Skydda ingång på uC?

Övriga diskussioner relaterade till komponenter. Exempelvis radiorör, A/D, kontaktdon eller sensorer.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av E Kafeman »

Enkelt, du ska koppla så att det skyddar anpassat för dina behov.

Nu vet jag inte hur ditt behov ser ut, omgivande el-miljö, om du utvecklar en kommersiell produkt, kapsling, skärmning, krav på driftsäkerhet.
Behovet av ingångs-skydd kan se totalt olika ut beroende på sådana parametrar.

Ska du skydda utrustning som sitter utomhus i ett högspännings ställverk är kanske ESD-skydd inget att bekymra sej om, det skyddet får du på köpet med övriga skydd.
Ska utrustning placeras i kontors-miljö kan ESD-skyddet vara bland de viktigare och svårare att hantera.
Skydd kan utformas för att vara toleranta mot det störningar för att till varje pris upprätthålla drift eller kan de utgöra en säkrings-funktion, som kanske brinner och funktionen upphör men skyddar utrustningen som finns bakom.
En pacemaker har externa sladdar som kan bära både in och utsignaler. Här är det inte så bra om skyddet utgörs av säkring som brinner av, funktion ska upprätthållas även med skydden aktiverade.
För mindre viktiga apparat-funktioner kan det var viktigare att skydda själva apparaten, även om det innebär att dess funktion upphör så länge problemet pågår och kanske även efteråt, tills manuell återställning sker. Det är kanske rent av bästa lösningen om utrustning styr en vedkap, att man måste manuellt återställa vid fel.
Här kan man ofta använda enklare/billigare skydd eller helt förlita sej på skydd typ glas-säkringar som efter utlöst skydd måste återställas manuellt.
Manuell återställning är mindre bra lösning om det som skyddas är en pacemaker.

Vanliga problem som den hobby-bygger ofta drabbas av, och som kan riskera slå ut funktionen är relaterade till avkoppling och skärmning. Det är dyrare med plåtlådor och skärmad kabel än plastlådor och löstråd och det tar längre tid att bygga med organiserad eldragning än åstadkomma oorganiserad kaos-koppling. I den miljön ställs än högre krav på skydden, som blir extra komplicerade att införa eftersom de inte ingick i det förutsedda behovet.

Eftersom ditt behov är okänt så blir de allmänna råden därefter.
Inte alla men några punkter att tänka på:
1. Skärmning av elektronik och anslutande givare är tillräcklig?
2. Skärm och Vdd är inte samma sak.
3. Kabelskärm till givare ska anslutas enbart vid ingången till den skärmade boxen.
4. Den välreglerade spänning som driver interna elektroniken på kretskortet, ska inte dras iväg till externa anslutningar oskyddat.
5. Tillämpa något system för hur jord och skärm ska sammankopplas. Stjärnkoppling är ett bra första steg. Exempelvis kan kraft/analog/digital/Rf-jord samt jord från yttre anslutningar mötas vid kraftkällan och endast där.
6. Dimensionera avkoppling, dvs gör någon form av rimligt överslag på vad som behövs i avkopplingsväg. Gäller såväl signaler som spänningsmatning.
7. Driftsäkerhet,livslängd och tålighet kostar bättre design än det som bara ska kunna visa funktion genom att flämta till en gång på labbänken.
8. Det finns undantag för alla punkter, som gäller vid specifika situationer, men undantag ska baseras på kunskap.
Det var en himla massa text. Exakt hur bör jag koppla då? Helst en bild
Hurdan bild vill du ha? Passar något av ovan scenarior på ditt behov?
Denna bilden tycker jag duger bra som generell utgångspunkt när du checkat av punkterna ovan:
IO-protect.jpg
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Janson1
Inlägg: 1338
Blev medlem: 1 december 2016, 09:06:02
Ort: Marks Kommun

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Janson1 »

Jag ser nu att jag gjort en tankevurpa ang drivspänningen, det är ju i ditt fall 3,3 volt. Det blir samma koppling men zenerdioderna skall vara anpassade för det i stället. 3,3 volts zener lär finnas. Oj, nu ser jag att jag inte är riktigt ensam om detta. Ja Glattnos, det sista alternativet är så jag kör men jag har bara nån meter ut från processorn och det funkar bra det lilla jag hunnit med att testa. Däremot har jag inte 20 Mohm närmast processorn men det får du prova ut. Jag låter mitt processorkort driva alla yttre givare via 5, eller 12 volt och har ett par kraftiga skyddsdioder och sen är varje utgång motståndskyddat (säkringsmotstånd) och jag har två lika processorer som drivs från varsin matning från två separata strömkällor och en tvångsväljare som man manuellt väljer aktiv processor. Kom på nu att i mitt fall har jag sk. Muratafilter som skall ta bort radiostörningar, typ mobiltelefoner mm och allt ligger i en tät aluminiumlåda med skärmade kablar så gott som hela vägen. Jag har inte garderat mig för tex att mot 24 volt av misstag då det inte kan hända i skarpt läge. Men mot urladdningar och störningar från utsidan hoppas jag mitt skydd räcker till.
Så Glattnos, det finns nog inget riktigt svar typ gör så här men ganska nära har vi ju kommit nu...
Sen tycker jag att vi behöver inget raljerande i detta överhuvudtaget, det ÄR ett svårt ämne och där ett skydd fungerar i en miljö där fungerar det inte alls i en annan. Och vi måste vara lyhörda för nytänkande oavsett det kommer från gamla rävar eller nyafödda valpar.
Hälsn. en 52 årig valp.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av E Kafeman »

Observera att det på bilden som är markerats inom ramen "Microcontroller", dessa komponenter sitter inuti kapslingen.
Dessa dioder är av typen Schottky (sk barriär diod) som är snabba, har låg men sämre definerad knärspänning jämfört med många andra diod-typer.
Bilden är dessutom bara en typisk representation av hur det kan se ut på en cmos-ingång.
Det kan vara långt mer komplicerat, i synnerhet eftersom många MCU numera inte har rena ingångar utan är mer av typen GPIO och i somliga fall föredrar man att ersätta/komplettera dioderna med cmos transistorer.
En bild som representerar en TTL CMOS 4000B från ingång till utgång, dvs allt inom kapseln:
NV_1006_Marston_Figure09.jpg
En som facineras av vad funktionen av dessa dioder kan leda till, såsoom att Vcc inte alltid behöver anslutas:
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Senast redigerad av E Kafeman 19 mars 2018, 07:23:13, redigerad totalt 1 gång.
Användarvisningsbild
TomasL
EF Sponsor
Inlägg: 45175
Blev medlem: 23 september 2006, 23:54:55
Ort: Borås
Kontakt:

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av TomasL »

Glattnos skrev:Det var en himla massa text. Exakt hur bör jag koppla då? Helst en bild :)
Du har en bild som jag postade, visserligen för fyra kanaler.
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

Uppskattar verkligen era svar :) Och jag ska ge mer info.

Det är två applikationer som jag för tillfället vill använda filtreringen på, det kan ju bli två olika kopplingar i de två fallen:

1. CNC
Miljö - Garage med betonggolv och plåt på väggar och i taket, fräs-spindel styrd av VFD(400V, bärfrekvens 6kHz, styrfrekvens 0-300Hz, skärmad kabel), stegmotorer(frekvens 0-1666Hz, 3-283Ω, spänning 0-48V, oskärmade kablar), diverse fläktar och eventuellt andra maskiner i lokalen(dock ingen HF-star plasma eller svets igång samtidigt)
Funktion - Induktiv givare för att indikera position i verktygsväxlare. Liknande givare som redan sitter(och fungerar) till ändlägena i maskinen(oskärmade kablar). Jag ska göra ett kort med en AVR som givaren ska gå till. Kabeln till givaren blir ca 4 meter lång och kortet med AVR:en kommer sitta i ett plåtskåp.
Matning - Nätaggregat 12V som driver givaren direkt och en voltregulator till AVR:en(3.3V eller 5V om det är bättre) kondensatorer vid regulatorn och AVR:en.

2. Tankmätare(sidoprojekt)
Miljö - Fordon(bil/båt/MC), övrig utrustning kan förekomma i närheten(mobiltelefon, com-radio, VHF-radio, radar och liknande), naturligtvis finns tändsystem och generator i fordonen
Funktion - En flödesgivare som ger fyrkantsvåg via öppen kollektor. Ett kort med AVR samt GPS-sensor ska ta emot signalen från flödesgivaren.
Matning - Fordonets befintliga 12V-elsystem, AVR:en kommer ha en 5V-regulator(oklart vilken då detta också verkar vara en hel vetenskap), givaren har angiven matnings-spänning på 5-24V(den behöver förmodligen också någon typ av filter på matningen.
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

TomasL skrev:Du har en bild som jag postade, visserligen för fyra kanaler.
Fattar jag rätt såhär? Ska Zenerdioden vara 12V då alltså?
Efter lillahusets "utskällning" törs jag knappt posta nått schema men jag utgår från att han gick i sömnen när han skrev :shock:

Edit1: D3 och D6 behöver inte vara schotty i detta fallet antar jag? Från början var dom schotty för att leda tidigare än uC interna dioderna.
Edit2: Eller nu behövs inte D3 och D6 alls? Det var så du menade kanske TomasL?
Edit3: Lade till ett schema för "Edit2"
Du har inte behörighet att öppna de filer som bifogats till detta inlägg.
Användarvisningsbild
TomasL
EF Sponsor
Inlägg: 45175
Blev medlem: 23 september 2006, 23:54:55
Ort: Borås
Kontakt:

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av TomasL »

Zenern motsvarar max spänning på det du skall skydda, dvs ofta matningsspänningen.
Schottky är alltid bra.
Användarvisningsbild
Icecap
Inlägg: 26106
Blev medlem: 10 januari 2005, 14:52:15
Ort: Aabenraa, Danmark

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Icecap »

Mitt sätt att lösa flödesgivaren på:
Fordonsmiljö är ett helvete med störningar under huven! Att ha en OC-lina genom motorrummet är att tigga och be om problem.

Alltså hade jag petat in en liten bit elektronik som vill göra om OC-utgången till en "riktig" buffrat ledning med ett tydligt signal på. Något så enkelt som att montera en transistor med pull-up som buffersteg kan göra underverk.

Signalen går sedan in till en opto-kopplare som kan skyddas lita lagom på ingången. Jag hade tagit en zenerdiod och ett motstånd, det borde räcka. Evt. parallellkopplat zenerdioden med en liten kondensator då en zener inte är så himla snabb att aktivera när det behövs.
Användarvisningsbild
TomasL
EF Sponsor
Inlägg: 45175
Blev medlem: 23 september 2006, 23:54:55
Ort: Borås
Kontakt:

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av TomasL »

Om du inte klampar, lägg en diod antiparallellt med LEDen.
Användarvisningsbild
lillahuset
Gått bort
Inlägg: 13969
Blev medlem: 3 juli 2008, 08:13:14
Ort: Norrköping

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av lillahuset »

Glattnos: Nej jag varken "skällde ut" eller gick i sömnen. Det var bara baserat på mina egna upplevelser. :)
Användarvisningsbild
Platis
Inlägg: 2464
Blev medlem: 24 november 2009, 20:19:28
Ort: Ljungby

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Platis »

lillahuset skrev:
Slutligen, om man vill skydda mot ESD så är en kondensator direkt på inpinnen ofta en bra lösning enligt S:t Liebert. Vem? Jo Ölands ESD-guru.
Är det här nån som existerar i verkligheten ? :wink:
Användarvisningsbild
lillahuset
Gått bort
Inlägg: 13969
Blev medlem: 3 juli 2008, 08:13:14
Ort: Norrköping

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av lillahuset »

Jag vet inte om han är med oss längre men han var en väldigt trevlig kille. Jag har för mig att Electricguy bodde granne med honom.
E Kafeman
Inlägg: 3238
Blev medlem: 29 april 2012, 18:06:22

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av E Kafeman »

Jo han finns. Pensionär.
Användarvisningsbild
lillahuset
Gått bort
Inlägg: 13969
Blev medlem: 3 juli 2008, 08:13:14
Ort: Norrköping

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av lillahuset »

Trevligt!

Det var alltid ett nöje att åka till Färjestaden och testa prylar. Jag vet inte riktigt vad det var men det kändes nästan som om man var på semesterresa tillsammans med Liebert. :D
Glattnos
Inlägg: 2972
Blev medlem: 29 oktober 2009, 20:01:18

Re: Skydda ingång på uC?

Inlägg av Glattnos »

lillahuset skrev:Jag tror det kan vara ett av de vanligaste områdena där valpar tror att de är smartare än folk med erfarenhet och applikationsnötter från diverse halvledartillverkare. NEJ, i stort sett ingen av er valpar ska försöka hitta på egna smarta lösningar. NEJ, de flesta någorlunda erfarna konstruktörer ska inte försöka hitta på egna smarta lösningar. JO, vissa ERFARNA konstruktörer kan och bör hitta på egna smarta lösningar. Men långt ifrån alla.
Janson1 skrev:Och vi måste vara lyhörda för nytänkande oavsett det kommer från gamla rävar eller nyafödda valpar.
Jag blir väldigt nyfiken på detta. Vad är det för "egen smarta lösning" och "nytänkande" jag lyckats göra utan att veta om det? :)

Edit: Jag fattar att det inte är smart men vad åsyftas?
Skriv svar