Spannungen in Automotive 12 und 24V System

[husky2]

Hallo,

Ich habe die Aufgabe bekommen eine einfache Steuerung für Automotive zu entwickeln.
Ich dachte an einen PIC. Dieser soll einfach die Folientastatur auslesen und Relais schalten, mit ein wenig Logik dahinter.
Soweit für eine bastlerlösung ja überhaupt kein Problem.

Nur:
Ich weiss leider nicht die genauen Spezifikationen für Automotive, aber soweit ich in Erinnerung habe sind das mit Spannungen im Kurzzeitbereich von -100V bis +150V und Spannungspegel bei denen die Schaltung arbeiten muss von 4V bis 16V oder so ähnlich.
Kann mir da jemand genauere Auskünfte geben womit ich da beim zu rechnen habe damit das auch in der Praxis eingesetzt werden kann?
Oder eine Norm, damit ich mir diese besorgen kann?

Es sind keine Sicherheitsrelevanten Baugruppen wie ABS oder so inkludiert, funktionieren sollte es trotzdem.

Infos wären interessant für 12 und 24V System.


Für jeden hilfreichen Hinweis dankbar.

mfg
Hannes

[elmar]

Hi,

Es sind spitzenspannungen von bis zu 150V zu erwarten. Diese treten z.B. bei einer Starthilfe auf und haben fast keine Energie dahinter. Ein Varistor und eine normale Sicherung sollten helfen. Die Sicherung schützt den Varistor vor zu hohen Energien bzw. verhinert einen Kurzschluß wenn der Varistor nicht mehr aufhört zu leiten. Die Sicherungen im Kfz sollten dafür reichen.

Ist die Batterie "passiv", also abgeklemmt oder völlig hinüber, so kann die Lichtmaschine typisch 60V (bis 80V sollte man rechnen) erzeugen. Die Batterie ist nämlich das was die Spannung regelt. Der Sogenannte "Regler" regelt nur die Ladestromstärke, die Spannung wird von der Batterie vorgegeben.

Beim Starten des Motors geht die Bordpsannung normalerweise nur bis 11V runter. Ist die Batterie zu schwach (alter/defekt), kann die Spannung noch weiter abnehmen.
Die meisten µC erhalten ihr RAm bis runter zu 1V, laufen also genau da weiter wo der Oszillator versagt hatte. Nur die "built in functions (I/O, einige Register, UART, EEPROM, und vieles mehr) können sich in einem undefinierten Zustand befinden.
Daher braucht man unbedingt eine "Brown out detection" (Unterspannungserkennung) die einen Reset auslöst. Das kann eingebaut sein (viele PIC haben das) oder als externer Spannungswächter IC (z.B. von Maxim) ausgeführt werden.

Lichtmaschine, PWM (z.B. Scheibenwischer), Zündanlage, Anlasser und vieles mehr erzeugen hochfrequente Störungen. Ein normaler Linearregler fängt die nur unzureichend ab. Und gerade ein PIC ist hochsensibel!
Lange Leitungen an den Pins fangen auch viele Störungen ein, insbesondere von parallel verlegten Kabeln. Hier helfen Feritkerne die Störungen zu reduzieren. Spendier auch externe Pull-Up oder Down widerstände um diese Störungen abzuführen! Ein paar Widerstands-Arrays helfen da und sind leicht zu implementieren.
Auf der Versorgungsleitung VOR dem Spannungsregler unbedingt einen Filter einbauen. Ein gewöhnlicher Netzentstörfilter für 230V wirkt Wunder und ist sowohl billig als auch leicht erhältlich. Es muß nicht unbedingt ein spezieller (und damit teurer) 12V/24V Filter sein!

Gruß
Elmar

[husky2]

Hallo,

Danke für die Antwort.
Ein paar Dinge welche du genannt hast habe ich auch schon gefunden.
zb +150V.
Mann muss zb auch beachten, dass ev. ein 12V System mit 24V Starthilfe gestartet wird. Oder verpolte Batterie.
Hohe negative Spannungen könne auch auftreten wenn Induktivitäten geschalten werden.

Automotive Spannungsregler welche den LoadDump bis +100V afangen habe ich auch schon gefunden.

An die Ferrite an den IOs hätte ich nicht gedacht. Und an ein Filter im klassischen Sinne auch nicht, nur an Überspannungsschutz.

mfg
Hannes

[elmar]

Hi,

Wer sein (12V) Auto mit 24V startet ist selber Schuld wenn was kaputt geht. Außerdem sollte das überwiegend von den bis 60V bei kaputter Batterie abgedeckt sein!

Man sollte noch die Aktoren schützen. Tritt eine Überspannung auf, so schaltet man alles ab. Die Aktoren die per Treiber 12V bekommen (Motoren, Magnetventile, etc) kann man ja einfach so normal abschalten.

Dazu legt man die Bordspannung über einen Spannungsteiler (begrenzt durch 5.1V Z-Diode) an einen A/D Wandler an. Den Spannungswandler stellt man so ein, dass z.B. 4,0V bei maximaler Betriebsspannung entsteht. Liegen mehr als 4,0V an, so schaltet der µC in den Überpspannungsmodus und schützt alle angesteuerten Verbraucher.
Dann rechnet man noch aus, wo man die Unterspannungsgrenze ansetzt. Bei Unterspannung kann der µC ja alles abschalten um Tiefentladung der Batterie zu verzögern. Parkt das Auto lange und die Batterie schwächelt, so schaltet sich das ganze System einfach ab um die Batterie zu schonen. Display und Bedienelemente kann man ja per PNP Transistor oder P-Kanal FET abschalten, den µC kann man in den Ruhezustand versetzen (wenige µA verbrauch).

Das allerwichtigste ist es aber, den µC von dem Auto zu schützen durch EMV Maßnahmen. Also alle Leitungen zwischen dem Auto und Deiner Platine filtern und puffern. Ausgänge kann man durch einen ULN2003 o.ä. jagen, Eingänge durch simple 74LSxxx Bausteine wie z.B. Inverter. Dann noch Ferritkerne auf die Leitungen die die Platine verlassen und man ist schon mal ziemlich gut gerüstet. Vergiss nicht die Versorgungsspannung. Rund um den Regler dicke Pufferelkos und VIELE kleine Keramikkondensatoren reinstreuen. Und die Verbindung zwischen Bordnetz und Regler mit einem Filter versehen, z.B. einen Netzentstörfilter.

Gruß
Elmar

[husky2]

Hallo,

Danke für die Inputs.
Das kann ja was werden, soll das Ding doch schon im April auf einer Messe zu bewundern sein.
Naja.

Übrigens:
Sowit ich bis jetzt herausgefunden habe ist das so spezifiziert dass nichts defekt werden darf wenn versehentlich mit 24V gestartet wird.
Und bei Nutzfahrzeugen kann das ja leicht mal passieren.
Und beim Starten sind Spannungen bis hinunter zu 4 bzw. 5V zulässig bzw. erlaubt.

mfg
Hannes

[eman]

Hi,
hast du noch Lust ?

http://www.autoemc.net/Standards/StandardsMain.htm#European%20Standards

:D:p:binary:

[elmar]

Hi,



Und beim Starten sind Spannungen bis hinunter zu 4 bzw. 5V zulässig bzw. erlaubt.


"Erlaubt". Fass das mal lieber als "Shit happens" auf! Kann auch bis 0V runtergehen.

Daher unbedingt eine "Brown out detection" einbauen, entweder hat der PIC das eingebaut oder Du benutzt einen Spannungswächer IC von Maxim. Der Maxim chip generiert Dir auch den POR (power on reset), denn die Spannung kann ja auch sehr langsam zurückkommen (starthilfe einer "toten" batterie).

Beim PIC also einstellen, dass der einen internen Reset (10 oscillatorimpulse oder so was) macht und TROTZDEM einen externen Reset mit richtig langer Dauer (>>20ms) anschließen. Nur so ist sichergestellt, dass der auch bei langsam steigender Spannung auch zuverlässig startet! Der Maxim macht das alles selber und lässt den µC "frei" wenn die Spannung ausreichend und gut ist.

Gruß
Elmar