Pin zur ID Konfiguration schützen

[Peter (Gast)]

Hallo Forum,

ich möchte an einem AVR mehrere Pins zur Konfiguration einer ID 
benutzen.
Vcc des Controllers sind 5 V, Vin des Boards sind 24 V (max. 36 V).

Die internen Pullups der Eingänge sollen aktiviert werden und extern 
können die Eingänge dann auf GND gezogen werden.
Die Eingänge sollen gegen ein versehentliches Anlegen von max. 36 V 
geschützt werden.

Sind meine Überlegungen richtig?
Der Eingangsstrom soll begrenzt werden und der Serienwiderstand dafür 
darf nicht überlastet werden. Außerdem muss der Serienwiderstand 
deutlich kleiner als der interne Pullup sein, damit ein externer GND den 
Eingang auf low ziehen kann.

Rechenbeispiel mit z.B. 15k Serienwiderstand:
U/R = I -> 36V/15k = 2,4mA (ist OK für den Eingang)
P= I*I*R = 86,4 mW ( OK, da kleiner 125 mW eines 0805)

Oder reicht das als Schutz nicht aus?

Gruß
Peter

[Peter (Gast)]

Ich bin mir unsicher, weil ich dann ja 36 V am Eingangspin anliegen habe 
und das mag er vermutlich nicht...

[Peter (Gast)]

Aber dann habe ich ja 36 V am Eingangspin anliegen und das mag er 
vermutlich nicht...

[chris (Gast)]

Hi,

deine Berechnungen sollten soweit passen.

Peter schrieb:
> Außerdem muss der Serienwiderstand
> deutlich kleiner als der interne Pullup sein, damit ein externer GND den
> Eingang auf low ziehen kann.

Aber hier sehe ich ein Problem. Beim Atmega48/88/168/328 haben die 
internen Pullups Werte von 20-50 kOhm.
D.h. du kommst mit 15 kOhm Serienwiderstand im worst case nur auf 0,43 * 
Vcc. Das ist nicht wirklich sicher auf low.

Die Frage ist halt, ob die Pins wirklich mit so hohen Spannungen in 
Berühung kommen können.

Wenn du den Schutz wirklich brauchst, könntest du eine zusätzliche Diode 
am IO-Pin nach Vcc schalten, die mehr Strom aushält als die AVR-interne. 
Dann könntest du den Serienwiderstand verringern (ggf. 2 parallel wegen 
der Verlustleistung im Widerstand).

lg
Chris

[chris (Gast)]

Ah, deine Berechnung stimmt doch nicht ganz.
Du hast 36V vor dem Widerstand anliegen. Die Diode nach Vcc im AVR 
begrenzt die Spannung direkt am Pin auf ca. Vcc + 0,5V.
--> Am Widerstand muss der Rest der Spannung abfallen: 36V - 5,5V = 
30,5V

Peter schrieb:
> Aber dann habe ich ja 36 V am Eingangspin anliegen und das mag er
> vermutlich nicht...

Am Pin liegen eben nur Vcc + 0,5V an, du musst nur den Strom begrenzen 
der durch die Diode fließt, 2mA sollten passen.
Ansonsten eben eine externe Diode hinbasteln.

[Peter (Gast)]

Danke für die Antwort.
Ah stimmt, die Pullups sind gar nicht so groß.
Hatte irgendwie den Eingangswiderstand vom AIN im Kopf.

Es ist ein AT90CANxxx aber die Werte für die Pullups sind die gleichen 
20k ... 50k

Wieviel Strom verkraftet denn die Diode?
Ist das diese Angabe unter abs. max. ratings?
DC Current per I/O Pin ............................................... 
40.0 mA

Kann ich denn da wirklich mit 36V an den Pin gehen?
Voltage on any Pin except RESET
with respect to Ground ..............................– 0.5V to VCC+0.5V

Wenn es möglich ist, möchte ich gerne auf eine zusätzliche Diode 
verzichten.

Also mit 20k internem Pullup muss mein Serienwiderstand kleiner als 5k 
sein, damit noch sicher ein low Signal erkannt wird (0,2*Vcc).

Also mit 4k7 würde ich dann auf (36V-5V)/4k7 = 6,6 mA kommen.
Das mach 205 mW Verlustleistung am Widerstand. Da würde dann ein 1206 
gehen.

[Ulrich (Gast)]

Wieviel Strom die internen Dioden verkraften steht in den meisten AVR 
Datenblattern nicht drin. Irgendwo in einer Appl. Note zur 
Nulldurchgangserkennung hat Atmel mal 1 mA genannt. Beim Strom durch die 
Dioden muss man auch noch berücksichtigen, das bei einem kleinen Strom 
der µC zwar noch nicht zerstört wird, aber ggf. schon benachbarte Pins - 
besonders AD Eingänge - temporär gestört werden können.

Ein guter Schutz arbeitet in 2 Stufen: erst ein Widerstand mit einer 
Diode (ggf. Schottky) nach +5 V (VCC). Wenn die Schaltung auch bei 
Überspannung noch sicher funktionieren muss, dann gegen eine 
Hilfsspannung von etwa 3,5-4,5 V. Das reduziert auch gleich die Gefahr 
das VCC angehoben wird. Als 2. Stufe dann noch ein Widerstand (z.B. 1 K) 
zum µC.