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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik CMOS zerstört; Masseschleife?


Autor: tomtis (Gast)
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Hallo.

In meiner Schaltung habe ich das Problem, dass CMOS-Bausteine zerstört 
werden. Diese arbeiten mit 12VDC-Steuerspannung und erhalten in keinem 
Falle mehr als die angegebene Betriebspannung an ihren Eingängen.

Zusätzlich schalten Relais rechteckförmig eine 1000VDC-Hochspannung; Die 
Hochspannung und die Steuerspannung sind mit ihrer Masseleitung 
verbunden.

Dies führt nun zur CMOS-IC Zerstörung.

Welchen Einfluss kann meine Masseleitung haben?? Denn an sich besteht 
durch die Relais galvanische Trennung zwischen der Steuer- und 
Wirkspannung.
Es herrscht nur eine Masseverbindung. Beim Aufschalten der Hochspannung 
auf die Relais gehen die CMOS-Bausteine kaputt.


mfg und danke um jede hilfreiche antwort

Autor: Düsentrieb (Gast)
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entweder induktive verkopplung,
oder
kapazitiv kommt spg.spitze beim schalten rein
...glaskugel

Autor: ES (Gast)
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>Es herrscht nur eine Masseverbindung.
Und damit ist deine Schaltung nicht mehr potentialfrei.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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>Zusätzlich schalten Relais rechteckförmig eine 1000VDC-Hochspannung; Die
>Hochspannung und die Steuerspannung sind mit ihrer Masseleitung
>verbunden.

Wozu dann bitte Relais? Die werden doch gerade aufgrund vollständiger 
galvanischer Isolation verwendet...

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Hmm,

was ich mir jetzt denken könnte: Sind an den Spulen der Relais 
freilaufdiode dran? Wenn ja würde ich auch auf die Induktive Schiene 
tippen. Was auch möglich wäre, da du eine gemeinsame Masseverbindung 
hast, kontrolliere mal die Masseführung. 1000V sind schon ne Menge und 
wenn dir eine Schlechte Masseverbindung dieses GND-Potential "hochzieht" 
erhalten deine CMOS-Chips u.U. eine verpolte spannung. Ist mir schon mal 
passiert, hab vergessen eine GND-Klemme richtig anzuziehen, als ich 
laststrom angelegt habe hat die Klemme nach ca. 5 sec. ein "thermisches 
Problem" gehabt und meine Halbleiter waren allesamt hinüber... :)

Roland

Autor: tomtis (Gast)
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Richtig. Mit dem Oszi konnte eine Spannungsspitze beim Relaisschalten 
gemessen werden. Über Zenerdioden 10,0V wird diese aber abgefangen.

Autor: tomtis (Gast)
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<Hmm,
<
<was ich mir jetzt denken könnte: Sind an den Spulen der Relais
<freilaufdiode dran? Wenn ja würde ich auch auf die Induktive Schiene
<tippen. Was auch möglich wäre, da du eine gemeinsame Masseverbindung
<hast, kontrolliere mal die Masseführung. 1000V sind schon ne Menge und
<wenn dir eine Schlechte Masseverbindung dieses GND-Potential 
"hochzieht"
<erhalten deine CMOS-Chips u.U. eine verpolte spannung. Ist mir schon 
mal
<passiert, hab vergessen eine GND-Klemme richtig anzuziehen, als ich
<laststrom angelegt habe hat die Klemme nach ca. 5 sec. ein "thermisches
<Problem" gehabt und meine Halbleiter waren allesamt hinüber... :)
<
<Roland

Freilaufdioden sind vorhanden. Wenn kurzzeitig das GND-Potenzial 
hochgezogen werden würde, dann könnten sich wahrlich Probleme ergeben. 
Ist es möglich, eine Masseverschiebung messtechnisch zu erfassen? Was 
wäre nun das Bezugsptoenzial?

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ tomtis (Gast)

>Ist es möglich, eine Masseverschiebung messtechnisch zu erfassen?

Sicher.

> Was wäre nun das Bezugsptoenzial?

Kannst du dir aussuchen. Sinnvollerweise da, welches als fest bzw. 
geerdet vermutet wird.

MfG
Falk

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Hallo,

das bezugspotential bei einer GND-Anhebung ist schwer vorauszusagen da 
viele Parameter da mit rein spielen, z.B. Leiterbahnbreite, Länge, 
Führung der Leiterbahn, Stromquelle um nur ein paar zu nennen. Messen 
wirst du das evtl. nur mit einem Oszilloskop können da dies keine 
statische Spannung sein dürfte sondern nur ein kurzer peak.
Poste doch mal das Layout, Schaltplan und evtl den Anwendungszweck der 
Schaltung dann kann ich evtl. mehr dazu sagen.

Das Bezugspotential für die Messung ist ebenfalls recht schwierig, dazu 
müßte ich wissen wie die Schaltung versorgt wird und auch wo die 1000V 
herkommen. Wenn in der Schaltung z.B. Step-Up Regler verbaut sind um die 
1000V zu erzeugen, könnte das ein hinweis auf ungenügende Ladeelkos vor 
dem Regler sein der bei belastung starke Stromspitzen auf der Versorgung 
erzeugt und dir evtl. damit das GND-Potential versaut.

Poste bitte mal mehr infos.

Roland :)

Autor: tomtis (Gast)
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<Hallo,
<
<das bezugspotential bei einer GND-Anhebung ist schwer vorauszusagen da
<viele Parameter da mit rein spielen, z.B. Leiterbahnbreite, Länge,
<Führung der Leiterbahn, Stromquelle um nur ein paar zu nennen. Messen
<wirst du das evtl. nur mit einem Oszilloskop können da dies keine
<statische Spannung sein dürfte sondern nur ein kurzer peak.
<Poste doch mal das Layout, Schaltplan und evtl den Anwendungszweck der
<Schaltung dann kann ich evtl. mehr dazu sagen.
<
<Das Bezugspotential für die Messung ist ebenfalls recht schwierig, dazu
<müßte ich wissen wie die Schaltung versorgt wird und auch wo die 1000V
<herkommen. Wenn in der Schaltung z.B. Step-Up Regler verbaut sind um 
die
<1000V zu erzeugen, könnte das ein hinweis auf ungenügende Ladeelkos vor
<dem Regler sein der bei belastung starke Stromspitzen auf der 
Versorgung
<erzeugt und dir evtl. damit das GND-Potential versaut.
<
<Poste bitte mal mehr infos.
<
<Roland :)

So,
eingesetzt wird ein Hochspannungsnetzgerät der Firma FUG-Elektronik. 
Über HV-BNC werden die 1000V übergeben. Strombegrenzung 1mA. 
Schutzklasse 1. 12V-Masse ist mit der 1000V-Masse verbunden. Die 
Steuerspannung 12V liefert ein Schaltnetzteil.
Layout und Schaltplan kann ich leider nicht posten. Sorry.

Mir fehlt das Verständis, wie ein Schalten der 1000V auf die 12V bzw. 
die gemeinsame Masse einspielen können, so dass dies meine CMOS 
willkürlich zerstört. Also mal auf nen Timerbaustein, oder einen 
Komparator!

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Hallo,

wenn das hochspannungsnetzteil auch ein Schaltnetzteil ist und den 
"üblichen" X2-Kondensator hat, kann es sein daß du eine Schwebung 
bekommst die dein GND-Potential rauf oder runterzieht, je nach 
Schaltungsart. Schau mal hier im Forum nach den diesem Problem, das ist 
schon ein paar mal durch, vorausgesetzt es sind wie gesagt beides 
Schaltnetzteile.

EDIT: Sorry finde den Thread auf die Schnelle grade nicht, aber es 
handelte sich um etwas ähnliches nur das der User zwischen den "Massen" 
der Schaltnetzteile eine Schwebung je nach auslastung von fast 100V 
messen konnte.

Roland

Autor: JensG (Gast)
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wie soll denn zw. den Massen eine Schwebung enstehen, wenn beide 
miteinander (niederohnmig) verbunden sind. Also eine 50Hz Schwebung 
kanns ja nicht sein.
Kann also nur noch sein, daß man Spikes auf der Leitung hat, die schöne 
kurze Potentialverwerfungen zw. zwei Massepunkten verursachen könnten 
(daselbe gilt auch für die + Leitung).
Jedenfalls kannste u.U. bei harten und starken Schaltflanken, die einen 
Strom über Masse fließen lassen, mit dem Oszi etliche Volt zw. 
Masse-Punkt A und B sehen. Da kommts dann auf das Layout an, daß die 
unterdrückt werden, bzw. keine unschönen Auswirkungen hat.
Schließe doch mal ein (Speicher)Oszi an, Zeitbereich µs oder ns, und 
Single-Triggermodus (heißt das so???), bei dem der Oszi auf die erste 
passende Flanke wartet und einfängt. Und verschiedene Meßpunkte testen - 
also  einmal zw. + und 0, oder zwei (entferntere) Masse- bzw. + Punkte 
usw.
Und die Masse des Oszis sollte direkt am Tastkopf abgenommen werden, 
sonst siehste alles mögliche ;-)

Übrigens: 10V Z-Diode in einer 12V Schaltung? Sind die 10V nicht ein 
wenig klein, wenn das Relais mit 12V geschaltet wird?

Autor: tomtis (Gast)
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<Hallo,
<
<wenn das hochspannungsnetzteil auch ein Schaltnetzteil ist und den
<"üblichen" X2-Kondensator hat, kann es sein daß du eine Schwebung
<bekommst die dein GND-Potential rauf oder runterzieht, je nach
<Schaltungsart. Schau mal hier im Forum nach den diesem Problem, das ist
<schon ein paar mal durch, vorausgesetzt es sind wie gesagt beides
<Schaltnetzteile.
<
<EDIT: Sorry finde den Thread auf die Schnelle grade nicht, aber es
<handelte sich um etwas ähnliches nur das der User zwischen den "Massen"
<der Schaltnetzteile eine Schwebung je nach auslastung von fast 100V
<messen konnte.
<
<Roland



Hier die Bezugsfrequenzen bezüglich einer möglichen Schwebung:

Das 12V-Schaltnetzteil hat eine Taktfrequenz von 100MHz, 200mV max. 
Rauschen;
Das 1000V-HV-Netzgerät ist auch ein Schaltnetzteil und hat eine 
Taktfrequenz von 17kHz;

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ tomtis (Gast)

>Das 12V-Schaltnetzteil hat eine Taktfrequenz von 100MHz, 200mV max.
>Rauschen;

BOAH EH! 100 MEGA Hertz? Wohl eher KILO Hertz?!

MFg
Falk

Autor: JensG (Gast)
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100MHz - nicht schlecht ;-)

Autor: tomtis (Gast)
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Danke fuer den Hinweis:)))

Hier die Bezugsfrequenzen bezüglich einer möglichen Schwebung:

Das 12V-Schaltnetzteil hat eine Taktfrequenz von 100kHz, 200mV max.
Rauschen;
Das 1000V-HV-Netzgerät ist auch ein Schaltnetzteil und hat eine
Taktfrequenz von 17kHz;

Autor: Mike (Gast)
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Ich vermute hier eine Einkopplung der geschalteten Hochspannung über 
parasitäre (Leitungs-)Kapazitäten auf Eingänge der C-Mos Bauteile. 
Möglich ist auch eine Einkopplung in die 12V Versorgungsspannung. Die 
Schutzdioden der CMOS-Gatter haben eine endliche Schaltzeit und sind 
vermutlich mit den Spannungspulsen überfordert. 1000V sind schon 
ziemlich viel Holz. Masseschleifen halte ich wegen der geringen Ströme 
für eher unwahrscheinlich.

Wie sind denn die hochspannungsführenden Leitungen vom 
Niederspannungsteil getrennt? Eventuell C-MOS Bauteile in einen 
geerdeten Metallkäfig einbauen, oder Optokoppler und galvanisch 
isolierte Stromversorgung (DC-DC-Wandler verwenden, eventuell auch 
beides.

Gruss
Mike

Autor: JensG (Gast)
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Auch wenn was von nur 1mA im HV Teil gesagt wurde: Wenn da gewisse 
parsitäre C's vorhanden sind, die beim Einschalten plötzlich umgeladen 
werden, dann können schon höhere Ströme als Peak auftreten (also nicht 
nur mA Bereich).
Auch der Schaltfunke im Relais ist ja sicherlich kein einzelner 
Schaltvorgang, sondern sicherlich im Einschaltmoment ein ganzes 
Gewitter. Da kann ich mir dann schon vorstellen, daß sich da resonante 
Schwingungen im HV-Teil aufschaukeln, und sich ins NV-Teil kräftig 
einkoppeln (Hertz läßt grüßen).
Der von Mike empfohlene Metallkäfig ist von daher nicht zuviel verlangt.

Zumindest auch drauf achten, daß die HV-Masseströme nicht mit über die 
Masseleitungen der NV-Schaltung fließen.

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ JensG (Gast)

>werden, dann können schon höhere Ströme als Peak auftreten (also nicht
>nur mA Bereich).

Jep.

>Auch der Schaltfunke im Relais ist ja sicherlich kein einzelner
>Schaltvorgang, sondern sicherlich im Einschaltmoment ein ganzes
>Gewitter.

Das sollte durch einen Snubber vermieden werden.

MFG
Falk

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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Sorry,

ich hab grade nochmal geschaut ich finde den Thread nicht mehr auf die 
Schnelle. Wenn ich daheim bin setz ich mich mal in ruhe ran und such 
den. Ich hatte schon mal ein ähnliches Problem, das durch Kapazitive 
einkollungen verursacht wurde. 1000V sind immerhin im Elektronikbereich 
nen haufen holz...

Roland

Autor: Roland Z. (r-zimmermann)
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So, habs doch noch gefunden:

Beitrag "Kleinschaltnetzteile -> Fingerbizzeln?" <-- Schaut mal da.

Ok, einen Schreibfehler hatte ich drin, es muß Y-Kondensator heißen 
nicht X-Kondensator. Je nach dem auf welches Potential der Kondensator 
auf der Ausgangsseite geht hat man ein Problem sobald mehr als ein 
Schaltnetzteil in der Schaltung verwendet wird. Zugegeben die Ströme 
sind recht niedrig, aber um eimpfindliche Halbleiter zu töten reicht die 
je nach größe des Y-Kondensators durchaus.

Abhilfe: Trenne die GND-Verbindung auf und nimm das Relais für den 
Anwendungszweck wo es da ist, nämlich zur potentialtrennung. Ist auch 
vom elektrischen Standpunkt her mit Sicherheit besser. Wenn dir die 
GND-Verbindung des 1000V Kreises mal irgendwo unterbrochen wird wirds 
sonst haarig, da die Schaltung dann statt mit 12V mit "etwas" mehr 
versorgt wird und das gefällt der sicherlich nicht. Wenn du durch nen 
dummen Zufall dann noch irgendwo dranpackst bekommst du auch noch was ab 
und das ist ungesund.

Merke: Strom, macht klein, schwarz und häßlich :))

Roland

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