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Forum: Fahrzeugelektronik KFZ - Schutzschaltung


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Autor: Tim M. (tim90)
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Hallo!,

bastle gerade wieder an einer kleinen KFZ Platine. Der Mikrocontroller 
besitzt dieses mal keine internen Schutzdioden (nicht dokumentiert) und 
läuft mit 2,8V. Nun habe ich mir zwei kleine Schaltungen für Ein- bzw. 
Ausgang überlegt.

Kann man diese so lassen?
Für Optimierungsvorschläge wäre ich dankbar!


Gruß,
Tim

: Verschoben durch Moderator
Autor: hinz (Gast)
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Tim M. schrieb:
> Der Mikrocontroller
> besitzt dieses mal keine internen Schutzdioden (nicht dokumentiert)

Welcher soll das sein?

Autor: Lötlackl *. (pappnase) Benutzerseite
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Ich würde nichts dergleichen verwenden, sondern Optokoppler. Dann muß 
ich nur die IR-LED im Optokoppler schützen.

Autor: Ben B. (Firma: Funkenflug Industries) (stromkraft)
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Die Schutzdioden am µC-Eingang kannst Du auch extern nachrüsten. Dann 
vielleicht 100k Widerstand an den µC-Eingang solange dessen 
Empfindlichkeit das zulässt (oder noch größerer Widerstand, muß halt den 
Eingangsstrom bei minimaler Eingangsspannung erreichen), 10..100nF gegen 
Masse gegen Störungen (und Wechselspannung) und schon kannst Du da 
Netzspannung anlegen solange der Widerstand nicht thermisch überlastet 
wird und der Controller mehr Strom benötigt als durch den Widerstand 
fließt. Wenn nicht wird evtl. Vcc angehoben, das wäre ggf. schlecht.

Autor: MaWin (Gast)
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Tim M. schrieb:
> Kann man diese so lassen?

BSP315 an 2.8V schaltet +12V immer ein.

Die Eingangs- und Ausgangsschaltungen sind langsam, kann man aber bis 
auf obiges so machen. Übrängstlich und überaufwändig, 100k in Reihe vor 
eineer BAV199 sollte reichen wenn der uC keine Eingansschutzdioden hat, 
sonst noch 1k vor den uC Eingang, und wenn man Störungen filtern will 
eben 100nF oder 10nF parallel.

Der Ausgang hat keinen Kurzschlusschutz und bei Anlegen einer negativen 
Spannung stirbt die Verpoldiode. Ein Schutz ist das also eher nicht, 
sondern ein Treiber.

Autor: Andrew T. (marsufant)
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Tim M. schrieb:
> Kann man diese so lassen?
> Für Optimierungsvorschläge wäre ich dankbar!

D15 ist  überflüssig,
R68 ist auch bei 0603 HP nicht ausreichend hochohmig bei ISO Pulsen,
Q13 ist irgendwie durch seine Body-Diode in Leitrichtung - soll da so?
D19 sorgt bei Verpolung für ein thermal incident.


so mal auf die Schnelle.

Autor: soul e. (souleye)
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Zum hunderttausendsten Mal: eine TVS mit 16 V an KL30 reicht nicht. Du 
brauchst eine mit 36 V. Zumindest wenn Du offiziell die LV124 erfüllen 
willst.

Deine Schaltung muss dauerhaft 27 V (je nach OEM) für 300 ms 32 V 
aushalten. Und das an einer Quelle ohne Strombegrenzung. Nimm einen 
Spannungsregler der das aushält, soviel teurer sind die nicht.


Für Sensoreingänge reicht die Betrachtung bis 16 V aus. Wenn das mit dem 
Low-Pegel noch passt, kannst Du (wie oben bereits vorgeschlagen) die 
fehlende Eingangsschutzdiode am Controller nachrüsten (Diode nach VDD 
oder Zener) und den Strom über einen Reihenwiderstand auf das für die 
Diode zulässige Maß begrenzen. 47 - 100 k wäre ein typischer Wert.

22 - 100 nF als ESD-Schutz hast Du ja vorgesehen. Die gehören allerdings 
direkt an den Steckerpin, und die Leiterbahn wird erst zum Kondensator 
und dann von dort aus zur restlichen Schaltung geroutet. Für ESD gilt 
kein Ohm'sches Gesetz, das ist Wellenausbreitung!

Autor: Stefanus F. (Firma: Äppel) (stefanus)
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100kΩ würde ich vermeiden, denn da fängt man sich leicht 
elektromagnetische Störungen ein.

Ausnahme: Bei R71 und als Bestandteil von Tiefpässen* finde ich 100kΩ in 
Ordnung.

10kΩ wäre mein persönliches Maximum, soweit möglich.

*) Deine Tiefpässe haben alle geringere Widerstandswerte.

: Bearbeitet durch User
Autor: Tim M. (tim90)
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>Die Schutzdioden am µC-Eingang kannst Du auch extern nachrüsten.
Ja klar :-) - Das was mich da immer ein wenig stört, ist das Vcc 
angehoben werden kann... - Der MC verbraucht ca. ~2-5mA

>BSP315 an 2.8V schaltet +12V immer ein.
>Q13 ist irgendwie durch seine Body-Diode in Leitrichtung - soll da so?
Hoppla! Stimmt - Hab ich korrigiert

>Die Eingangs- und Ausgangsschaltungen sind langsam
Für "einfachere" Dinge wie z.B. Tastendruck aber ausreichend?

>Der Ausgang hat keinen Kurzschlusschutz und bei Anlegen einer negativen
>Spannung stirbt die Verpoldiode.
>D19 sorgt bei Verpolung für ein thermal incident.
Als Kurzschlussschutz wäre die Sicherung F6 vorgesehen.
Funktioniert nur, wenn nicht verpolt wurde.
Wie könnte man das einfach lösen?

>D15 ist  überflüssig,
Warum?

>R68 ist auch bei 0603 HP nicht ausreichend hochohmig bei ISO Pulsen,
Wie sollte man das auslegen?

>Zum hunderttausendsten Mal: eine TVS mit 16 V an KL30 reicht nicht. Du
>brauchst eine mit 36 V. Zumindest wenn Du offiziell die LV124 erfüllen
>willst.
Ich hab mich an den folgenden Artikel gehalten - Ist der falsch?
https://www.mikrocontroller.net/articles/Kfz_Spannungsspitzenkiller_/_Transientenschutz

>22 - 100 nF als ESD-Schutz hast Du ja vorgesehen. Die gehören allerdings
>direkt an den Steckerpin, und die Leiterbahn wird erst zum Kondensator
>und dann von dort aus zur restlichen Schaltung geroutet. Für ESD gilt
>kein Ohm'sches Gesetz, das ist Wellenausbreitung!
Ah ok... Dann kann ich mir R68 sparen?

Da ich wegen der geringen Last auf der 2,8V Leitung auf externe 
Schutzdioden verzichten wollte, habe ich mir gedacht, eine Zenerdiode 
als Spannungsbegrenzung einzusetzen. Theoretisch könnte die 
Eingangsspannung bis auf 100V ansteigen - Der FET sieht max. ~5V und 
könnte so mir den Eingang sicher schalten... Gegen Verpolung des 
Eingangs hätte ich die BAT 41 (D15) eingesetzt

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Der Artikel hat in der momentanen Fassung hoffentlich nicht den 
Wettbewerb gewonnen 😂

Die Diode sollte nur begrenzen und nicht kurzschließen! So ca. 30V wäre 
ok.

Moderne Autos brauchen eigentlich nur eine 1N400x und ein 7805/78L05 mit 
Abblockkondis laut DB, wenn der Strom reicht. Verlustleistung und 
Temperatur Einbauort beachten.

Autor: Tim M. (tim90)
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>Der Artikel hat in der momentanen Fassung hoffentlich nicht den
>Wettbewerb gewonnen 😂
Hmm...

Ich finde es wirklich Klasse das es hier ermöglicht wird auch als 
Hobby-Bastler professionelle Hilfe für elektronische Problemchen zu 
finden! Aber irgendwie hab ich leider den Eindruck das keiner wirklich 
konkret eine Aussage macht. Einer sagt "Schaltung OK", der andere 
"Schrott". Da tut man sich als Anfänger recht schwer eine Lösung zu 
finden, die man auch logisch nachvollziehen kann. Man kann sich zwar 
einen großen Teil erlesen aber eben auch nicht alles. Es wäre super wenn 
z.B. Bauteil X an Position Y keinen Sinn macht das auch kurz zu erklären 
warum das so ist...

Autor: Stefanus F. (Firma: Äppel) (stefanus)
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Tim M. schrieb:
> Aber irgendwie hab ich leider den Eindruck das keiner wirklich
> konkret eine Aussage macht.

Du hast von mir einen konkreten Verbesserungsvorschlag incl. Begründung 
bekommen. Von einigen anderen ebenso.

Dass die Antworten teilweise widersprüchlich sind, ist ganz normal. 
Frage mal 10 Zahnärzte nach dem optimalen Zahnersatz - da bekommst du 10 
andere Antworten.

: Bearbeitet durch User
Autor: MaWin (Gast)
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Ich habe mir schon lange abgewöhnt, in irgendwelchen Foren was zur 
Beurteilung reinzustellen, weil dann melden sich die ganzen 
"Internetexperten" und labern einem die größte Scheisse ins Ohr, aber 
Hautpsache  immer schön Pen*sfechten, wer denn am meisten Ahnung hat.

Besser: in ein Thema einlesen, dann machen. Wenn's abraucht, war es wohl 
falsch, aber in 99,99% der Fälle hält alles.

Autor: MaWin (Gast)
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> Autor: MaWin (Gast)
> Datum: 28.08.2019 20:31

Jetzt schreibt der Psychopath in fast jedem Thread unter dem Namen MaWin 
rein, kein Wunder nach dem er sich in seinem gestifteten Unfrieden 
bestätigt fühlt seit dem ein kollaborierender Moderator seinen Beitrag 
stehen liess und meinen darauf hinweisenden Beitrag löschte.

Autor: Tim M. (tim90)
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>Du hast von mir einen konkreten Verbesserungsvorschlag incl. Begründung
>bekommen. Von einigen anderen ebenso.
Ja, ich danke auch dafür!

>Dass die Antworten teilweise widersprüchlich sind, ist ganz normal.
>Frage mal 10 Zahnärzte nach dem optimalen Zahnersatz - da bekommst du 10
>andere Antworten.
&
>Ich habe mir schon lange abgewöhnt, in irgendwelchen Foren was zur
>Beurteilung reinzustellen, weil dann melden sich die ganzen
>"Internetexperten" und labern einem die größte Scheisse ins Ohr, aber
>Hautpsache  immer schön Pen*sfechten, wer denn am meisten Ahnung hat.
Das Filtern von "Müll" Antworten finde ich immer das schwierigste. Es 
ist natürlich auch klar das jeder einen anderen Ansatz bzw. auch 
Erfahrung hat.

>Besser: in ein Thema einlesen, dann machen. Wenn's abraucht, war es wohl
>falsch, aber in 99,99% der Fälle hält alles.
Klar! Mach ich! Aber irgendwann steht man teilweise wie vor einer Wand 
und kommt nicht weiter...

Also... ich hab mir nochmal eine Schaltung überlegt...

-Eingang-
Ich möchte das ganze wie vorher schon erwähnt ohne Diode nach Vcc 
machen, da ich evtl. den MC auch später mal schlafen legen werde und 
somit kein großer Strom mehr fließt -> evtl. Überspannung
Deswegen möchte ich dies mit einer Z-Diode lösen.
Bei Peaks wird die Spannung auf ~5V begrenzt.
Bei einer Verpolung / negativen Spannung wird die Z-Diode sofort 
leitend.
Der FET soll verhindern, dass z.B. ein Peak durchschlägt (z.B. Z-Diode 
zu langsam) und mir den MC zerstört. FET hält +- 12V aus.

Wenn ich mich richtig erkundigt habe, benötigt ein FET nur wirklich 
Strom wenn dieser umgeladen wird. Daher sollte die Schaltung auch 
relativ "stromsparend" sein. Mit R75=10k würde ich bei 13V 1,3mA bei 
aktiven Eingang ziehen. Wenn ich auf 22k gehe entsprechend weniger.

Ist das so alles richtig / sinnvoll?

-Ausgang-
Die Schaltung des Augangs habe ich jetzt korriegiert.
Durch die Diode D18 kann kein Strom rückwärts fließen.
Bei einer negativen Spannung / Kurzschluss würde die 100mA Sicherung 
auslösen. Passt das so?

Nun noch ein mögliches Problem:
Wenn ich den BSP315 via IRLML2502 einschalte habe ich z.B. bei Vin=12V 
am Gate einen Unterschied von 12V. Wegen der geänderten TVS Diode auf 
33.3V, muss auch der Rest der Schaltung mindestens 34V vertragen. Habe 
ich nun 30V Eingang würde ich die maximale Gatespannung des Fets von 20V 
übersteigen. ==> Defekter FET - Wie kann ich das in den Griff bekommen?

Den IRLML 2502 müsste ich auch ersetzen, da UDS maximal bei 20V liegt.

Ist das so richtig?

Autor: Tim M. (tim90)
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>Jetzt schreibt der Psychopath in fast jedem Thread unter dem Namen MaWin
>rein, kein Wunder nach dem er sich in seinem gestifteten Unfrieden
>bestätigt fühlt seit dem ein kollaborierender Moderator seinen Beitrag
>stehen liess und meinen darauf hinweisenden Beitrag löschte.
?????

Autor: Stefanus F. (Firma: Äppel) (stefanus)
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MaWin schrieb:
> Jetzt schreibt der Psychopath in fast jedem Thread unter dem Namen MaWin
> rein,
Du bist erst Recht ein Psycho, wenn du es nicht sein lassen kannst, 
darüber mehrfach pro Tag zu jammern.

: Bearbeitet durch User
Autor: Stefanus F. (Firma: Äppel) (stefanus)
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Tim M. schrieb:
> z.B. Z-Diode zu langsam

Nach meinem Kenntnisstand kann das nie passieren.

> Ist das so richtig?

Meiner Meinung nach hast du dich in einer völlig übertriebenen "Lösung" 
verzettelt. Mache erstmal klar, welcher Schutz notwendig ist, bevor du 
mit Kanonen auf Spatzen schießt. Nach Murphy hast du ohnehin irgend eine 
Störung vergessen, die alles kaputt machen wird. Möglicherweise gar eine 
nicht elektrische Störung, die viel alltäglicher ist.

Autor: René F. (therfd)
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Tim M. schrieb:
> Einer sagt "Schaltung OK", der andere
> "Schrott". Da tut man sich als Anfänger recht schwer eine Lösung zu
> finden, die man auch logisch nachvollziehen kann.

Das „Problem“ an der Dimensionierung deiner Schaltung ist, das es sein 
kann das deine Sicherheitsmaßnahmen in einem Fahrzeug ausreichen können, 
im nächsten Fahrzeug aber unterdimensioniert sind. Es gibt deshalb 
Normen wie eine Schaltung sich im Bordnetz verhalten muss. Die meisten 
Entwickler kennen diese Normen nicht wenn sie nicht im Automotive Umfeld 
tätig sind und erachten die Anforderungen als geringer als sie sind.

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Ich sehr immer noch nicht einen Spannungsregler! Damit fängt man doch an 
wenn die allerersten Rahmenbedingungen stehen.

Eine TVS hat auch einen Übergangsbereich, der bei Dioden logarithmisch 
ist.

MOSFET immer 50% überdimensionierten.

usw.

Beitrag #5955429 wurde vom Autor gelöscht.
Autor: Dieter (Gast)
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Es gibt im Kfz Teile, die muessen eine einstellige Zahl von Sekunden 
ueber 50V aushalten.

Autor: Philipp G. (geiserp01)
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Tim M. schrieb:
> Aber irgendwie hab ich leider den Eindruck das keiner wirklich
> konkret eine Aussage macht. Einer sagt "Schaltung OK", der andere
> "Schrott".

Du kannst Dich an @souleye halten. Er kommt aus der Branche.

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