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USB Strom/Spannungsmessgerät -Eingangs- Schutzbeschaltung
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BID = 682296
QuirinO
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Wohnort: Behringersdorf
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Hallo allebeieinander,
Ich bin gerade dabei einen USB Strom / Spannungs - Messgerät aufzubauen
Die Eingangsstufe besteht aus einem Shunt mit nachgeschaltetem
Opamp LT1490 als Differenzverstärker und mehreren Analogschaltern HC4066 zum multiplexen der Analogmesseingänge eines PIC 16F874.
Bei den ersten erfolgreichen Tests der Schaltung hab ich mich etwas vom Eifer tragen lassen und die Leistung eines Motors gemessen, was mir die noch ungeschützte Eingangsstufe und einer der 4066 spontan übelgenommen haben. Wohl Spannungsspitzen durch die induktive Last, hätte ich egtl wissen müssen...
Jetzt mache ich mir Gedanken über eine passende Schutzbeschaltung, mit der ich auch induktive Lasten gefahrlos messen kann. Ich habe inzwischen alle nicht zulässigen Spannungen nach Eingangswiderständen mit Shottky-Dioden gegen Masse bzw VCC abgeleitet. Was ist sonst noch gängige Praxis um solche Eingänge bombensicher zu machen? Will nach dem anfänglichen Ärger auf nummer sicher gehen, und in dem Zustand in dem die Schaltung jetzt ist, traue ich mich nicht wieder so eine elektrische Dreckschleuder wie einen E-Motor dran anzuschliessen. Mir ist zum Beispiel auch aufgefallen, dass bei einer bestimmten Drehzahl des Motors die Signalübertragung zum Pc zusammenbricht (USB-RS232 Wandler-Chip), denke die Störungen vom Motor verseuchen mir die ganze Versorgungsspannung... und das obwohl die Spannung vom Motor von einem externen Netzteil kommt.
-> Was ist noch an Schutzbeschaltung notwendig? (Tiefpass am Eingang? Drosseln? Anderen Multiplexer?)
Auf eure Ideen bin ich schon sehr gespannt  ich will ja ein Schätzeisen bauen, bei dem ich nicht ständig drauf achten muss dass es nicht abraucht. Wie werden z.b. die Eingänge von USB - Oszilloskopen geschützt?
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BID = 682313
perl
Ehrenmitglied
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Zitat :
| | und mehreren Analogschaltern HC4066 zum multiplexen |
Hast du auch mal an 4051, 4052, 4053 gedacht?
Zitat :
| | mit Shottky-Dioden |
Nicht so gut.
Schottky-Dioden haben ziemlich hohe Sperrströme, deren Temperaturabhängigkeit schon stören kann.
Die ICs haben ja selbst schon Schutzdioden eingebaut, aber du mußt dafür sorgen, daß die zulässigen Eingangsströme nicht überschritten werden, sonst droht der Latchup.
Im Prinzip ist es aber richtig Überspannungen stufenweise abzubauen.
Anstelle von Wald und Wiesendioden kann man besser Transistoren verwenden, bei denen man B und C verbunden hat.
Zitat :
| | Wie werden z.b. die Eingänge von USB - Oszilloskopen geschützt? |
Wie bei anderen Scopes auch:
Zuerst kommt ein frequenzkompensierter Eingangsteiler und danach wird wieder verstärkt.
Solche Eingangsschaltungen halten aber auch nicht jede Mißhandlung aus. Insbesondere bei hohen Frequenzen sinkt die Überlastbarkeit.
Immerhin gibt ein Teiler, der im Normalfall vielleicht nur 20mVss an den folgenden Verstärker abliefert, schon einige Sicherheit, bevor aus den 20mV 5V werden. |
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BID = 682319
QuirinO
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Hi Perl, danke für die Antwort
Zitat :
| | Zuerst kommt ein frequenzkompensierter Eingangsteiler und danach wird wieder verstärkt. |
Das finde ich interessant, da mir zwar genau sowas vorschwebte, ich es aber zugungsten der "Genauigkeit" gelassen hab. Dachte irgendwie an "Handbremse anziehen und dann mehr Gasgeben - das macht keinen Sinn..." aber offensichtlich war das ein Fehlschluss...
Zitat :
| | besser Transistoren verwenden, bei denen man B und C verbunden hat. |
Werd ich versuchen.. kann ich dann wenigstens da Wald- und Wiesen Typen verwenden?
Zitat :
| | Hast du auch mal an 4051, 4052, 4053 gedacht? |
Hab ich, aber da ich nur 8 auf 4 Signale multiplexe schien mir das am sinnvollsten, ausserdem hat mich meine Lagerstückzahl bei dem Teil einfach überzeugt  Haben die anderen Multiplexer zusätzliche Vorteile, die ich übersehen habe ausser der Möglichkeit negative Signale zu schalten?
- Ich messe übrigens nur positive Signale
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BID = 682328
Murray
Inventar
Beiträge: 4862
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Das Thema ist wohl nicht so ganz ohne - haben es sogar schon geschafft die Eingangsstufen einer Meilhaus-Meßkarte zu himmeln und wissen nicht was da falsch gelaufen ist 
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BID = 682548
QuirinO
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Beiträge: 2205
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Zitat :
| | daß die zulässigen Eingangsströme nicht überschritten werden |
Ich hab mir das noch ne Weile durch den Kopf gehen lassen. Kann es sein, dass die Eingangsgatter durch Impulse auf den Eingängen ins Latch-Up gezwungen werden?
Macht eine Stromversorgungsbegrenzung mit Widerstand am Eingang dieser Bausteine sinn? Hochfrequent kann ich damit eh nicht messen
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BID = 682573
perl
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Zitat :
| | Ich hab mir das noch ne Weile durch den Kopf gehen lassen. Kann es sein, dass die Eingangsgatter durch Impulse auf den Eingängen ins Latch-Up gezwungen werden? |
Durchaus.
Man kann so ein CMOS-IC sogar vom Ausgang her ziemlich leicht in den Latchup treiben, der Anschluß einer elektrostatisch aufgeladenen Meßstrippe kann ausreichen.
Zitat :
| | Macht eine Stromversorgungsbegrenzung mit Widerstand am Eingang dieser Bausteine sinn? |
Meinst du eine Strombegrenzung am Eingang oder den Versorgungsstrom des IC zu begrenzen, damit die Bonddrähtchen beim Latchup nicht schmelzen?
Beides sind Möglichkeiten, wobei man die Möglichkeit eines Spannungsüberschlag des Vorwiderstandes im Auge behalten sollte.
Eine andere Möglichkeit ist es, die Überspannung mit Widerstands-Dioden-Kombinationen stufenweise abzubauen.
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BID = 682663
QuirinO
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Zitat :
| | Meinst du eine Strombegrenzung am Eingang oder den Versorgungsstrom des IC zu begrenzen, damit die Bonddrähtchen beim Latchup nicht schmelzen? |
Zweiteres, am Eingang habe ich schon Widerstände.
Zitat :
| | die Möglichkeit eines Spannungsüberschlag |
Was meinst du mit Spannungsüberschlag? Überschreiten der maximalen Spannungsfestigkeit? Darüber habe ich mir noch keine Gedanken gemacht... Mal die datenblätter von meinen Chip-Widerständen lesen, evtl wären andere Typen ja besser
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BID = 682845
FatZke
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Beiträge: 83
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Du kannst die BC Strecken eines Transistor verwenden da diese ziemlich
kleine Sperrströme haben ( 10pA ++ ).
Du musst aber mehrere Stufen kaskadieren damit das vernüftigt
Funktioniert. Also Reihenwiderstand - 2 Transistoren mit BC Strecken gegen die Betriebsspannungsende - Reihenwiderstand - 2 Transistoren mit BC Strecken gegen die Betriebsspannungsenden - Reihenwiderstand.
Ergibt zusammen eine ziemlich gute Begrenzungskennlinie, die Reihenwiderstände sorgen dafür das wenn die Internen Schutzdioden der ICs nicht vor den Transistor Dioden leiten, bzw. wenn diese es tun geschützt werden.
Die Reihenwiderstände sollten nicht zu groß sein -> Parasitärer Tiefpass
( hängt von den messenden Signalen ab )
ESD-Dioden-Array oder ähnliches kann man auch verwenden.
Wie das in der Professionellen Messtechnik gemacht wird, weiß ich leider nicht.
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