Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik BTS452r High Side Switch für µc beschalten


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von Pietro M. (der_pete)


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Hallo,

ich habe hier einen BTS452r liegen und würde diesen gerne mit meinem 
Arduino steuern/schalten.

Könnt ihr mir bitte erklären, was ich beachten muss.

Ich habe den IC mit zwei Netzteilen einem 5V als Steuerspannung und 24V 
für die Last (LED) in einem Versuchsaufbau angeschlossen und es 
funktioniert alles so wie es soll.

Muss ich für den Einsatz an einem Arduino irgendwas beachten?

LG

von Falk B. (falk)


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Effektiv muss man nix besonderes beachten, der Eingang hat normale TTL 
Eingangspegel.

von Pietro M. (der_pete)


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Falk B. schrieb:
> Effektiv muss man nix besonderes beachten, der Eingang hat normale TTL
> Eingangspegel.

Vielen Dank für die Antwort!

Macht es Sinn die µc-Seite mit einem Optokoppler zu sichern und kann da 
jemand ggf. eine Empfehlung aussprechen (gerne SMD).

Wie ist es mit einem Pull-Down Wiederstand? Wie wird der ggf. 
dimensioniert?

Was könnte ich auf der Lastseite zum Schutz vorsehen?

Danke!

von Arduino Fanboy D. (ufuf)


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Pietro M. schrieb:
> Macht es Sinn die µc-Seite mit einem Optokoppler zu sichern und kann da
> jemand ggf. eine Empfehlung aussprechen (gerne SMD).
Gegen was sichern?

Pietro M. schrieb:
> Wie ist es mit einem Pull-Down Wiederstand? Wie wird der ggf.
> dimensioniert?
Wozu soll der dienen?

Pietro M. schrieb:
> Was könnte ich auf der Lastseite zum Schutz vorsehen?
Was gibt es da zu schützen?

von HildeK (Gast)


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Arduino Fanboy D. schrieb:
> Pietro M. schrieb:
>> Was könnte ich auf der Lastseite zum Schutz vorsehen?
> Was gibt es da zu schützen?

Fall Verpolung ein Fehlerfall sein kann, dann gibt es dazu Kapitel im 
Datenblatt.
Man kann auch die Statusleitung auswerten und ggf. vom µC Maßnahmen 
ergreifen (z.B. bei Kurzschluss abschalten).

von Harald (Gast)


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Arduino Fanboy D. schrieb:
> Wozu soll der dienen?

z.B. dazu, damit es beim Powerup bis zur Definition der Portpins durch 
den Pullup an den Portpins nicht zum unerwünschten Einschalten kommt. 
Das kann ja durch den Bootloader etwas dauern.

Arduino Fanboy D. schrieb:
> Was gibt es da zu schützen?

Kommt drauf an. Kann die Last auch je einen induktiven Anteil haben? 
Durch die Body-Diode kann der BTS selbst so einiges ab, ansonsten müsste 
man mit zusätzlicher Freilaufdiode arbeiten. Das kommt aber erst bei 
massiven Magnetventilen zum tragen. Anderer Ausgangsschutz wäre Schutz 
gegen Verpolung. Da wird es dann schon etwas aufwändiger. Überspannung 
wäre noch ein Thema.

von Pietro M. (der_pete)


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Arduino Fanboy D. schrieb:
> Pietro M. schrieb:
>> Macht es Sinn die µc-Seite mit einem Optokoppler zu sichern und kann da
>> jemand ggf. eine Empfehlung aussprechen (gerne SMD).
> Gegen was sichern?
> Gegen einen Defekt des BTS452r. In dem Fall würde doch der komplette µc 
ausfallen.

> Pietro M. schrieb:
>> Wie ist es mit einem Pull-Down Wiederstand? Wie wird der ggf.
>> dimensioniert?
> Wozu soll der dienen?
> Um immer ein sauberes Signal am Eingang des BTS anliegen zu haben.

> Pietro M. schrieb:
>> Was könnte ich auf der Lastseite zum Schutz vorsehen?
> Was gibt es da zu schützen?
Den BTS452r

von georg (Gast)


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Pietro M. schrieb:
> Macht es Sinn die µc-Seite mit einem Optokoppler zu sichern

Falls auf der Lastseite starke Störungen zu erwarten sind, etwa bei 
Motoren, aber dann muss der Lastteil völlig galvanisch getrennt sein, 
mit eigener Stromversorgung. Bei LEDs ist das eher nicht zu erwearten.

Georg

von Pietro M. (der_pete)


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Danke für die vielen Antworten!

Ich würde gerne hier anfangen:
Harald schrieb:
> z.B. dazu, damit es beim Powerup bis zur Definition der Portpins durch
> den Pullup an den Portpins nicht zum unerwünschten Einschalten kommt.
> Das kann ja durch den Bootloader etwas dauern.

In diesem Fall müsste es ein Pull-down Wiederstand sein da der BTS452R 
ja bei HIGH aktiv ist. Richtig?

Wie dimensioniere ich den Wiederstand?

Danke!

von Achim S. (Gast)


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Harald schrieb:
> Kann die Last auch je einen induktiven Anteil haben?
> Durch die Body-Diode kann der BTS selbst so einiges ab, ansonsten müsste
> man mit zusätzlicher Freilaufdiode arbeiten.

Die Body-Diode des BTS wirkt nicht als Freilaufdiode. Wenn eine 
induktive Last abgeschaltet wird geht er einfach in den Durchbruch 
(siehe Datenblatt S.8 Abbildung rechts oben). Er hält dabei bei 
Einzelpulsen eine Energie von 150mJ aus (siehe Parameter EAS im 
Datenblatt). Eine Freilaufdiode wäre bei induktiven Lasten also 
wahrscheinlich sinnvoll oder sogar notwendig.

Die übrigen angedachten Absicherungen würde ich jeweils nur entsprechend 
der tatsächlichen Gefährdungslage in Betracht ziehen. (Den Optokoppler 
z.B. bei dem von Georg genannten Szenario).

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Pietro M. schrieb:
> Könnt ihr mir bitte erklären, was ich beachten muss.
Zeichne in einem Schaltplan, so wie du dir die Verschaltung vorstellst. 
Gib den Bauteilen im Schaltplan Namen R1,R2,C1,C2,T1.. und Werte 
10k,BTS452,100n, usw. Dann diskutieren wir darüber, was man besser 
machen könnte. Und auch, wo eine Freilaufdiode rankommt. Und man kann 
dir erklären, wie sie wirkt.

von Harald (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Die Body-Diode des BTS wirkt nicht als Freilaufdiode

Wo habe ich geschrieben, dass sei eine Freilaufdiode?

von Achim S. (Gast)


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Harald schrieb:
> Achim S. schrieb:
>> Die Body-Diode des BTS wirkt nicht als Freilaufdiode
>
> Wo habe ich geschrieben, dass sei eine Freilaufdiode?

Ich habe geschrieben, dass es keine Freilaufdiode ist.

Du hattest geschrieben, dass der BTS aufgrund seiner Body-Diode einiges 
abkönne. Das könnte beim unbedarften Leser den Eindruck erwecken, dass 
die Body-Diode als Freilaufdiode wirke. Ich habe einfach klargestellt, 
dass der FET ganz banal in den Durchbruch geht und dabei lediglich 150mJ 
wegstecken kann (was nicht gerade viel ist).

von Harald (Gast)


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Pietro M. schrieb:
> Wie dimensioniere ich den Wiederstand?

Oh man, wenn man ich Sachen Elektronik unterwegs ist, sollte man doch 
wenigstens Widerstand richtig schreiben... Schreibfehler können 
passieren, aber immer wieder?

Du schaust nach, wie hoch der Pullup in deinem Controller ist. Nehmen 
wir mal 50kOhm an. Für einen sicheren Nullpegel sollte man unter 0.4V 
bleiben, siehe auch Datenblatt BTS (0.4V=Annahme, nicht geprüft). Sagen 
wir also Pullspannung (5V-0.4V)/50k=92µA Querstrom. 0.4V/92µA=4.3kOhm 
Puldldown oder weniger. In diesem Fall würde man einfach einen 2.2kOhm 
nehmen, fertig.

von Bauform B. (bauformb)


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Pietro M. schrieb:
> Macht es Sinn die µc-Seite mit einem Optokoppler zu sichern

Falls die 24V von einem unabhängigen Netzteil kommen. Leider muss man 
dann auf der 24V-Seite nochmal 5...12V erzeugen, mehr verträgt der 
BTS452R am Eingang nicht.

Ein kleiner Übertrager 1:2 oder 1:3 mit Gleichrichter statt dem 
Optokoppler schützt gegen mehrere Fehler gleichzeitig. Der BTS kann nur 
einschalten, wenn der Übertrager Wechselstrom bekommt. Weil nur mW nötig 
sind, kann der uC direkt ein Rechteck liefern. Ein Reset des uC führt 
unmittelbar und zwangsläufig zum Abschalten, egal, ob der Ausgang High 
oder Low oder gepullt ist. Echte Feiglinge erzeugen das Rechteck auch 
noch per Software statt per Timer-Ausgang ;)

Gleichzeitig bietet der Übertrager den gleichen Schutz für den uC wie 
der Optokoppler, aber mit deutlich besserer MTBF (wenn man Silizium- 
statt Schottky-Gleichrichter nimmt). Potentialtrennung gibt's auch 
geschenkt; erst, wenn man wirklich Kilovolts trennen muss, kann ein 
Optokoppler wieder punkten.

Und die 5...12V auf der 24V-Seite gibt's auch noch geschenkt. Warum 
sieht man sowas so selten?

von Harald (Gast)


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Achim S. schrieb:
> und dabei lediglich 150mJ
> wegstecken kann (was nicht gerade viel ist)

Aber genau das habe ich thematisiert. 150mJ ist jetzt nicht Nichts, auch 
wenn Du möchtest dich jetzt gerne daran aufreiben möchtest. Für 
gelegentliche Schaltspiele geht das, nichts für PWM und dicke 
Magnetventile.

von Achim S. (Gast)


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Harald schrieb:
> auch
> wenn Du möchtest dich jetzt gerne daran aufreiben möchtest

Das möchte ich ganz sicher nicht, ich wundere mich, wie du auf die Idee 
kommst.

Ich fand deine Formulierung seltsam (und ggf. irreführend), dass der BTS 
"durch die Body-Diode" einiges an induktiver Last wegstecken könne. Der 
FET geht einfach in den Durchbruch, die Body-Diode erfüllt nicht die 
Funktion einer Freilaufdiode. Das war's, mehr habe ich dazu nicht zu 
sagen.

von Harald (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Der FET geht einfach in den Durchbruch
Wie kommst Du auf das Wort "Durchbruch", eine Aktivierung einer 
Body-Diode hat nichts mit Durchbruch zu tun.

von Arduino Fanboy D. (ufuf)


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Harald schrieb:
> eine Aktivierung einer
> Body-Diode hat nichts mit Durchbruch zu tun.

Welche Richtung hat der auftretende "Freilauf Strom"?
Male es in ein Bild, und du wirst sehen, dass die Bodydiode die falsche 
Richtung hat.
Sie (oder der ganze Transistor) kann also nur durchbrechen, und niemals 
als Freilaufdiode arbeiten.

: Bearbeitet durch User
von Bauform B. (bauformb)


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Arduino Fanboy D. schrieb:
> Welche Richtung hat der auftretende "Freilauf Strom"?

Im Datenblatt von ITS4200 ist das schöner erklärt.

von Harald (Gast)


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Arduino Fanboy D. schrieb:
> und niemals als Freilaufdiode arbeiten.

Tut und soll sie auch nicht, wurde nirgends behauptet

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Bauform B. schrieb:
> Im Datenblatt von ITS4200 ist das schöner erklärt.
Ich weiß zwar, dass es so ist, aber eine Erklärung finde ich da nicht. 
Ich kann da nicht sehen, dass da ein Freilaufstrom irgendwohin fließt. 
Da steht auch nur lapidar drin, dass die Spannung "negativ wird". Aber 
eben kein Grund für diese "Umkehrung" und es steht auch nicht drin, dass 
diese Spannung (theoretisch) beliebig groß werden kann.
Und das ist der Knackpunkt. Denn sonst müsste der Mosfet ja einfach nur 
2x VBatt aushalten und alle ist gut. Das ist aber leider nicht der 
Fall...

Wenn z.B. bei eingeschaltetem Mosfet durch die Spule 5A fließen, und der 
Fet dann abgeschaltet wird, passiert fließt der Strom durch die Spule 
erstmal einfach weiter. Und er fließt durch die Batterie und weiter zum 
Pin 4.
Dort gibts jetzt Probleme: die Diode ist in Sperrichtung verbaut und der 
Mosfet wurde ja gerade eben abgeschaltet. Wo soll der Strom jetzt hin, 
dass er den Stromkreis zurück zur Spule schließen kann.
Er findet keinen Weg es kommt aber laufend weiterer Strom "nach" und die 
Spannung am Pin 4 steigt deshalb an, bis
a) der Mosfet "durchbricht"  oder
b) die Diode "durchbricht"  oder
c) die vorgelagerte Schaltung, die am Pin 4 angeschlossen ist, 
durchlegiert.
Im Fall c) is das IC dann sicher kaputt (immerhin haben wir es mit einem 
Strom von 5A zu tun). Im Fall a) und b) kommt es darauf an, ob die 
energie, die in der Spule gespeichert ist, für eine Zerstörung dieser 
Leistungsbauteile ausreicht.

Allerdings hat diese Endstufe noch einen speziellen "Trick" eingebaut, 
der hilft, das IC und die Bodydiode zu schützen: wird die Spannung am 
Pin 4 zu hoch, dann wird über die ZDdscl der Mosfet wieder leitend 
gemacht, dass er die Energie übernehmen und in Wärme umsetzen kann.

: Bearbeitet durch Moderator
von Achim S. (Gast)


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eigentlich wurde es mir ja zu albern. Aber da die Diskussion weitergeht, 
melde ich mich doch nochmal kurz.

Danke an Bauform B. für den Hinweis. Was Harald wohl meinte: der BTS hat 
eine clamping-diode zwischen Drain und Gate. Diese sorft dafür, dass der 
FET bei Überspannung (also beim Abschalten induktiver Lasten) in einen 
definierten Linearbetrieb geht (so dass beinahe die Durchbruchspannung 
an ihm abfällt).

Mit der Body-Diode hat diese clamping-Diode allerdings nichts zu tun.

von Harald (Gast)


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Achim, Asche auf mein Haupt!

Die Bodydiode wirkt natürlich nur bei Brückenschaltungen, hier nicht. 
Der MOSFET wird vor dem Druchbruch geschützt, indem das Active Clamping 
aktiviert  ist. Also ist weder Bodydiode noch Durchbruch richtig.

Fakt ist auch, dass man gefälligst eine vernünftige Freilaufdiode 
verbauen sollte, wenn auch nur ansatzweise der Verdacht besteht, dass da 
jemals induktive Lasten mit geschaltet werden!

von Harald (Gast)


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von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Harald schrieb:
> Fakt ist auch, dass man gefälligst eine vernünftige Freilaufdiode
> verbauen sollte, wenn auch nur ansatzweise der Verdacht besteht, dass da
> jemals induktive Lasten mit geschaltet werden!
Der kann schon einiges ab.
Aber wenn man ohne Freilaufdiode einen 24V-1,5A-Zugmagneten schaltet, 
dann geht er irgendwann kaputt.

von Pietro M. (der_pete)


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Harald schrieb:
> Oh man, wenn man ich Sachen Elektronik unterwegs ist, sollte man doch
> wenigstens Widerstand richtig schreiben... Schreibfehler können
> passieren, aber immer wieder?

Doppeltes DANKE!

1. Für die Korrektur in Sachen Widerstand.
2. Für die super Erklärung! (0.4V sind laut Datenblatt korrekt "Input 
Threshold Hysteresis").

von MCUA (Gast)


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>Ein kleiner Übertrager 1:2 oder 1:3 mit Gleichrichter statt dem
>Optokoppler schützt gegen mehrere Fehler gleichzeitig......
Und du willst dann für 50 24V-Ausgänge 50 Übertrager verbauen, die 
verschalten und diese 50 einzelne uC-Ausgangs-Pins separat mittels 
Wechselspannung ansteuern?

von Bauform B. (bauformb)


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MCUA schrieb:
>>Ein kleiner Übertrager 1:2 oder 1:3 mit Gleichrichter statt dem
>>Optokoppler schützt gegen mehrere Fehler gleichzeitig......
> Und du willst dann für 50 24V-Ausgänge 50 Übertrager verbauen

Warum nicht? Wo ist das Problem? Die haben auch nicht mehr Pins als ein 
Optokoppler. Wenn man die Fail-Safe Funktion wirklich für alle 50 
einzeln braucht, macht man das eben. Meistens reichen ja pro uC ganz 
wenige Ausgänge in der Art, z.B. einer für den Shutdown des 
24V-Netzteils und zweitens ein High-Side Switch, der die Verbraucher vom 
Netzteil trennt. Einen davon braucht man ja sowieso.

Die BTS4xx für die eigentlichen Ausgänge können dann wieder direkt am uC 
angeschlossen werden. Für den Benutzer ist es schließlich egal, ob nur 
der BTS kaputt ist oder auch der uC -- seine Kiste läuft nicht mehr. Und 
getauscht sowieso nur das ganze Gerät, mindestens die ganze Platine.

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