Überspannungssicherung

[Lichti01]

Hi zusammen!

Ich suche nach einer Möglichkeit auf einer Platine einen Überspannungsschutz einzubauen?
Für die Ansteuerung meiner Platine möchte ich einen Akku mit 7,4V Nennspannung nutzen. Um die Spannung nach Bedarf einstellen zu können, schalte ich eine einstellbare Spannungsregelung zwischen Akku und Platine. Um nun zu vermeiden, dass die Spannung an der Platine zu hoch wird und mir meine Bauteile zerstört, möchte ich noch einen Schutz einbauen.
Der Schutz sollte aus möglichst wenigen Bauteilen bestehen. Gerne kann auch ein "Schalter" eingebaut werden, der den Strom über eine LED leitet, dass man auch ein Optisches Signal hat.
Der Schutz soll bei 5,5V eingreifen.

Hoffe ihr könnt mir bei meinem Vorhaben weiterhelfen.
LG Lichti01

[ARetobor]

Schau mal hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzdiode

Gruß

PS
Stichwort
Suppressordiode

[Holomino]

Will nicht unhöflich sein, aber eine Suppressordiode hält Überspannung als Gleichspannung nicht aus, zumal 7,4V nach Li-Akku klingt und der liefert endlos Strom.

Der einfachste Weg für den TO wäre wahrscheinlich durch entsprechende Anpassung des Spannungsteilers am Regler dessen Ausgang auf 5,5V zu begrenzen.

[White_Fox]

Von 7,4 auf 5,5V runter ist das kein Überspannungsschutz im eigentlichen Sinne, sondern ein ordinärer Spannungswandler.

Je nachdem, wieviel Storm fließen soll, ein einfacher Linearregler oder ein Schaltregler. Gibt es fertig zu kaufen, Stichwort DC-DC-Wandler.

[Lichti01]

Schon einmal vielen Dank für eure Antworten.

@White_Fox
Wie ich ja bereits in meiner Frage geschrieben habe, möchte ich eine einstellbare Spannungsregelung einbauen. Das dies kein Überspannungsschutz ist, ist mir bewusst. Deshalb wollte ich zwischen Spannungsregler und Platine noch einen Überspannungsschutz haben.

Wenn jemand noch einen Lösungsansatz hat wäre ich sehr dankbar.

[White_Fox]

Im einfachsten Fall könntest du die Betriebsspannung einfach abschalten, wenn sie 5,5V übersteigt.

Beispiel:
Du baust dir eine fixe Spannung mit Z-Diode und Widerstand, und eine Spannung, die linear mit deiner Eingangsspannung geht, z.B. mittels einfachem Spannungsteiler.
Die fixe Spannung könntest du z.B. bei 1,5V stehen lassen, und den Spannungsteiler legst du so aus daß er bei 5,5V ebenfalls 1,5V ausgibt.

Diese beiden Spannungen legst du auf einen Komparator, dessen Ausgang du an ein FlipFlop hängst. Den Ausgang des FlipFlops nutzt du als Abschaltsignal. Das FlipFlop dient dazu, daß das Abschaltsignal auch dann stehenbleibt, denn wenn du abgeschaltet hast (und du darfst das FlipFlop dementsprechend nicht aus deinen abschaltbaren 5V versorgen).

[Klebwax]

...möchte ich eine einstellbare Spannungsregelung einbauen

Ich verstehe die Aufgabe nicht ganz. Wenn ich eine einstellbare Regelung baue dann so, daß sie nie mehr liefert, als der Verbraucher verträgt.

MfG Klebwax

[Moppi]

Er hat ein einstellbares Ntzteil, wenn er dort die Spannung zu hoch dreht, will er vermeiden, dass die Schaltung kaputt geht. So denke ich das, nachdem, was er Eingangs geschrieben hat. Komperator ist schon ne gute Idee, der kann dann zur Not ein Relais auslösen, was die Schaltung trennt, man weiß ja nicht, wieviel Strom die Schaltung benötigt.


MfG

[Klebwax]

Er hat ein einstellbares Ntzteil, wenn er dort die Spannung zu hoch dreht, will er vermeiden, dass die Schaltung kaputt geht.

Von einem Netzteil kann ich nichts finden, nur von einem Akku und einem Regler dahinter. Und diesen Regler kann man sicher so bauen, daß man ihn nicht zu hoch einstellen kann. Dieser Schutz braucht sehr wenig Bauteile, eigentlich gar keine.

Wobei sich auch die Frage stellt, wozu man bei einer Schaltung die Versorgung überhaupt einstellen muß. Eigentlich tuts da normalerweise eine feste Spannung. Und selbst wenn man einen einstellbaren Regler verwendet, wird die Spannung einmal richtig eingestellt und dann nicht mehr dran gedreht.

Ich hab das Gefühl, Lichti01 hat das wirkliche Problem hier noch nicht dargestellt.

MfG Klebwax

[Holomino]

Was ich mich die ganze Zeit frage:
Wenn ich z.B. einen 7805 langsam hochfahre, steigt die Spannung am Ausgang bis zur nominalen Ausgangsspannung mit. Tut es einem Linearregler weh, ihn mit Unterspannung zu betreiben?

[021aet04]

Das ist dem egal. Wichtig ist nur das der Ausgang nicht höher sein darf.

Wenn du den Regler mit zu geringer Spannung betreibst hast du am Ausgang die Eingangsspannung minus einem Drop. Wie groß der Drop ist, hängt von der Last ab.

MfG Hannes

[Holomino]

Wäre dann ja auch nix, wenn sich die Last ändert.
Begrenzt, aber nicht mehr geregelt klingt jetzt auch nicht nach ultimativer Lösung.

[shedepe]

Im RN Wissen gibt es auch einen Artikel dazu: https://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Schutzschaltungen

Wenn du nur wenig Bauteil verwenden willst, wäre meiner Ansicht nach die Kombination aus Multifuse (Rückstellende Sicherung) und TVS Diode am einfachsten -> Zu viel Spannung -> Diode bricht durch -> Sicherung löst aus

[Lichti01]

Danke für eure Antworten!

@shedepe: Deinen Vorschlag werde ich mir einmal genauer anschauen!

[shedepe]

Mit einer unidirektionalen TVS Diode kann ma ndann auch einen Verpolschutz realisieren

[White_Fox]

Wenn du nur wenig Bauteil verwenden willst, wäre meiner Ansicht nach die Kombination aus Multifuse (Rückstellende Sicherung) und TVS Diode am einfachsten -> Zu viel Spannung -> Diode bricht durch -> Sicherung löst aus

Damit wird in den allermeisten Fällen die Diode zerstört bevor die Sicherung auslösen kann. Die Diode nimmt weitaus mehr Leistung auf als die Sicherung, verträgt - zumindest in den meisten Fällen - allerdings deutlich weniger.

Schau dir mal das Schmelzintegral von einer Sicherung an, und welche Auslösezeiten daraus resultieren. Danach nimmst du den gleichen Strom, berechnest die Leistung die in der TVS-Diode dabei entsteht und überlegst, in welcher Zeit die Diode die Energie geschluckt hat, die sie maximal aufnehmen kann.

Und wie (bzw.: wie lange) soll der Verpolschutz aus einer TVS-Diode funktionieren? Ich halte das jedenfalls für keine gute Idee.

[shedepe]

1. Habe ich sowas schon mehrfach erfolgreich verwendet. (Bei 24V). Man kann die Sicherung entsprechend klein / schnell Dimensionieren und die Diode entsprechend Leistungsstark -> Man schafft es sogar eher dass sich die Diode auslötet anstatt, dass die Diode hops geht. Wenn man jetzt natürlich eine langsame und überdimensionierte Sicherung verwendet dann geht das halt nicht, dann lötet sich die Diode aus und geht kaputt anstatt dass die Sicherung auslöst.

2. Es gibt unidirektionale und bidirektionale TVS Dioden. Eine unidirektionale ist im Prinzip nichts anderes als eine Z Diode mit optimierter (=schnellerer) Schaltcharakteristik und einem höheren maximalen Strom.
Das Prinzip ist dann genau das gleiche wie bei dem Überspannungsschutz. Es kann durch die Diode ein hoher Strom fließen -> Sicherung schaltet ab

Dein Vorschlag die Leitung abzuschalten (egal wie man die Überspannung erkannt hat) ist natürlich schöner, aber natürlich auch aufwendiger Aufzubauen.

[ARetobor]

Das steht alles hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzdiode

Zu Überspannungs-Schutzschaltungen mit Thyristoren siehe Klemmschaltung

[White_Fox]

@shedepe:
Bei einer TVS-Diode liegt während des Kurzschlusses die Durchbruchspannung an. Also wenn du eine 24V-Anwendung hast, so etwa 26-27V oder mehr, je nachdem welche Diode man gewählt hat. Über einer Sicherung ist da weitaus weniger Spannung.
Der Strom geht aber durch beide Elemente -> die Diode hat die weitaus größere Leistung wegzustecken.

Wie gesagt-es gibt Fälle, da geht das halbwegs. Ich weiß auch daß es auch durchaus öfter praktiziert wird, aber trotzdem halte ich davon nichts.

Schau mal hier ins Datenblatt so einer TVS-Diode:
https://www.mouser.de/datasheet/2/427/p6ke-240325.pdf

Da stehen zwar erstmal beeindruckend hohe Ströme und Absorptionsleistungen von mehreren kW, aber auch einige häßlich kurze Zeiten daneben. Und wenn du dir gleich das erste Diagramm unter Ratings and Characteristic Curves ansiehst, kannst du die Absorptionsenergie eigentlich direkt ablesen: nämlich 2J (0,2kW für 10ms).

Bei einer Spannung von 24V und einem "Kurzschlußstrom" von nur 1A hat die Diode nach 83ms ihr Soll erfüllt.

Hier ist ein Schmelzintegral angegeben:
https://www.mouser.de/datasheet/2/358/typ_FSF_5x20-793250.pdf

Mit einer 125mA-Sicherung geht das schon nicht mehr, bzw. ist es Zufall ob die Diode stirbt oder die Sicherung vorher für klare Verhältnisse sorgt. Der Tod der Diode liegt irgendwo unter der oberen Kurve.

Je höher die Spannung, desto schlechter wird es übrigens für die Diode. Umgekehrt gilt das natürlich auch, d.h. je niedriger die Spannung, desto eher klappt das noch. Aber wie gesagt: Ich weiß daß nicht wenige Leute das so machen, dennoch würde ich das nicht so bauen und auch eher davon abraten.