Arduino Eingang Schutz gegen 24V / 230V?
Hallo!
Ich habe eine Mikrocontroller-Schaltung, die ich vor dem Ausfall eines angeschlossenen 230VAC/24VDC-Netzteils schützen möchte.
Ich habe mir gedacht, dass das mit Dioden möglich sein sollte. Ich habe hier ein paar mit der Bezeichnung 1N4007. Bevor ich es so anschließe würde ich mich aber über ein paar Kommentare freuen! Es geht um den roten Teil der Schaltung. Den Spannungsteiler R1/R2 würde ich mit 1kOhm/267Ohm dimensionieren, dann fallen zwischen Eingangspin und GND maximal die 5 V an, die der Arduino verträgt. Wenn aber das Netzteil versagt sind es natürlich mehr, daher die Überlegung mit den Dioden. Funktioniert das so?
7 Antworten
mach das so
Wie @Humibold gesagt hat, wäre es möglich, die Stromkreise mittels Relais oder eines Schütz... Ich bin mir allerdings nicht sicher, ob das mit den Dioden wirklich so funktioniert. Wenn du wirklich sicher sein willst, würde ich aber eine Z-Diode verwenden.
Der Unterschied zu einer normalen Diode: einmal in Sperrrichtung durchgebrochen, kann die Diode in Sperrrichtung nicht mehr hochohmig werden, also verliert die Funktion, in Sperrrichtung zu sperren...
Eine Z-Diode hingegen kann mehrmals in Sperrrichtung durchbrechen... https://de.wikipedia.org/wiki/Z-Diode
Ich weiß allerdings auch nicht, ob meine Zeichnung viel besser ist...
(1. Lj Elektroniker f. Geräte und Systeme)
oh, ist mir beim zeichnen gar nicht aufgefallen... Danke für die Verbesserung. Natürlich muss die Z-Diode in Sperrrichtung eingebaut werden, um bei erhöhter Spannung durchzubrechen...
So wie es jetzt ist, hättest du 0V am Arduino, da die Diode an R1 in Sperrichtung verbaut ist und den strom des NT nicht durchlässt.
Um eine Überspannung abzufangen, bist du mit einer Zener in Sperrichtung parallel zum Arduino besser bedient, die eine Durchbruchspannung von 5V besitzt. Da sollte aber unbedingt eine Sicherung mit möglichst wenig Reserve vorgeschaltet werden, die im Überspannungsfall durch den Stromfluss über die Zenerdiode zum Durchbrennen gebracht wird, so dass der empfindliche Stromkreis abgetrennt wird.
du meinst, das Netzteil könnte mehr Spannung als die 24V abgeben? Oder die 24V sind nicht genügend von den 230V getrennt?
Gegen Blitzeinschläge wird das Netzteil selbst nichts ausrichten können. Da muss vorher ( in der Hauseinspeisung oder in der betreffenden Steckdose etwas gemacht werden. Moderne Schaltnetzteile verfügen über einen Trenntransformator und Regler, die solche Fehler nicht erwarten lassen.
So wie du die Dioden geschaltet hast, kommt ohnehin keine Betriebsspannung zu dem Arduino. Bist du auch ganz sicher, dass der mit 24V betrieben werden soll? Normal sind doch 5V.
Die Diode 1N4007 ist auch nur eine Gleichrichterdiode. Begrenzungen gegen Überspannungen sollte man mit Z-Dioden vornehmen. Die werden erst oberhalb einer bestimmten Spannung leitend und über einen Widerstand kann dann die Maximalspannung auf diesen Spannungswert begrenzt werden.
In deiner Schaltung halte ich solche Maßnahmen für überflüssig.
Schütze lieber die Eingänge, die über lange Leitungen verbunden sind, vor Überspannung.
Danke! Der Gedanke ist, einen Schutz gegen mehr als 24 V zu haben, möglich bei Fehlfunktion des Netzteils. Wie meinst Du das mit dem Schutz der Eingänge vor Überspannung?
das was ich vom Arduino weiß ist,dass er mit 7 bis 12V betrieben werden kann. Informiere dich aber selbst noch mal!!!
Da bietet sich an, mit einen Festspannungsregler die 24V auf 12V herunter zu regeln. Das würde dann auch bei 30V Netzteilspannung nur 12V Ausgangsspannung ergeben. Mehr muss man nicht machen.
Da die Baugruppe auch analoge und digitale Eingänge hat wirst du die wohl auch nutzen und Sensoren oder andere Elektronik dort anschalten. Über diesen Weg können dann durchaus auch gefährliche Spannungen (nicht für den Menschen) durch z.B. Induktion oder elektrostatische Ladungen auftreten.
Normalerweise wird man heute bereits in den Schaltkreisen für Schutz sorgen, extern die analoge Spannung auf z.B. 5V zu begrenzen ( Z-Diode) kann nicht falsch sein. Wenn die Leitungen dann noch parallel zu Energieleitungen verlaufen, kann da schon ein negativer Effekt eintreten.
das wird nicht funktionieren da die untere Diode in Sperrrichtung eingezeichnet ist. Die, die von + 24VDC zu R1 geht muss umgedreht werden. Was dir noch fehlt ist eine Schutzschaltung die bei Abschaltung der 230V den Eingang 7 vor Überspannung schützt. Da der Trafo bei Abschaltung und Werbeeinschaltung leicht einen Überspannungsimpuls erzeugt.
Aber ehrlich mir erschließt sich nicht der sinn dieser Schaltung. Ist pin 7 ein IO Pin und du willst nur wissen ob 230V am Netzteil anliegt ?
Denn wenn du den Arduino vor dem Ausfall schützen willst nimm eine Batteriegestützte Stromversorgung.
Danke für die Antwort! Ja, es ist ein digitaler I/O, also will ich nur wissen, wann geschaltet wurde. Allerdings nicht wann 230 V anliegen (das tun sie bei mir immer), sondern wann 24 anliegen. Ich könnte sicherlich eine 24 V Batterie verwenden, allerdings weiß ich nicht, ob diese lange genug hält (es geht um sehr lange Zyklen) und das Netzteil habe ich hier und es ist schon fachgerecht eingebaut. Ich will nur so sicher wie möglich gehen, dass der Arduino und die restliche Mikroelektronik nicht mehr als 5 V bekommen. Wenn ich also die Diode umdrehe sollte das gewährleistet sein? Wäre das nicht auch genug Schutz gegen Spannugnsspitzen beim Ein-/Ausschalten des Netzteils (die Dioden halten bis 1000 V) oder benötige ich dafür noch eine in Sperrrichtung zwischen pin7----KI----R1/R2?
Wäre das nicht auch genug Schutz gegen Spannugnsspitzen beim Ein-/Ausschalten des Netzteils (die Dioden halten bis 1000 V) oder benötige ich dafür noch eine in Sperrrichtung zwischen pin7----KI----R1/R2?
Weder noch. Die Dioden bringen Dir nicht mehr Schutz wie der Spannungsteiler. In Sperrrichtung sind diese Hochohmig und werden erst bei überschreiten der Sperrspitzenspannung leitend. Berechnest Du jetzt den Spannungsteiler auf 24V, und es liegen durch eine Spannungsspitze theoretisch mal 800V an, teilen die sich an dem Spannungsteiler genauso auf, wie die 24V und du hast 166V auf dem Eingang. Die Diode würde erst über 1000V leitend und ginge kaputt. In Vorwärtsrichtung hingegen fallen ca 0,7V an ihr ab. Der Rest bleibt am Spannungsteiler. Also auch kein Schutz.
Schutz gegen verpolen brauchst Du theoretisch nicht, da Netzteile mit DC-Ausgang einen Gleichrichter drin haben. Lediglich, wenn induktive Lasten parallel hängen, sollte eine Diode in Sperrrichtung parallel dazu, da die umgepolte Induktion Dir sonst die Elektronik schrotten kann.
Schutz gegen Überspannung: Zehnerdiode 4,7V oder 5,6V in Sperrrichtung zwischen Gnd und Pin7. und an Pin7 zum 24V-Signal ein Vorwiderstand (passend berechnet). Gg kannst Du noch einen Widerstand vor Pin7 schalten, um dort eine zusätzliche Strombegrenzung zu schalten. Alternativ einen LM7805 nehmen. (Festspannungsregler bis ca 35V Eingangsspannung und fest 5V Ausgang)
in sperrichtung Parrallel zur 24V quelle als Blockade gegen negativ impulse und besser ist aber noch mit der Z diode 5V1 parallel zum Eingang. Wird mit den 24 V die versorgungsspannung von 5V erzeugt für den arduino. Denn deine Schaltung eignet sich so nur um an PIN 7 eine Spannung zu messen. Keine Ahnung was du da mit den langen Zyklen meinst? Wenn die 24V abgeschaltet werden ist dann der Arduino auch ohne Versorgungsspannung?
Nein, die Versorgung ist über ein anderes Netzteil realisiert. Allerdings benötige ich ja ein gemeinsames Bezugspotenzial, um den Schalter (welcher 24 V benötigt - längere Erklärung notwendig) am Arduino auszulesen, den dass ist tatsächlich der einzige Sinn der Schaltung. Der Hinweis mit den Zyklen bezog sich auf den Vorschlag eine Batterie an Stelle des Netzteils zu nehmen - da wüsste ich dann nicht, ob diese Batterie nicht auf halber Strecke schlapp macht.
Bau die Z-Diode bitte in Sperrrichtung ein. So wird das nichts... Und der R2 gehört auch nicht hin, wenn die Spannung konstant bleiben soll. An R2 fällt eine zusätzliche Spannung ab (zu der Zenerspannung) die bei steigendem Strom über die Zenerdiode mit steigt. Somit steigt auch die Spannung zwischen Gnd und Pin7.