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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsbegrenzung mit MOSFET und Zenerdiode


Autor: Electric S. (electricsheep)
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Hallo,
kann man mit einem MOSFET (p-Kanel normal leitend) und einer Zenerdiode 
wie im angehängten Schaltplan eine Spannungsbegrenzung bauen?
Viele Grüße,
e-sheep

Autor: Hannes (Gast)
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da du dich bzgl. Genauigkeit und geplanter Verbraucher ausschweigst, 
gehe ich vom allgemeinen Fall aus, welcher mit "nein" zu beantworten 
ist.
Natürlich wird deine Spannung so begrenzt aber nicht umsonst besitzen 
linearregler einige mehr Transitoren als nur einen P-Kanal verarmungstyp 
FET mit ner Z-Diode.

Schau dich im Netz um... Google weiß so vieles!

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Danke für die Antwort!

Hannes schrieb:
> da du dich bzgl. Genauigkeit und geplanter Verbraucher ausschweigst,
> gehe ich vom allgemeinen Fall aus, welcher mit "nein" zu beantworten
> ist.

Es ist ein angeschlossener Kondensator (5V) geplant, d.h. dessen 
Spannung soll nicht überschritten werden. Mehr wird nicht gebraucht.
Am Eingang ist ein Generator, d.h. Stromquelle mit ca. 0,5A und ca. 
0-50V.

Hannes schrieb:
> Natürlich wird deine Spannung so begrenzt aber nicht umsonst besitzen
> linearregler einige mehr Transitoren als nur einen P-Kanal verarmungstyp
> FET mit ner Z-Diode.

Ah, ich mag die Spannung aber nicht regeln, sondern nur begrenzen. ;)
D.h. z.B. bis 5V am Kondensator Strom an, danach Strom aus.

Hannes schrieb:
> Schau dich im Netz um... Google weiß so vieles!

Dort habe ich leider nicht viel gefunden...

Autor: BMK (Gast)
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Schau dir mal den TL431 an.

Im Datenblatt Figure 12 ist so ein High Current Shunt Regulator
dargestellt, der ist dann schon wesentlich genauer als mit einer
Z-Diode.

Autor: MaWin (Gast)
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> wie im angehängten Schaltplan eine Spannungsbegrenzung bauen?

Nein, komplett falsche Schaltung, die von dir mit dem PMOSFET schaltet 
ja bei hoher Spannung ein, du willst bei hoher Spannung limitieren, es 
müsste schon ein NMOSFET source-follower sein, und irgendwie muss schon 
eine von 0 verschiedene Spannunng an das Gate kommen, also ein 
Widerstand nach + braucht es auch noch.

          NMOSFET
Vin --+----DGS-- Vout
      |     |
      +--R--+
            Z
            |

Dann stellt sich am Ausgang eine Spannung ein, die ungefähr U-Z-Diode 
minus U-GSth beträgt wenn Vin über U-Z-Diode liegt.

> Es ist ein angeschlossener Kondensator (5V) geplant,

Klingt nach Goldcap.
Die Schaltung ist viel zu ungenau dafür, schon U-GSth schwankt locker um 
2V.

Autor: Messfehler (Gast)
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Wieso einen MOSFET?

Nimm nen stinknormalen NPN-Transistor für, genauso wie man es vor 40 
Jahren auch gemacht hätte. Funktioniert viel, viel, VIEL besser als 
die Mosfet-Variante.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Danke, ich nehme später Bezug auf die Antworten. :)
Hier ist eine Spannungsbegrenzung mit LED vorgeschlagen, wie 
funktioniert das?
http://www.led-treiber.de/html/leds_grundlagen.htm...
Ich verstehe die Erklärung leider nicht. :(

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Guten Abend,
funktioniert die angehängte Schaltung als Spannungsbegrenzung?
Viele Grüße
e-sheep

Autor: mhh (Gast)
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Prinzipiell - ja. Wenn Du dann noch einen Darlingtontransistor nimmst, 
kannst Du den Widerstand erhöhen und riskierst nicht das Ableben der 
Z-Diode.

Beachte aber, das Ua nicht gleich Ue sein kann.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Ok, dankeschön!
Ist der TIP137 ein Darlingtontransistor?
|EDIT| Ja, es ist einer, laut Datenblatt. :)

mhh schrieb:
> Beachte aber, das Ua nicht gleich Ue sein kann.

Was heißt das? Verringert der Transistor die Spannung?

Autor: mhh (Gast)
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Ja, um Ube. Bei Darlington 2*Ube.

Der Widerstand muss so ausgelegt werden, das der Basisstrom bei normaler 
Eingangsspannung ausreichenden Kollektorstrom ermöglicht.

Du hast die einfache Spannungsstabilisierung per Transistor und Z-Diode 
wiederentdeckt.  :)

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Ah ok, danke!
Was passiert, wenn die Diodenspannung 5V beträgt, wenn vorne 7V 
reinkommen (würden) und wenn die Last die Spannung auf 3V einbrechen 
lassen würde? Wie schaltet der Transistor dann?

Autor: mhh (Gast)
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Von Deinen 3 V Eingangsspannung in dem Fall bleiben am Ausgang dann ca. 
1,4 bis 1,6 V übrig.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Ah ok.
Im Datenblatt 
(http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/stmicroe...) 
steht:
Collector-Emitter Saturation Voltage
Ic = 4 A | Ib = 16 mA => max 2V
Ic = 6 A | Ib = 30 mA => max 4V

Ich hab aber Ic = 0,5A. Was ist dann Uce?



Dort steht auch:
Collector Current = 8A
Base Current = 0,3A

Ich hab aber Ic = 0,5A. Wie hoch ist dann Ib?

Autor: mhh (Gast)
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Electric S. schrieb:
> Ich hab aber Ic = 0,5A. Was ist dann Uce?

Kleiner als 2V.

Electric S. schrieb:
> Ich hab aber Ic = 0,5A. Wie hoch ist dann Ib?

Gehe von 2 bis 3 mA aus. (habe jetzt nicht ins Datenblatt geschaut)

Autor: Electric S. (electricsheep)
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mhh schrieb:
> Kleiner als 2V.

Ok, das macht Sinn; kann man den genauen Wert im Datenblatt sehen?
Ich finde es nicht...
Ist es kleiner als 1V?

mhh schrieb:
> Gehe von 2 bis 3 mA aus. (habe jetzt nicht ins Datenblatt geschaut)

Ok, gut.

Autor: Hannes (Gast)
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Im Anhang mal meine Version eines Spannungslimiters.

Kurze Erläuterungen:
Ausgangsspannung wird 6V betragen, und wichtig ist, das GND geschalten 
wird, es also keine gemeinsame Masse zwischen Ein- und Ausgang gibt.
Sollte das erwünscht sein, so musst du dir einen passenden p-Kanal-FET 
suchen, statt meinem in die positive Versorgungsleitung einlöten und die 
OpAmp-Eingänge vertauschen. Ein FET, der bei U_out/2 Gatespannung 
ausreichend leitet um deine Verbraucher zu versorgen ist definitiv 
nötig, sonst kommt der OpAmp zu nahe an die Rail und dein System fängt 
an zu schwingen...
Die Schaltung ist zwischen 0 und 2 V nicht zu gebrauchen, da kann der 
FET nicht durchsteuern, ab 2-6V habe ich ca 20mV@2A spannungsabfall an 
meiner Schaltung gemessen und ab 6V bleibt die ausgangsspannung stabil 
bei 6V während überschüsige Energie am FET verheizt wird (kühlung nicht 
vergessen).
IC1B, R5, LED1 sind nur zur Freude dabei. Die LED leuchtet im Fall, dass 
die Ausgangsspannung aus irgend einem Grund höher als soll wird.
C1 stellte sich bei mir als 0pF also unbestückt am besten heraus.
Er/Sie/Es sollte als Schwingungskompensation dienen und kann bei anderen 
FETs oder OpAmps auch durchaus nötig werden. Diese FET-OpAmp-Kombination 
ist aber alleine schon ausreichend schwingungskompensiert!
Einzig im Grenzbereich um die 6V Eingangsspannung habe ich minimales 
schwingen, das hört aber ab 6,02V auf... damit kann ICH leben!

Ausserdem ist zu beachten, dass die Zenerspannung starken 
Temperaturschwankungen unterliegt (was in meiner Anwendung aber nicht 
schlimm ist) und dank dem OpAmp wird diese Schwankung am Ausgang 
auchnoch mit doppelter Amplitude zu tragen kommen. In meiner Schaltung 
habe ich zwischen 5,6V und 6,2 V Ausgangsspannung gemessen bei 
Temperaturen zwischen 0°C und 40°C.

Ich denke ich habe alles erwähnt. Kannst dir ja selbst ein paar Gedanken 
drüber machen, dabei lernt man auch am meisten...

lg Hannes

Autor: Hannes (Gast)
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PS: ich sehe gerade R2 100R war ein versehen, dass ich im schaltplan bis 
heute nicht ausgebessert habe. dort habe ich irgendwas um die 270-420R 
verbaut... weiß es nicht mehr. musst du aber sowieso nachlesen, im 
Datenblatt, was deine Z-Diode dann so an Strom will.

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Ah ok. Danke!
Funktioniert die angehängte Schaltung auch als Spannungsbegrenzer?
(Nur so zum Verständnis...)

||EDIT: Das soll ein PNP-Transistor sein. :)

Autor: Hannes (Gast)
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sicher nein! die schaltung mit einem pnp-transistor und ner z-Diode als 
D1 macht genau nix. die diode sperrt und die BE-Strecke des Transistors 
(ebenfalls nix weiter als ne Diode) leitet wodurch der Transistor 
permanent durchgesteuert wird.

R1 muss deine Z-Diode rein, mit der kathode nach zur Transistorbasis 
(also "pfeil" nach "oben")
Emiter des npn Transistors muss wie bei dir der ausgang sein und an 
stele von D1 machste nen R rein. dann wirds pervers ungenau aber 
begrenzt pi mal auge auf z-Diodenspannung minus eine Flussspannung 
(~0,7V, die be-Strecke des Transistors)

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204131.htm

GOOGLE!!!

Autor: Electric S. (electricsheep)
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Hannes schrieb:
> die diode sperrt und die BE-Strecke des Transistors
> (ebenfalls nix weiter als ne Diode) leitet wodurch der Transistor
> permanent durchgesteuert wird.

Genau, das soll auch so sein. ;)
Und wenn die Eingangsspannung größer als die Diodenspannung wird, dachte 
ich, leitet die Z-Diode und baut bei der Basis eine Spannung auf, 
weshalb zur Basis kein Strom mehr fließt (Ue = Ub) und der Transistor 
nicht mehr leitet.
Funktioniert das auch so?


Hannes schrieb:
> R1 muss deine Z-Diode rein, mit der kathode nach zur Transistorbasis
> (also "pfeil" nach "oben")
> Emiter des npn Transistors muss wie bei dir der ausgang sein und an
> stele von D1 machste nen R rein. dann wirds pervers ungenau aber
> begrenzt pi mal auge auf z-Diodenspannung minus eine Flussspannung
> (~0,7V, die be-Strecke des Transistors)
>
> http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204131.htm
>
> GOOGLE!!!

Schau dir mal den restlichen Beitrag an, dort steht genau das. ;)

Autor: Jens G. (jensig)
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>sicher nein! die schaltung mit einem pnp-transistor und ner z-Diode als
>D1 macht genau nix. die diode sperrt und die BE-Strecke des Transistors
>(ebenfalls nix weiter als ne Diode) leitet wodurch der Transistor
>permanent durchgesteuert wird.

Tja - wenn das nur ein pnp wäre. Es ist aber ein npn, und damit paßt das 
schon.
Was aber nicht paßt, ist der R und die D - die müssen miteinander 
getauscht werden, sonst haste nur einen (mehr oder weniger) konstanten 
Spannungsabfall von Uz+Ube gegenüber Eingangsspannung.

Autor: Nachtaktiver (Gast)
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