Ich möchte digitale Ausgänge (5V) zwecks Anlagensteuerung an die Außenwelt führen. Dazu frage ich mich wie man die wohl am besten schützen kann und wie das die großen in dem Bereich mit ihren PLCs machen. In meinem Fall das schlimmste, was passieren kann: * Von ESD hat kaum jemand etwas gehört also es wird angefasst was geht. Das lässt sich einfach durch TVS Dioden lösen. * Ausgang wird kurzgeschlossen. * Störungen auf der Leitung. Ausgang und GND wird eine schöne Antenne bilden. * Leitungen können bis zu 10m lang werden. Das Board, was ich bisher entworfen habe, hat schonmal einen isolierten DCDC Wandler. Es geht also nur darum den Prozessor nicht direkt nach außen zu führen. Fällt jemanden ein Leitungstreiber ein, der auch Kurzschlussfest ist? Es braucht keine hohen Schaltfrequenzen (Vielleicht maximal 1kHz). Mir würde jetzt einfallen das generell per Open Drain Ausgang zu machen. Das hätte aber den Nachteil einer recht großen Ausgangsimpedanz. Mich würde interessieren wie das für Ausgänge bei den etablierten Herstellern gemacht wird.
Gustav G. schrieb: > Ich möchte digitale Ausgänge (5V) zwecks Anlagensteuerung an die > Außenwelt führen. Dazu frage ich mich wie man die wohl am besten > schützen kann und wie das die großen in dem Bereich mit ihren PLCs > machen. Optokoppler.
Gustav G. schrieb: > Mich würde interessieren wie das für Ausgänge bei den etablierten > Herstellern gemacht wird. Leitungstreiber
Einen universellen Schutz gegen alles gibt es nicht. Zum Glück hast du nicht gegen Schutz vor "versehentlich 230V angeschlossen" gefragt. Infineon Profet (Automotive Smart High-Side Switch) schalten Lasten und schützen sich selbst einigermaßen. Für Logiksignale unter 1 MHz reicht meist ein R/C Filter (100 Ohm, 1 nF) am Ausgang und Eingang, um gegen Berührung und Radiowellen sicher zu sein.
Beitrag #7654360 wurde vom Autor gelöscht.
Steve van de Grens schrieb: > Einen universellen Schutz gegen alles gibt es nicht. Zum Glück hast du > nicht gegen Schutz vor "versehentlich 230V angeschlossen" gefragt. Gegen jede Nutzer Fehlbedienung muss ich nicht schützen. Das Ding raucht dann im zweifel Einfach ab wenn jemand meint da 230V Anschließen zu müssen. Mal aus interesse wie würde man sowas denn machen? Steve van de Grens schrieb: > Für Logiksignale unter 1 MHz reicht meist ein R/C Filter (100 Ohm, 1 nF) > am Ausgang und Eingang, um gegen Berührung und Radiowellen sicher zu > sein. Die Eingänge habe ich mit Widerstand und Zenerdiode geschützt.
Gustav G. schrieb: > Ich möchte digitale Ausgänge (5V) zwecks Anlagensteuerung an die > Außenwelt führen. Dazu frage ich mich wie man die wohl am besten > schützen kann und wie das die großen in dem Bereich mit ihren PLCs > machen. Ausgänge sind niederohmig, die sind daher nicht störempfindlich und die meisten sind (zumindest bedingt) kurzschlussfest. Aber wegen der Niederohmigkeit vertragen sie es nicht, an mehr als VCC oder weniger als GND gelegt zu werden, und ausser einer Reihensicherung hilft dagegen kaum etwas. Bleibt zumindest bei CMOS Ausgängen das Problem des latch up der VCC mit GND kurzschliesst, wenn mehr als (je nach IC) 20-100mA von aussen in den Ausgang fliesst, das verhindert auch eine Sicherung nicht. Dazu muss ein Widerstand und eine definierte Spannungsbegrenzung her, z.B. per 5V6 Z-Diode deren I2s Schmelzintegral grösser ist als das der Sicherung.
1 | IC--100R--+---[==]-- Ausgang |
2 | | 63mA |
3 | ZD5V6 |
4 | | |
5 | GND |
Der um 110 Ohm erhöhte Ausgangswiderstand ist halt der Preis den man zahlen muss. Daher führt man im industriellen Umfeld nicht 5V irgendwo raus, sondern 24V mit besserem Störabstand. https://www.st.com/resource/en/datasheet/tde1798dp.pdf
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Gustav G. schrieb: > Mal aus interesse wie würde man sowas (Schutz vor 230V) denn machen? Keine Ahnung, bisher konnte ich solche Anforderungen immer mit Hinweis auf Platzbedarf und Kosten weg diskutieren.
Leitungstreiber werden mit Widerstanden kurzschlussfest.
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Michael B. schrieb: > Ausgänge sind niederohmig, die sind daher nicht störempfindlich und die > meisten sind (zumindest bedingt) kurzschlussfest. Anhand des Eröffnungsposting des TO kann vermuten, dass es sich nicht um (reine) Ausgänge handelt, sondern wahrscheinlich um GPIOs eines (unbekannten) Prozessors oder vielleicht auch Mikrocontrollers handelt. Gustav G. schrieb: > Es geht also nur darum den Prozessor nicht direkt nach > außen zu führen. In diesem Fall wären die "Ausgänge" mindestens so lange Eingänge, bis das Ding seine GPIOs beim Start initialisiert hat oder anders ausgedrückt - im ausgeschalteten Zustand und bis kurz danach sind die "Ausgänge" weit weg von niederohmig.
Gustav G. schrieb: > Das Board, was ich bisher entworfen habe, hat schonmal einen isolierten > DCDC Wandler. Es geht also nur darum den Prozessor nicht direkt nach > außen zu führen. Nett, löst aber nur wenige EMV bzw. Zerstörungsprobleme. Du würdest dich wundern, wie durchgängig die meisten DC/DC Wandler für HF sind ;-) > Fällt jemanden ein Leitungstreiber ein, der auch Kurzschlussfest ist? Es > braucht keine hohen Schaltfrequenzen (Vielleicht maximal 1kHz). Dann reicht ein schnöder Vorwiderstand. Den kann man ja so auslegen, daß im Kurzschlußfall gerade so die Kotzgrenze des Ausgangsstroms erreicht wird. Bei normalen CMOS-ICs um die 20-30mA, macht so 180 Ohm. Dann noch passende ESD-Dioden an den Ausgang, fertig.
Gustav G. schrieb: > Gegen jede Nutzer Fehlbedienung muss ich nicht schützen. Das Ding raucht > dann im zweifel Einfach ab wenn jemand meint da 230V Anschließen zu > müssen. Mal aus interesse wie würde man sowas denn machen? In gewissen Grenzen helfen selbstrückstellende elektronische Sicherungen. Die schalten bei Überstrom in 1µs ab und bei weniger als 12V wieder ein. Dahinter kommt eine normale TVS-Diode, die auch dafür sorgt, dass genug Strom zum Abschalten fließt. Davor noch ein Varistor, weil die Sicherungen max. 800V vertragen. An der Stelle ist ein Varistor nicht so übel, weil der doch eher selten 230V sieht. https://www.bourns.com/products/circuit-protection/tbu-high-speed-protectors-hsps
evtl. kannst du dir hier was abschauen: https://www.controllino.com/wp-content/uploads/2023/05/CONTROLLINO_MINI_Technical_Block_Diagram.pdf
Arduino F. schrieb: > evtl. kannst du dir hier was abschauen: > https://www.controllino.com/wp-content/uploads/2023/05/CONTROLLINO_MINI_Technical_Block_Diagram.pdf Naja. EMI7208 https://www.mouser.de/ProductDetail/onsemi/EMI7208MUTAG "The EMI720xMU Series is a family of LC EMI filters with integrated ESD protection. Its typical component values of L = 17 nH and C = 12 pF deliver a cutoff frequency of 250 MHz and stop band attenuation greater than −23 dB from 800 MHz to 6.0 GHz." Man kann es auch übertreiben. Ne einfach TVS in SOD323 hätte es auch getan. Oder was mehrkanaliges in ähnlicher Größe. ITS4100 https://www.digikey.de/de/products/detail/infineon-technologies/ITS4100SSJNXUMA1/5410017
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Ich weiß nicht, ob CE und damit ggf. die EMV-Richtlinie ein Thema ist. Aber man kann sich im ersten Ansatz mal gegen die Phänomene - neben den schon genannten - immunisieren, für die in den EMV-Fachgrundnormen Störfestigkeitstests gefordert werden. Das wäre dann auch das was die "Großen" machen bzw. machen müssen. Die müssen zwar ggf. nicht nach Fachgrundnorm, sondern nach speziellen Produktnormen prüfen. Aber die Fachgrundnormen sind mal ein guter erster Ansatz. Das wären für eine Signalleitung in der Regel folgende Phänomene: - HF-Einstrahlung und HF-Einströmung: hochfrequente Felder (Mobilfunk, WLAN, ...), die vom Prüfling ungewollt über metallische Strukturen wie z. B. Kabel empfangen werden. - Burst: Störungen durch schaltende induktive Elemente wie Relais oder Schütze. - Surge: Blitzeinschlag. Kann im vorliegenden Fall relevant sein oder nicht. Störfestigkeitstests gegen Surge werden in den meisten EMV-Normen für Anschlüsse mit Kabeln < 30 m in der Regel nicht gefordert.
Gustav G. schrieb: > Fällt jemanden ein Leitungstreiber ein, der auch Kurzschlussfest ist? Treiber geregelt auf Ausgangswiderstand arbeiten lassen und mit Serienwiderstand schützen. Dann kann man da sogar etwas Spannung anschließen und er überlebt es.
Gustav G. schrieb: > wie das die großen in dem Bereich mit ihren PLCs machen. Von Beckhoff kann ich dir sagen, dass die einen 5V-Ausgang auch mal einfach direkt vom CMOS-IC aus rausgeben und dann in die Anleitung schreiben, dass man aufpassen muss. So einen Ausgang macht der "übliche" Eleltriker natürlich erst 2-3x kaputt, bis er kapiert hat, dass man da nicht beliebig irgendwelche Drähte draufklemmen darf: - https://www.beckhoff.com/de-de/produkte/i-o/ethercat-klemmen/el2xxx-digital-ausgang/el2124.html Das "kurzschlussfest" dort ist einfach das, was jeder Bastler im täglichen Leben schon erkannt hat: wenn man da mal 5V oder GND auf einen Ausgang legt, dann geht der nicht gleich kaputt, auch wenn er grade den jeweils anderen Pegel treibt. Gustav G. schrieb: > Fällt jemanden ein Leitungstreiber ein, der auch Kurzschlussfest ist? Meine Erfahrung: jeder übliche CMOS-Treiber hält einen Kurzschluss gegen Masse aus.
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Gustav G. schrieb: > Ich möchte digitale Ausgänge (5V) zwecks Anlagensteuerung an die > Außenwelt führen. Im Profibereich nimmt man üblich 24V Ausgänge. Es gibt sogar High-Side Treiber mit allen möglichen Schutzfunktionen. Das Problem ist leider, jeder Hersteller kocht sein eigenes Süppchen (Footprint und Ansteuerung). Man ist also sehr abhängig bei der Beschaffung (keine second source). Wir sind daher zurück zu klassischen MOSFETs in Konstantstromschaltung (Impulsschutz) und Polyfuse (Dauerschutz).
ich habe schon einige PROFETs in Steuergeräten ausgetauscht, dafür das die gegen alles mögliche geschützt sind, verrecken schon sehr viele davon. Gegen Überlast kann man einen shunt reinbauen und mit dem einen Abgriff einen Transistor ansteuern der das Gate dann auf Masse zieht, wenn der Strom zu groß wird. Bei Überspannung kann man das Gate aufsteuern, dann bricht die Überspannung wieder zusammen, vorrausgesetzt es sind nur kurze Impulse und keine dauerhaft zu hohe Spannung.
Peter D. schrieb: > Wir sind daher zurück zu klassischen > MOSFETs in Konstantstromschaltung (Impulsschutz) und Polyfuse > (Dauerschutz). Wie geht Konstantstromschaltung mit MOSFETs? Ich kenne die Varianten mit 2 bipolaren Transistoren, J-FETs oder MOSFET + Shunt und Opamp. Ok, Depletion Mode MOSFETs kenne ich auch, das würde ich dann aber schon nicht mehr "klassische MOSFETs" nennen...
Gerd E. schrieb: > Wie geht Konstantstromschaltung mit MOSFETs? Widerstand im Source und pnp zum Gate. Das verhindert erstmal Durchlegieren bei Kurzschluß. Und dann spricht die Polyfuse an und verhindert Überhitzung. Wir sind da mal reingefallen mit High side Treibern und mußten schnell neue Platinen machen. Nun können sich die Hersteller ihre super duper Spezial-ICs sonstwo hin stecken. Ich hab auch schon nen 555 genommen, um den FET bei Überstrom periodisch wieder einzuschalten (Hiccup Mode). Bei SMD kommt es ja auf ein paar mehr Bauteile nicht an.
Gerd E. schrieb: > Ich kenne die Varianten mit 2 bipolaren Transistoren Im Last-Strom Kreis ersetzt du den bilpolaren Transistor durch einen MOSFET - fertig.
ich habe mich jetzt entschieden die Ausgänge als Open Drain mit einem n-Channel Mosfet und einer Polyfuse auszulegen. Den PNP habe ich allerdings gespart. Kurschluss muss man eben verhindern.
Auch das kann kurzschlussfest sein, die Strombegrenzung passiert dann eben woanders. Der FET muss nur den vollen Strom aus dem Netzteil vertragen und zuverlässig angesteuert werden, dann wird er nicht warm.
Wenn ESD ein Thema ist, würde ich es vermeiden MOSFETs an entsprechenden I/Os zu platzieren. Ich vermute, man kann das auch mit einem BJT realisieren. Die können zwar auch nicht zaubern, sind aber grundsätzlich robuster gegen ESD. Viele MOSFETs haben zwar einen internen ESD-Schutz und es liegt ja auch nicht das empfindliche Gate am Ausgang. Aber wenn man die Wahl hat (also keine anderen relevanten Gründe für einen MOSFET sprechen), würde ich in diesem Fall zu einem BJT greifen. Der ESD-Schutz in einem MOSFET ist ja schließlich oft mit etwas realisiert was einem BJT sehr ähnlich ist (anti-serielle Dioden).
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P. S. schrieb: > Wenn ESD ein Thema ist, würde ich es vermeiden MOSFETs an entsprechenden > I/Os zu platzieren. Ich vermute, man kann das auch mit einem BJT > realisieren. Die können zwar auch nicht zaubern, sind aber grundsätzlich > robuster gegen ESD. ESD Wird direkt am Stecker nochmal durch TVS Dioden gewährleistet.
Gustav G. schrieb: > Fällt jemanden ein Leitungstreiber ein, der auch Kurzschlussfest ist? Die große noch unbeantwortete Frage ist, wie schnell der sein muss.
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