Hallo zusammen,
ich kämpfe grade mit nem hot-plug CAN-Bus-System, das vermutlich immer wieder nen ESD-Schaden bekommt.
Um genau zu sein handelt es sich dabei um nen Mikromobilitätsprojekt, bei dem eLongboards und eScooter an ne Ladestation kommen, sich per CAN authentifizieren und dann geladen werden.
In der Regel sind auf beiden Seiten (Longboard und Ladestation) PESD1CAN Schutzdioden an der Can-Leitung.
Verbunden werden Gnd, Vcc (knapp unter 50V DC), CAN_high und CAN_low.
Hierbei wird inzwischen bei manchen Kopplungen Ground zuerst verbunden, leider noch nicht bei allen Stationen - das wird sich auch noch etwas ziehen.
Regelmäßig rauchen aber die PESD1CAN Schutzdioden und gelegentlich dahinterliegende Peripherie ab.
Ich hab mir jetzt mal nen altes Simco FM200 zugelegt, um mal nen bisschen statische Ladung sichtbar zu machen. Wenn ich mit meinem Schuh über den Boden reibe (Kunststoffbelag) treten in der Regel etwa 0,1-0,2kV auf. Auf nem anderen Hallenboden warens aber gleich 0,8kV. An den Reifen der Longboards und eScooter konnte ich bisher aber keine Spannung messen.
Meine Vermutung ist inzwischen, dass die PESD1CAN-Dioden durch ESD geschädigt werden, dann leitfähig werden (normalerweise haben die ja ne Klemmspannung von 24V. Wenn sie defekt sind, kann ich die aber mim Diodentester mit unter 1V auf Durchgang beziffern).
Wenn diese nun leitfähig sind, dürfte dauerhaft die Spannung der Can-Tranceiver über diese Dioden zu Ground abfließen (1,5-3V DV) - anders kann ich mir nicht erklären, wie die PESD1CAN Dioden so heiß werden, dass sie die Platinen beschädigen.
Ich hab testweise mal so ne Diode mit knapp unter 50V DC am Labornetzteil mit 50mA zerstört, hierbei sind diese immer schlagartig durchgebrannt und waren danach nicht-leitend zerstört.
Somit vermute ich, dass die Ladespannung nicht an den Dioden anliegt.
Was könnte ich nun anstellen, um die Schaltung auf ESD-Probleme zu testen und wie kann ich diese Schäden ausmerzen?
Kondensatore an der Datenleitung machen da vermutlich nicht viel Sinn...
Einen Ableitwiderstand, um mögliche Ladungen gezielt zu entladen, gibt es bisher auch nicht.
Zwischen den PESD1CAN Dioden und dem Tranceiver kommt teilweise noch eine Filterdrossel zum Einsatz. Welche weiß ich grade aber nicht genau (hierbei gehts aber eher um EMV).
Nen Oszi ist eher kein geeignetes Messmittel dafür... Und ne ESD-Gun habe ich leider auch nicht zur Verfügung. Ich hab mir aber mal so nen Gaskocher Piezo-Anzünder bestellt, in der Hoffnung, dass ich damit testweise zum Nachstellen Dioden damit vorschädigen kann.
Durch ein begrenztes Budget kann ich leider auch keine großen Investitionen tätigen (mal eben 6000€ für ne ESD-Gun ist nicht drin).
Ich würde gerne zunächst die Zerstörung der Dioden (und manchmal auch der dahinterliegenden Tranceiver) nachstellen und dann irgendwelche Maßnahmen dagegen ergreifen.
Könnte es sein, das sich hier eine statische Ladung über Tage ansammelt und - sobald eine bestimmte Spannung erreicht wird - dann durchschlägt?
Leider tappe ich ziemlich im Dunkeln und wüsste auch nicht, was sonst noch in Frage kommen könnte.
Vielleicht schaffe ich es ja mit euerer Hilfe das Problem in den Griff zu bekommen :)
Die Schaltung darf ich leider nicht rausgeben :(
Ich skizzier mal den groben Aufbau vom CAN-Part mit Kicad, damit man Rückschlüsse auf das Verhalten ziehen kann.
So ist das im Groben.
Also außer der PESD1CAN-Diode ist hier keine weitere Maßnahme verbaut.
Die 4 Kontakte beim Ladestecker verbinden sich gleichzeitig (in Zukunft wird GND zuerst verbunden, allerdings wird es noch lange dauern, bis das überall nachgerästet ist).
Wenn man den Pegel zwischen Gnd und CAN high/low misst, kann man bereits durch Pegelabweichungen von einer leichten Beschädigung ausgehen, das System funktioniert aber in der Regel weiter, bis wirklich eine Diode oder ein IC komplett ausfallen.
Ist sowohl die Platine in der Station, als auch die Platine im Fahrzeug beschädigt, kann es gelegentlich vorkommen, dass manche Anschlüsse an der Ladestation das Fahrzeug noch erkennen, andere nicht mehr. Dann muss hier die Schutzdiode getauscht werden und häufig auch der Can-Tranceiver (MCP25625 oder SN65HVD230).
Könnte es Sinn machen, parallel zur PESD1CAN noch weitere TVS-Dioden einzusetzen, welche eine niedrigere Klemmspannung haben, damit diese den Potentialaufgleich vornehmen, bevor die PESD1CAN geschädigt wird?
Und sollte an den Ground der Schutzdiode noch ein Widerstand angebracht werden, um die Ströme zu reduzieren?
Auch wenn wir etwas unter 50V liegen, habe ich einfach mal 50V auf die Skizze geschrieben.
Hierbei wird inzwischen bei manchen Kopplungen Ground zuerst verbunden
Wenn Gnd noch +50V und CAN-Datenleitungen verbunden wird, sucht sich der volle Strom den Weg über die PESD1CAN (bis die Gnd-Verbindung endlich da ist). Aus Sicht eines Halbleiters ist das eine Ewigkeit. Das wäre dann allerdings alles andere als ein ESD-Schaden, sondern eine Zerstörung der TVS-Diode durch thermische Überlast. Wenn so ein "Dauer"strom nicht auf niedrige mA-Werte begrenzt ist, macht das schwarz und hässlich.
TVS Dioden sterben durch die Pulsenergie oder durch Dauerstrom, nicht durch Spannung.
Die TVS-Dioden von beiden Seiten sind bei fehlendem Gnd antiseriell geschaltet, d.h. sobald deine Versorgung über der doppelten Durchbruchspannung liegt, fließt ziemlich ungehemmt Strom. Da bist du mit deinen 50V unmittelbar dran.
Vielleicht klärst du uns auf, wieviel Strom fließen kann, wenn du eLongboards bzw. eScooter über die CAN-Leitungen und nicht über Gnd groundest.
Ob dahinter dann ein Mikrocontroller oder sonstige digitale Elektronik hängt, spielt für dein Problem erstmal überhaupt keine Rolle. Im Moment sieht das nach einem mechanischen oder Fahrzeugelektronikproblem aus.
p.s.
Vielleicht kannst du oder ein Mod den Titel "begradigen"?
So krümmen sich einem die ...
Um genau zu sein handelt es sich dabei um nen Mikromobilitätsprojekt,
bei dem eLongboards und eScooter an ne Ladestation kommen, sich per CAN
authentifizieren und dann geladen werden.
Isolieren Reifen und Griffe, oder sind sie aus minimal leitendem Material? Fahrzeuge können recht hohe statische Elektrizitäten produzieren, vor allem jetzt im Winter mit der sehr trockenen Luft.
Grob gelesen sagt mein Horoskop ein Massseproblem voraus: Wenn die Masse zu spät oder unzuverlässig angeschlossen wird, werden viele A behelfsweise über einen dünnen Transistor versuchen zu fließen?
Wenn Gnd noch +50V und CAN-Datenleitungen verbunden wird, sucht sich der
volle Strom den Weg über die PESD1CAN (bis die Gnd-Verbindung endlich da
ist).
Verstehe ich nicht. Wo wäre denn da der Stromkreis?
Davon fackelt der Transistor ab, aber keine TVS-Diode. Lies mal meinen
Beitrag.
Deine kleine TVS schützt nur einen Moment. Dann schwitzt sie.
Zur Gegenprobe, ob das Übel wirklich von statischer Aufladung oder übermäßigen Ausgleichsstrom kommt, würde ich kleine Widerstände zur Strombegrenzung vor den Logikzweig testen. Dann bekommen Deine TVS weniger Strom.
1.2 Features
n Due to the integrated diode structure only one small SOT23 package is needed to protect two CAN bus lines
n Max. peak pulse power: P PP = 200 W at t p = 8/20 μs
n Low clamping voltage: VCL = 40 V at I PP = 1 A
Wie von Rainer angemerkt ist dein Problem die GND-Verschiebung worduch deine 50V auf den CAN-Leitungen liegen. Entweder die 50V erst nach dem Stecken einschalten oder widerstände in die CAN-leitungen, um den strom etwas zu verringern.
Da würde noch nichts passieren, ich habe nachgeschaut die dioden sind mit 25,6V Typisch bei 1A angegeben. Knapp aber warscheinlich nicht ursache.
Der Transceiver auf Vehicle-seite kann jedoch nur +16 -4V Maximal, der wird als erstes durchschlagen, dann liegen die vollen 50V oder wenigstens 35V üer der ESD-diode auf Charger-seite an. Raucht dann halt mal.
Da würde noch nichts passieren, ich habe nachgeschaut die dioden sind
mit 25,6V Typisch bei 1A angegeben.
Bei 25,6V und 1A werden 25,6W verbraten. Für ein lustiges Feuerwerk reicht das bei den kleinen Dingern allemal, falls das länger als ein paar wenige ms fließt.
Das könnte man ja mal prüfen, indem man in der Ladestation einen Shunt zwischen TVS-GND und GND einbaut und so dort den möglichen Stromimpuls beim "gleichzeitigen" Einstecken misst.
Gleichzeitigkeit gibt es nicht. Gehe einfach davon aus, dass die Gnd-Verbindung nicht da ist und dann mach dich mit entsprechenden Schutzmaßnahmen an die Messerei.
Wenn du hier mehr als Mutmaßungen hören möchtest, zeige die relevanten Teile der Schaltpläne von beiden Seiten.
Die PESD1CAN haben lt. obigem Datenblatt 24V standoff voltage, min 25.4V typ 27.8V breakdown voltage. 50V sollten also durch zwei davon nicht durchschlagen, oder?
Der MCP25625 der Ladestation kann auch dauerhaft +-58V an CANH/CANL ab.
Aber der SN65HVD230 sieht auf CANH und CANL aus wie im Bild, und fängt also schon bei 20V zu GND an zu leiten.
Ohne Arme keine Kekse. Dann müsst ihr halt einen Experten einstellen.
Made my day! :D
Die Versorgungsspannung wird beim Anschließen erst aktiviert, sobald das Fahrzeug sich identifiziert hat. Im ersten Moment sind also Gnd, CAN_high und CAN_low verbunden, in der neusten Version zuerst Gnd, dann die beiden CANs. Aber auch hier haben wir bereits Veränderungen in der Charakteristik der CAN-ICs feststellen können (Spannung zwischen den beiden CAN-Pins zu Gnd hin).
Die Idee mit nem Shunt an der PESD1CAN-Diode finde ich gut. Da kann ich dann auch einfach mit nem Oszilloskop messen.
Da das Fahrzeug als isoliertes System am floaten ist: Wie könnte ich hier denn gezielt versuchen nen Potentialunterschied zu provozieren? Reicht einfach mal über den Hallenboden schieben? Oder einfach das Fahrzeug ne Weile nutzen und dann anschließen?
Der Transceiver auf Vehicle-seite kann jedoch nur +16 -4V Maximal, der
wird als erstes durchschlagen, dann liegen die vollen 50V oder
wenigstens 35V üer der ESD-diode auf Charger-seite an.
Die Can-Bausteine sind selber mit 3,3V oder 5V versorgt (je nach Platine).
Die Ladespannung kommt in der Logik nicht zu tragen (außer im Buck-Converter, der per Microcontroller aktiviert und freigegeben wird).
Auf so etwas habe ich ohne Schaltplan ganz besonders Lust
.
nicht
Und mit Spam macht man dieses Forum nicht angenehmer. Wenn du nichts beizutragen hast, dann schreib auch bitte nichts ;)
Klar ist sowas ohne Schaltplan immer schwer... aber das kann ich leider aktuell nicht ändern.
Daher hilft nur euere Ideen verstehen, nachstellen und messen ;)
Daher danke schonmal für eueren Input!
Ich mach mich die Tage mal an die Idee mit dem Shunt und hoffe, dass ich da verwertbare Ergebnisse bekomme.
Das könnte man ja mal prüfen, indem man in der Ladestation einen Shunt
zwischen TVS-GND und GND einbaut und so dort den möglichen Stromimpuls
beim "gleichzeitigen" Einstecken misst.
LG, Sebastian
Sollte die Diode mit einem Widerstand zu Masse hin letztendlich geschützt werden: Wie wirkt sich das dann auf die ESD-Ableitfähigkeit aus? Sollte ich diesbezüglich PESD1CAN-Diode (Gnd-Pin) => zum Widerstand vor Gnd hin noch einen/mehrere Kondensatore anbringen, damit ESD-Peaks abgefangen werden können? Ich möchte ja nicht vom Potentialausgleichs-Problem zum ESD-Problem wechseln ;)
Deine kleine TVS schützt nur einen Moment. Dann schwitzt sie.
Zur Gegenprobe, ob das Übel wirklich von statischer Aufladung oder
übermäßigen Ausgleichsstrom kommt, würde ich kleine Widerstände zur
Strombegrenzung vor den Logikzweig testen. Dann bekommen Deine TVS
weniger Strom.
Widerstände direkt in die CAN-Leitung ist nicht so einfach, da die 120 Ohm für CAN vorgegeben sind. Auf einer CAN-Platine habe ich mal gesehen, dass die 120 Ohm auf 2x 60 Ohm aufgeteilt werden. Aber da bereits sehr viele Platinen mit den klassischen 120 Ohm existieren, bin ich hier auch nicht ganz so flexibel.
Die Ladespannung liegt übrigens bei 0-2A. Also nicht so hoch. Allerdings liegt teilweise fahrzeugseitig auch die Akkuspannung an. Hierbei handelt es sich um einen älteren Systemfehler, den ich aktuell auch beseitige ;)
Die TVS-Dioden sterben auf beiden Seiten, ob gleichzeitig, kann ich allerdings bisher nicht sagen.
Die PESD1CAN haben lt. obigem Datenblatt 24V standoff voltage, min 25.4V
typ 27.8V breakdown voltage. 50V sollten also durch zwei davon nicht
durchschlagen, oder?
Ich verstehe nicht, wie du bei dieser Diode zwei hintereinander schalten willst.
Beide Dioden-Bestandteile münden auf einen gemeinsamen Gnd im SOT-23-Format.
Die Versorgungsspannung wird beim Anschließen erst aktiviert, sobald das
Fahrzeug sich identifiziert hat. Im ersten Moment sind also Gnd,
CAN_high und CAN_low verbunden
Die CAN-Kommunikation kann auch ohne verbundene GND-Leitung funktionieren. Und sobald dann die 50V eingeschaltet werden, hast Du den Salat.
Die PESD1CAN haben lt. obigem Datenblatt 24V standoff voltage, min 25.4V
typ 27.8V breakdown voltage. 50V sollten also durch zwei davon nicht
durchschlagen, oder?
Ich verstehe nicht, wie du bei dieser Diode zwei hintereinander schalten
willst.
Beide Dioden-Bestandteile münden auf einen gemeinsamen Gnd im
SOT-23-Format.
Die modifizierte Skizze sollte erklären, was bei fehlendem GND passieren kann. Kommt zwar mit der Breakdown Voltage nicht ganz hin, aber die 50V haben wohl etwas Toleranz, oder?
Ob beim Abstecken zuerst die Spannung abgeschaltet wird, muss ich mal über den Quellcode der Firmware recherchieren. Guter Hinweis, aber ich vermute, dass das zunächst ausgeschaltet und dann freigegeben wird (vorher mechanisch unlösbar).
Die 50V sind 'sehr tolerant' angegeben. Wir befinden uns näher an den 40V. Aber ja, die Skizze macht Sinn.
Ich werde das die Tage mal mit nem Shunt nachmessen.
Sie macht absolut Sinn, wenn man keinen Stecker mit garantiert voreilender Masse hat. Denn: in welcher Reihenfolge werden die Pins verbunden bzw. getrennt? Wie ist es, wenn man den Stecker links oder rechts "verkantet" einsteckt? Also wenn die Pins nacheinander von links nach rechts verbunden/getrennt werden oder eben von rechts nach links?
Kann es sein, dass dann wie skizziert irgendwelche Ströme über irgendwelche Wege fließen, die nicht geplant sind?
Und der Witz ist: das "Verkanten" kann und wird immer bei praktisch jedem Ein- und Ausstecken passieren. Völlig unabhängig von irgendwelchen ESD-Vorgängen.
Ich hab testweise mal so ne Diode mit knapp unter 50V DC am
Labornetzteil mit 50mA zerstört, hierbei sind diese immer schlagartig
durchgebrannt und waren danach nicht-leitend zerstört.
Somit vermute ich, dass die Ladespannung nicht an den Dioden anliegt.
Sie liegt ja nicht direkt an, sondern über einen "Vorwiderstand", nämlich der unbekannten Schaltung/Last.
Wie könnte ich hier denn gezielt versuchen nen Potentialunterschied zu provozieren?
Einen geladenen Kondensator zwischen Erdung und dem Fahrzeug klemmen. Ich würde aber einen Widerstand in Reihe schalten, um große Schäden (z.B. verbrannte Steck-Kontakte) zu vermeiden.
