Ich möchte ein empfindliches Gerät vor Überspannung schützen. Es soll verhindert werden, dass der Kunde eine zu hohe Gleichspannung an den Versorgungsteil legt und die Eingangsschaltung zerstört. Leider kann das Gerät nicht wie geplant aus einem DC-DC-Wandler gespeist werden, der das Problem gelöst hätte. Es muss aus einer rauscharmen Leistungsbatterie versorgt werden. Das Problem ist der Leistungsregler, eine Linearschaltung, die nur maximal 5V wegregeln kann, ohne zuviel Leistung zu verbraten. Eine Überspannungsschutzdiode, die Überspannung kurzschlißet würde auch zu warm werden. Ist wohl auch nicht möglich, weil die Batterie mächtig Druck hat. Sie versorgt mit 10A Dauerleistung bis zu 10 solcher Module, würde aber im Kurzschlussfall bis zu 180A liefern und alles braten. Ich tendiere daher zu einer Schaltung, die alles oberhalb einer einstellbaren Spannung detektiert und ein Relais einschaltet, welches öffnet und das Module abtrennt - gfs also alle individuell wegnimmt. Damit wäre Ich bei einem Spannungsteiler, einem Transistor und einem Kondensator + Relais mit Freilaufdiode. Hinter dem Relais dann die Z-Diode, die den Strom kurzfristig ab kann, mit 1..2V höher, als die Relais-Trennschaltung reagiert. Konkret: Batterie mit 12V, real auf 11..14V, Linearregler macht 9V. Schutzschaltung auf 15V, Z-Diode limitiert auf 17V. Linearregeler kriegt kurzfristig 17V. Sieht jemand einen Denkfehler oder hat eine bessere Idee?
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Verschoben durch Moderator
Wie hoch wird denn die maximal zu erwartende Überspannung? Wie viel Strom bekommt der Linearregler im Normalfall? Ich würde einen (P-)Mosfet statt des Relais vorschlagen(billiger, schneller, kleiner), aber prinzipiell müsste das schon gehen. Ein Schaltplan zur Erklärung schadet trotzdem nicht... Es gibt für ähnlich Zwecke 'ideale Dioden', die bei einer Überspannung trennen. Dann hättest du Verpolschutz gleich noch dabei.
Ich hatte hier im Forum mal eine Schaltung für ähnliche Probleme mit P-FETs vorgestellt und diskutiert: Beitrag "Re: Verpolungs- und Überspannungsschutz mit P-MOSFET" Da ist der Verpolschutz auch gleich noch mit drin. Halte ich bei Batterien für wichtig den vorzusehen. Bei 10A müsstest Du natürlich passende P-FETs wählen. Die müssten bei Dir Vgs von +-20V können. Und natürlich über den Spannungsteiler R8/R6 die Schwellspannung einstellen.
Hallo > Markus W. schrieb: > Das Problem ist der Leistungsregler, eine Linearschaltung, die nur > maximal 5V wegregeln kann, ohne zuviel Leistung zu verbraten. Als erstes sollte man eine Strombegrenzung vorsehen, so dass der Linearregler nicht außerhalb seiner Spec. betrieben werden kann. Evtl. hat dieser auch schon so etwas intergriert Thermische Überlastung kann man auch mit einer thermischen Schutzschaltung verhindern, z.B. mit einem Polyswitch, der thermisch mit dem Regler gekoppelt ist. > Eine Überspannungsschutzdiode, die Überspannung kurzschließt würde > auch zu warm werden. Auch das kann womöglich mit elektr. Strombegrenzung und Polyswitsch abgefangen werden. > Ist wohl auch nicht möglich, weil die Batterie mächtig > Druck hat. Sie versorgt mit 10A Dauerleistung bis zu 10 solcher Module, Der Strom am Regler ist also max. 1A? > würde aber im Kurzschlussfall bis zu 180A liefern und alles braten. Da gehört natürlich auch eine Sicherung in den Batteriekreis, die den Kurzschluss abfangen muß. Sonst kommt es im Fehlerfall leicht zu Brand oder sogar zur Explosion. > Ich tendiere daher zu einer Schaltung, die alles oberhalb einer > einstellbaren Spannung detektiert und ein Relais einschaltet, welches > öffnet und das Module abtrennt - gfs also alle individuell wegnimmt. Das Relais sollte dann ausgeschaltet werden und nicht einschalten. Da sehe ich die Gefahr, dass Relaiskontakte bei Kurzschluss festbacken oder anderweitig beschädigt werden. Ist eine potentialle Schwachstelle. > Damit wäre Ich bei einem Spannungsteiler, einem Transistor und einem > Kondensator + Relais mit Freilaufdiode. Hinter dem Relais dann die > Z-Diode, die den Strom kurzfristig ab kann, mit 1..2V höher, als die > Relais-Trennschaltung reagiert. > Konkret: Batterie mit 12V, real auf 11..14V, Linearregler macht 9V. > Schutzschaltung auf 15V, Z-Diode limitiert auf 17V. Für impulsförmige Überspannungen sind Suppressordiode passender Bauform wohl besser geeigent, als Z-Dioden. > Linearregeler kriegt kurzfristig 17V. Dasscheint mir eher unkritisch. Kurzfristige Überspannung am Regler wird wohl nicht das Problem sein, weil er thermisch träge ist. Wie oben schon geschrieben würde ich dafür bei Bedarf einen thermischen Überlastschutz vorsehen. Gruß Öletronika
Markus E. schrieb: > Wie hoch wird denn die maximal zu erwartende Überspannung? Das ist nicht bekannt. Der "dumme" Nutzer könnte eine 48V-Batterie anklemmen! > Wie viel Strom bekommt der Linearregler im Normalfall? Maximal 300mA, Dauerstrom 80mA Gerd E. schrieb: > Ich hatte hier im Forum mal eine Schaltung für ähnliche Probleme mit > P-FETs vorgestellt und diskutiert: Die werden bei hohen Spannungen durchgehen, nehme Ich an. U. M. schrieb: >> Linearregeler kriegt kurzfristig 17V. > Dasscheint mir eher unkritisch. Deshalb habe Ich es so ausgelegt. Der Regler kann nur 100mA Dauerstrom, sonst wird er binnen Minuten zu warm, was er nicht darf. Kräftigerer Regler geht nicht, wegen Grösse. Auch Kühlkörper scheidet aus. Mani W. schrieb: > Crowbar... Danke, das sehe Ich mir an.
Markus W. schrieb: >> Ich hatte hier im Forum mal eine Schaltung für ähnliche Probleme mit >> P-FETs vorgestellt und diskutiert: > Die werden bei hohen Spannungen durchgehen, nehme Ich an. Klar, jeder FET hat eine maximal erlaubte Drain-Source-Spannung. Daher entwickelt man zuerst ein maximal erlaubtes Stress-Szenario und legt den Schutz dafür aus. Bei Dir: "Es soll verhindert werden, dass der Kunde eine zu hohe Gleichspannung an den Versorgungsteil legt und die Eingangsschaltung zerstört." Da kommt es meiner Meinung nach darauf an, was ein üblicher Kunde bei Dir so für Gleichspannungsversorgungen zur Hand hat die er da fälschlicherweise anschließen könnte. Ich würde mal behaupten bis 48V wäre gängig, alles darüber würde ich als eher exotisch einstufen. Dann kommt noch hinzu daß es über 60V keine Kleinspannung mehr ist und daher bei Versorgungen, Kabeln und Geräten extra Schutzmaßnahmen ergriffen werden müssen, die oft auch gegen fälschliches Verbinden helfen. Passende P-FETs, die in der verlinkten Schaltung gegen bis zu 60V eingesetzt werden können, sind gut verfügbar. Oder erwartest Du eher, daß Deine Kunden Hochspannungsversorgungen haben und da gedankenlos alles mögliche dran anschließen?
Bis 36V würde ich nen TL431 nehmen, Inverter aus ne Kleinsignaltransistor dahinter, der einen PMOSFET aufsteuert. Für krasse Misshandlungen kann man dann immernoch eine Sicherung vorsehen mit einer TVS Diode parallel zur Eingangsspannung. Schaltungsvorschläge findet man, wenn man "TL431 overvoltage protection " googelt. Ich kann vom Handy aus gerade keine Schaltpläne posten.
Minimalist schrieb: > Bis 36V würde ich nen TL431 nehmen, Inverter aus ne > Kleinsignaltransistor dahinter, der einen PMOSFET aufsteuert. Sehr interessanter Tip. Gibt von TI auch direkt eine Appnote dazu: http://www.ti.com/lit/an/snva190b/snva190b.pdf
http://www.linear.com/product/LTC4365 funktioniert mit N-Kanal-FETs und kann auch Unterspannungsabschaltung. Gegen mehr als 60 Volt bzw. -40 Volt hilft ein Paragraf in den Garantiebedingungen ;)
>Es soll verhindert werden, dass der Kunde eine zu hohe Gleichspannung an >den
Versorgungsteil legt und die Eingangsschaltung zerstört.
Das ist Schwachsinn. Du kannst den Kunden nicht daran hindern
eine zu hohe Gleichspannung anzulegen. Und wenn er es tut sollte
es möglichst laut knallen und extrem rauchen und stinken.
Dann macht er es nie wieder.
Das steht sowiso außer Frage. Alternativ vielleicht doch eine Crowbarschaltung auf einem leicht austauschbaren Modul? Das darf dann als Ersatzteil gerne 10€ kosten.
Relaiskontakte können festbacken, Transistoren können durchlegieren. Relais und Sicherungen sind als alleiniger Schutz wohl zu träge. Auch Transistorschaltungen muss man träge machen, damit sie nicht auf jeden Furz reagieren (da hat man aber mehr Handlungsspielraum). Ich kenne nur eine Lösung, die wirklich zuverlässig arbeitet: Die bereits genannte Crowbar in Kombination mit einer Sicherung.
Zuverlässig reagiert folgende Schaltung:
--Si--R------
|
ZD
|
-------------
Si: Feinsicherung 1...2A
R: So dimensioniert, dass Strom maximal 16A (48V-15V/16A, ca. 2Ohm)
ZD: Zenerdiode, Pulsleistung 16A, 15V
ZD: Reagiert schnell genug. R bewirkt begrenzend und sorgt auch dafür,
dass die Si nicht bei Spikes auslöst. Der Spannungsabfall bei 700mA
Verbraucher ist gering.
Löst auch aus, wenn der Kunde 230V anschließt und trennt sicher vom
Netz. Dass es 230V waren, sieht man mit Erfahrung auch an der Verfärbung
des Röhrchen der Schmelzsicherung.
(Vor Jahren erstand ich mal Sicherungsautomaten für DC bei Bühler,
Auslösung bei 2A (I max 20A), die haben gerade 1 Ohm und würden mit
einem Vorwiderstand von 1Ohm hier genau passen.)
Wenn man will, kann man noch über die Sicherung eine ganz elenden
Piepser anbringen, wenn diese auslösen sollte. Das stellt sicher, dass
man es nie mehr noch mal machen möchte.
Wenn der Kunde die Sicherung überbrückt, dann trifft es nur ihn. Es gibt
Firmen die bauen auf das Board eine ZD mit Sicherung (sieht wie
Widerstand aus) um einen Beweis für die Ablehnung der Garantie zu haben,
weil falsche Spannung dran war.
Diese Schutzbeschaltung solltest Du auch mit den aufwendigen
Begrenzungsschaltungen anbringen, die nach dem Widerstand und vor der
Zenerdiode plaziert werden müssten.
Ja so kenne Ich das auch - aber das mit dem Piepser ist ein gute Idee!
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