Hallo liebe Leute, anbei mal eine Schaltung für einen RS485 Transceiver mit dem LT1791A. Der IC an sich ist ja schon bis 60V gegen Überspannung sowie hervorragend gegen ESD geschützt. Mir geht es nunmehr darum, einen Schutz gegen Überspannungsereignisse mit größerer Spitzenspannung und Leitungskurzschluss hinzuzufügen. Eigentlich wollte ich Gasableiter + Bourns TBU + TVS-Array einbauen. Aber leider steht mir dafür nicht genügend PCB-Fläche zur Verfügung. In einer App-Note von Bourns habe ich als mögliche Alternative die Kombination aus TVS-Array und PTC-Fuses entdeckt. Nur habe ich hier die Befürchtung, dass im Falle einer Überspannung die TVS Dioden schon lange hinüber sind, bevor das PTC-Element überhaupt ausgelöst hat. Über Meinungen dazu würde ich mich sehr freuen. Beste Grüße Chris
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Chris schrieb: > Mir geht es nunmehr darum, einen > Schutz gegen Überspannungsereignisse mit größerer Spitzenspannung und > Leitungskurzschluss hinzuzufügen. gegen was willst Du genau schützen? Verbindung zu 230V-Netz? Gegen Kurzschluss zwischen A und B sollte der Transceiver selber eigentlich schon geschützt sein, zumindest steht das so im Datenblatt. Die typischen ESD-Ereignisse haben übrigens schon ne recht hohe Spitzenspannung, wenn Du vor noch höherer Spitzenspannung absichern willst ist das eher ne Spezialanwendung. Ich glaube daher eher, daß Du höhere Energie meinst. > Nur habe ich hier die Befürchtung, dass im Falle einer > Überspannung die TVS Dioden schon lange hinüber sind, bevor das > PTC-Element überhaupt ausgelöst hat. Das ist sehr realistisch. Vor allem für den Fall, daß Du es mit einer Stromquelle zu tun hast, die etwas weniger Strom als den Trip-Strom der PTC-Fuse liefert, aber dennoch eine höhere Spannung als die Breakdown-Voltage der TVS-Diode ausgibt. Dann geht die gesamte Leistung in die TVS-Diode. Mit Widerständen kannst Du die Leistung an der TVS reduzieren. Ab ner gewissen Größe bringt das aber die Impedanz an der Leitung durcheinander so daß Du nur noch langsame Übertragungsraten erreichen kannst.
Hallo Gerd, ja, ich ging jetzt vom schlechtestmöglichen (und sehr unwahrscheinlichen) Fall aus, dass die Klemmen, die zum Transceiver gehen, Netzspannung sehen. Für die im Datenblatt angegebene Schutzschaltung habe ich aber leider wirklich keinen Platz :/ Sind die TBU-Devices von Bourns vielleicht eine brauchbare 1-Komponenten-Alternative? Beste Grüße Chris
Chris schrieb: > ja, ich ging jetzt vom schlechtestmöglichen (und sehr > unwahrscheinlichen) Fall aus, dass die Klemmen, die zum Transceiver > gehen, Netzspannung sehen. Dann vergiss die PTCs ganz schnell: die haben ein Limit bei der Sperrspannung von 60V. > Sind die TBU-Devices von Bourns vielleicht eine brauchbare > 1-Komponenten-Alternative? Alleine helfen die auch nix: die TBUs brauchen einen Stromfluss um abzuschalten. Der Transceiver alleine lässt diesen Strom erst fließen wenn er durchgebrannt ist. Daher müsstest Du die TBUs mit TVS-Dioden kombinieren, die TVS-Dioden sorgen für den Stromfluss, die TBUs trennen dann.
Oh weja, die 60V Maximalspannung der PTCs habe ich glatt außen vor gelassen... Letztendlich lande ich dann beinahe doch wieder bei meiner ursprünglichen Lösung: TSV + TBU + Gasableiter. Mist... :) A propos Stromfluss durch die TVS-Dioden. Angenommen, ich habe 230V an einer Datenleitung anliegen. Die TVS Diode begrenzt auf sagen wir mal 50V. Wie lässt sich der Stromfluss durch die Diode berechnen? Danke & Gruß Chris
Chris schrieb: > Letztendlich lande ich dann beinahe doch wieder bei meiner > ursprünglichen Lösung: TSV + TBU + Gasableiter. Mist... :) Du könntest den Gasableiter weglassen, das spart viel Platz. TVS und TBU müssten das eigentlich auch so abkönnen. > A propos Stromfluss durch die TVS-Dioden. Angenommen, ich habe 230V an > einer Datenleitung anliegen. Die TVS Diode begrenzt auf sagen wir mal > 50V. Wie lässt sich der Stromfluss durch die Diode berechnen? Auf längere Sicht raus wird der Strom nur durch die Sicherung in dem Unterverteiler von Deinem Netz begrenzt. Kurzfristig spielt die Induktivität der Zuleitung ne Rolle. Die TBUs machen aber sehr schnell dicht so daß die TVS-Dioden das überleben sollten.
Im worst case fließen also schlimmstenfalls 16A wenn ich mal eine Schukoleitung als "Störquelle" annehme. Wenn dieser Fehler auf irgendeinem Grund längere Zeit anliegt, wäre da eine zusätzliche Single-Blow Sicherung evtl. ratsam? Wenn ich den Gasableiter weglasse, würde dann der TBU im Falle eines ESD-Ereignisses nicht sterben? Beste Grüße Chris
Oh, ich sehe gerade, bis 2 kV sind die TBUs immerhin ESD-geschützt...
Chris schrieb: > Im worst case fließen also schlimmstenfalls 16A wenn ich mal eine > Schukoleitung als "Störquelle" annehme. Theoretisch ja. Aber welches Bauteil sollte denn auf 16A limitieren? Die TVS-Diode macht Kurzschluss, die will deutlich mehr als 16A ziehen. Die Sicherung schaltet dadurch nach ein paar Millisekunden ab. Bis dahin hat sich die TVS aber schon in Rauch aufgelöst, die Leiterbahnen auf dem Board vermutlich auch gleich mit. Die TBUs sind da deutlich fixer als die mechanische Sicherung und haben vorher schon lang zugemacht. > Wenn dieser Fehler auf > irgendeinem Grund längere Zeit anliegt, wäre da eine zusätzliche > Single-Blow Sicherung evtl. ratsam? Wenn die TBUs zugemacht haben löst die Sicherung nicht mehr aus. Wenn die TBUs kaputt sind könnte ne zusätzliche Sicherung helfen nen Brand zu verhindern. Die Bauteile sind dann aber schon hinüber. > Wenn ich den Gasableiter weglasse, würde dann der TBU im Falle eines > ESD-Ereignisses nicht sterben? Gasableiter sind gegen ESD das falsche Bauteil, zu langsam. "Normale" ESD-Impulse sollten die TBUs so abkönnen, im Datenblatt stehen 2KV HBM. Die Gasableiter sind eher gegen Ereignisse vorgesehen, die die Sperrspannung der TBUs länger überschreiten, z.B. Blitzschlag in der Umgebung oder ähnliches.
>Im worst case fließen also schlimmstenfalls 16A wenn ich mal eine
Schukoleitung als "Störquelle" annehme.
Was? .... Wegen der 16A Sicherung ? Dann vergiss das Ganze schnell
wieder. Eine 16A Sicherung ueberlebt 16A dauernd. die bringt kurzzeitig
aber auch 100A. Ein normaler Anlaufstrom eines Motors eben. Schau mal
unter Sicherungen nach. I^2t-kenninie.
Hallo, ich habe mich jetzt für folgende Lösung entschieden (siehe Schaltplan): - größere TVS Dioden, die erst ab +/- 54 V eingreifen und den bis +/- 60 V spezifizierten LT1791 schützen - die TBUs bleiben, um gegen AC Power Cross Situationen zu schützen - zusätzliche habe ich Varistoren ergänzt, die die TBUs - sofern sie ausgelöst haben sollten - gegen ESD schützen sollen, im Normalfall jedoch nicht aktiv werden Diese Lösung ist an eine Bourns App-Note angelehnt. Über Meinungen würde ich mich sehr freuen. Eins ist mir jedoch noch unklar: der LT1791 ist Bestandteil einer Mikrocontrollerbaugruppe, die über einen isolierten DC/DC Wandler versorgt wird (galvanische Trennung). Das isolierte GND dieser Baugruppe ist über R||C (1 MOhm || 220 pF) mit dem eigentlichen GND verbunden. Müssten meine Varistoren und TVS-Dioden nicht auch an dieses GND und nicht an das isolierte GND angechlossen werden? Besten Dank & Grüße Chris
Chris schrieb: > ich habe mich jetzt für folgende Lösung entschieden (siehe Schaltplan): welcher Schaltplan? > - zusätzliche habe ich Varistoren ergänzt, die die TBUs - sofern sie > ausgelöst haben sollten - gegen ESD schützen sollen, im Normalfall > jedoch nicht aktiv werden Hmm, Varistoren halte ich jetzt gegen ESD für nicht so geeignet: reagieren zu langsam, meist zu groß -> zu hohe Induktivität und haben beim Auslösen normal noch nen recht hohen Restwiderstand. Damit geht vermutlich der größte Teil des ESD-Puls am Varistor vorbei. Varistoren sind eher gegen größere, aber langsamere Energien gedacht. Die TBUs sind doch schon etwas gegen ESD geschützt, das willst Du nur verbessern. Wie wäre es da mit 2 kleinen (Bauform, wg. Induktivität, also z.B. 0603) Kondensatoren gegen Erde, von jeder Datenleitung einen? Rechne mal durch ob Dein RS485 z.B. noch 1nF an jedem Node verträgt, sonst halt entsprechend verkleinern, z.B. die 220pF die Du an dem DC/DC hast. Setz die Kondensatoren so nah wie möglich an die Eingangsbuchse, nicht an die TBUs wenn da noch Platz zwischen sein sollte. > Eins ist mir jedoch noch unklar: der LT1791 ist Bestandteil einer > Mikrocontrollerbaugruppe, die über einen isolierten DC/DC Wandler > versorgt wird (galvanische Trennung). Das isolierte GND dieser Baugruppe > ist über R||C (1 MOhm || 220 pF) mit dem eigentlichen GND verbunden. > > Müssten meine Varistoren und TVS-Dioden nicht auch an dieses GND und > nicht an das isolierte GND angechlossen werden? Die TVS-Dioden verbraten die Energie, die müssen die nicht irgendwohin ableiten. Außerdem ist der Bezugspunkt für kritische Spannungen am RS485-Transceiver die isolierte Masse. Anders sieht es bei ESD aus - der muss abgeleitet werden. Da sind Cs direkt gegen Erde am wirkungsvollsten.
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Hoppala, da habe ich den Anhang vergessen, den ich hiermit nachreichen möchte. Man sieht da einerseits die IOs des RS485 Treibers und andererseits den DC/DC Wandler. Das ist ein Traco TDR2-2411WISM. Die Signale durch den RS485 Triber sind seeeeehr langsam. Weitere Kapazitäten wären da nicht schlimm. > Die TVS-Dioden verbraten die Energie, die müssen die nicht irgendwohin >ableiten. Außerdem ist der Bezugspunkt für kritische Spannungen am >RS485-Transceiver die isolierte Masse. > >Anders sieht es bei ESD aus - der muss abgeleitet werden. Da sind Cs >direkt gegen Erde am wirkungsvollsten. Hm, ich verstehe nicht, was du damit meinst. Bislang war ich der Ansicht, dass die TVS gerade gegen ESD wirksam wären?
> Anders sieht es bei ESD aus - der muss abgeleitet werden. Da sind Cs > direkt gegen Erde am wirkungsvollsten. Darf ich an dieser Stelle noch einmal nachhaken? Geeignete Kondensatoren für die Ableitung von ESD-Impulsen. Ok, verstanden! Diese sollen gegen Erde geschaltet sein. Ich habe in meiner Schaltung zunächst 2x GND. 1x für den Mikrocontrollerteil (GND1), 1x für den galvanisch isolierten RS485 Bereich (GND2), jeweils mit entsprechend isoierten DC/DCs. Versorgt wird das Ganze über ein 24V-Netzteil. Zwar kann das Metallgehäuse der Schaltung mit PE verbunden werden, eine Verbindung mit GND1 oder GND2 besteht jedoch nicht. Ich nehme aber an, dass die Kondensatoren genau gegen PE und damit gegen Erde ableiten sollen? Oder gegen GND1 meiner Schaltung? Beste Grüße Chris
Hi, wenn bei ESD die Entladung auf Dein Metallgehäuse stattfindet dann hat der Funktionserder in der Regel eine zu hohe Impedanz, Ableitung über Kapazität der Oberfläche zur Erde, Gehäuse auf hohes Potential aufgeladen, Risiko eines zweiten Überschlages auf Deine Schaltung wenn eine Deiner Leitungen nach draussen eine niedrigere Impedanz hat und die Abstände das zulassen. Sind Deine Leitungen alle mit ca. 1nF "impedanzarm" an der Gehäusedurchführung auf Gehäuse verbunden so geht Deine ganze Schaltung mit hoch auf das Potential des Gehäuses -> keine Spannungsdifferenz -> kein Überschlag. Gruß, Holger
Hm, wäre denn eine Anbindung des Gehäuses an PE überhaupt nötig?
Ein Metallgehaeuse muss, falls mit Netz gespiesen immer geerdet werden.
Das ist klar. Die Speisung erfolgt über ein 24 V Netzteil, wie oben zu lesen ist.
Ein externes 24V Schaltnetzteil. Und die Ueberspannung donnert dann in dieses hinein ? Zb ein Puls von 230V, oder 600V gegen Erde ? Oder die Signalleitung wirkt als Antenne.
Nein, deswegen sind ja gerade alle IO's mit galvanischer Trennung versehen und mit TVS-Dioden geschützt.
Eine galvanische Trennung bedeutet nicht zwingend einen AC Trennung, und diese TSV Dioden helfen, resp greifen nur bei Spannung zwischen den Pins, dh als Differentialspannung, nicht als Gleichtaktspannung, dh beide Pins gegen Erde. Erst sollte man eine Idee vom Fehlerfall haben. Gegen was soll geschuetzt werden? Spannung, Frequenz. Die Signalleitung hat eigentlich 3 Pins, GND, D+ & D-. Wo soll was anliegen koennen?
Soweit ich das überblicke kann ich mir folgende Fehler einfangen: 1.) AC Power Cross (230 V): dagegen sind alle elektrischen Verbindungen, die in die Schaltung hineingehen, mittlerweile geschützt 2.) ESD-Ereignisse an den RJ-45 Buchsenleisten (diese Kontakte sind ja offen für die Außenwelt) > Ein externes 24V Schaltnetzteil. Und die Ueberspannung donnert dann in > dieses hinein ? Zb ein Puls von 230V, oder 600V gegen Erde ? Wo sollen ESD-Impulse denn sonst hin, wenn es ein Schaltnetzteil ist, das auf der Kleinspannungsseite keinen Erdungsanschluss hat?
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