Überspannungsschutz für ADC-Eingänge, die Gleichstrom von Batterien messen und die Stromversorgung schalten?

Ich arbeite an einer Schaltung, die das Vorhandensein von Wechselstrom erkennt und den Gleichstromausgang von einem Schaltnetzteil und einer Batterie misst. Sie bleiben in einem geerdeten Metallgehäuse, aber draußen im Feld, sodass das Wechselstromnetz bereits durch einen Varistor geschützt ist und der Wechselstrom-Präsenzsensor optoisoliert ist, also denke ich, dass das für den Wechselstromerkennungsteil ausreicht. Für die DC-Messungen verwende ich bei meinem Prototyp jedoch nur einen resistiven Spannungsteiler, um die Batterie- und Versorgungspegel auf den ADC-Bereich herunterzuskalieren, aber ich frage mich, ob auch ein Schutz empfohlen würde. Die Messungen werden an den Schaltversorgungs- und Batterieladeausgängen vorgenommen, sind also bereits irgendwie vom Wechselstromeingang isoliert. Abgesehen vom Wechselstromnetz kommen keine Kabel oder Sensoreingänge von außerhalb des Metallgehäuses.

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Die typische Art, ADC-Eingänge (und viele andere hochohmige Eingänge) zu schützen, besteht darin, einen Strombegrenzungswiderstand und Klemmdioden am Pin zu haben. Viele Chips haben bereits Klemmdioden im Inneren des Chips, aber es ist oft nützlich, auch einige außerhalb zu haben (insbesondere wenn die integrierten Klemmdioden keine ordnungsgemäße Dokumentation zu ihren Spezifikationen haben, was meistens der Fall ist).

Ihr Widerstandsteiler fungiert bereits als Strombegrenzungswiderstand. In der Regel sollten Ihre Widerstandswerte so hoch wie möglich sein – wobei etwas in der Nähe von 10 K bis 500 K angemessen ist.

Wenn die Widerstände höher werden, treten seltsame Effekte durch die parasitäre Kapazität (senkt Ihren Frequenzgang) und den Leckstrom des ADC und der Dioden (verfälscht Ihre Genauigkeit) auf. Wenn Sie sich bei diesen Dingen nicht sicher sind, wählen Sie etwas auf der niedrigen Seite von 10.000 bis 500.000. Wenn Sie die Mathematik bereits herausgefunden haben oder bereit sind, es einfach auszuprobieren und zu sehen, ob es funktioniert, dann wählen Sie etwas Höheres.

Es würde eine Diode zwischen GND und dem Eingang geben. Und eine weitere Diode zwischen Eingang und VCC. Wenn Sie ein Signal haben, das + und - geht, verbinden Sie eine Diode mit der V+-Schiene und die andere mit der V-Schiene. Richten Sie die Dioden so aus, dass es funktioniert (drehen Sie die Dioden um und nichts wird funktionieren). Setzen Sie die Dioden zwischen Ihren ADC und den Widerstandsteiler.

Es funktioniert so ... Wenn eine Spannungsspitze eingeht, leiten die Dioden sie auf eine Stromschiene und nicht direkt in den Chip um. Der Strombegrenzungswiderstand begrenzt den Strom auf etwas Vernünftiges. Sie möchten, dass der Strom aus mehreren Gründen begrenzt wird: 1. Sie möchten nicht so viel Strom, dass die Dioden explodieren. 2. Sie möchten nicht, dass so viel Strom in die Stromschienen fließt, dass dies die Spannungsregelung dieser Schiene beeinflusst.

Bei diesem Aufbau ist die maximale Spannung am Eingangspin VCC + der Durchlassspannungsabfall der Diode. Und die Mindestspannung am Eingang ist GND - der Durchlassspannungsabfall.

Dafür gibt es hunderte oder tausende geeigneter Dioden. Der BAV99 ist nur einer von vielen, aber es ist ein guter Anfang, ihn sich anzusehen.

Eine gute allgemeine Regel ist, dass Sie Ihre Hardware entwerfen sollten, es sei denn, der ADC verfügt intern über Schutzdioden, die ausdrücklich für den Einsatz unter normalen Bedingungen beschrieben sind , oder Sie haben mit einem Ingenieur des ADC-Herstellers gesprochen und speziell nach der Verwendung der integrierten Klemmdioden gefragt als wären sie gar nicht da. Sie können keine Annahmen über die Haltbarkeit oder Zuverlässigkeit der integrierten Schutzdioden treffen, es sei denn, Sie haben ausdrücklich mit dem Hersteller darüber gesprochen oder das Datenblatt gibt explizit Auskunft über ihre Eigenschaften.
Danke David. Da die ADCs langsam variierende Gleichspannungen messen, muss ich mich nicht um den Frequenzgang kümmern, sodass die verwendeten Widerstände den Strom sehr gut begrenzen (sie nehmen bis zu 48 V auf und skalieren ihn auf 1,1 V herunter). Ich denke, die empfohlenen Dioden werden dann ausreichen. Ich habe mich nur gefragt, ob es neben dem intrinsischen Faraday-Käfig, der durch die geerdete Metallbox bereitgestellt wird, andere EMI-Schutzmaßnahmen geben sollte, da die Box in einem offenen Feld stehen wird. hehe.
@Claudio EMI-Schutz ist immer ein Thema, und es gibt keinen perfekten Faraday-Käfig für irgendein NÜTZLICHES elektronisches Gerät. Es gibt immer Löcher und/oder Kabel, die in ein Gerät ein- oder ausgehen, was jeden Faraday-Käfig-Effekt, den Sie haben, durcheinander bringt. Eine gute Abschirmung ist niemals ein Ersatz für ordnungsgemäßes PCB-Routing, Signalabschluss, Schutz und Filterung.

1) Spark Gaps begrenzen die statische Elektrizität mit der höchsten Spannung, aber sie ist immer noch nicht niedrig genug, aber sie sind immer noch KOSTENLOS. http://www.carousel-design.com/SparkGap.html

2) Der NEUE analoge ADG5462F könnte in manchen Situationen nützlich sein. http://www.analog.com/en/products/switches-multiplexers/fault-protected-switches-multiplexers/adg5462f.html