Schutzschaltung Verpolung / Überspannung

Hallo Lothar,

V_INPUT geht nur zu einem Spannungsteiler, damit ich die 
Versorgungsspannung ohne Diodenspannungsabfall messen kann.
VBUS ist die eigentliche Versorgungsspannung, geht zu einem 
Spannungsregler (5V-max.28V) und einem MOSFET. Strom fließt max. 5A über 
VBUS (Lötkolben).

Lothar M. schrieb:
> Auf der Versorgung brauchst du übrigens nur selten einen ESD-Schutz,
> weil da ja sicher einige Kondensatoren die Energie des Störimpulses
> aufnehmen können.

Stimmt, auf VBUS gibts auf jeden Fall einen 2,2uF Kondensator beim 
Spannungsregler. Reicht das?

Lothar M. schrieb:
> Dann muss aber vor der TVS-Diode irgendeine Sicherung die Verbindung
> zur Spannungsquelle unterbrechen.

Das wollte ich eigentlich vermeiden, weil eine Littelfuse im Bereich 
30V/6A ziemlich groß ist und ich ein Platzproblem habe. Lediglich ein 
Bauteil im Größenbereich SMB/0805 würde ich noch unterbekommen.

Also meinst du ich könnte auch einfach die TVS Diode weglassen und nur 
die Schottky Diode zur Verpolungssicherung einfügen? Ansonsten habe ich 
nach extern noch einen UART Anschluss, sollte ich die beiden Leitungen 
mit einer TVS Diode schützen für die ESD Prüfung?

Danke dir!

Lothar M. schrieb:
> dann gibt das dank des Stroms, der
> durch die TVS-diode fließt, kurz eine kleine Siliziumschmelze in der
> TVS-Diode und die 24V sind ein paar ms später auf deiner VBus...

Die TVS Dioden haben zwar ein definiertes Durchbrennverhalten, d.H. die 
werden sicher niederohmig, aber schiebt man weiter nach, hat man eine 
gesprengte TVS mit Schmauchspuren auf der PCB und trotzdem Überspannung.

Also ja, bidirektionale TVS oder Diode vor TVS.
Bidirektional hätte den Vorteil das die Diode nicht den Strom können 
muss den die TVS noch kann.

Pmos statt Diode für weniger Spannungsabfall.

Niine schrieb:
> Lediglich ein
> Bauteil im Größenbereich SMB/0805 würde ich noch unterbekommen.
30V/6A und größer bekommst Du sogar im 0603.

Lothar M. schrieb:
> Aber nicht als PTC "selbstzurückstellend"...

Um Himmels willen doch keine PTC für Anwendungen nehmen in denen richtig 
Strom fließen kann!
Das habe ich selbst erlebt das die im Fall der Fälle nicht trennen 
können, sondern beim Versuch mit Rauch und Flamme verrecken.
Es bilden sich Hotspots im PTC die das Material zu Kohlenstoff 
verbrennen bevor der trennen kann und danach trennt der nie mehr, 
sondern qualmt nur noch wie Sau.
Das hat uns zwei Labortage gekosten beim abnormal Surge test, bei dem 
die TVS ansprechen soll.
Nur weil ich das beim ersten mal nicht glauben wollte und an einen 
Materialfehler dachte.

Äußerdem sind PTC Sicherungen ineffizient, weil sie ja über Erwärmung 
abschalten.
Großer PTC = ziemlich hohe Wäremleistung im Nennstrombereich.
Nie und nimmer würde ich den für eine Akku Leistungsanwendung verwenden.

Lothar M. schrieb:
> http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz
Ja, genau den P-Mos Verpolschutz meine ich.

Hallo Lothar und Max,

danke erstmal für eure Antworten und dem bewahren vor dem Fehler :-)

Max M. schrieb:
> Um Himmels willen doch keine PTC für Anwendungen nehmen in denen richtig
> Strom fließen kann!
> Das habe ich selbst erlebt das die im Fall der Fälle nicht trennen
> können, sondern beim Versuch mit Rauch und Flamme verrecken.

Interessant, dass du die Erfahrung selbstrückstellende Sicherung + TVS 
Diode schon gemacht hast, dann kann ich mir das sparen :-)

Lothar M. schrieb:
> Niine schrieb:
>> Strom fließt max. 5A über VBUS (Lötkolben)
> Welche (schädigenden) Überspannungen erwartest du da? Ich kann mir fast
> kein robusteres Bauteil als einen Lötkolben vorstellen:
> * Hitze bis 400°C --> kein Problem
> * Verpolung? --> kein Problem
> * kurzfristige Überlastung ims Sekundenbereich? --> kein Problem

Mir gings da eher um die Regelelektronik, der Spannungsregler verträgt 
max 28V. Aber wenn ich angebe, dass die Versorgungsspannung max. 25V 
sein darf, dann ist derjenige selbst Schuld wenns danach abraucht. Ich 
denke auf Überspannung kann ich verzichten. Die Überlegung war auch mehr 
wegen ESD gekommen, aber wenn der Kondensator ausreicht, dann ist an der 
Stelle alles gut :-)

Lothar M. schrieb:
> BTW: wenn ich einen 6A Verpolschutz bräuchte, dann würde ich sowas wie
> dort in der Mitte machen:
> http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz

Eine schöne Seite mit guter Erklärung hast du da, Lothar :) Dann werde 
ich das so verwenden, im Simulator sieht das auch erfolgsversprechend 
aus.
Der P-Mosfet sollte dann aber einen sehr geringen Rds haben. Dein 
IRF3590 mit 0.3 Ohm hat bei meiner Volllast ~5A dann einen 
Spannungsabfall von 1.5V.
Da wäre die angedachte SS1045-SMB mit 0.85V bei 10A noch effizienter :)

Die Anforderungen an die drei Bauteile vom pMos-Verpolungsschutz wären 
dann:
p-Channel MOSFET:
- Rds so klein wie möglich
- Gate-Source-Voltage > max. VCC
- Drain-Source-Voltage > max. VCC

Diode:
Maximum DC Blocking Voltage > max. VCC
Strom unbedeutend.

Widerstand:
keine besonderen Anforderungen

Stimmt das so mit den Anforderungen?

Danke euch, Niine

Niine schrieb:
> - Gate-Source-Voltage > max. VCC

Mit Spannungsteiler am Gate ein gutes Stück unter den Max ratings 
bleiben.
Alles ab -10V ist mehr als ausreichend den voll aufzusteuern.

Den Pmos nimmt man auch eigentlich nur weil man den GND Bezug nicht 
verlieren will wenn man eine extern gespeiste Schaltung hat und deswegen 
high side trennt.
Bei Akku betrieb, wenn ein GND bezug nicht notwendig ist, kannst Du 
statt dem Pmos auch einen Nmos im GND Zweig nehmen.
Die sind konstruktionsbedingt besser mit niedrigerem RDSon.

Niine schrieb:
> Mir gings da eher um die Regelelektronik, der Spannungsregler verträgt
> max 28V. Aber wenn ich angebe, dass die Versorgungsspannung max. 25V
> sein darf, dann ist derjenige selbst Schuld wenns danach abraucht.

Betrieb an 24V-Akku / im LKW unzulässig.
Dein Geschreibsel klingt nach einem kommerziellen Produkt, da leistest 
Du im Zweifel trotzdem Gewährleistung.

Wenn da schon ein PMOS in der Versorgung sein wird, um die Verpolung 
abzufangen, fehlt doch nur noch ein Schwellwertschalter, der den auch 
oberhalb 24V zudreht?