Verpolungsschutz+ÜS mit niedrigem Spannungsabfall?

[Lamima]

Hi,

ich baue hier zur Zeit eine Schaltung auf, die über Bananenstecker mit Strom versorgt wird.
"Dummerweise" haben diese Stecker ja keinen mechanischen Schutz gegen Vertauschung.
Da ich jedoch nicht davon ausgehen kann, dass genau das NIE passiert muss ich einen Verpolungsschutz vorsehen.
In der Schaltung arbeitet ein ATMEGA644 und zumindest ein MAX232. Dem uC macht ein wenig Spannungsabfall nichts aus, der Max232 reagiert aber meiner Ansicht nach etwas empfindlicher darauf.
Zudem sind bei meiner Stromversorgung neben den 5V auch noch 24V vorhanden - es könnte also auch vorkommen, dass jemand die Schaltung mit 24v speisen möchte.
Da auch das den sicheren Tot der Bauteile bedeuten würde würde ich das auch gerne abfangen

hat da jemand eine Idee zu?

Gruß

 

[huzzel]

Andere Stecker benutzen?
Oder dicke, fette Dioden einsetzten, die bei Verpolung die Spannungsquelle kurzschließen. Je nach Spannungsquelle kommen da natürlich viele A zusammen
bei einem Brückengleichrichter verlierst Du halt irgendwas um die 1,4 V.

Gegen die Überspannung hilft das alles halt wenig. müsste man sich mal weiter Gedanken machen. Und von daher würde ich doch schwer zu verschiedenen, verpolungssicheren Steckern tendieren. Damit erschlägst Du alle Deine Vorgaben.

 

[Lamima]

Stecker ändern geht leider nicht. das ganze wird ein sps-ersatz, der in einem Labor in einer FH laufen soll...und da ist entweder alles mit netzspannung versorgt und muss geprüft werden oder eben mit DC aus der Netzteilleiste...

 

[Lion251]

Ein Low-Drop-Spannungsregler wie L4805 könnte vielleicht helfen:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/150/69728_DS.pdf
Nur 200 mV Spannungsabfall bei 150 mA, verpolungsgeschützt.
Nur wenn man 24V verpolt anschliesst, mag er das nicht.

 

[Lamima]

Ein Low-Drop-Spannungsregler wie L4805 könnte vielleicht helfen:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/150/69728_DS.pdf
Nur 200 mV Spannungsabfall bei 150 mA, verpolungsgeschützt.
Nur wenn man 24V verpolt anschliesst, mag er das nicht.

Leider geht das auch nicht. Wenn ich 5V drauf gebe reicht auch der low-drop nicht aus. Und 24V bei ~750mA ergeben eine wunderschöne Heizung....

 

[McJenso]

Hallo,

du machst aus den 5V via Spannungswandler 3,3V und hast somit genug Platz für den Verpolungsschutz. Dann nimmst du den MAX3232. Ich gehe mal davon aus, dass es sich nicht um eine fertig kalkulierte Großserie handelt und Geld keine Rolle spielt.
BTW der AtMega rennt bei 3V lt. DB nicht mit 20Mhz

Was mir noch einfällt. Du kannst auch eine Schmelzsicherung vor die Schaltung setzten und eine Diode die falsch gepolte Spannung kurzschließen lassen.
Durchaus ernst gemeint.

HTH
Jens

 

[Lion251]

Nicht mehr ganz einfach, aber sollte funktionieren.
Alle Zenerdioden 12V.
5V positiv wird weitergeleitet, mit nur minimalem Spannungsabfall (nur einige mV, bei geeignete P-Mosfets).
Negative Spannungen, sowie Spannungen oberhalb von 12-15V werden blockiert.
Die Schaltung ist nicht getestet, also erst mal testen bevor man teure Elektronik daran zuvertraut.

 

[radioscout]

Einfache Lösung, wenn ein paar 10 mA zur Verfügung stehen: ein Relais mit Diode in Reihe zur Spule.

 

[Lion251]

Einfache Lösung, wenn ein paar 10 mA zur Verfügung stehen: ein Relais mit Diode in Reihe zur Spule.

Leider hat man dann nur den Verpolungsschutz, aber nicht die Überspannungsschutz.
Die Schaltung oben ist nur so aufwändig, weil sie auch bei Überspannung abschaltet.
Ein Verpolungsschutz ohne Spannungsabfall oder Stromverbrauch kann man schon mit nur einem MOSFET realisieren.
Eventuell noch ein Widerstand und Zenerdiode dazu, wenn die Eingangsspannung höher sein kann als der Gate-Anschluss vertragen kann.

 

[chrysophylax]

Nicht mehr ganz einfach, aber sollte funktionieren.
Alle Zenerdioden 12V. 5V positiv wird weitergeleitet, mit nur minimalem Spannungsabfall (nur einige mV, bei geeignete P-Mosfets).
Negative Spannungen, sowie Spannungen oberhalb von 12-15V werden blockiert.
Die Schaltung ist nicht getestet, also erst mal testen bevor man teure Elektronik daran zuvertraut.

Sorgen da nicht die Body-Dioden von T1 und T2 dafür, dass es bei Verpolung trotzdem laut knallt ? Und warum überhaupt 2 MOSFETs hintereinander ? Hab ich was übersehen ?

chrysophylax.

 

[Lion251]

Sorgen da nicht die Body-Dioden von T1 und T2 dafür, dass es bei Verpolung trotzdem laut knallt?

Nein

Und warum überhaupt 2 MOSFETs hintereinander?

Genau wegen die Body-Dioden. Ein MOSFET kann nur in eine Richtung sperren. In der anderen Richtung leitet die Body-Diode.Wenn man also in beiden Richtungen sperren will, braucht man zwei MOSFETs, die in Anti-Reihe geschaltet sind. Das sieht man auch genau so bei LiIon-Schutzschaltungen.

Danke aber für die Aufmerksamkeit; ich habe die Schaltung noch mal nachgeschaut, und siehe, dass bei verpolt anschliessen von 24V es trotzdem knallen wird.
Dann leitet D1, und bekommt T2 24V auf dem Gate. Mag er wahrscheinlich nicht...
Abhilfe bringt da eine normale Diode in Reihe mit D1, genau so wie bei D2/D3. Da hatte ich es schon erkannt.

Hab ich was übersehen?

Offenbar. Ich aber auch

Ich kann noch erklären, wie ich zu dieser Schaltung gekommen bin.
Für einen einfachen Verpolungsschütz (fast) ohne Spannungsabfall bei 5V reicht nur T2. Gate geht dann nach Masse. Im Normalfall leitet die Body-Diode, und auch das Kanal, weil den Gate -5V hat.
Wenn man verpolt anschliesst, sperren sowohl Body-Diode als Kanal.
Nur 1 Bauteil, kein Spannungsabfall, optimale Lösung!

Alles andere braucht man nur, um bei 24V abschalten zu können.
T1 kommt dazu, um, wie oben erklärt, den Strom in Vorwärtsrichtung unterbrechen zu können, da sonst, auch ohne Gate-Steuerung, die Body-Diode von T2 leiten würde.

T3 kann dann die Gates von T1 und T2 an- und abschalten, R1, D1 und D4 sind da um die Gates gegen Spannungen größer als 12V zu schützen (die meisten MOSFETS vertragen noch 20V, aber nicht mehr)
D3 und T4 schalten ein (und schalten damit T3 aus) wenn die Eingangsspannung höher ist als die Zenerspannung von D3 + Einschaltspannung von T4.
Damit lässt sich dann die 24V in Vorwärtsrichtung blockieren.

...und wenn ich das so explizit erkläre, denke ich dass das vielleicht noch mit einem Transistor, Widerstand und Zener weniger gehen müsste. Mal sehen...

 

[radioscout]

Leider hat man dann nur den Verpolungsschutz, aber nicht die Überspannungsschutz.

Den kann ein einfacher Crowbar-Schutz übernehmen. Der gehört IMHO sowieso in jedes Netzteil (sofern die damit versorgte Schaltung es erfordert und es kein einstellbares NT ist).

 

[Lamima]

Danke für die vielen Tipps und Schaltungen.
Die Schaltung mit den 4 FETs sieht gut aus, ich habe mich allerdings dazu entschlossen davon auszugehen, dass der durchschnittlich gebildete Student in dem Labor durchaus den Unterschied zwischen 5 und 24 Volt kennt - ich werde also den Überspannungsschutz fallen lassen

Zum Verpolungsschutz:

Muss der im plan T2 genannte Fet irgendwelche kritischen Daten erfüllen?
Ich gehe mal davon aus, dass im Sinne des niedrigen Spannungsabfalls und genügend kleiner Rds_on von Vorteil ist. Sonst noch etwas?

 

[Lion251]

Ich habe das Ganze noch mal nachgeschaut, und es geht in der Tat einfacher!
T1, D1 und R3 bilden den Verpolungsschutz.
Für T1 kann man jeden P-Fet mit niedrigem Rds,on nehmen, z.B. IRF7205 (€ 0,34 bei Reichelt)
Bei Verwendung an 5V soll auch Vgs,th nicht zu hoch sein, damit der FET gut durchschaltet.
D1 ist ein 12V-Zener, und dient, mit R3, um den Gate von T1 gegen überspannung zu schützen.

R1, R2, D2, T2 und T3 dienen als Überspannungsschütz.
Mit D2 kann man den gewünschten Abschaltpegel wählen.
Für eine 5V-Schaltung würde ich hier 5,6V oder 6,2V wählen.
Für T2 kann man auch wieder einen IRF7205 nehmen, T3 z.B. BC557.

O ja: R4 ist natürlich der externe Last.

Mit dem bipolären Transistor ist die Überspannungsschwelle besser einstellbar, und so ist auch der Aufwand für den Überspannungsschütz etwas kleiner. Studenten sollten den Unterschied zwischen 12V und 24V kennen, aber das gilt auch für den Unterschied zwischen Plus und Minus. Da wäre dann auch der Verpolungsschütz überflüssig...