Hallo Da mein nächstes Projekt eine ziemlich teure Digitalschaltung (ca. 200€) mit ARM9 Prozessor beeinhalten wird, war die Konstruktion einer "Crowbar" Schaltung unumgänglich. Vorallem wenn die Schaltung an einem Labornetzteil angeschlossen wird und man z.B. versehentlich an den Drehknöpfen anstößt und somit im schlechtesten Fall eine viel zu hohe Spannung einstellt, als der Schaltung lieb ist. :) Nach dem Ausprobieren der unterschiedlichsten Schaltungen von einfach bis kompliziert bin ich am Ende doch auf eine Thyristor- Crowbar Schaltung zurückgekommen. Meine Schaltung findet sich im Anhang. Ein Komparator mit einer Spannungsreferenz (TL431 = 2.5V) vergleicht die geteilte Eingangsspannung mit der Referenz. Mit dem Poti U_Limit lässt sich die Ansprechspannung einstellen. Ist die geteilte Eingangsspannnung kleiner als die Referenzspannung gibt der Opamp am Ausgang VCC-1.5V aus. Diese Spannung gelangt über den Basisvorwiderstand R2 auf den Transistor Q1, der daraufhin durchschaltet und die Stromquelle bestehtend aus IC1 (LM317) und R1 gegen Masse kurzschließt. Da ich die Schaltung für 3.5-30V ausgelegt habe (max. Ausgangsspannung von den meisten Labornetzteilen) kann ich den Thyristor nicht mit einem einfachen Gatevorwiderstand zünden. Denn damit der Thyristor seinen minimalen Zündstrom bei minimaler Betiebsspannung der Schaltung (3.5V) erhält, muss der Vorwiderstand so klein sein, dass bei der vollen Eingangsspannung (30V) der zulässige Gatestrom des Thyristors um ein Vielfaches überschritten wird. Daher habe ich mit dem LM317 und den 180Ohm Widerstand R1 eine Stromquelle mit einem Strom von ca. 7mA aufgebaut. Ist die Eingangsspannung im akzeptablen Bereich (Geteilte Eingangsspannung am Opamp ist kleiner als die Referenzspannung) ist T1 durchgeschaltet wodurch der Konstantstrom nach GND abgeleitet wird und der Thyristor somit abgeschaltet bleibt. Überschreitet die Spannung den eingestellten Wert wechselt der Ausgang des Komparators auf GND Potential wodurch T1 abgeschaltet wird und der Konstantstrom nun den Thyristor zünden kann, welcher dann die Versorgungsspannung kurzschließt. Dadurch erhitzt sich die Polyfuse, wird hochohmig und trennt den Stromkreis. Soweit die Schaltungsbeschreibung. Die Schaltung funktioniert am Steckbrett auch problemlos. Habe mich heute darangesetzt ein Platinenlayout zu erstellen. (Siehe Anhang). Hier habe ich die Masse in Signalmasse und Hochstrommasse getrennt. Ich hoffe das macht man so. Nun möchte ich eure Meinungen zu der Schaltung hören. Was könnte man besser machen wo sind noch potentielle Fehlerquellen. MfG Gregor
Ich find' sie viel zu aufwändig. Eine Crowbar sollte einfach sein, so einfach wie möglich, damit sie nicht viel hat, was selbst kaputt gehen kann. Thyristor, Schmelzsicherung (an den Polyfuses fällt recht viel Spannung ab im Betrieb), Z-Diode, Widerstand, fertig.
Rechne damit, daß bei Auslösung der Thyristor evtl. zu "flüssigem Silizium" wird bis eine Schmelzsicherung nach einer Sekunde den Stromkreis unterbricht. Daher sollte er wartungsfreundlich angeordnet werden!
@ oszi40 (Gast) >Rechne damit, daß bei Auslösung der Thyristor evtl. zu "flüssigem >Silizium" wird bis eine Schmelzsicherung nach einer Sekunde den >Stromkreis unterbricht. Dann ist es der falsche Typ! Aber selbst normale Thyristoren verkraften schon einiges an I^2t, so schnell schmilzt da nix. MfG Falk P S Woher kommt plötzlich die vermehrte Angst vor Überspannung aus Netzteilen? Einfach dort mal Qualität einkaufen, dann passt das auch.
Hallo wie schon gesagt viel zu aufwendig. Problem: Wenn der Thyristor zündet wird die Fuse hochohmig. Haltestrom wird unterschritten. Der Thyristor sperrt, die Fuse wird wieder niederohmig. Nimm eine Schmelzsicherung.
> daß bei Auslösung der Thyristor evtl. zu "flüssigem Silizium" wird
Der BT151 hat >120A Pulsstrom für 10ms. Ich weiss ja nicht, an welches
Monsterlabornetzteil Gregor sein kleines ÄRMchen anschliessen will, aber
wenn es wirklich soviel schafft, wird allein der Spannungsabfall an den
Platinenbahnen den Thyristor schützen...
Jörg Wunsch schrieb: > Schmelzsicherung (an den Polyfuses > fällt recht viel Spannung ab im Betrieb), Das ist ein Argument. Thomas R. schrieb: > ...und warum den TL431 nicht direkt zwischen Plus und dem Gate vom > Thyristor? > Das spart den OPV. Hab ich bevor ich die aktuelle Schaltung entwickelt hab schon probiert. Irgenwie hat der TL431 in dieser Konfiguration (wie im Datenblatt) zu schwingen angefangen. Ich bin aber nicht daraufgekommmen wieso. Hab mir auch die "Boundary Stability Conditions" im Datenblatt angeschaut. Jedoch treffen die nur zu wenn man eine Lastkapazität hat. Bei meinem ersten Schaltungsaufbau hab ich keinen Gatekondensator am Thyristor gehabt, und folglich auch keinen Lastkondensator für den TL431. Laut Datenblatt müsste ich da eigentlich dauernd im "nicht schwingungsfähigen Bereich" sein. Georg A. schrieb: > Der BT151 hat >120A Pulsstrom für 10ms. Ich weiss ja nicht, an welches > Monsterlabornetzteil Gregor sein kleines ÄRMchen anschliessen will, aber > wenn es wirklich soviel schafft, wird allein der Spannungsabfall an den > Platinenbahnen den Thyristor schützen... Je nach dem an welches Lab Netzteil: NT1: max. 2A; NT2 max. 10A; NT3 max. 25A. Tendiere aber eher zum Ersten :) karadur schrieb: > Problem: Wenn der Thyristor zündet wird die Fuse hochohmig. Haltestrom > wird unterschritten. Der Thyristor sperrt, die Fuse wird wieder > niederohmig. Das hab ich übersehen. Dann ist die Schmelzsicherung fix und die Polyfuse fliegt raus.
Falk Brunner schrieb: > http://axotron.se/index_en.php?page=26 Die Seite kannte ich noch gar nicht, sieht sehr interessant aus.
Ich werde die "Precision crowbar circuit" auf der axotron Seite einmal aufbauen. Wenn sie genauso gut funktioniert wie die Schaltung mit dem OPAMP werde ich wohl diese viel einfachere Schaltung verwenden. Die präzise Triggerung des Thyristors bei Überspannung ist wichtig da ich nur einen sehr schmalen Spannungsbereich von 3.3V-5V zur versorgung der ARM Module zur Verfügung habe. MfG Gregor
Gregor schrieb: > Die > präzise Triggerung des Thyristors bei Überspannung ist wichtig da ich > nur einen sehr schmalen Spannungsbereich von 3.3V-5V zur versorgung der > ARM Module zur Verfügung habe. Wieso? Was geht denn bei 5,1 V sofort kaputt? Zu Zeiten von TTL und Z80 hat man die Crowbar typischerweise so dimensioniert, dass sie bei 6,5 ... 7 V abschaltet.
Jörg Wunsch schrieb: > Wieso? Was geht denn bei 5,1 V sofort kaputt? > > Zu Zeiten von TTL und Z80 hat man die Crowbar typischerweise so > dimensioniert, dass sie bei 6,5 ... 7 V abschaltet. Naja bei 5.1V vermutlich noch nichts. Aber 6.5 ..7V sind eindeutig zuviel :) Soviel ich weis, ist bei empfindlichen µC bei 5.5V Schluss. Ich kann mich aber auch täuschen. Jedenfalls bis an die "Absolute Maximum Ratings" will ich mit der Spannung nicht gehen :) Es handelt sich um folgende Module: http://www.ic-board.de/data/datasheet/305000044B_ICnova%20SAM9G45%20SODIMM.pdf MfG Gregor
Also eine TVS oder Varistor(MOV) hinter einer Sicherung sollte es auch tun und ist nicht so rabiat! Zur Not kann man auch immer noch eine "Überspannungsabschaltung" Bauen oder ganz einfach einen Spannungsregler vorsehen, der einen etwas weiteren Eingangsbereich hat!
Gregor schrieb: > Jedenfalls bis an die "Absolute > Maximum Ratings" will ich mit der Spannung nicht gehen :) Genau dafür sind sie aber da: sie sind eine Garantie des Herstellers, dass bei dieser Spannung zwar keine Funktion mehr für das Bauteil gewährleistet wird, aber sichergestellt ist, dass es bei einem Betrieb unterhalb der maximum ratings nicht kaputt geht. Problem mit TVS ist, dass die Dinger ziemlich "weich" einsetzen und davor schon kräftig Strom ziehen. Falls das nicht stört, kann man sowas immer noch allemal parallel zum Crowbar installieren und dann hoffen, dass die einsetzende Strombegrenzung im Lab-Netzteil (oder die Rauchzeichen, die die TVS von sich gibt ;-) den Bediener wach werden lassen. ;-)
Jörg Wunsch schrieb: > Thyristor, Schmelzsicherung (an den Polyfuses > fällt recht viel Spannung ab im Betrieb), Z-Diode, Widerstand, fertig. So würde ich es auch machen, aber dennoch eine Polyfuse mit höherem Nennstrom nehmen. Eine permanente Spannungsüberwachung kann feststellen, ob der Thyristor gezündet hat und einen Schalter am Eingang abschalten (MOSFET). Um die Schaltung zu testen, entlade einen Kondensator (4700µF) über den Thyristor, der auf 12V aufgeladen ist, und überprüfe, dass im ns-Bereich keine Überspannung entsteht. Schnelligkeit der Schaltung ist wichtiger als Genauigkeit der Schaltschwelle.
> Da mein nächstes Projekt eine ziemlich teure Digitalschaltung (ca. 200€) > mit ARM9 Prozessor beeinhalten wird, war die Konstruktion einer > "Crowbar" Schaltung unumgänglich. Vorallem wenn die Schaltung an einem > Labornetzteil angeschlossen wird und man z.B. versehentlich an den > Drehknöpfen anstößt und somit im schlechtesten Fall eine viel zu hohe > Spannung einstellt, als der Schaltung lieb ist. :) Warum eigentlich? Ich vermute (?) Du wirst Dein Labornetzgeraet nicht auf 5V/3.3V justieren sondern Deiner Schaltung einen Spannungsregler spendieren..... dann kann man am Labbi schon mal ein paar Volt verstellen ohne, dass was verbrät Gruss Michael
Michael Roek schrieb: > Warum eigentlich? Ich vermute (?) Du wirst Dein Labornetzgeraet nicht > auf 5V/3.3V justieren sondern Deiner Schaltung einen Spannungsregler > spendieren..... dann kann man am Labbi schon mal ein paar Volt > verstellen ohne, dass was verbrät Ja könnte ich. Zum Testen hänge ich die meisten Schaltungen aber direkt an das Labornetzteil. Jedoch das ist nicht der einzige Grund für eine Crowbar. Wie gesagt im jetzigen Stadium möchte ich vorerst nur etwas mit den ARM Modulen herumexperimentieren da ich hier größtenteils Neuland betrete. Das Endprodukt, das aus dem Projekt hervorgehen sollte, ist dann ein kleiner "Mini PC" wenn ich ihn so nennen darf, auf dem dann Linux bzw. Android laufen sollte. Dieser "PC" wird dann mit 24V versorgt (da z.B. die Relais und auch manche LED Displayhintergrundbeleuchtungen solche Spannungen brauchen). Aus diesen 24V macht dann ein Schaltregler die Spannungsversorgung für die Digitalschaltungen. Da Schaltregler ja schon etwas komplexere Bauteile sind, die auch gern einmal kaputt gehen, ist hier eine Crowbar nicht verkehrt (Es kann ja der Schaltregler derart kaputt gehen, dass er die 24V direkt auf den Ausgang geben kann).
Hallo Ich hab mich schon längere Zeit nicht mehr zum Thema geäußert. Hier ein Update: Ich habe die Präzisions-Crowbar von der Seite http://axotron.se/index_en.php?page=26 am Steckbrett aufgebaut und getestet. Mit dem Ergebnis, dass sie meine Anforderungen an die Schaltung bei weitem erfüllt. Die Abschaltung erfolgt auf bis zu 100mV genau. Habe nach dem Steckbrettaufbau das Ganze auch in ein Platinendesign verwandelt (siehe Bilder und Eagle Dateien). Die Sicherung hab ich deswegen mit Kabeln angelötet, da ich keine passenden Sicherungshalter zur Verfügung gehabt hab, also nicht wundern :) Was mir jetzt noch zu sagen bleibt ist ein großes Dankeschön an alle Forumsmitglieder für ihre Beiträge zu dem Thema. MfG Gregor
@ Gregor (Gast) > * crowbar_simple.rar (622,5 KB, 4 Downloads) Wenn gleich es deutlich schlimmere Fehler gibt, bitte mal über Bildformate informieren. ZIP ist deutlich weiter verbreitet als RAR, und damit eher das Mittel der Wahl. >getestet. Mit dem Ergebnis, dass sie meine Anforderungen an die >Schaltung bei weitem erfüllt. Die Abschaltung erfolgt auf bis zu 100mV >genau. Schön zu hören. MFG Falk
Und jetzt wäre es mal schön zu messen, wie schnell das Ding reagiert. Also Spannungspuls raufgeben und mit dem Oszi messen. Ich tippe mal, dass C1 mit 100nF ein wenig arg groß ist. Ich schätze mal, die Schalting reagiert in ca. 50us. MFG Falk
Falk Brunner schrieb: > Ich schätze mal, die Schalting > reagiert in ca. 50us. Und der Prozessor mit <5ns ist damit der eindeutige Sieger. Einmalig :-)
Falk Brunner schrieb: > Wenn gleich es deutlich schlimmere Fehler gibt, bitte mal über > Bildformate informieren. ZIP ist deutlich weiter verbreitet als RAR, > und damit eher das Mittel der Wahl. Entschuldigung, daher im Anhang das Ganze als ZIP. Falk Brunner schrieb: > Und jetzt wäre es mal schön zu messen, wie schnell das Ding reagiert. > Also Spannungspuls raufgeben und mit dem Oszi messen. Ich tippe mal, > dass C1 mit 100nF ein wenig arg groß ist. Ich schätze mal, die Schalting > reagiert in ca. 50us. Ja könnte ich und werde ich vielleicht auch messen. Andererseits ist es meiner Meinung nach egal, ob die Ansprechzeit jetzt 50µs oder 5µs beträgt. Denn die Crowbar schützt ja eine Schaltung, die ansich auch wieder sehr viele 100nF Keramikkondensatoren zur Pufferung der Versorgungsspannung beeinhaltet, wodurch ein kurzer Spannungsimpuls eigentlich abgefangen werden sollte. Je nach Bedarf, kann man ja dann den Wert des Kondensators zwischen Emitter und Basis des PNP Transistors verringern, wenn eine schnellere Ansprechzeit gewünscht ist. Einen Kondensator wird man aber immer benötigen, da ansonsten auch Spannungsspitzen, seien sie auch noch so kurz, den Thyristor zünden würden. Willi schrieb: > Und der Prozessor mit <5ns ist damit der eindeutige Sieger. Einmalig :-) Ich wüsste nicht, was das mit der Reaktionszeit des Prozessors zu tun haben sollte :) MfG Gregor
An alle die die Schaltung nachbauen möchten: Habe noch etwas Wichtiges zur Einbaulage des PNP Transistors in meinem Layout vergessen: Der Transistor den ich im Layout verwendet habe ist der BC556 in der E-B-C Pinkonfiguration. Die ist anscheinend standard in Eagle, denn ich konnte keine andere Konfiguration finden. Der BC556 Transistor den ich letzendlich physikalisch auf der Platine eingebaut habe hat die Konfiguration C-B-E. Also genau umgekehrt. Das Problem lässt sich ganz einfach lösen, indem man den Transistor um 180° gedreht einbaut. MfG
Gregor schrieb: > Das Problem lässt sich ganz > einfach lösen, Das Problem, dass der Prozessor abraucht bevor die Schutzschaltung anspricht, wird damit aber nicht gelöst :-)
@Willi (Gast) >Das Problem, dass der Prozessor abraucht bevor die Schutzschaltung >anspricht, wird damit aber nicht gelöst :-) Die Frage ist schlicht, wie schnell kann im Fehlerfal die Spannung ansteigen und wie schnell wird dabei der IC gegrillt? Wenn der Schalttransistor im DC/DC Wandler "plötzlich" versagt, können die Ausgangskondensatoren noch ein paar µs Strom schlucken und somit die Anstiegsgeschwindigkeit begrenzen. Einen Überschlag von 230V oder Blitzschlag hält auch die beste Crowbar nicht auf. Dennoch mus sie schon eher fix sein, ich würde mal meinen unter 10µs, vielleicht sogar um die 1µs. Ich kann mich aber auch täuschen. Vielleicht sind die meisten Netzteilfehler mit steigender Ausgangsspannung eher langsam, weil der Transistor durch Überlast mehrere Millisekunden bis gar Sekunden braucht, um den Geist aufzugeben. Dann ist eine 50µs Crowbar immer noch rasend schnell. MFG Falk
Die einfache Schaltung mit ZD, R+C und Thyristor zeigt die schnellste Reaktion bei geringsten Kosten. Mit einem BT151 und einer ZD5V1 habe ich Abschaltzeiten von unter 1µs bei Vmax 6V in Erinnerung, wenn ein Elko mit 12V darüber entladen wird. Durch vorhandene Abblockkondensatoren und Zuleitungsinduktivitäten gibt es auch im ns-Bereich keine Überschwinger. Das ist für mich ein typischer Störfall, wenn z. B. Spannungen aus dem Leistungsteil (Elkos) auf die Vcc vom Prozessor gelangen können. Mehr Bauteile bringen nur mehr Fehlerquellen. Wenn es nur darum geht, eine eingangsseitige Überspannung abzufangen, würde auch ein vorgeschalteter LDO-Regler reichen.
Gregor schrieb: > An alle die die Schaltung nachbauen möchten: > > Habe noch etwas Wichtiges zur Einbaulage des PNP Transistors in meinem > Layout vergessen: > > Der Transistor den ich im Layout verwendet habe ist der BC556 in der > E-B-C Pinkonfiguration. Die ist anscheinend standard in Eagle, denn ich > konnte keine andere Konfiguration finden. Der BC556 Transistor den ich > letzendlich physikalisch auf der Platine eingebaut habe hat die > Konfiguration C-B-E. Also genau umgekehrt. Das Problem lässt sich ganz > einfach lösen, indem man den Transistor um 180° gedreht einbaut. > > MfG Ein bekanntes Problem. Wurde schon des öfteren hier im Forum genannt, das von diesem und anderen Transistoren beide Pin-Outs je nach Hersteller geliefert werden. Obacht also geboten.
@ Willi (Gast) >Die einfache Schaltung mit ZD, R+C und Thyristor zeigt die schnellste >Reaktion bei geringsten Kosten. Jaja, unser Willi mal wieder. Dass Z-Diode unterhalb von 6,8V eher schwammig sind hast du wohl nicht mitbekommen? "One drawback of this basic circuit is that the turn-on voltage cannot be precisely controlled. Zener diodes are only available in discrete voltages, they have a relatively large tolerance (2-5 %), they are temperature dependent and the voltage-current knee is not very sharp. In addition to this, the trigger voltage of the thyristor is also a very poorly controlled parameter that varies widely with temperature. In applications where a low nominal supply voltage shall be protected, the turn-on voltage of the crowbar circuit typically has to be more precisely controlled." > Mit einem BT151 und einer ZD5V1 habe ich >Abschaltzeiten von unter 1µs bei Vmax 6V in Erinnerung, wenn ein Elko >mit 12V darüber entladen wird. Das wäre spitze, aber die Frage bleibt, wie zuverlässig das in Stückzahlen und über Temperatur ist. Bei 5V mag das VIELLEICHT gerad noch so gehen, bei 3,3V eher nicht mehr. Miss es nach. MFG Falk
Falk Brunner schrieb: > bei 3,3V eher nicht mehr. Bei 3,3V schalte ich immer zwei ZD5V1 parallel. Das funktioniert einwandfrei. Habe gerade 1000 Stück nachgemessen.
@ Willi (Gast) >> bei 3,3V eher nicht mehr. >Bei 3,3V schalte ich immer zwei ZD5V1 parallel. Soso, damit halbiert sich die Z-Spannung. > Das funktioniert >einwandfrei. Habe gerade 1000 Stück nachgemessen. Ok, damit darfst du dich jetzt TROLLen. MFG Falk \|||/ (o o) ,~~~ooO~~(_)~~~~~~~~~, | Please | | don't feed the | | TROLL! | '~~~~~~~~~~~~~~ooO~~~' |__|__| || || ooO Ooo
Willi schrieb: > Bei 3,3V schalte ich immer zwei ZD5V1 parallel. Das funktioniert > einwandfrei. Häh ? Das sind Zenerdioden und keine Widerstände. Wie soll das gehen ? Eine 3,6 Volt Zener ist da richtig. oder noch besser - eine mit 2,7 Volt, da der Thyristor ja auch noch 'ne endliche Zündspannung hat.
Matthias Sch. schrieb: > Häh ? Das sind Zenerdioden und keine Widerstände. Wie soll das gehen ? Ganz einfach. Ich nehme immer ZD5V1pk. Diese Typen sind perkuliert und weisen damit einen deutlich geringeren Schwammfaktor von < 0,3Sf auf. Normale ZDs liegen ja bei > 7Sf und sind damit recht schammig, wie Falk oben völlig zutreffend geschrieben hat. PK-Typen kann man auch parallel schalten!
Reicht da nicht auch ein Transient Voltage Surpressor? Sowas wie p6k-irgendwas oder smb-irgendwas? Die sind ja im Prinzip nur sehr schnelle Z-Dioden, die ein paar Hundert Watt abkönnen ... Die sollten doch reichen, um die Sicherung auszulösen. z.B. : http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/156275/LITEON/SMB12.html Max. Forward Voltage: 3.5V Max. Forward Current: 100A Peak power dissipation at 25C: 600W IFSM: 100A Steady state power dissipation: 5.0W
@ Mampf F. (mampf)
>Reicht da nicht auch ein Transient Voltage Surpressor?
Nein, den die haben das gleiche Problem wie normale Z-Dioden, die
weiche, ungenaue Kennlinie bei kleinen Spannungen.
MfG
Falk
Falk Brunner schrieb: > Das wäre spitze, aber die Frage bleibt, wie zuverlässig das in > Stückzahlen und über Temperatur ist. Geplante Stückzahl ist ja aber wohl eher gleich 1, und Temperaturschwankungen spielen bei Labortischbedingungen selbst dann keine Rolle, wenn draußen gerade -15 °C sind. ;-) Auf 10 % genau muss keine Crowbar sein, denn ein IC brennt auch nicht auf 10 % Überspannung genau durch.
@Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite >Geplante Stückzahl ist ja aber wohl eher gleich 1, und >Temperaturschwankungen spielen bei Labortischbedingungen selbst >dann keine Rolle, wenn draußen gerade -15 °C sind. ;-) >Auf 10 % genau muss keine Crowbar sein, denn ein IC brennt auch nicht >auf 10 % Überspannung genau durch. OK, OK! Bleibt dennoch die Frage a) nach der aktuellen Geschwindigkeit der TL431 Lösung sowie Z-Diodenlösung und b) nach der Steilheit der Z-Diodenlösung, vor allem bei Z-Spannungen unter den bekannten 6,8V. MfG Falk
Markus Breitmann schrieb: > N bisschen viel elektronik um nichts... N bisschen viel Wortbeitrag mit nichts (an Inhalt).
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