Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Sicherer Spannungsteiler, wenn Masseverbindung verloren geht


von Sascha S. (bismosa)


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Hallo!

Ich habe mir gestern meinen Raspberry zerschossen :(
Ich habe zwei ADS1115 Module neu verkabelt und dabei einen wirklich 
blöden Fehler gemacht.
Ich hatte den Raspberry und auch die andere Elektronik abgeschaltet. 
Beim neu anschließen hatte ich aber nicht beachtet, dass meine USV noch 
unter Spannung war. Die Batterien hängen über einen Spannungsteiler 
direkt an einen Analog-Anschluss. Funktionierte bisher immer problemlos.
Erst nachdem ich jetzt festgestellt habe, dass mein I2C-Bus gar nicht 
mehr reagiert bin ich auf Fehlersuche gegangen.
Da ich die Masseverbindung ebenfalls gekappt hatte, hatte ich die vollen 
8V auf dem Eingang, da der Spannungsteiler ohne Funktion war. Ich konnte 
dann immer noch 7V an den SCL/SDA-Pins messen, die bereits mit dem Raspi 
verbunden waren.

Nunja. Shit happens. Der I2C-Bus ist definitiv hin. Der rest scheint 
noch größtenteils zu funktionieren. Ausser die CPU-Temperatur. Die ist 
jetzt angeblich um 30°C angestiegen. Statt 45-50°C wird mir nun 75-85°C 
angezeigt.

Ich nutze nun einen Software-I2C-Bus auf anderen GPIOs. Klappt auch 
problemlos. Somit ist der Raspberry vielleicht noch nicht ganz verloren.

Meine Frage ist nun eigentlich...wie kann ich in Zukunft einen solchen 
Fehler verhindern? Ne Masseverbindung ist schnell mal abgenommen...und 
der gleiche Fehler passiert wieder. :(

Gruß
Bismosa

von Stefan F. (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Meine Frage ist nun eigentlich...wie kann ich in Zukunft einen solchen
> Fehler verhindern?

Indem du die Spannungsteiler beim Raspberry Pi platzierst, nicht am 
anderen Ende der Leitung.

> Ne Masseverbindung ist schnell mal abgenommen.

Und das ist fast immer sehr problematisch. Deswegen sind die ganzen 
Stecker am PC so geformt, dass GND immer zuerst kontakt hat.

von Experte (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Meine Frage ist nun eigentlich...wie kann ich in Zukunft einen solchen
> Fehler verhindern?

Serienwiderstände an alle externen Verbindungen, Clamping-Dioden, und 
Shunt-Regler als Überspannungsschutz.

Je besser und universeller der Schutz sein soll, desto aufwendiger.

von Andreas B. (bitverdreher)


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Wenn keine Masse mehr da ist: Gegen welches Potential soll Deine 
sagenhafte Schaltung den Raspi jetzt vor Überspannung schützen?

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo!

Danke für die schnellen Antworten :)

Clamping-Dioden, und Shunt-Regler musste ich erstmal googlen...müsste 
das nicht auch mit einer zener-Diode gehen?
Vermutlich hätte ich dann aber durch den hohen Strom noch mehr kaputt 
bekommen.

Vermutlich ist es am sinnvollsten den Spannungsteiler fest an der USV zu 
verlöten, so dass immer wenn diese eingeschaltet ist auch die 
Masseverbindung hergestellt ist.
Mir war das noch gar nicht so bewusst, dass beim PC die 
Steckverbindungen so ausgeführt sind.

Mit viel externem Aufwand lässt sich da bestimmt auch was sinnvolles 
machen. Aber ob der Aufwand so notwendig ist...

Andreas B. schrieb:
> Wenn keine Masse mehr da ist: Gegen welches Potential soll Deine
> sagenhafte Schaltung den Raspi jetzt vor Überspannung schützen?

Die USV selbst war ja noch mit der Masse des Raspi verbunden. Nur die 
Masse von dem I2C-Modul und dem Spannungsteiler war getrennt.

Es war "teuer", aber immerhin habe ich dazu gelernt :)

Gruß
Bismosa

von ... (Gast)


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So ein C64 Userport war halt doch robuster!
Und die CIA war gesockelt!

von Stefan F. (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> müsste das nicht auch mit einer zener-Diode gehen?

Ich kenne deinen Anwednungsfall nicht, aber Zenerdioden sind in vielen 
Fällen auch geeignet. Du musst halt berücksichtigen, wie sie dein Signal 
beeinflussen.

Sascha S. schrieb:
> Vermutlich ist es am sinnvollsten den Spannungsteiler fest an der USV zu
> verlöten

Nein. Ich dachte das sei inzwischen klar! Die Schutzmaßnahmen gehören an 
das zu schützen Bauteil, also den Raspberry Pi.

von Wolfgang (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Da ich die Masseverbindung ebenfalls gekappt hatte, hatte ich die vollen
> 8V auf dem Eingang, da der Spannungsteiler ohne Funktion war.

Wie kann das sein. Der "obere" Teil vom Spannungsteiler verschwindet 
doch nicht. Außerdem: Ohne Masseverbindung ist der Stormkreis offen und 
es kann kein schädlicher Strom fließen. Alles sehr mysteriös.

Was genau hast du genau wie verschaltet (Schaltplan).

von Sebastian S. (amateur)


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>Vermutlich ist es am sinnvollsten den Spannungsteiler fest an der USV zu
>verlöten, so dass immer wenn diese eingeschaltet ist auch die
>Masseverbindung hergestellt ist.
>Mir war das noch gar nicht so bewusst, dass beim PC die
>Steckverbindungen so ausgeführt sind.

Schnapp Dir mal den nächstbesten USB-Stick und schau Dir mal den Stecker 
an. Da kannst Du sehen, dass die "Versorgungspins" länger sind wie die 
Signalleitungen. Dadurch wird sichergestellt, dass irgendwelche Signale 
erst dann an die Schaltung gelangen, nachdem auch die Betriebsspannung 
anliegt.

Egal, wie auch immer Du Dich schützen willst. Praktisch immer wird 
hierfür ein existenter Massebezug bzw. eine Verbindung zur 
Betriebsspannung benötigt. Also die Masse allein bringt es auch nicht.
Die klassische, doppelte Diode (eine gegen Masse; eine zur 
Betriebsspannung) sind so ein Standartschutz gegen alles Mögliche. 
Zusammen mit einem Widerstand in Reihe.

: Bearbeitet durch User
von Andreas B. (bitverdreher)


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Ich sehe eigentlich nur 2 Möglichkeiten (beide sind nicht billig)
a) Nichts machen und durch Erfahrung lernen. Die Dinge die teuer waren, 
merkt man sich am besten.
b) Überall in die Signalleitungen am Raspi (und zwar nur hier!) 
Optokoppler hinbauen. Die müssen von der Geschwindigkeit her halt zu den 
Signalen passen.

Zenerdioden alleine bringen wenig, weil sie unterhalb der Zenerspannung 
noch beträchtlich leiten und Dir den Stromverbrauch Deiner Schaltung in 
die Höhe treiben. im Zweifelsfall können sie Dir so auch die Schaltung 
zerstören, wo das Signal herkommt. Wenn Zenerdioden, dann mit 
Vorwiderstand.

von Pandur S. (jetztnicht)


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> Ne Masseverbindung ist schnell mal abgenommen...und der gleiche Fehler passiert 
wieder. :(


Nein, ne Masseverbindung ist nicht schnell mal abgenommen. Auf keinen 
Fall.

Deswegen macht man die Peripherie steckbar und die Speisung auch. Dann 
wird erst die Passive Peripherie gesteckt, und dann die Speisung. Ist 
nicht verhandelbar.

: Bearbeitet durch User
von Zeno (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Mir war das noch gar nicht so bewusst, dass beim PC die
> Steckverbindungen so ausgeführt sind.

Sind sie auch nicht. Der Stefan hat da bestimmt einen ganz speziellen 
PC.

von Rainer V. (a_zip)


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Ich meine, irgendwann muß Schluß sein! Wogegen der Blödsinn, den man in 
einem unbedachten Moment anstellen kann, tatsächlich nicht einzufangen 
ist...
Gruß Rainer

von nachtmix (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Shit happens. Der I2C-Bus ist definitiv hin. Der rest scheint
> noch größtenteils zu funktionieren. Ausser die CPU-Temperatur. Die ist
> jetzt angeblich um 30°C angestiegen. Statt 45-50°C wird mir nun 75-85°C
> angezeigt.

Probier einmal den oder die  defekten Ports statisch auf 1 oder 0 zu 
programmieren. Mit etwas Glück wird dann der Defekt gegenüberliegende 
(komplementäre) Transistor abgeschaltet, so dass der erhöhte 
Stromverbrauch und die Überhitzung vermieden wird.
Andernfalls ist zu befürchten, dass sich der Fehler ausbreitet.



Zeno schrieb:
> Sascha S. schrieb:
>> Mir war das noch gar nicht so bewusst, dass beim PC die
>> Steckverbindungen so ausgeführt sind.
>
> Sind sie auch nicht. Der Stefan hat da bestimmt einen ganz speziellen
> PC.

Kommt drauf an, ob sie für Steckvorgänge im laufenden Betrieb ausgelegt 
sind.
USB-Verbinder haben z.B. voreilende Kontakte für GND und +5V.
Erst wenn diese beiden Verbindungen hergestellt sind, vor allem GND, 
werden auch die Signalleitungen verbunden.
Umgekehrte Reihenfolge beim Lösen der Verbindung.

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo!

Danke für die rege Beteiligung!

Ich habe mal einen vereinfachten Schaltplan angehängt.
Ich denke, dann wird das Problem deutlicher.

Sind alle Schalter wie gezeichnet geöffnet hat man das Problem. Die 12V 
von der USV sind über einen Widerstand an AIN0 des ADC. Da nun nur der 
Raspberry noch mit GND versorgt ist, kann hier ein Strom fließen ich 
habe eine Spannung von ca, 7V an SDA/SCL gemessen.

Natürlich ist S3 kein Schalter, sondern die noch im Aufbau befindliche 
Schaltung. Schön blöd, wenn man die 12V nicht komplett trennt.
Aufgefallen beim Verdrahten war mir nur, dass die LED vom AMS1117 anfing 
zu glimmen. Da war es aber schon zu spät.

Steckbar sind die Bauteile bei mir nicht. Bzw. teilweise nur über 
Jumperkabel verbunden.
Ziel des Umbaus war es, von einen Steckplatinenverhau auf eine geordnete 
Leiterplatte (selbst erstellt) zu wechseln. Sieht nun viel aufgeräumter 
aus :)

Stefan ⛄ F. schrieb:
> Nein. Ich dachte das sei inzwischen klar! Die Schutzmaßnahmen gehören an
> das zu schützen Bauteil, also den Raspberry Pi.

Vielleicht ist es mit dem Schaltplan etwas deutlicher. Der 
Spannungsteiler müsste deiner Meinung nach dann nicht an den raspberry, 
sondern an den ADS1115. Allerdings ist genau hier mein Fehler beim 
verdrahten passiert.
Hätte ich den Spannungsteiler an der USV, dann hätte ich solange diese 
an der Batterie hängt niemals eine zu große Spannung am Analogeingang 
gehabt.

nachtmix schrieb:
> Probier einmal den oder die  defekten Ports statisch auf 1 oder 0 zu
> programmieren. Mit etwas Glück wird dann der Defekt gegenüberliegende
> (komplementäre) Transistor abgeschaltet, so dass der erhöhte
> Stromverbrauch und die Überhitzung vermieden wird.
> Andernfalls ist zu befürchten, dass sich der Fehler ausbreitet.

Oje. Daran habe ich ja gar nicht gedacht, dass hier ein höherer Strom 
fließen könnte und ich deswegen eine erhöhte Temperatur habe. Ich war 
eher davon ausgegangen, dass mir die Temperatur nur falsch angezeigt 
wird.

Leider scheint es nicht so zu sein, dass ich die Temperatur mit setzen 
der Ports positiv verändern kann.
Im Normalzustand sind beide als Eingang. Diese habe ich nun als Ausgang 
gesetzt und auf "high" gesetzt. Dann hatte ich vielleicht so ca. 1-2°C 
mehr. Da die Temperatur ständig am schwanken ist lässt sich dies jedoch 
nicht eindeutig bestimmen.
Jetzt stellt sich mir die Frage, ob ich die vorhandenen (Hardware) 
Pullup-Widerstände ggf. durchtrennen/entfernen könnte um das System zu 
entspannen. Dafür müsste ich aber wissen, welche das sind. Leider konnte 
ich das noch nicht herausfinden.

Gruß
Bismosa

von Wolfgang (Gast)


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Sascha S. schrieb:
> Ich habe mal einen vereinfachten Schaltplan angehängt.

Wie soll Einstein gesagt haben: "Man muß die Dinge so einfach wie 
möglich machen. Aber nicht einfacher."

Ohne Angabe zu deinen Widerstandwerten, insbesondere dem oberen, ist es 
schwierig, etwas über die Schädlichkeit der Verbindung zur USV zu sagen.

von Sascha S. (bismosa)


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Hallo!

Sorry, die habe ich vergessen. Hatte beim Zeichnen des Plans die Werte 
nicht zur Hand und wollte das im Text unterbringen.
R1 = 10 kOhm
R2 = 2,7 kOhm

Ist der zweite Widerstand unendlich hoch (also nicht angeschlossen), 
sollte doch die Spannung nach dem ersten Widerstand ebenfalls bei 12V 
(unbelastet) liegen. Da die Schaltung jedoch "belastet" war, habe ich 
hier "nur" eine Spannung von 7V.

Gruß
Bismosa

von Zeno (Gast)


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nachtmix schrieb:
> Kommt drauf an, ob sie für Steckvorgänge im laufenden Betrieb ausgelegt
> sind.
> USB-Verbinder haben z.B. voreilende Kontakte für GND und +5V.

Richtig! Das ist aber so ziemlich die Ausnahme am PC. Aber selbst bei 
USB ist GND gegenüber +5V nicht voreilend.

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