Hallo,
ich bin noch recht neu mit der Elektrotechnik (Informatiker).
Ich würde gerne einen Logikeingang vor zu hoher Spannung schützen. Am
Eingang Input sollen aber durchaus 24 V dauerhaft anliegen können.
Die Schaltung wird mit LDO-Reglern mit Ausgangsspannung 5 V und 3.3 V
versorgt, die Eingangsspannung beträgt 24 V.
Von früher kenne ich noch die Schaltung mit 2 Dioden, siehe Anhang.
Soweit ich das ganze verstehe, klemmt die Diode D1 die Spannung auf etwa
5,7 V fest und die Diode D2 auf etwa -0.7 V, je nach Flussspannung.
Daher würden durch den Widerstand R1 und die Diode D1 bei Input 24 V
etwa 18 mA fließen.
Meines Wissens gefällt es Linearregler nicht, wenn diese plötzlich zu
einer Stromsenke werden.
Funktioniert die oben aufgezeichnete Schutzschaltung bei dauerhaft 24 V
am Eingang Input überhaupt so?
Oder habe ich etwas nicht richtig verstanden?
Grüße
Ulrich
Ulrich schrieb:> Meines Wissens gefällt es Linearregler nicht, wenn diese plötzlich zu> einer Stromsenke werden.
Du musst halt dafür sorgen, daß der Rest der Schaltung an 5V mehr Strom
aufnimmt als die Überspannungsquelle in den Eingang einspeist. Sonst
Crowbar, Z-Diode oder so.
Ulrich schrieb:> Am> Eingang Input sollen aber durchaus 24 V dauerhaft anliegen können.
Hast du schon mal über einen Spannungsteiler nachgedacht?
Sach jetzt nich, dass das Eingangssignal zwischendurch auch mal nur x V
groß/klein ist, denn das bedeutet die Formulierung "dauerhaft" nicht.
Das wäre dann die nächste Salamischeibe. :-(
Ulrich schrieb:> Funktioniert die oben aufgezeichnete Schutzschaltung bei dauerhaft 24 V> am Eingang Input überhaupt so?
Nur, wenn auf der 5V Seite immer mindestens 19mA verbraucht werden.
Ist das nicht der Fall, sollte man eine 5V6 Z-Diode einbauen, die ein
Anheben der Spannung über 6V verhindert.
Elliot schrieb:> Du musst halt dafür sorgen, daß der Rest der Schaltung an 5V mehr Strom> aufnimmt als die Überspannungsquelle in den Eingang einspeist. Sonst> Crowbar, Z-Diode oder so.
Aber Obacht, da wird dann der "Einschalter", zur Makulatur. 8-{
Ulrich schrieb:> Soweit ich das ganze verstehe, klemmt die Diode D1 die Spannung auf etwa> 5,7 V fest und die Diode D2 auf etwa -0.7 V, je nach Flussspannung.> Daher würden durch den Widerstand R1 und die Diode D1 bei Input 24 V> etwa 18 mA fließen.
Das hast du ganz richtig verstanden.
> Meines Wissens gefällt es Linearregler nicht, wenn diese plötzlich zu> einer Stromsenke werden.
Nicht nur "gefällt es ihnen nicht" - sie können es schlicht nicht.
Wenn die 5V Betriebsspannung nicht mit wenigstens 18mA belastet wird,
den Strom durch R1 also aufnehmen kann (der Linearregler liefert dann
entsprechend weniger Strom) dann läuft die Spannung von 5V hoch.
> Funktioniert die oben aufgezeichnete Schutzschaltung bei dauerhaft> 24 V am Eingang Input überhaupt so?
Nur wenn mindestens 18mA auf der 5V Schiene fließen.
Man kann sich mit Z-Dioden behelfen, notfalls direkt an der
Betriebsspannung, besser aber am Eingang. Oder man vergrößert R1. Oder,
oder, oder...
Ein 24V-Eingang wird eher so ausgelegt, daß ab >12V der Eingang als high
erkannt wird. Also zuerst ein Spannungsteiler. Dazu als einfachstes eine
Z-Diode, die die Spannung unterhalb der maximal erlaubten begrenzt.
Im schema oben: R1=10k, R2=3k9, D1 entfällt, D2=Z3V9 für 5V-Logik.
Ulrich schrieb:> Meines Wissens gefällt es Linearregler nicht, wenn diese plötzlich zu> einer Stromsenke werden.>> Funktioniert die oben aufgezeichnete Schutzschaltung bei dauerhaft 24 V> am Eingang Input überhaupt so?> Oder habe ich etwas nicht richtig verstanden?
Respekt, da stellt jemand die richtigen Fragen. Mitdenken ist wertvoll
in der Elektronik!
Über einen 1k-Widerstand wird im Fehlerfall ein gewisser Strom in die 5V
fließen, z.B. 19mA bei 24V.
Der 1k-Widerstand bekommt dabei eine Leistung von 361mW zu sehen.
Ob das ok ist, hängt von zwei Faktoren ab:
1. Ist der Stromverbrauch in 5V immer über 19mA?
2. Hält der 1k das aus?
Ist das gegeben, ist das auch kein Problem, auch nicht dauerhaft.
In vielen Fällen wird das für einen Eingang passen. Ein 0207er oder MMA
explodiert wegen 361mW nicht gleich (zumindest nicht bei
Raumtemperatur), und 19mA ist nicht viel.
Wenn (1) nicht gegeben ist, dann hat man ein Problem. In dem Fall wird
die Spannung steigen, und irgenwas kaputt werden, weil Linearregler per
se nur positive Lastströme können *1).
Man kann das beispielsweise lösen, indem man eine Z-Diode statt
Klemmdioden verwendet. Oder indem man statt 1k 10k verwndet. Je nachdem,
was halt geht.
*1) man kann welche bauen, die negative können. Standard ist es aber
nicht.
Axel S. schrieb:> Das hast du ganz richtig verstanden.
Ulrich hat das vollkommen sauber erkannt und gerechnet, im Gegensatz zu
anderen Threads, wo über die Dioden gekaspert wird.
Die Dinger heißen Schutzdioden, nicht Betriebsdioden. Ich meckere immer,
wenn jemand meint, diese Dioden als Teil seines Schaltungskonzeptes
nutzen zu wollen und werfe ihm Pfusch vor.
Leider hat Ulrich seine Signalpegel bzw. deren Bereich nicht
beschrieben, ob ein einfacher Teiler genügt oder man aktiv eingreifen
muss. Im Falle einer größeren Variation würde ich einen NPN BC_irgendwas
vor den µC setzen, der Transmann kann einen großen Bereich Basisstrom
vertragen.
Brrzzzzt schrieb:> Respekt, da stellt jemand die richtigen Fragen. Mitdenken ist wertvoll> in der Elektronik!
Jou, und kommt leider zunehmend aus der Mode.
Wie schon mehrfach geschrieben, würde ich die Widerstände deutlich
hochohmiger auslegen. Um die IC-internen Schutzdioden zu entlasten,
direkt vor den IC-Pin noch einen zusätzlichen Widerstand.
Die Fragen zu den weiteren Salamischeiben wären zum Beispiel:
a) Anzahl der Eingänge (wirklich nur einer oder wieviele),
b) Typ des µC an den die Signale angelegt werden.
Mit b) kann nachgeschlagen werden, wie groß der Widerstand werden darf
ohne die Funktion zu beeinträchtigen.
Hallo,
vielen Dank für eure Antworten.
Nach Möglichkeit sollte die Schaltung auch noch mit 4.5 V am Eingang
funktionieren. Es kann jedoch später gut sein, dass ich nur noch mit 24
V am Eingang arbeite, 5 V sind aber erstmal gewünscht.
Ich muss zugeben, dass ich sogesehen eher Pfusch betreiben würde, weil
die Schutzdioden dann zu Arbeitsdioden werden.
Der eigentliche Grund weshalb R1 so niederohmig ist, war der
Pulldown-Widerstand. Zur Erkennung eines High-Pegels benötige ich 70 %
von VCC, also in meinem Fall 3.5 V.
Ich habe insgesamt 5 Eingänge.
Wenn ich den Widerstand R1 auf 6.8k erhöhe und als Pulldown 33k nehme,
hätte ich ja Ströme über R1 von etwa 3 mA pro Eingang.
Somit kämen maximal 15 mA zusammen.
Wäre eine Lösung mit Zenerdiode dann doch besser?
Viele Grüße
Ulrich
Wie wärs mit einem Komparator mit O.C. Ausgang, der mit 24V Versorgung
arbeitet? Schon das Urviech LM393 (2fach) oder LM339 (4fach) tut es
dafür. Da kannst du dir dann auch den Referenzpegel aussuchen.
Ulrich schrieb:> Nach Möglichkeit sollte die Schaltung auch noch mit 4.5 V am Eingang> funktionieren.
Bingo, hatte ich richtig vermutet... :((
Welche Scheibchen kommen noch?
Ulrich schrieb:> Die Schaltung wird mit LDO-Reglern mit Ausgangsspannung 5 V und 3.3 V> versorgt, die Eingangsspannung beträgt 24 V.
Ws willst du dann mit einem LDO-Regler, wenn du eine Versorgung mit 24 V
hast?
Da die Rohspannung von 24 V bereits vorliegt, denk über einen Komparator
an den Logik-Eingängen nach und begrenze dessen Ausgangsspannung. Da
hast du deinen Schutz... ;-)
Michael M. schrieb:> begrenze dessen Ausgangsspannung
Viele Komparatoren haben genau deshalb Open Collector Ausgänge. Mehr als
ein Pullup ist da nicht nötig, und der ist bei µCs oft schon drin.
Je nach Geschwindigkeit...
Widerstand + Z-Diode + Transistor Kombi...
oder Widerstand + Z-Diode + Phototransistor Kombi...
oder LM334 + Photodiode (Transistor) Kombi...
oder oder oder
Daher erinnere ich an die Frage,
Dieter D. schrieb:> b) Typ des µC an den die Signale angelegt werden.
weil vermutlich der µC bereits einen internen Pull-Up-Widerstand haben
könnte.
Zum Beispiel:
PORTBn = 0 -> Interner Pullup-Widerstand deaktiviert
PORTBn = 1 -> Interner Pullup-Widerstand aktiviert
Mehr Infos:
http://m.arduino-projekte.webnode.at/registerprogrammierung/ein-ausgangsports/attiny/
Für PORTBn = 1 bräuchtest Du nur den Transistor mit einem
Basisvorwiderstand, siehe von Roland gepostete Beispiel.
Dieter D. schrieb:> Daher erinnere ich an die Frage,> Dieter D. schrieb:>>> b) Typ des µC an den die Signale angelegt werden.>> weil vermutlich der µC bereits einen internen Pull-Up-Widerstand haben> könnte.> Zum Beispiel:> PORTBn = 0 -> Interner Pullup-Widerstand deaktiviert> PORTBn = 1 -> Interner Pullup-Widerstand aktiviert> Mehr Infos:> http://m.arduino-projekte.webnode.at/registerprogrammierung/ein-ausgangsports/attiny/> Für PORTBn = 1 bräuchtest Du nur den Transistor mit einem> Basisvorwiderstand.
Ich würde noch einen BE-Widerstand vorsehen, sonst kann die Schaltung zu
empfindlich sein.
Beispiel für MSP430G2553
Basisstrom:
Hallo,
nochmals vielen Dank für die schnellen und hilfreichen Antworten.
Der Mikrocontroller wird ein STM32F4 werden.
Die Geschwindigkeiten werden zum einen sehr langsam sein, da das Gerät
von mir von außen über Taster gesteuert wird und zum Anderen wird auch
ein SPI-Bus dabei sein, den ich mit 1 Mhz betreiben wollte.
Viele Grüße
Ulrich
Roland F. schrieb:> ich schlage mal die folgende Variante vor (siehe Anhang).
Danke, Du hast das präzisiert, was ich mir so gedacht habe!
Manfred schrieb:> Leider hat Ulrich seine Signalpegel bzw. deren Bereich nicht> beschrieben, ob ein einfacher Teiler genügt oder man aktiv eingreifen> muss. Im Falle einer größeren Variation würde ich einen NPN BC_irgendwas> vor den µC setzen, der Transmann kann einen großen Bereich Basisstrom> vertragen.
Brrzzzzt schrieb:> Ob das ok ist, hängt von zwei Faktoren ab:> 1. Ist der Stromverbrauch in 5V immer über 19mA?> 2. Hält der 1k das aus?> Ist das gegeben, ist das auch kein Problem, auch nicht dauerhaft.
Falls es sich um die eingebauten Schutzdioden eines µC handeln sollte,
ist das durchaus ein Problem. Die Dioden sind nicht auf dauerhaft höhere
Strome ausgelegt (Atmel gibt für die AVR in einer AppNote eine Wert von
1mA an). Und wenn man den Strom über externe Dioden ableiten will, muss
man dafür sorgen, dass deren Vf niedriger als die der eingebauten Dioden
ist (z.B. durch Einsatz von Schottky-Dioden).
Das funktioniert nicht.
Ein 3V-Eingang ist unmöglich auch für ein 24V-System verwendbar. Der
Störabstand ist viel zu gering. Entweder gibt es verschiedene Versionen
der Eingänge oder es gibt eine Umschaltmöglichkeit. Jumper zum Beispiel.
Ulrich schrieb:> Wäre eine Lösung mit Zenerdiode dann doch besser?
Na ja richtig gut ist eine Lösung, die gar keinen Querstrom zulässt:
1
+--|uC Eingang mit internem pull up
2
|
3
Eingang--10k--+----|< BC547
4
| |E
5
+-|<|-+ 1N4148
6
|
7
GND
Ulrich schrieb:> zum Anderen wird auch ein SPI-Bus dabei sein, den ich mit 1 Mhz> betreiben wollte.
Da klappt das nicht.
Ulrich schrieb:> Der eigentliche Grund weshalb R1 so niederohmig ist, war der> Pulldown-Widerstand. Zur Erkennung eines High-Pegels benötige ich 70 %> von VCC, also in meinem Fall 3.5 V.
Verstehe ich nicht.
Soll die Leitung auch als Ausgang wirken ?
MaWin schrieb:> eine Lösung, die gar keinen Querstrom zulässt
Welchem Zweck dient die Diode? Ist es nicht völlig egal, wenn die B-E
Strecke bei negativer Spannung über -7V (oder wie viel das auch immer
sein mag) leitend wird?
Helge schrieb:> Ein 3V-Eingang ist unmöglich auch für ein 24V-System verwendbar. Der> Störabstand ist viel zu gering.
Bei einem auf 3V dimensionierten Eingang entspricht der Störabstand dem,
was dafür verlangt wird. Bei 24V ist er in Volt genauso gross - nur
nicht in Prozent.
Will man die Schaltschwelle abhängig vom Spannungsbereich machen, ist
man mit einem Komparator gut bedient.
Man kann auch mit einem Widerstand von B nach E am Transistor den Punkt
verschieben, an dem er zu öffnen beginnt. Ich habe das sehr oft so für
"DAU-Weitbereichseingänge" gemacht, so daß 12Vdc (Nennspannung)
zuverlässig erkannt werden, aber auch nichts abfackelt wenn irgend ein
Doof 230V aus der Steckdose daran anschließt. Jedenfalls nicht, solange
man den ersten Widerstand nicht als SMD ausführt, dessen Verlustleistung
wird der begrenzende Faktor.
Aber ich finde auch, muss man nicht machen. Eine ordentliche Explosion
auf der Platine ist ein guter Weg, solche Leute auf ihren gefährlichen
Fehler und ihren Wissensstand aufmerksam zu machen bevor sie da noch
anfassen und nebenbei ein wenig Lehrgeld zu kassieren.
Gerald K. schrieb:> Ich würde noch einen BE-Widerstand vorsehen, sonst kann die Schaltung zu> empfindlich sein.
Stimmt. Das wäre sinnvoll. Wir wissen nicht ob sein Signal bei Low auch
wirklich unter 0,3V erreicht.
Schutzschaltung.PNG
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