Hallo!
Ein Gerät, welches am 12V-Bordnetz betrieben wird, soll diese
Bordspannung überwachen. Dabei soll nicht eine Schaltschwelle zur
Anwendung kommen, sondern die analoge Messung der Spannung. Da die
Schaltung selbst über einen LDO mit 5V betrieben wird und dieser
abschaltbar ist, sehe ich Probleme, einen normalen OPV zur
Signalaufbereitung zu verwenden, da im ausgeschalteten Zustand eine
Spannung am Eingang anliegen würde, während der Messeingang mit dem
Spannungsteiler an der Bordspannung liegt. Dies ist aber in der Regel
nicht zulässig, wenn man den OPV nicht zerstören will. Ich kann auch
nicht den OPV mit der Bordspannung betreiben. Was wäre also eine
elegante, zuverlässig funktionierende Alternative?
Markus schrieb:> Geschalteter Spannungsteiler, PMOS können hier Abhilfe schaffen
Darüber habe ich auch schon nachgedacht. Nur muss natürlich
sichergestellt sein, dass die Versorgungsspannung des OPV so lange
erhalten bleibt, bis der Spannungsteiler abgeschaltet ist. Wird das
üblicherweise so gelöst?
Eher wird das so gelöst, dass man den Spannungsteiler hochohmig macht.
Wenn der OPV keine Versorgungsspannung hat, dann fließen halt ein paar
Mikroampere in die Schutzdioden.
Die Inputs mancher OPVs sind nicht auf den Versorgungsspannungsbereich
begrenzt. Ein LM324 verdaut auch ohne Versorgung bis zu 32V. Messen kann
man so natürlich nicht, aber es ist zulässig.
Pink S. schrieb:> dann fließen halt ein paar> Mikroampere in die Schutzdioden.
Wobei Schutzdioden von OPVs nicht zwangsläufig wie bei Logikbausteinen
gebaut sind. Der CMOS-Methusalem CA3130 verkraftet bis 8V über V+.
Messer schrieb:> Hallo!>> ... sondern die analoge Messung der Spannung.
Das wäre ein Zeigermessinstrument. Vermutlich willst du aber die
Spannung mit einem A/D-Wandler messen? Kann (vermutlich nahezu jeder
Mikrocontroller, z. B. ) ATtiny mit geeignetem Spannungsteiler auf ca.
ein bis zweikommanochwas Volt.
Dafür braucht man keine Signalaufbereitung mit Operationsverstärker
usw., zwei Widerstände genügen.
> erhalten bleibt, bis der Spannungsteiler abgeschaltet ist. Wird das> üblicherweise so gelöst?
Nein wird es nicht.
Mach den Spannungsteiler einfach sehr hochohmig. So im Megaohmbereich.
Dann passiert deinem OP nicht. Genauer gesagt brauchst du eigentlich
garkeinen OP sondern kannst damit direkt an den Mikrokontroller gehen.
Der AD-Wandler des Mikrokontroller wird dann aber nicht mehr
funktionieren weil er beim wandeln einen zu hohen Eingangsstrom zieht.
Also schaltest du dem unteren Widerstand noch einen Kondensator von
10-100nF parallel.
Olaf
Dieter R. schrieb:> Das wäre ein Zeigermessinstrument.
Stimmt. Etwas unglücklich formuliert.
Dieter R. schrieb:> Dafür braucht man keine Signalaufbereitung mit Operationsverstärker> usw., zwei Widerstände genügen.
Prinzipiell hast Du natürlich Recht. Mir geht es nur um den speziellen
Fall, dass die Eingangsspannung auch bei abgeschalteter
Versorgungsspannung am Eingang anliegen kann. Da verkraften viele
Mikrocontroller nur wenige 100mV > Vcc. Der dabei zulässige Strom wird
nicht angegeben. Dehalb würde ich gerne einen OPV als Spannungsfolger
davorschalten, welcher mit den selben 5V betrieben wird, wie der
Mikrocontroller selbst. Dann kann da zumindest schon mal nichts
kaputtgehen.
Hallo
Welcher uController soll es denn weden ?
Zur Not kannst Du nach dem Spannungsteiler noch mit einer Schottky Diode
gegen die VCC klemmen.
Gruß Ulf
Messer schrieb:>> Prinzipiell hast Du natürlich Recht. Mir geht es nur um den speziellen> Fall, dass die Eingangsspannung auch bei abgeschalteter> Versorgungsspannung am Eingang anliegen kann. Da verkraften viele> Mikrocontroller nur wenige 100mV > Vcc. Der dabei zulässige Strom wird> nicht angegeben. Dehalb würde ich gerne einen OPV als Spannungsfolger> davorschalten, welcher mit den selben 5V betrieben wird, wie der> Mikrocontroller selbst. Dann kann da zumindest schon mal nichts> kaputtgehen.
Völlig überflüssig, wie Autor: Pink S. (pinkshell) schon sagte. Es gibt
von Atmel (ATtiny) z. B. Applikationen, wo der Prozessor als
Nulldurchgangs-Detektor für Netzspannung betrieben wird. Da liegt
hochohmig am Prozessor ein Vielfaches der Betriebsspannung an, wird von
den Schutzdioden dann begrenzt. Das geht ganz offiziell und 100%
zuverlässig.
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/Atmel-2508-Zero-Cross-Detector_ApplicationNote_AVR182.pdf
Z Diode npn pnp Schalter und Spannungsteiler.
ZDiode und Widerstand zur Begrenzung.
Npn pnp zur Abschaltung ansonsten Ruhestromproblem.
Spannungsteiler um die maximale Spannung (Z Diode) an den ADC
anzupassen.
Dieter R. schrieb:> Da liegt hochohmig am Prozessor ein Vielfaches der Betriebsspannung an,> wird von den Schutzdioden dann begrenzt. Das geht ganz offiziell und> 100% zuverlässig.
Das Problem an dieser Spannung am Eingang ist nicht, dass dann die Diode
leitet, sondern dass dann u.U. über diese Schutzdiode gegen Vcc (das
kann auch eine externe Schottkydiode sein) die Schaltung und der uC
versorgt wird (so wie z.B. im
Beitrag "Re: Bosch E-Bike Antrieb Geschwindigkeitssensor" wo die
Schaltung über P1 versorgt wird, an Vcc hängt nur der
Pufferkondensator).
Und so z.B. immer wieder kurz anläuft, bis irgendeine Last geschaltet
werden soll, für die der Strom dann doch nicht mehr reicht, dann
zurückgesetzt wird und das Spiel laufen von vorn beginnt. Die Stichworte
dazu sind "Brownout-Reset" und "Hysterese".
Lothar M. schrieb:> zurückgesetzt wird und das Spiel laufen von vorn beginnt. Die Stichworte> dazu sind "Brownout-Reset" und "Hysterese".
Ja doch, haben wir doch schon alles durch und erörtert. Deshalb Strom
auf einige Mikroampere begrenzen, sollte bei 12V Batterie nicht wirklich
ein schaltungstechnisches Problem sein. Gegen Brownout gibt's außerdem
was im Prozessor. Das kann man aktivieren.
Die ganzen Erörterungen im Datenblatt (maximale Spannung am Pin) gelten
für niederohmige Quellen. Der Vorschlag war, es hochohmig zu machen.
Notfalls kann man auch noch einen Lastwiderstand über dem Prozessor
vorsehen. Habe ich noch nicht ausprobiert, ich vermute aber, dass das
hilft, Spannung abzubauen. Ein bisschen Experimentieren und eigene
Schaltungsentwicklung darf der Fragesteller ja vielleicht auch noch
leisten. Vielleicht erzählt er uns hinterher mal das Ergebnis, dann
haben wir alle was gelernt.
Wenn der Fragesteller damit aber wirklich Probleme befürchtet, dann soll
sich was ausdenken, was den Eingang per Transistor kurzschließt, bis der
Prozessor läuft und messen will. Das ist dann mindestens 200%ig und
immer noch simpler als der Opamp.
> Das ist dann mindestens 200%ig und> immer noch simpler als der Opamp.
Ausserdem, wenn man schon so ein Schisser ist und kein Datenblatt lesen
will. Wieso sollte der Controller von der Spannung dann kaputt gehen und
der OP nicht? .-)
Oh..und sehr hochohmig sollte man den Spannungsteiler sowieso machen
damit er einem nicht unoetig die Batterie leer zieht.
Olaf
Üblicherweise teilst Du die Bordspannung über einen Spannungsteiler
(47k/10k oder so) auf den Messbereich des ADC runter. Einen OpAmp
braucht man dafür nicht. Dein Spannungsteiler zieht einen Querstrom, der
Dir den Ruhestrom versaut, und kann den Controller bei abgeschalteter
VDD fremdspeisen. Daher macht man den abschaltbar.
Entweder hast Du ohnehin eine mit der VDD geschaltete Bordspannung (z.B.
den INH-Pin vom LIN-Transceiver), oder Du nimmst eine NPN-PNP-Kombi als
Highside-Schalter (z.B. PIMD3).
Direkt (Abstand <5 mm) an den ADC-Pin gehört natürlich ein
Stützkondensator, um den Spannungseinbruch beim Sampeln auszugleichen.
Der hat mindestens die 1000fache Kapazität des S&H-Kondensators im
Controller, oder wenn man den Wert nicht kennt mindestens 4,7 nF.
Ausserdem sollte die Zeitkonstante aus Spannungsteiler und Kondensator
mindestens doppelt so groß sein wie die Abtastrate mit der die SW
arbeitet. Das verhindert dass man eine kurzzeitige Störung versehentlich
als Messwert interpretiert (Stichwort "Abtasttheorem").
Messer schrieb:> Da verkraften viele Mikrocontroller nur wenige 100mV > Vcc.> Der dabei zulässige Strom wird nicht angegeben.
Die >100mV sind eher >300mV bzw. 600/700mV und entsprechen der V_f der
Eingangsschutzdiode.
Es ist nicht verboten, Strom durch die Diode fließen zu lassen, aber er
muss auf größenordnungsmäßig 1mA begrenzt sein.
soul e. schrieb:> Dein Spannungsteiler zieht einen Querstrom, der> Dir den Ruhestrom versaut, und kann den Controller bei abgeschalteter> VDD fremdspeisen. Daher macht man den abschaltbar.
Für 12V-Bordnetz? KFz, Boot? Jedenfalls ist das mein Verständnis. Da
kommt es auf die paar uA nicht an, die Selbstentladung ist viel höher.
Aber Messer hatte ja eine gewisse Tendenz zu erhöhtem Schaltungsaufwand.
Da ist das sicher eine Möglichkeit ;)
Messer schrieb:>> Das wäre ein Zeigermessinstrument.> Stimmt. Etwas unglücklich formuliert.
Und nochmal unglücklich.
Willst Du Spannung digital anzeigen oder ein Zeigerinstrument selbst
bauen? Für eine gespreizte Anzeige 10..15V mit einem 100µA-Meßwerk hätte
ich eine erprobte Schaltung.
Torben schrieb:> Die internen Clamping Dioden zu nutzen für diesen Fall finde ich schon> sehr mutig.
Zumindest Atmel zeigt den gleichen Mut - k.A. woher die den Schneid
nehmen.
Vermutlich kennen die ihre Prozessoren etwas genauer als du.
Hi,
Ich frage mich ein wenig, warum die IMO sinnvollste Antwort
weitestgehend ignoriert wurde:
P-FET als high-side-switch, dahinter einen Spannunsteiler. Wenn man
will, kann man den diesen mit drei Widerständen aufbauen und noch eine
passende Z-Diode einbauen, um zu hohe Spannungen zu clampen.
Der FET kann dann mit der Versorgung oder einen IO geschaltet werden,
funktioniert sehr zuverlässig, vermeide Backfeeding und der Ruhestrom im
Standby ist verschwindend gering.
Chris schrieb:> Hi,>> Ich frage mich ein wenig, warum die IMO sinnvollste Antwort> weitestgehend ignoriert wurde:> P-FET als high-side-switch, dahinter einen Spannunsteiler.
Vielleicht, weil es gar nicht so einfach ist, in einem
störspannungsverseuchten 12V-Bordnetz einen High Side Switch
anzusteuern? Und weil der Aufwand ziemlich überflüssig ist?
Hier mal ein paar Zahlen dazu nach ca. 15 Sekunden Google, unterstellt,
dass es sich um ein KFz o.ä. handelt, genau wissen wir das ja nicht:
https://mk4-wiki.denkdose.de/artikel/kfz-bordnetz/start
Dieter R. schrieb:> Vielleicht, weil es gar nicht so einfach ist, in einem> störspannungsverseuchten 12V-Bordnetz einen High Side Switch> anzusteuern?
Das geht schon, wird sogar sehr oft verwendet und kommt auch durch die
VW80000-Tests.die Filterung davor und einen Schutz fürs Gate darf man
halt nicht vergessen. Letzteres geht über eine z. B. 18V-Z-Diode über
die GS-Strecke des P-FET und eine nicht ganz so "harte" Ansteuerung
desselben.
Ja, das Bordnetz hat seine Tücken, die Frage ist halt, wie viel muss man
als Bastler tatsächlich einhalten und welche Designaspekte sind wirklich
erst in Massenproduktion relevant.
Die Beobachtung des (übertriebenen) Drang alles perfekt zu machen und
eine gute Portion "German Angst" hier im Forum ist durchaus möglich.
Wenn ihr wüsstet, was alles in der Industrie getrieben wird ;)
Messer schrieb:> Was wäre also eine> elegante, zuverlässig funktionierende Alternative?
Ein logic level N-Kanal-FET im Spannungsteiler mit Gate an der 5V
Versorgung.
Siehe Batteriewächter
Für KFZ muß dann der UBat Pin dann gegenüber ESD geschützt sein da der
Spannungsteilerwiderstand nur 100-200V aushält.
Gruß Anja
