Bauteile verpolt da und das ganze Board ist hinüber.
Ich schätze mal, ich bräuchte sowas wie eine Low-Side-Protection,
allerdings geht das mit N-Kanal-MOSFETS vllt. aber 2.5V (Logic Level)
los. Würde für digitale Eingänge ausreichen, aber ich habe ja 5
analoge... Wie implementiert man in so einem Fall ein gutes
Schutzkonzept?
Note schrieb:> Nun das Problem: Faktisch habe ich ja jetzt 5x ungeschützte Masse. Die> Versorgungsspannung ist zwar geschützt, sobald aber der Fall auftritt,> dass ich bei angeschlossener Versorgungsspannung ausversehen den> analogen Eingang und die benachbarte GND-Klemme vertausche, stehen alle> Bauteile verpolt da und das ganze Board ist hinüber.
Bahnhof... :-(
Eine Verpoldiode zwischen VCC und GND. Also der Spannungsversorgung.
Damit ist also eine Masse angeschlossen. Wenn ich also von außen auf
eine der anderen 5-GND-Klemmen ausversehen eine für AIN-Eingang
bestimmte Spannung anschließe, ist das Board kaputt.
Die Masse ist also trotz Verpoldiode ungeschützt.
Ein Restposten Konzentration und eine verpolsicherer Verbindung.
Habe mich noch nie mit Dioden anfreunden können. Arbeite allerdings auch
meist Batteriebetrieben.
Note schrieb:> Wie schütze ich die Masse? Oder habe ich mich missverständlich> ausgedrückt?
So ist es.
Denn du musst nicht die Masse schützen, sondern irgendwas, das sich auf
diese Masse bezieht.
Aber zeichne doch einfach mal einen Schaltplan mit deinem uC und ein
paar verpolten Sensoren (die ja auch irgendwie versorgt werden müssen,
oder?).
Anbei eine Skizze, oben die vom analogen Eingang, unten dementsprechend
die verpolgeschützte Spannungsversorgung.
Der Fehlerfall, Zustand der Schaltung:
- Board korrekt an die Spannungsversorgung angeschlossen
- Masse des angeschlossenen analogen Signals = Versorgungsmasse (GND
also überall auf dem gleichen Niveau)
- Da das analoge Signal die gleiche Masse hat, braucht keine zweite
Masse angeschlossen zu werden (was also den limitierenden R2 "wegfallen"
lässt).
- Man schließt nun also das einzige Kabel des analogen Signals an,
jedoch ausversehen falsch an (nicht auf X16-1, sondern auf X2-2).
- Strombegrenzung springt an (Ilim = 1 A).
Note schrieb:> Der Fehlerfall, Zustand der Schaltung:> - Board korrekt an die Spannungsversorgung angeschlossen> - Masse des angeschlossenen analogen Signals = Versorgungsmasse (GND> also überall auf dem gleichen Niveau)> - Da das analoge Signal die gleiche Masse hat, braucht keine zweite> Masse angeschlossen zu werden (was also den limitierenden R2 "wegfallen"> lässt).> - Man schließt nun also das einzige Kabel des analogen Signals an,> jedoch ausversehen falsch an (nicht auf X16-1, sondern auf X2-2).> - Strombegrenzung springt an (Ilim = 1 A).
Kannst Du Dich mal so ausdrücken das ein normaler Mensch versteht was Du
willst?
R2 und die nachfolgenden 2 Dioden sind eigentlich völlig ausreichend.
Die Diode D14 und R3 braucht es eigentlich nicht.
Du kannst auch an Stelle der 2 Dioden nur D14 benutzen. Die Spannung
wird dann +Uz und -Uf der Z-Diode begrenzt. R3 ist generell überflüssig.
@Zeno: Würdest du bitte richtig lesen? Noch ausführlicher kann ich nicht
werden. Ich schließe ausversehen das analoge Signal auf die Klemme X2-2.
X16-1 ist aufgrund der gemeinsamen Masse NICHT angeschlossen.
Damit ist der R2 komplett wirkungslos, weil an X16-1 NICHTS
angeschlossen ist.
Für den Fall, dass das analoge Signal auf die Klemmen X16-1 und X2-2
aufgeschaltet wird, funktioniert dieser Verpolschutz.
Sollte aber der Sensor/analoge Signal die gleiche Masse wie die
Spannungsquelle haben ( X1-2), schließt man ja nicht noch eines zweites
Massekabel an X2-2 an.
Und in DIESEM Fall erfolgt die falsche Beschaltung des analogen Signals:
Statt auf X16-1 auf X2-2 (also Masse).
Note schrieb:> @Zeno: Würdest du bitte richtig lesen? Noch ausführlicher kann ich nicht> werden. Ich schließe ausversehen das analoge Signal auf die Klemme X2-2.> X16-1 ist aufgrund der gemeinsamen Masse NICHT angeschlossen.> Damit ist der R2 komplett wirkungslos, weil an X16-1 NICHTS> angeschlossen ist.
Ne! Du bist schwer zu verstehen weil Du um den heißen Brei redest. Es
geht nicht um Ausführlichkeit sondern um Verständlichkeit - das ist ein
marginaler Unterschied. In Deiner Antwort (s. mein Zitat) hast Du doch
grad bewiesen das Du es besser formulieren kannst.
Wenn Du eine gemeinsame Masse hast und jetzt versehentlich das analoge
Signal auf Masse legst, dann machst Du einfach einen Kurzschluß des
analogen Signals. Deinem Board passiert dabei rein gar nichts, lediglich
die analoge Quelle könnte das übel nehmen wenn deren Ausgangsstufe nicht
kurzschlußfest ist.
Zeno schrieb:
>Ne! Du bist schwer zu verstehen weil Du um den heißen Brei redest. Es>geht nicht um Ausführlichkeit sondern um Verständlichkeit - das ist ein>marginaler Unterschied. In Deiner Antwort (s. mein Zitat) hast Du doch>grad bewiesen das Du es besser formulieren kannst.
Entschuldige mich, war doch etwas grob von mir. Werde an meinen
Formulierungen arbeiten :)
Danke auf jeden Fall für die Antwort. Jetzt wäre die Frage, ob es ein
besseres Sicherungskonzept gibt - evtl. eins, bei dem auch die analoge
Quelle geschützt bleibt?
@Sebastian S.: Gut, für Batterien gibt es auch wirklich gute
Monitoring-ICs. Über-/Unterspannung, Reverse Current, Verpolung - alles,
was man sich wünscht...
Du siehst Gespenster.
Wie Zeno schon schrieb, passiert mit deinem Gerät nichts.
Solange du das auf Eingänge gibst, welche ober schon geschützt sein
sollten.
Wenn man aber so doof ist, harte Spannung auf Ausgänge zu geben, kann
schon Rauch entstehen.
Note schrieb:> Sicherungskonzept gibt - evtl. eins, bei dem auch die analoge> Quelle geschützt bleibt?
Die Eingangsschutzschaltung mit 2 Dioden oder einer passenden Z-Diode
und einem vorgeschalteten Widerstand zur Strombegrenzung ist schon ein
bewährtes Konzept.
Die analoge Quelle schützen ist schwierig, das muß sie schon selbst tun.
Im einfachsten Fall enthält die Quelle einen Serienwiderstand am Ausgang
der den Strom begrenzt oder man legt die Schaltung entsprechend aus so
das sie kurzschlußfest ist. Letzteres ist bei einer fertigen
Funktionsgruppe schwierig im Nachhinein zu realisieren, da hilft meist
nur ein Serienwiderstand zur Strombegrenzung.
Zeno, ich verstehe Dich richtig, dass am Gerät nichts passiert. Warum
zeigst Du es uns dann?
Wenn Du die analoge Signalquelle schützen willst, dann musst Du die
Signalquelle schützen. Durch einen Längswiderstand, durch einen
Spezialstecker oder was auch immer.
Ein Kurzschluss der Signalquelle ist nicht das Problem des gezeigten
Gerätes!
