Überspannungsschutz für analogen Eingang

[Dennis2006]

Hallo!

Ich brauche einen Überspannungsschutz für einen analogen Eingang, der eine Referenzspannung von 2,5 V nicht überschreiten darf.

Bei diesem analogen Eingang handelt es sich um einen analogen Port des RN-Control 1.4.

Ich habe schon an eine Z-Diode gedacht... Aber die fangen meistens ja alle erst bei 5 V an.

Ich wollte mir da auch keine große Platine zusammen löten, da ich in meinem Roboter nicht so viel Platz habe und ich diese Geschichte gleich für 4 Ports machen muss.

Könnt ihr mir helfen?

Danke!

Gruß

Dennis

[shaun]

Der Eingang wird wohl auch über 2,5V, also solange er unter der Betriebsspannung bleibt, keinen Schaden nehmen, oder? Dann nimm' einfach eine 2,7V-Zenerdiode, die fangen nämlich ganz sicher nicht erst bei 5V an. Aber bitte mit Vorwiderstand oder an einer Quelle mit hoher Impedanz, gegen den versehentlichen Anschluss eines Fahrakkus o.ä. kann die Z-Diode auch nichts ausrichten.

[skillii]

Ich weiß zwar jetzt nicht welchen Eingangswiderstand der analoge Port des RN-Control hat, aber wenn dieser recht hoch ist, kannst du ja ,wie shaun schon beschrieben hat, einen Vorwiderstand in Serie schalten und dann eine Zenerdiode gegen Masse oder eventuell eine Supressordiode, falls es solche überhaupt in so kleinen Spannungsbereichen gibt...

[ogni42]

Besser sind normale (oder schnelle) SI Dioden in Reihe, da Zenerdioden eine recht hohe Sperrschichtkapazität haben, so dass bei größeren Messfrequenzen das Ergebnis verfälscht wird.

[Dennis2006]

Hi!

Danke!

Aber wenn dann müsste ich das genau wissen, ob das klappt mit der Z-Diode 2,7 V oder nicht? Sonst könnte diese Erkenntnis teuer werden...

Habe schon an den Support von Robotikhardware Brall eine Mail gesendet. Die haben mich aber hierhin verwiesen.

Und da ich ja Drucksensoren an den Ports anschließe, und ich den Dingern nicht so recht traue, bringt es mir ja auch nichts, einen passenden Widerstand in Reihe zum Port bzw. zum Drucksensor zu schalten, selbst wenn ich den Widerstand des analogen Ports kennen würde. Wobei man den sicherlich auch nciht einfach so messen kann...

Weiß jemand Rat?

Danke!

Gruß

Dennis

[shaun]

Wieso bringt Dir der Widerstand nichts? Wenn der Controller mit 5V läuft, kann er auch 5V ab, egal, wie der Wandelbereich vom ADC ist. Sensor->Widerstand->Eingang, zwischen Eingang und Masse noch die ZD mit 2,7V. Die Kapazität wird bei einem Drucksensor wohl nicht wirklich interessieren, die Dinger sind zu träge, als dass das was ausmachen würde. Mit welcher Spannung wird der Sensor betrieben? Nehmen wir mal 12V als Beispiel an, bei einer Havarie begrenzt die Z-Diode auf 2,7V. Eine 400mW-Diode kann dabei etwas über 100mA leiten, Dein Widerstand muss also mindestens 12V-2,7V=9,3V / 100mA = 93Ohm, also 100Ohm haben. Bei 100mA sind diese 9,3V aber schon fast 1W, also einen entsprechenden Widerstand nehmen oder auf seine Sicherungswirkung vertrauen. Grösserer Widerstand mindert diese Gefahr, bildet aber mit dem Eingangswiderstand vom ADC einen Spannungsteiler->fester Faktor, um den Dein Signal verfälscht wird. Der Eingangswiderstand steht mehr oder weniger kryptisch im Datenblatt. Beachte, wenn Du schon danach guckst, aber auch evtl. den Ausgangswiderstand Deines Sensors.

[Dennis2006]

Hi!

Danke!

Der Drucksensor hat einen Nennwiderstand von 1 ΩM. Und wird betrieben an 5 V. Wenn ich nun einen 1 MΩ Widerstand dazu in Reihe schalte fällt an jedem Widerstand genau 2,5 V ab. Ist ja klasse, nur was ist wenn der Widerstandswert vom Sensor (eventuell alterbedingt) größer wird? Hatte 4 bestellt von Conrad FSr 174 AS 2 davon hatten nen Produktionsfehler und hatten 22 . Gut das ich nochmal gemessen habe...

Deshalb bin ich keptisch geworden und habe an einen Überspannungsschutz gedacht...

Gruß

Dennis

[shaun]

1MOhm? Na wenn Du Dich da mal nicht verlesen hast. Auf jeden Fall ist diese Angabe nicht als 0,000000001%.Präzisionsmesswiderstand mit siebzehn Ringen zu verstehen, also nimmst Du den bitte keinesfalls als Bestandteil eines Spannungsteilers, ok? Einen 1MOhm-Widerstand zu einem AD-Eingang in Reihe zu schalten ist nur dann akzeptabel, wenn er Teil eines Spannungsteilers für irgendwas bei >100V ist. Wenn Dein Sensor und der uC aus 5V versorgt werden, brauchst Du gar nichts weiter zu unternehmen. Ran damit und gut ist.

[Dennis2006]

Hi!

Du meinst ich soll den Drucksensor einfach an den A/D hängen ohne Widerstand und Z-Diode?

Aber ist das dann nicht eine Paralellschaltung?

Wenn ja, dann hat der A/D doch überhaupt keinen Messbereich, da er doch sowieso immer 5 V dran hat. Und ist dann auch der Messbereich nicht ungenauer?

Danke!

Gruß

Dennis

[skillii]

Hi!


So, Ich habe da jetzt einmal im Dabenblatt nachgelesen wie sich der Sensor verhält ...



also nimmst Du den bitte keinesfalls als Bestandteil eines Spannungsteilers, ok?


Der Widerstand des Sensors wird mit zunehmenden Druck immer kleiner, also kann man ihn sehr wohl in einem Spannungsteiler verwenden.

Du kannst dann eigentlich dann direkt parallel zum Drucksensor, ohne Vorwiderstand, eine Zenerdiode mit 2,7V schalten, falls du wirklich sicher sein willst.

[shaun]

Da sich nach wie vor meiner Kenntnis entzieht, um was für einen Drucksensor es sich hier handelt, musste ich bisher von irgendeiner DMS-Brücke o.ä. ausgehen, die mit 5V angeregt und deren Ausgangsspannung an den ADC gelegt werden soll. Inzwischen scheint es mir, als sei der Sensor bloss ein Widerstand, der seinen Wert druckabhängig verändert. Dann musst Du natürlich einen Spannungsteiler daraus aufbauen und den zweiten Widerstand so bemessen, dass ein sinnvoller Messbereich dabei herauskommt. Wenn der Sensor zB im interessieren Druckbereich irgendwo zwischen 20k und 100k herumirrt, wäre ein Widerstand ebenfalls in diesem Bereich vorzusehen. Der AD-Eingang kommt natürlich parallel zum Sensor, wie soll er sonst die Spannung über dem Sensor messen? Vielleicht solltest Du mal ein paar Details zu Deinem Sensor preisgeben (skilii hat ja schon das Datenblatt, ich weiss bisher nicht mal, was für einen Drucksensor Du da nun hast)

[skillii]

FSr 174 AS

[shaun]

Aha, war also doch schonmal im Text erwähnt. War gerad bei Conrad das Datenblatt angucken. Die Kurve, die beispielhaft für den R-Verlauf angegeben ist, legt nahe, den Sensor vielleicht im Bereich 0,5...100N einzusetzen, das wäre dann eine Widerstandsvariation von ca 1:10, das lässt sich halbwegs genau messen. Für eine lineare Abhängigkeit ist auf S.11 ein I/U-Wandler angegeben, aber da die Sensoren eh erst ab 1N messen (obere Grenze der Aktivierungskraft), ist es wohl müßig, darüber nachzudenken. Da maximal 1mA pro aktivierter Fläche fliessen dürfen und Dein Sensor irgendwas bei 20mm Durchmesser der aktiven Fläche haben, musst Du den Strom bei voller Aktivierung auf 3mA begrenzen - egal, mehr als 5V sollen die Dinger eh nicht bekommen, macht bei 3kOhm (min. Widerstand bei 100N) 1,6mA, passt also. Nun also die Frage nach dem Vorwiderstand: wenn Du zB 3,3kOhm einsetzt und den ADC mit 2,5V Referenz versorgst, den Sensor aber aus 5V, bekommst Du fast full-scale bei 100N und bei geschätzten 20kOhm=1N immerhin noch 28% des Vollausschlags, damit liesse sich dann schon halbwegs messen. Die 15,30 und 75% Abweichungen in den einzelnen Disziplinen würden mir allerdings eher Sorgen machen. Achso, bei meiner Dimensionierung ist wie im Datenblatt der Sensor zwischen +5V und ADC-Eingang und dann 3,3k nach Masse.

[Dennis2006]

Hi!

Ja soweit die Theorie!

Hängste den Sensor dann aber mal an die 5 V erlebste ein blaues Wunder.

Naja nicht unbedingt Wunder aber da ich die Sensoren ja jeweils einen pro Hand und ienen pro Fuß verbaut habe, habe ich als Schutz mit Doppelseitigemklebeband eine 2 mm dicke Moosgummischicht über die Sensoren geklebt.

Somit ist schon ein gewisser Druck auf dem Sensor.

In der einen Hand habe ich nen Widerstand von 0,343 MΩ und in der anderen Hand 0,7 MΩ. In den Füßen hatte ich einen Widerstand von 22 MΩ (war mit meinem Messgerät gar nicht mehr im Display anzeigbar).

Darum habe ich die zwei Sensoren dann wieder eingeschickt. Kleiner als 1 MΩ is tja noch ok.

Also meinst ich sollte dann doch nen Spannungsteiler aufbauen an 2,5 V Refferenzspannung hängen Z DIode 2,7 MΩ parallel dazu und fertig?

Dann kann ich beruhigt schlafen?

Danke!

Gruß

Dennis

[shaun]

Zuerst mal zu Deinen 22MOhm: das Datenblatt garantiert >1MOhm unterhalb des Ansprechbereiches von 0,3-1N, um es im Slang des Kriegsschauspielplatzes Strasse zu sagen: wo is problem?
Im Bereich >1N sollte er natürlich weniger als 22M haben, da stimme ich Dir zu. Zu meinem Schaltungsvorschlag: Sensor zwischen +5V und ADC-Eingang, 2,7kOhm zwischen ADC-Eingang und Masse. Dann die Referenz des ADC auf 2,5V einstellen, so hast Du bei 2,7k Sensorwiderstand den "Vollausschlag" Deines ADC. Die 3,3k, die ich vorhin vorgeschlagen habe, waren 10% in die falsche Richtung gedacht. Eine Z-Diode brauchst Du nicht wirklich, es sei denn, die Leitungen zu den Sensoren sind länglich, dann können u.U. Störspitzen von aussen an den ADC gelangen. Entweder Du schaltest besagte Z-Diode vom ADC-Eingang nach Masse oder einen Schutzwiderstand in Reihe zwischen den Spannungsteiler aus Sensor und 2,7k-Widerstand und ADC-Eingang, der kann dann ja auch grösser ausfallen. Ich habe mal ins Datenblatt vom mega16 geguckt, keine Ahnung, welcher auf dem RN-Modul sitzt und vor allem: ob und was da noch vor den Eingang geschaltet ist. Der Eingang ist von 0-Vref spezifiziert, das heisst aber nur, dass nur in diesem Bereich sinnvolle Ergebnisse zu erwarten sind. Was im Fehlerfall am Eingang anliegen darf, beschreiben eher die Absolute Maximum Ratings, und dort darf jeder Pin ausser RST 0,5V über VCC haben - wenn Du den Strom grosszügig begrenzt, reichen also die Eingangsschutzdioden, um das sicherzustellen. Der Eingang hat zwar 100 MOhm Eingangswiderstand, aber beim Start einer Wandlung wird der S&H-Kondensator direkt an den Eingang geschaltet, so dass die Empfehlung, mit der Quellimpedanz nicht unter 10k zu gehen, Sinn macht. Du könntest also einen 10k-Widerstand in Reihe schalten, dann bist Du zwar knapp drüber, aber die Sensoren sind ohnehin so grottenungenau, dass das auch nichts mehr macht. Oder, was sich sowieso gegen kurze Störungen empfiehlt, Du schaltest hinter den Schutzwiderstand noch einen Kondensator vom ADC-Eingang nach Masse. Wenn der dann deutlich grösser ist als der S&H-Kondensator von 14pF, was nun wirklich nicht schwer fällt, reduzierst Du den Fehler wieder.
Und wieso liest hier eigentlich niemand das Datenblatt???????