LTC2400 Überspannungsschutz

Themen rund um die Hardware und Abgleich des Digitalvoltmeters DIV gehören hier rein.
Andi
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LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von Andi » 29.11.2015, 18:00

Hallo liebes Forum! In meinem ersten Beitrag hätte ich gleich eine Frage. Mir ist die Überspannungsschutzschaltung nicht ganz klar. Angenommen es liegt eine hohe Spannung von z.B.: 200V an dem ausgeschaltenen DIV an. Der Default-Messbereich ist laut (http://www.heise.de/ct/artikel/Messwerkeln-291398.html) 2,5V. In diesem Fall ist HV1 nicht aktiv und die 200V würden direkt am U6 anliegen. Dass dieser nicht zerzört wird verhindern die beiden NPN Transistoren Q1 und Q2. Die Ausgangsspannung von U6 würde jedoch die maximale positive Aussteuerung des U6 (+/-15VDC) sein. Somit würde eine Spannung von (15VDC+2,5VDC)/2=8,75VDC am Vin Pin des LTC2400 anliegen. Diese Spannug würde jedoch den LTC2400 zerstören.

Habe ich einen Denkfehler oder ist das wirklich so?

Link zum Schaltplan: http://www.thoralt.de/wiki/images/a/a7/Schem_DIV3.png

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von lab-freund » 30.11.2015, 00:59

Hallo Andi,

bei ausgeschaltetem DIV liegt keine Betriebsspannung (V++, V--) an U6 an.

Selber verstehe ich allerdings nicht, wie z.B. +200V über Q1 und Q2 abgeleitet werden.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von ompf » 30.11.2015, 10:00

Vielleicht wäre es besser gewesen, die Relaiskontakte so zu beschalten, dass im nicht bestromten Zustand oder bei hängendem Controller der größte Bereich aktiv ist.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von Andi » 30.11.2015, 11:06

Du hast natürlich recht wegen der Betriebsspannung ;) Ich bin aber davon ausgegangen, dass das DIV bei anliegenden 200V eingeschalten wird. Und ompf das ist eine sehr gute Idee die ich bei meinem Design übernehmen werde.

Könnte mir noch jemand die Funktion von R5 und R6 erklären? Beide sind in den Zuleitungen von V++ und V--.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von psclab38 » 30.11.2015, 14:38

Bei Überspannung am Eingang liegen die 200V an R29 und R26 mit je 22k und nicht direkt am U6. Die Widerstände begrenzen den Strom, hier auf knapp 5mA und Q1 und Q2 begrenzen die Spannung an U6 auf die anliegende Betriebsspannung. Wenn dabei etwas zu warm wird, geht es kaputt.

Zwischen U6 und dem 2400 sind noch ein paar Widerstände, die auch hier das Schlimmste verhindern. Auch der 2400 hat ein paar Schutzdioden eingebaut. Einfach mal das Widerstandsnetzwerk richtig durchrechnen und nicht alle Widerstände einfach mit Null annehmen.

R5 und R6 bilden mit den nachfolgenden CS und Elkos ein kleines Siebglied.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von Andi » 30.11.2015, 15:08

Hey psclab38 vielen Dank für deinen Beitrag. Den Spannungsteiler (R28 und R27) am Eingang des LTC2400 habe ich in meiner Rechnung natürlich berücksichtigt und nicht als null angenommen ;) Aber der Hinweis mit den Schutzdioden im LTC2400 intern war das fehlende Glied bei meinem Denkansatz. Ich habe mir das LTC2400 Datenblatt (http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/2400fa.pdf)nochmals genauer zu Gemüte und bin auf Seite 11 fündig geworden. Dort steht nämlich dass wenn die Spannungsgrenzen überschritten werden dass die ESD Schutzschaltung aktiv wird. Somit besteht keine Gefahr für den IC.

Das mit dem Siebglied is mir jetzt auch klar!! L1 sollte dann wahrscheinlich hochfrequente Störungen von der Versorgung des LTC2400 fernhalten?!

Vielen Dank, tolles Forum :D

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von lab-freund » 30.11.2015, 15:56

Haben R15, R31 und R32 nur irgendwelche Schutzzwecke?

ich überlege gerade, bei meinem zweiten DIV für R29 und R30 temperaturstabilere Widerstände zu verbauen und bin mir nicht sicher, ob ich dann auch die erstgenannten Widerstände anpassen muss.

Achtung: Der oben verlinkte Schaltplan entspricht nicht der letzten DIV-Version.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von psclab38 » 30.11.2015, 18:31

lab-freund hat geschrieben:Haben R15, R31 und R32 nur irgendwelche Schutzzwecke?
Nein. Das ist genauso ein Spannungsteiler wie für den LTC2400, nur mit Zeitkonstante durch den R15+C7. Wird für die Abfrage mit dem 10bit ADC des ATmega verwendet, Port A4.
lab-freund hat geschrieben:ich überlege gerade, bei meinem zweiten DIV für R29 und R30 temperaturstabilere Widerstände zu verbauen und bin mir nicht sicher, ob ich dann auch die erstgenannten Widerstände anpassen muss.
Ich denke nicht.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von Andi » 01.12.2015, 00:15

Vielen Dank für den Hinweis mit der neueren Version des Schaltplans.

Ist dies die aktuellste Version?: http://www.heise.de/ct/projekte/machmit ... format=raw

lg Andi

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von lab-freund » 01.12.2015, 10:10

Ja, das ist die aktuellste Version.

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Und wie ist es mit U6?

Beitrag von Neuling » 08.12.2015, 16:32

Ich sehe auch, dass der LTC2400 soweit geschützt ist, zumal er an der 5V-Versorgung hängt.

Aber der U6 ist meiner Meinung nach bei fehlender Versorgung in Gefahr: je nach Polarität leitet einer der als Diode geschalteten Transistoren Q1 bzw. Q2 und lädt die Kondensatoren C5 bzw.C6 und die Ausgangskondensatoren im +- 15V-Netzteil immer weiter bis auf 200V auf, wenn nicht vorher entweder der entsprechende Linearregler im Netzteil stirbt oder vorher U6. Um das zu vermeiden, müsste man die Spannung mit je eine 16V Z-Diode an der +-15V-Versorgung klemmen.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von psclab38 » 08.12.2015, 18:02

Bitte nochmal den ersten Absatz aus meiner ersten Antwort lesen und die Vorwiderstände in die Rechnung einbeziehen. +/-5mA wird die Schaltung hoffentlich abführen können.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von Neuling » 08.12.2015, 19:26

Du hast schon recht; aber man muss m. E. zwischen ein- und ausgeschalteter Versorgung unterscheiden.

Bei ausgeschalteter Versorgung ist erstmal kein Verbraucher da und einer der Kondensatoren lädt sich auf. Da ich kein Innenschaltbild des LF411 gefunden habe, kann ich mir auch nicht vorstellen, was dort passieren würde und ich weiß zuwenig über die Realisierung der Schaltung auf dem Silizium um zu verstehen, ob dann ein parasitäres Bauelement so schonend leitend wird, dass das Bauelement diese 5mA erträgt und einen weiteren Anstieg der Spannung begrenzt. Zumindest lt. Datenblatt verträgt der LF411 nur +- 18V an den Versorgungsanschlüssen.

Im übrigen: Ein Spannungsregler jedenfalls verträgt am Ausgang keine höhere Spannung als am Eingang, weshalb man in diesem Fall eine Schutzdiode vom Eingang zum Ausgang vorsieht. Aber ob dort eine Strombegrenzung auf 5mA das Ganze unschädlich sein ließe, weiß ich nicht.

Ich möchte es am DIV nicht extra ausprobieren, aber der Fall, dass an den Eingangsklemmen eines Voltmeters eine Spannung (auch eine hohe) anliegt, obwohl es noch nicht eingeschaltet ist, kam bei mir durchaus immer mal wieder vor. Insofern scheint mir die Klärung dieser Frage recht relevant.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von psclab38 » 08.12.2015, 21:33

Bei ausgeschalteter Versorgung ist erstmal kein Verbraucher da..
Wieso nicht, die Verbraucher sind doch immer da?!

Also hab ich das mal getestet: DIV mit TRMSC. Ausgeschaltet!

Am Eingang +250V: V(-): 0,72V, V(+): 2,38V
Am Eingang -250V: V(-): -2,10V, V(+): -0,58V

und dann nochmal DIV OHNE(!) TRMSC. Ausgeschaltet!

Am Eingang +250V: V(-): 0,66V, V(+): 3,67V
Am Eingang -250V: V(-): -3,63V, V(+): -0,54V

Bei den Spannungen geht sicher kein Spannungsregler kaputt.
Mein DIV geht noch, ohne Probleme.

V(+) ist die +15V-Schiene, V(-) entsprechend die -15V-Schiene.

Wenn man das DIV ohne TRMSC betreibt, kann man noch zusätzlich Widerstände zur Erhöhung der Grundlast an V(+) und V(-) klemmen.

Ob es eine "schöne" Lösung ist, die vermeintlich hochohmigen DC-Spannungsbereiche (2,5V und 250mV) per 44k gegen die Versorgungsschienen abzuleiten, mag jeder selbst beantworten. Wenn die Quelle die bis zu 5mA bei 250V liefern kann und dabei nicht kaputt geht, ist alles Ordnung. Das DIV sollte diesen Zustand jedenfalls überleben.

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Re: LTC2400 Überspannungsschutz

Beitrag von Neuling » 09.12.2015, 12:51

Danke für den "heroischen" Test.

Es ist wieder einmal der Sieg der Praxis über theoretische Überlegungen und es ist sicher auch für die Mitleser hier im Forum beruhigend, dass das DIV auch gewisse Dummheiten überlebt. Da der Eingangswiderstand nur im Fehlerfall auf 44k absinkt, dürfte das bedeutungslos sein.

Danke nochmal.

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