Hallo,
im Anhang findet man 3 Bilder. Am Bild 1 sind 3 Fälle dargestellt.
Es geht um das Schalten der induktiven Last. Hier wird beim Öffnen des
Schalters eine hohe Spannungsspitze entstehen.
Ich will Relais von HONGFA steuern.
Laut Datenblatt ist die Überspannung(surge voltage) 10kV mit Dauer des
Impulses von 50us. Der maximale Wert tritt genau in Zeit von 1.2us.
Ganz links im Bild ist das Entstehen und Verlauf der Überspannung
beschrieben. Um diese unerwünschten Überspannungen zu vermeiden wird die
Freilaufdiode verwendet. Eine solche Diode findet man auch im
Stromtreiber-Baustein von Toshiba(TBD604). Also, die Freilaufdiode wird
hier intern eingesetzt. Wenn der Transistor leitend ist, die
Freilaufdiode leitet nicht. Über der Diode liegt die Versorgungsspannung
in Sperrrichtung.
Im Datenblatt steht, dass max. reverse voltaga 50V ist. Der maximale
Strom
in Durchlassrichtung ist 500mA.
Die Freilaufdiode kommt erst dann zum Einsatz, wenn Transistor sperrend
ist.
Nun fließt der Strom über der Diode weiter, solange bis das Magnetfeld
abgebaut ist. Spulenspannung wird nach dem Lenzsche Regel so gerichtet,
dass sie ihrehr Ursache entgegenwirkt.
Der Strom fließt durch Diode in Durchlassrichtung. Über Diode liegt dann
0.7V.
Das heißt, es ensteht keine Spannungsspitze, welche die hinterliegenden
Elektronik beschädigen kann.
Ich hoffe, dass ich Funktionsprinzip gut verstanden und beschrieben
habe.
Bei einer Freilaufdiode ist die Strombelastung ein Problem.
Obwohl sie im Vergleich zur Zener-Diode mehrere Vorteile aufweist,
leider sind die Freilaufdioden kein Bauteil um dauerhaft die
Überspannungen abzuleiten(laut google).
Jetzt komme ich zur ersten Frage.
1.) Also, wenn ich die Relais mittels des obengennanten
Stromtreibers(TBD604) dauerhaft schalten will, kann die interne
Freilaufdiode die Spannungsspitzen dauerhaft aushalten? Ich bekomme
folgende Angaben aus der Datenblätter: surge voltage von Relais,
maximale reverse Spannung, max. Strom in Durchlassrichtung.
Der zweite Fall(siehe Anhang_Bild2)
Hier geht es um die Rückmeldung wenn eine Taste betätigt wird. Taste
kann bis zu 10m von Leiterplatte entfernt sein. Wenn die Taste betätigt
wird, der Pull-Up Widerstand zieht die Spannung der Leitung zu 5V hoch.
Das Signal wird mit einem Entwicklungsboard ausgewertet. Hier muss ich
ebenso eine Schutzschaltung gegen Überspannungen aufbauen(nahe
Blitzschläge, ESD).
Wenn ich hier eine Freilaufdiode einsetzen will, müsste ich eigentlich
die Angaben über der bei einem nahem Blitzschlag enstehenden
Überpspannung kennen. Wichtig ist die Strombelastbarkeit der
Freilaufdiode.
Ich habe im Internet gefunden, dass eine Freilaufdiode maximal 100A
aushalten kann.
2.) Genug für meine Schutzschaltung?
Eine solche Diode wird von Firma Littelfuse hergestellt: SM Series 400W
TVS Diode Array. Im Datenblatt steht:
• ESD, IEC 61000-4-2,
±30kV contact, ±30kV air
• EFT, IEC 61000-4-4, 50A
(5/50ns)
• Lightning, IEC 61000-
4-5, 2nd Edition, 24A
(tP=8/20μs, SM05)
3.) Wäre meine Schaltung auch dann bei einem nahen Blitzschlag mit
dieser Diode sicher?
Wenn ich einen Trennbaustein zwischen Entwicklungsboard und Signalen,
die nach außen gehen, zur Isolation einsetze, dann hätte ich
Überspannungsschutz durch den Trennbaustein(Si8663). Siehe Anhang_Bild3.
Eine Freilaufdiode wäre in diesem Fall unnötig.
4.) Oder trotzdem wäre hier der zusätzliche Schutz benötigt?
Falls jemand mir auf diesen 4 Fragen beantworten könnte, würde ihm sehr
dankbar. Danke!
Liebe Grüße,
Banega
@banega (Gast)
>im Anhang findet man 3 Bilder. Am Bild 1 sind 3 Fälle dargestellt.>Es geht um das Schalten der induktiven Last. Hier wird beim Öffnen des>Schalters eine hohe Spannungsspitze entstehen.
Wenn man keine Freilaufdiode hat, der Transistor wirklich schnell
abschaltet und der Rest der Schaltung so spannungsfest wäre.
>Ich will Relais von HONGFA steuern.
Trivial.
>Laut Datenblatt ist die Überspannung(surge voltage) 10kV mit Dauer des>Impulses von 50us. Der maximale Wert tritt genau in Zeit von 1.2us.
Das ist die Definition des Prüfpulses. Diese Spezifikation hat aber nix
mit der Spule zu tun sondern mit der Spannungsfestigkeit der
Relaiskontakte bzw. der Spannungsfestigkeit zwischen Relaiskontakten und
Spule. Der Schalttransistor sieht diesen Puls niemals.
>Ich hoffe, dass ich Funktionsprinzip gut verstanden und beschrieben>habe.
So weit, so gut.
>Bei einer Freilaufdiode ist die Strombelastung ein Problem.
Nö.
https://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Freilaufdiode>Obwohl sie im Vergleich zur Zener-Diode mehrere Vorteile aufweist,>leider sind die Freilaufdioden kein Bauteil um dauerhaft die>Überspannungen abzuleiten(laut google).
Blödsinn! Freilaufdioden sind millionenfach bewährte Bauteile.
>1.) Also, wenn ich die Relais mittels des obengennanten>Stromtreibers(TBD604) dauerhaft schalten will, kann die interne>Freilaufdiode die Spannungsspitzen dauerhaft aushalten?
Ja. Außerdem gibt es keine Spannungsspitzen, eben WEIL die Freilaufdiode
da ist.
> Ich bekomme>folgende Angaben aus der Datenblätter: surge voltage von Relais,
Siehe oben, das hat mit der Spulenansteuerung NICHTS zu tun.
>Hier geht es um die Rückmeldung wenn eine Taste betätigt wird. Taste>kann bis zu 10m von Leiterplatte entfernt sein. Wenn die Taste betätigt>wird, der Pull-Up Widerstand zieht die Spannung der Leitung zu 5V hoch.>Das Signal wird mit einem Entwicklungsboard ausgewertet. Hier muss ich>ebenso eine Schutzschaltung gegen Überspannungen aufbauen(nahe>Blitzschläge, ESD).
Jain. in den meisten Fällen reicht ein Tiefpaß vor dem uC-Eingang, der
filtert Störungen und schluckt auch ESD und Störpulse. In härteren
Fällen nimmt man noch 2 Klemmdioden am Eingang oder eine TVS-Diode.
>Wenn ich hier eine Freilaufdiode einsetzen will, müsste ich eigentlich>die Angaben über der bei einem nahem Blitzschlag enstehenden>Überpspannung kennen. Wichtig ist die Strombelastbarkeit der>Freilaufdiode.
Hier spricht man nicht von Freilaufdioden sondern Klemmdioden bzw.
Schutzdioden.
>Ich habe im Internet gefunden, dass eine Freilaufdiode maximal 100A>aushalten kann.
Unsinn. Es gibt hunderte verschiedener Typen von Dioden. Es gibt auch
welche die 1000A Pulsstrom aushalten, nur sind die dann "etwas" größer.
>2.) Genug für meine Schutzschaltung?
Bist du paranoid? Glaubst du, für dein bissel Draht und Taster den
Mercedes der Schutzschaltrungen zu brauchen?
>Eine solche Diode wird von Firma Littelfuse hergestellt: SM Series 400W>TVS Diode Array. Im Datenblatt steht:
Kann man nehmen. Aber damit die auch so funktioniert wie man es sich
wünscht, muss auch das Layout dazu passen. Denn ESD ist ein SEHR
schneller Vorgang.
>3.) Wäre meine Schaltung auch dann bei einem nahen Blitzschlag mit>dieser Diode sicher?
Definiere nah. 10m? 100m? Kann sein, muss nicht. Es kommt auf die
Einkopplung an.
>Wenn ich einen Trennbaustein zwischen Entwicklungsboard und Signalen,>die nach außen gehen, zur Isolation einsetze, dann hätte ich>Überspannungsschutz durch den Trennbaustein(Si8663). Siehe Anhang_Bild3.>Eine Freilaufdiode wäre in diesem Fall unnötig.
Im Prinzip ja, ist aber reichlich aufwändig.
>4.) Oder trotzdem wäre hier der zusätzliche Schutz benötigt?
Nein. Aber auch hier muss das Layout stimmen, sonst schützt dein
Baustein nicht optimal.
banega schrieb:>> 3.) Wäre meine Schaltung auch dann bei einem nahen Blitzschlag mit> dieser Diode sicher?>
kurze Geschichte dazu: Volltreffer in die Telefonleitung, ca. 200m
entfernt. Blitz zerstört die Verteilermuffe in der Erde(!), das war nur
noch ein Klumpen Metall, Sand und Platik. Die Verbinung von der Muffe zu
mir geht über mehrere Ecken. In meiner Hausanschlußdose ist ein Grob &
Feinschutz angebracht, PE-Schiene dazu ist ca 30cm entfernt.
Dennoch hat es den Splitter zerrissen (30m vom Feinschutz entfernt, der
Deckel ist etliche m weit geflogen), weil das Cu der Platine schlagartig
verdampft ist.... Wenn Du dir die Splitter in AT anschaust und
überlegst, wie wenig Cu da drauf ist, wie fest die Deckel verklipst sind
und wie viel Luftlöcher für einen Druckausgleich vorhanden sind... da
muß sehr viel Plasma in sehr kurzer Zeit entstanden sien....
Die angeschlossene Telefonanlage hat weiter funktioniert, ebenso das
ADSL-Modem. Es waren "nur" sowohl USB an der Telefonanlage als auch am
PC defekt. PC hat - abgesehen davon auch noch funktioniert, wurde aber
asap ersetzt.
Wenn also diese Diode Dein einziger Schutz ist dann ist die klare
Antwort:
Nein, die schützt per default vor keinem nahen Blitztreffer.
Denn das, was bei einem Blitz auch in den umgebenden Leitungen passiert
ist dermaßen gewalttätig das sich so ein Spuckerl von Diode in der Nähe
in Dampf auflöst.
Und - es ist vor allem für einen Laien wie Dich nicht abschätzbar wo und
wie sich leitungsbeundene und eingekoppelte Störungen verteilen und dann
in Deiner Schaltung treffen.
Daher: was ist in Deiner Definition ein naher Blitzschlag?
Und - hast Du schon einmal von den Blitzschutzkonzepten gehört, die
versuchen die Elektroniken vor dem, was da daherkommt zu schützen? Und
hast Du nach Statistiken gesucht, wie oft die das auch schaffen?
MiWi
banega schrieb:> Laut Datenblatt ist die Überspannung(surge voltage) 10kV mit Dauer des> Impulses von 50us
Das hat sicher nichts mit der Relaisspule beim Abschalten und der
Freilaufdiode zu tun, sondern sagt, was der offene Kontakt aushält.
banega schrieb:> Wenn ich hier eine Freilaufdiode einsetzen will, müsste ich eigentlich> die Angaben über der bei einem nahem Blitzschlag enstehenden> Überpspannung kennen
Richtig, das schwankt aber von gerade mit empfindlichen Verstärker
wahrnehmbaren Störungen im Radio bis hin zu 100000A bei direktem
Treffer.
Eine VERDRILLTE Leitung zum Taster hat nur kapazitive Kopplung, die
wiederum nach Masse abgeleitet wird, und Imperfektionen der Verdrillung.
Da reicht es, den Eingang gegen schnelle Spannungsänderungen durch einen
niederinduktiven Kondensator zu Masse (Sternpunkt, Fläche, Gehäuse, dort
wo die Masseleitung der Leitung angeschlossen wurde) abzublocken. Die
Leitung darf sicher auch davor einen hochohmigen Serienwiderstand
bekommen, das schützt die Elektronik weiter. Die TVS ist nicht nötig,
aber wer Angst hat, nimmt Gürtel und Hosenträger.
Genaue BERECHNUNGEN erfolgen mit den standardisierten Surge-Impulsen,
wobei es vor allem auf korrekte Simulation der Nebenwerte (Induktivität
einer Leitung, Kapazität einer Diode in Sperrrichtung) ankommt, wie auch
bei der Berechnung, wie weit die Spannung an einer Relaisspule beim
abschalten ansteigt, vor allem auf deren Nebenwerte, Wicklungskapazität
und Güte, ankommt, und da deren Güte kaum über 20 liegen wird, kommen
sicher keine 10kV bei raus, eher die 20-fache Betriebsspannung.
Vielen Dank für die umfangreichen Antworten!
Falk B. schrieb:> Das ist die Definition des Prüfpulses. Diese Spezifikation hat aber nix> mit der Spule zu tun sondern mit der Spannungsfestigkeit der> Relaiskontakte bzw. der Spannungsfestigkeit zwischen Relaiskontakten und> Spule. Der Schalttransistor sieht diesen Puls niemals.
Gut erklärt. Danke!
Falk B. schrieb:> Oder trotzdem wäre hier der zusätzliche Schutz benötigt?>> Nein. Aber auch hier muss das Layout stimmen, sonst schützt dein> Baustein nicht optimal.
Also, beim Layout müsste ich dann folgendes beachten:
- Stützkondensator(100nF) zwischen VDD und GND
- Stützkondensator möglichst nah zum Baustein platzieren
- Versorgungsleitungen möglichst kurz schaffen
- Signalleitungen mit 0° und 45° Leiterbahnen schaffen, nie mit 90°
- Auf den Abstand zwischen Leiterbahnen achten
Worauf müsste ich noch achten?
Zusammenfassend lässt sich sagen, in meinem Fall wäre eine TVS-Diode
voll unnötig, wenn ein Trennbaustein(Si8663) in der Schaltung schon
vorhanden ist.
Laut dem Schaltplan sind mehrere Trennbausteine in Schaltung vorhanden.
MiWi schrieb:> Daher: was ist in Deiner Definition ein naher Blitzschlag?
Ein indirekter Blitzschlag. Zum Beispiel schlägt der Blitz in den
Boden(1m von der Elektronik entfernt) ein. Dort trifft er beispielsweise
auf meine Signalleitung, über die die Spannung zur Elektronik
weitergeleitet wird.
In diesem Fall, bringt mir was der Schutz, der im Trennbaustein schon
vorhanden ist?
@banega (Gast)
>- Stützkondensator(100nF) zwischen VDD und GND>- Stützkondensator möglichst nah zum Baustein platzieren>- Versorgungsleitungen möglichst kurz schaffen
Ja.
>- Signalleitungen mit 0° und 45° Leiterbahnen schaffen, nie mit 90°
Unsinn.
>- Auf den Abstand zwischen Leiterbahnen achten
Jain.
>Worauf müsste ich noch achten?
Der ESD-Schutz muss so nah wie möglich an den Steckverbinder nach außen
und sollte ohne Abzweigung der Leitung angeschlossen werden. D.g. die
Signalleitungen gehen direkt durch die Diodenpads und nicht daran
vorbei.
>Zusammenfassend lässt sich sagen, in meinem Fall wäre eine TVS-Diode>voll unnötig, wenn ein Trennbaustein(Si8663) in der Schaltung schon>vorhanden ist.
Kann sein, muss nicht. Wer schützt den Trennbaustein? Hat der einen
eingebauten Schutz?
>Ein indirekter Blitzschlag. Zum Beispiel schlägt der Blitz in den>Boden(1m von der Elektronik entfernt) ein.
Das ist schon eher direkt! Ein indirekter Blitzschlag ist z.B., wenn der
der Blitz in den Blitzableiter einschlägt und korrekt abgeleitet wird.
Dabei wird immer noch genug Störenergie in die Hausverdrahtung
eingekoppelt und kann Geräte beschädigen oder zerstören.
> Dort trifft er beispielsweise>auf meine Signalleitung, über die die Spannung zur Elektronik>weitergeleitet wird.
Dann macht es PUFF und deine Schaltung verdampft. Gegen DIREKTEN
Blitzschlag muss man sich GANZ anders schützen. Das wird groß, teuer und
aufwändig.
>In diesem Fall, bringt mir was der Schutz, der im Trennbaustein schon>vorhanden ist?
Die Illusion eines Schutzes ;-)
