Hallo, ich habe eine Schaltung, die mit 12V Gleichspannung versorgt werden soll. Jetzt möchte ich die absichern, wenn jemand z.B. 24 Volt anlegt. Einen Verpolungsschutz habe ich bereits mit 2 Dioden eingebaut (Spannungsabfall kann in Kauf genommen werden). Die Schaltung benötigt max. 200mA bei 12V. Jetzt habe ich zuerst einfach mal eine Schmelzsicherung 200mA flink in die Zuleitung eingebaut und hinter der Schmelzsicherung zu Masse hin eine TVS-Diode mit 13,8V gesetzt. Wenn dann also 15V angelegt werden und vor allem das angeschlossene Netzteil genug Strom hergibt (sagen wir mal 500mA), dann hätte ich erwartet, dass die Sicherung schmilzt. Aber bei der Messung habe ich gesehen, das durch die TVS-Diode nur relativ kurz ein hoher Strom fließt und der Strom dann auf unter 100mA (mit zunehmender Temperatur der TVS-Diode) abfällt. Folglich schmilzt die Sicherung auch nicht. Scheinbar ist eine TVS-Diode dafür nicht geeignet? Kann mir jemand erklären, warum? Ganz davon abgesehen gibt es natürlich die Problematik, dass die TVS-Diode dann mit der Zeit ziemlich heiß wird und ich ein thermisches Problem bekomme. Dann habe ich eine Zener-Diode (12V) in Sperrichtung zwischen direkt Masse und Sicherung geschaltet. Meine Erwartung war hier dann, dass dies dann vielleicht funktioniert. Aber ich muss mit der Spannung schon relativ weit über die 12V hinaus gehen, damit der Strom groß genug wird. Kann mir auch hier jemand erklären, warum das nicht geht? Dann habe ich beim lesen im Forum etwas über eine Komparator-Schaltung gelesen. Aber das wäre mir etwas zu aufwendig. Und dann gab es noch die Idee mit einer Crowbar und noch eine weiter über eine Trigger-Diode, die wohl so ähnlich wie ein Thyristor funktioniert. Was wäre denn eine Lösung, die gut funktioniert, möglichst einfach aufgebaut ist und vor allem thermisch zu keinen Problemen führt? Wenn es vielleicht sogar reversibel wäre (z.B. über eine selbstrückstellende Sicherung / PTC), natürlich umso besser.
Sebastian E. schrieb: > Kann mir auch hier jemand erklären, warum das nicht geht? Welche TVS genau? Maximale Spannung, die deine Schaltung ohne Schaden übersteht? Spannungs- und Stromdiagramm beim Anlegen von 15 V?
Sebastian E. schrieb: > Was wäre denn eine Lösung, die gut funktioniert Entweder in dem der Spannungsregler das abkann (z.B. NCV8664) oder durch extra Abschaltung bei Überspannung LM74700, LTC4365, NCP3712A
Sebastian E. schrieb: > Kann mir auch hier jemand erklären, warum das nicht geht? Dein Netzteil erkennt einen quasi Kurzschluss mit dem Offset der ZD/Überspannungsableiter und geht zu schnell für die Schmelzsicherung in den Fold-Back (Kurzschlussschutz). Erklärung siehe: Beitrag "Foldback-Strombegrenzungs-Kennlinie"
Sebastian E. schrieb: > Wenn es vielleicht sogar reversibel wäre (z.B. über eine > selbstrückstellende Sicherung / PTC), natürlich umso besser. Es gibt doch diese MFR (Multifuse Resistor) Sicherungen. Die können genau das und werden dabei nicht zu heiß.
Zenerdioden haben keine harte Grenze ab der sie schlagartig leitend werden. Das ist eher ein fließender Übergang. Wenn du an deine 12V Zenerdiode lange genug 13V anlegst, wird sie wohl wegen Überhitzung durchbrennen. Es sei denn, sie hast einen großen Kühlkörper. Platzsparender und mit präzise definierter Spannung ist eine Klemmschaltung (Crowbar). https://de.wikipedia.org/wiki/Klemmschaltung_(Stromversorgung)
So eine Sicherung wirkt erst mal wie ein ohmscher Widerstand, auch wenn selbiger gering ist. Für eine 200mA Sicherung liegt der Widerstand so in einer Größenordnung von 1 - 1,5Ohm. Überschreitet Deine angelegte Spannung die Z-Spannung der Diode nur geringfügig, dann wirkt die Sicherung quasi wie ein Vorwiderstand für die Diode. Die Steilheit der Z-Dioden, damit meine ich den Knick in der Kennlinie bei Z-Spannung, kann von Typ zu Typ unterschiedlich sein, also mehr oder weniger stark ausgeprägt. Hinzu kommt das die für die Diode angegebene Z-Spannung nur ein Mittelwert ist. Real kann die Z-Spannung darunter oder drüber liegen. Wenn man es genau haben möchte dann kommt man um eine Selektion nicht herum. Unter Umständen kann es besser sein, die Diode aus mehren Dioden mit kleinerer Z-Spannung zusammenzusetzen. Dioden mit kleinerer Z-Spannung haben oftmals einen stärker ausgeprägten Knick in der Kennlinie. Alle Sicherungen haben eine Auslösekennlinie. Es gibt z.B. super flinke Schmelzsicherungen, aber die halten den 1,5-fachen Nennstrom eben auch noch für ca. 30min aus. Da muß schon fast der 3-fache Nennstrom fließen, damit diese Sicherung in unter 500ms auslöst. Kannste z.B. hier https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C400/ESKA520100.pdf nachlesen. Dies bedeutet, das Deine Z-Diode für mindestens 30min 100mA abkönnen muß. Das wären bei 12V 1,2W. Da wird die Diode schon recht groß, wenn sie das ohne Kühlkörper können soll. Der kritische Bereich ist also da wo nur eine geringe Überspannung ansteht und somit kein ausreichender Querstrom aufgebaut wird damit die Sicherung anspricht. Wenn Du auch in diesem Bereich einen guten Schutz haben möchtest ohne viel Leistung in der Z-Diode verbraten zu müssen, dann führt wohl kein Weg an einer Klemmschaltunmg vorbei. Ist dann aber eben ein höherer Bauteileaufwand.
Crowbar ist die beste und sicherste Lösung und benötigt auch wenige Bauteile... Z-Diode und Widerstand in Serie steuern das Gate eines Thyristors an und beim Zünden des Thyristors wird die Versorgung kurz geschlossen, Sicherung davor brennt durch - Fertig...
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Dieter D. schrieb: > Sebastian E. schrieb: >> Kann mir auch hier jemand erklären, warum das nicht geht? > > Dein Netzteil erkennt einen quasi Kurzschluss mit dem Offset der > ZD/Überspannungsableiter und geht zu schnell für die Schmelzsicherung in > den Fold-Back (Kurzschlussschutz). > > Erklärung siehe: > Beitrag "Foldback-Strombegrenzungs-Kennlinie" Ich habe ein Labornetzteil mit Strombegrenzung 2A dran. Deshalb kann das nicht sein. Hätte ich natürlich dazuschreiben können... Zeno schrieb: > So eine Sicherung wirkt erst mal wie ein ohmscher Widerstand, auch wenn > selbiger gering ist. Für eine 200mA Sicherung liegt der Widerstand so in > einer Größenordnung von 1 - 1,5Ohm. OK, dann habe ich bei 200mA und 1,5 Ohm gleich mal einen Spannungsabfall von 0,3 Volt. Das erklärt nicht unbedingt, warum der Strom gleich so stark abfällt wie von mir gemessen. Aber Deine Erklärung mit der Kennlinie (fehlende Steilheit) ist vermutlich der wesentliche Faktor, warum die Sicherung nicht auslöst. Zeno schrieb: > Dies bedeutet, das Deine Z-Diode für mindestens 30min 100mA abkönnen > muß. Das wären bei 12V 1,2W. Ja, das wird dann tatsächlich ein Problem. Schlimmer noch wenn 24 Volt angelegt werden und die Sicherung nicht auslöst. Ist also keine dauerhafte beständige Absicherung. Stefan ⛄ F. schrieb: > Platzsparender und mit präzise definierter Spannung ist eine > Klemmschaltung (Crowbar). > https://de.wikipedia.org/wiki/Klemmschaltung_(Stromversorgung) Ja, sieht so aus, als ist das die beste Sache. Die Schaltung auf Wikipedia (siehe Screenshot) stammt scheinbar direkt aus der Anleitung von Texas Instruments zum LM 431. Ich meinte, ich hätte irgendwo gelesen, dass dies dann nur mit einem Triac, aber nicht mit einem Thyristor funktioniert. Wurde glaube ich irgendwie auf die Stromflussrichtung zurückgeführt. Ist das denn richtig? Oder kann ich nicht einen Thyristor verwenden, solange er richtig herum eingebaut wird? Denn einen Thyristor gibt es für meine zwecke vermutlich im recht kleinen TO-92 Gehäuse, ein Triac ist größer. Der Vorteil vom LM 431 scheint zu sein, dass ich ihn relativ genau einstellen kann. Öfter taucht aber die Crowbar stattdessen mit einer Zener-Diode auf (siehe Screenshot) Das ganze dann nicht mit Triac, sondern mit Thyristor. Wenn ich das richtig sehe ist hier eigentlich der einzige Nachteil, dass der Auslösepunkt bei Überspannung vielleicht etwas ungenauer als beim LM 431 ist, korrekt? Aber für meine Anwendung vermutlich hinreichend gut. Elektrofurz schrieb: > Es gibt doch diese MFR (Multifuse Resistor) Sicherungen. Die können > genau das und werden dabei nicht zu heiß. Könnte ich auch mit einer selbstrückstellenden Sicherung statt Schmelzsicherung arbeiten? Siehe Screenshot. Datenblatt ist hier: https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C400/POLYSWITCH-RADIAL-LEADED_ENG_TDS.pdf Wie hochohmig werden denn solche Sicherungen eigentlich? Würde die dauerhaft eine Überspannung von 24 Volt (statt 12V) aushalten? Ich habe so etwas noch nie dimensioniert und kenne das Bauteil auch nicht wirklich. Kann jemand dazu etwas sagen?
Sebastian E. schrieb: > Ich meinte, ich hätte irgendwo > gelesen, dass dies dann nur mit einem Triac, aber nicht mit einem > Thyristor funktioniert. Das Ersatzschaltbild des Thyristors besteht ja aus zwei Transistoren:
1 | Gate |
2 | o |
3 | | |
4 | Masse o----NPN |
5 | PNP----o VCC |
Um den Thyristor zu Zünden brauchst du eine positive Spannung am Gate. Der Ausgang des TL431 geht aber runter, wenn er zünden soll. Du bräuchtest einen Thyristor, dessen Gate an den PNP Transistor angeschlossen ist. Gibt es das überhaupt? Bei einem Triac geht das aber mit dem "Umdrehen". Bei der Schaltungsvariante mit der Zenerdiode hast du eine positive Zündspannung. Die ist aber nicht so genau festgelegt, wie beim T431.
MaWin schrieb: > Sebastian E. schrieb: >> Was wäre denn eine Lösung, die gut funktioniert > > Entweder in dem der Spannungsregler das abkann (z.B. NCV8664) oder durch > extra Abschaltung bei Überspannung LM74700, LTC4365, NCP3712A Das ist natürlich auch eine elegante Lösung, die in meinem Fall funktionieren würde (Absicherung 12 Volt Spannungsversorgung). Interessehalber mal zu einem andern Anwendungsfall: Einen Analogeingang an einem µC (z.B. Arduino) auf 5 Volt absichern. Da wäre das vermutlich nicht möglich, weil z.B. der LTC4365 erst ab 2,5 Volt anspricht und ich somit nicht den ganzen Messbereich erfassen könnte, korrekt? Außerdem weiß ich nicht, ob das Messsignal durch den LTC4365 mit den ganzen integrierten Komponenten nicht zu sehr verfälscht würde...
Sebastian E. schrieb: > Könnte ich auch mit einer selbstrückstellenden Sicherung statt > Schmelzsicherung arbeiten? Die haben noch mehr Innenwiderstand - vor allem nach der ersten Auslösung. Außerdem lassen sie auch nach dem Auslösen weiterhin einen Geringen Dauerstrom fließen. > Wie hochohmig werden denn solche Sicherungen eigentlich? Sehr unterschiedlich, schau ins Datenblatt.
Sebastian E. schrieb: > Interessehalber mal zu einem andern Anwendungsfall: Einen Analogeingang Analogeingänge brauchen keinen Strom, da kann ein 10k Vorwiderstand in die Leitung, dann stirbt der uC auch bei 200V nicht.
MaWin schrieb: > Sebastian E. schrieb: >> Interessehalber mal zu einem andern Anwendungsfall: Einen Analogeingang > > Analogeingänge brauchen keinen Strom, da kann ein 10k Vorwiderstand in > die Leitung, dann stirbt der uC auch bei 200V nicht. Was ist meine ist: Ich will den Eingang dagegen absichern, wenn hier z.B. 8V angelegt werden, er aber nur 5V verträgt. Dann müsste ich ihn gegen Masse kurzschließen...
Sebastian E. schrieb: > Dann müsste ich ihn gegen Masse kurzschließen... Nein, musst du nicht. Es genügt, die überschüssige Spannungen in einem Widerstand zu verheizen.
Stefan ⛄ F. schrieb: > bräuchtest einen Thyristor, dessen Gate an den PNP Transistor > angeschlossen ist. Gibt es das überhaupt? Ich habe vage in Erinnerung, dass es im Bereich von Röhrenfernsehern mal eine Anwendung für Thyristoren mit beiden Gates gab.
Sebastian E. schrieb: > MaWin schrieb: > Was ist meine ist: Ich will den Eingang dagegen absichern, wenn hier > z.B. 8V angelegt werden, er aber nur 5V verträgt. Dann müsste ich ihn > gegen Masse kurzschließen... Du solltest weniger meinen, sondern mehr Datenblätter verstehend lesen. 10k vor einem Analogeingang reichen als Schutz, Schutzdioden sind schon eingebaut, man muss nur übermäßigen Strom über sie verhindern.
Stefan ⛄ F. schrieb: > Sebastian E. schrieb: >> Dann müsste ich ihn gegen Masse kurzschließen... > > Nein, musst du nicht. Es genügt, die überschüssige Spannungen in einem > Widerstand zu verheizen. Du meinst so etwas hier, richtig?
1 | µC |
2 | | |
3 | <z.B. +10V>---<Zener-Diode z.B. 5,5V>---<Widerstand 10kOhm>---GND |
Dann habe ich am µC die Spannung auf 5,5V begrenzt und da durch die Zener-Diode kaum Strom fließt, erwärmt die sich auch nicht wirklich.
Sebastian E. schrieb: > Du meinst so etwas hier, richtig? Nein, keine Dioden. Einfach nur einen Widerstand vor dem Eingang des ADC:
1 | 10kΩ |
2 | Input o---[===]---o ADC |
Das kannst du mit digitalen Eingängen ebenso machen, wenn keine hohen Frequenzen übertragen werden müssen.
Stefan ⛄ F. schrieb: > Sebastian E. schrieb: >> Du meinst so etwas hier, richtig? > > Nein, keine Dioden. Einfach nur einen Widerstand vor dem Eingang des > ADC: > >
1 | > 10kΩ |
2 | > Input o---[===]---o ADC |
3 | > |
> > Das kannst du mit digitalen Eingängen ebenso machen, wenn keine hohen > Frequenzen übertragen werden müssen. Sorry, dass ich vielleicht auf dem Schlauch stehe: Aber dann würdest Du davon ausgehen, dass auf jeden Fall wie von MaWin beschrieben intern eine Schutzdiode vorhanden ist und ich nur dem Strom begrenzen müsste, richtig? Das scheint beim Arduino wohl nicht der Fall zu sein, die gibt es wohl nicht wirklich (2. Beitrag): https://forum.arduino.cc/index.php?topic=5410.0 Und dann wäre meine Lösung, die ich vorgeschlagen habe, analog zu dieser hier denke ich: https://arduino.stackexchange.com/questions/13126/best-way-to-protect-a-digital-or-analog-input-from-12volts
Sebastian E. schrieb: > Und dann wäre meine Lösung, die ich vorgeschlagen habe, analog zu dieser > hier denke ich: > https://arduino.stackexchange.com/questions/13126/best-way-to-protect-a-digital-or-analog-input-from-12volts Ja endlich! Aber Du weisst das schon vor der Knickspannung Strom fliesst? mfg Klaus
Klaus R. schrieb: > Aber Du weisst das schon vor der Knickspannung Strom fliesst? Ja, aber danke noch mal für den Hinweis. Sicherheitshalber werde ich entweder zu einer etwas höheren Zenerspannung greifen (z.B. 6,2V). Das wird der Arduino hoffentlich noch aushalten. Oder aber ich nutze am Arduino eine externe Spannungsreferenz mit z.B. 4,1V für die Analogwerte (statt der 5V intern). Dann bleibe ich weit genug von den 5V weg. Messfehler wird dann halt ein klein wenig größer...
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Falls du bei angelegten 24V nicht unbedingt abschalten willst, dann wäre ein 12V Low-Drop-Regler meine erste Wahl. Der von MaWin genannte NCV8664 gibt es aber wohl nur für 3.3V und 5V Ausgangsspannung. Alternativen sind sicher auch auffindbar. Zur Not tut es vielleicht auch eine diskret aufgebauter, in etwa wie im Anhang.
Sebastian E. schrieb: > Sorry, dass ich vielleicht auf dem Schlauch stehe: Aber dann würdest Du > davon ausgehen, dass auf jeden Fall wie von MaWin beschrieben intern > eine Schutzdiode vorhanden ist und ich nur dem Strom begrenzen müsste, > richtig? Ja. Das sollte man natürlich vorher überprüfen. > Das scheint beim Arduino wohl nicht der Fall zu sein, d Doch. Da bin ich 100% sicher. Blöd ist allerdings, dass das Datenblatt nicht sagt, wie hoch diese Dioden belastbar sind. Bei den meisten anderen Mikrochips gibt es diese Angabe. Bei Zenerdioden würde deren flache Kurve stören. Sie belasten das Signal schon lange vor der Nennspannung und lassen außerdem deutlich mehr als diese zu. Wenn du eine 5V Zenerdiode verwendest, kannst du nur Spannungen unterhalb von 4V präzise messen. Sebastian E. schrieb: > Sicherheitshalber werde ich > entweder zu einer etwas höheren Zenerspannung greifen (z.B. 6,2V). Das > wird der Arduino hoffentlich noch aushalten. Unwahrscheinlich. Schau dir die absolute maximum ratings an und wie viel Spannung die Diode beim Fehlerstrom wirklich hat.
Sebastian E. schrieb: > Was wäre denn eine Lösung, die gut funktioniert, möglichst einfach > aufgebaut ist und vor allem thermisch zu keinen Problemen führt? Wenn es > vielleicht sogar reversibel wäre (z.B. über eine selbstrückstellende > Sicherung / PTC), natürlich umso besser Beitrag "Verpolungs- und Überspannungsschutz mit P-MOSFET"
Sebastian E. schrieb: > Schlimmer noch wenn 24 Volt > angelegt werden und die Sicherung nicht auslöst. Naja bei 24V ist der Strom durch die Z-Diode so groß das die Sicherung sehr schnell auslösen wird. Problematisch ist es nur wenn Du in der Nähe der Z-Spannung bist, dann ist der Stromfluß nicht groß genug, um die Sicherung schnell zum Abschmelzen zu bringen.
Stefan ⛄ F. schrieb: > Bei der Schaltungsvariante mit der Zenerdiode hast du eine positive > Zündspannung. Die ist aber nicht so genau festgelegt, wie beim T431. Muß sie ja auch nicht. 2-3V Überspannung sollte die Schaltung schon abkönnen bevor es raucht. Er könnte ja auch zwei Z-Dioden mit 5,6V in Serie nehmen. Da wäre er dann bei 11,2V. Den Rest quasi Feinabgleich macht er mit Dioden. Bei 2 normalen Si-Dioden mit je 0,7V Flußspannung wäre er dann bei 12,6V.
Zeno schrieb: > Muß sie ja auch nicht. 2-3V Überspannung sollte die Schaltung schon > abkönnen bevor es raucht. Woher weißt du das? kennst du seine Schaltung?
Stefan ⛄ F. schrieb: > Woher weißt du das? kennst du seine Schaltung? Kannst Du lesen? Offensichtlich mal wieder nicht. Was meinst Du warum ich "sollte" geschrieben habe?
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