Microkontrollereingang schützen

[Maverick83]

Guten Abend zusammen

Ich suche eine Schaltung mit der ich den Eingang meines ATmega128 vor Überspannung und vor Kurzschluss schützen kann.

Für die Überspannung dachte ich an eine Z-Diode (Supressor Diode) die bei 5.5V durchbricht aber die brechen alle erst ab 6.8V durch,
da ist der Controller chon lange futsch.

Gegen den Kurzschluss dachte ich an eine Diode die bei über 20mA oder so hochohmig wird,
kann von mir aus auch kaputt gehen.

Was würdet Ihr machen?
Habt Ihr eine Lösung?

Vielen Dank

Beni

[pandadriver]

Nimm einfach eine 4,7V Z-Diode vom Controllereingang gegen GND plus ein Widerstand der den Strom begrenzt.

[uwegw]

Es reicht im allgemeinen, wenn man eine genügend großen Schutzwiderstand vor den Pin schaltet, der den Strom im Fehlerfall auf unter 20mA begrenzt. Der AVR hat interne Schutzdioden, die vom Pin zu VCC bzw GND gehen, im Normalbetrieb jeweils in Sperrichtung. Wenn die Spannugn am Eingang VVC über- oder GND unterschreitet, lassen diese Dioden den Eingangsstrom zur Versorgungsspannugn hin abfließen. Der Strom durch die Dioden muss allerdings durch den externen Widerstand begrenzt werden. Mit dieser Methode kann man sogar 230V AC Netzspannung an einen Pin hängen, wenn man einige Megaohm in Reihe schaltet.
Nimm also einen Widerstand, der bei der maximal zu erwartenden Überspannung nur 20mA fleißen lässt. Musst nur drauf achten, dass im Normalbetrieb noch genügend Strom fließen kann.

Z-Dioden gibts übrigens auch mit 5,1V.

[Jakob L.]

Wenn der Pin nur als Eingang verwendet werden soll und die Signale nicht zu schnell werden, dann kann ein einfacher Vorwiderstand schon ausreichen. Die IO Pins haben eine interne Diode nach VCC und nach GND. Wenn der Strom durch den Vorwiderstand auf wenige mA begrenzt wird, dann kann dem Eingang nichts mehr passieren.

[PICture]

Hallo!

Wenn der Eigang mit Hochfequenz arbeitet, müsste man ein Kondensator (einige pF) paralell zu dem Vorwiderstand schalten um die Zenerdiode- und Montagekapazitäten zu kompensieren.

MfG

[Maverick83]

Hallo uwegw

Kanst du mir sagen wo ich diese Angaben über die interne Diode im Datenblatt finde?
Ich habe das ganze (das grosse Datenblatt) zum ATmega128 durchsucht, habe solche Angaben aber nirgends gefunden.

Also ist die Z-Diode überflüssig?


Ja es ist ein Eingang, ich muss ein Signal von 0-5V A/D Wandeln.

Danke für die Hilfe

[Maverick83]

Natürlich mein ich Danke an alle! :-)

[Jakob L.]

Im Abschnitt IO Ports ist ein Schaltplan, in dem die Dioden eingezeichnet sind. Allerdings stehen da keine Daten zur Belastbarkeit dieser Dioden.

[bobkins]

Eine Frage noch von mir: Wie berechnet man die Größe des Widerstands den man zum Überspannungsschutz vor den Controllereingangs legt? Und dessen max. Leistung?

[55 63 FF A0]

Was erwartest Du den für Spannungen?

[bobkins]

Erwarte eigentlich Spannungen bis 5V von einem Opamp der mit 12V gespeist wird. Bei richtiger Verstärkung des Opamps komme ich auf 5V. Aber im Fehlerfall (z.B. zu hohe Eingangsspannung am Opamp) könnten es ja bis zu 12V werden. Dafür soll der Vorwiderstand sein um den uC nicht zu zerstören.
Momentan hab ich das (theoretisch) mit 470Ohm + Z-Diode nach masse gelöst.

[55 63 FF A0]

Nicht schö aber selten:

Jag das Signal uber nen Spannungsteiler und Verstärks wieder mit nem OP der an 5V hänget "G"

Aber du willst was elegantes oder ?

[avion23]

Reicht es nicht, einen Widerstand nach U= R*I zu berechnen?
U = 12V
I = 20mA
R = 12V/0.02A = 600R?

[kalledom]

@bobkins
Das mit den 470 Ohm und einer Z-Diode 5,1...5,6V nach GND ist vollkommen OK. Der Eingang eines Controllers hat mehrere Kilo-Ohm, so daß die 470 Ohm kaum Einfluß nehmen und Spannungen am Eingangspin auf den Wert der Zener-Diode bzw. negative Spannungen auf 0,7V begrenzt werden.

Die Berechnung von avion23 nach dem Ohmschen Gesetzt ist vollkommen richtig, sobald die Zener-Spannung überschritten wird.
Wenn der OpAmp also mal 12V raus gibt, dann fallen an den 470 Ohm 12V - 5,1V = 6,9V ab und es fließt ein Strom von I = 6,9V / 470 Ohm = 0,0146A. Die Leistung beträgt P = 6,9V * 0,0146A = 0,10074W, so daß ein 'normaler' Widerstand mit 1/4W vollkommen ausreichend ist.

[bobkins]

Gut, dann ist ja alles ok ;-) Bleibe trotzdem bei meiner Z-Diode.
Dennoch würde mich noch interessieren, welchen Eingangswiderstand der uC Atmega32 hat? Falls jemand diese Info parat hat, würde mich freuen. Danke!
Gruß bobkins

[55 63 FF A0]

Ich glau der geht gegen unendlich. im Datenblatt (das ausführliche) ist als "Last" ein Kondensator und drüber steht, dass die Signalquelle <= 10k haben darf. Bei höherer Impendanz müsste die Abtastrate reduziert werden.

PS: Nimm noch n' Kondensator vom Eingang nach GND, damit evtl. eingestrahlte oder sonstwoher kommende Interferenzen unterdrückt werden.
Sonst kann es sein, das du in deinen Messwerten n' paar Ausreisser hast.
Steht aber auch im Datenblatt.

Greetings, viel Erfolg!

[munkl]

Ich schätze mal, dass der Eingangswiderstand bei 10 MOhm liegt. Dies ist so ein normaler Wert für einen Eingang bei uC.

[ogni42]

Den dynamischen Eingangswiderstand darf man aber nicht außer Acht lassen. Wenn man eine 5.1V Zenerdiode zum Schutz des Eingangs nimmt, gilt es deren Sperrschichtkapazität von 150pF umzuladen. Bei einem Eingangssignal von 1MHz führt das zu einem dynamischen Widerstand von nur 1061Ohm. Der Vorwiderstand ist dann entsprechend klein zu wählen, ansonsten gehen die Signalflanken den Bach runter.

[Gock]

Die Frage gabs hier schon oft, such doch einfach mal im Forum
Gruß

[bobkins]

Da es sich bei mir eh nur um nahezu Gleichspannungen handelt, ist der kapazitive Effekt egal.

Dennoch danke für alle Ratschläge!

@Gock: Eigentlich wollte ich "nur" in eine bestehende Diskussion eine Frage einwerfen, und schon hat sich das entwickelt. Kommt nicht wieder vor ;-)