Leistungsgrenze Optokoppler

Interessierter Gast #4215593
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Hallo Forum,

ich trete mit folgendem Problem an euch heran:

Prinzipiell geht es mir um eine Schaltung mit Potantialtrennung. Und 
zwar hab ich einerseits einen uC und auf der anderen Seite wird - auf 
einem anderen Potential - eine Treiberschaltung sein; daher die 
Potentialtrennung. Des Weiteren hab ich +18 V und -18 V als 
Betriebsspannung zur Verfügung. Die Spannung zwischen R2 und R3 im 
angefügten Schaltplan soll entweder -2 V oder +3 V sein. Wie man dem 
Schaltplan entnehmen kann, habe ich es zunächst mit einer Schaltperiode 
von 40 ms simuliert und es funktionierte auch alles wie gewollt.

Allerdings sollte das ganze auch für eine Schaltperiode von 20 us 
funktionieren. Und da war die Grenze der Bauteile in der Simulation 
erreicht. Ich begab mich auf die Suche nach entsprechenden Optokopplern 
im Internet. Leider fand ich bisher nichts passendes. Entweder stimmte 
die Schaltfrequenz und die Kollektor-Emitter-Spannung war zu niedrig, 
oder die Kollektor-Emitter-Spannung war ausreichend zu lasten der 
Schaltfrequenz.

Mein Frage daher: Ist für so einen Anwendungsfall (Schaltfrequenz max. 
100 kHz, max. Vce = 25 V) die Leistungsgrenze einer Optokopplers 
erreicht bzw überschritten? Oder sollte man es ohnehin eher mit einem 
Übertrager statt eines Optokopplers versuchen?

Habt vielen Dank im Voraus
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Interessierter Gast #4215617
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Max M. schrieb:
> Interessierter schrieb:
>> Die Spannung zwischen R2 und R3 im
>> angefügten Schaltplan soll entweder -2 V oder +3 V sein
>
> Und soll die Spannung auch belastbar sein?

Die Spannung wird nicht hoch belastet, da der Spannungsabgriff in einen 
OpAmp geführt wird.

Clemens L. schrieb:
> Die hochgezüchteten High-Speed-Optokoppler sind halt
> empfindlicher.
>
> Müssen die 25 V wirklich am OK selbst anliegen? Ein Extra-Transistor
> hinterher würde helfen.

Nunja... Im bisherigen Szenario schon, da nur die +/- 18 V zur Verfügung 
stehen. Eine alternative wäre, dass man eine weitere Betriebsspannung 
von +/- 5 V für den OK bereitstellt und das gleiche Prinzip wie in der 
Schaltung mit einem zweiten Transistor realisiert. Allerdings ist das 
zunächst nicht vorgesehen, sofern es anders gelöst werden kann.
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Dietrich L. #4215633
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Interessierter schrieb:
> Allerdings sollte das ganze auch für eine Schaltperiode von 20 us
> funktionieren. Und da war die Grenze der Bauteile in der Simulation
> erreicht.

Bei hohen Widerstandswerten (d.h. kleinen Strömen) ist der Optokoppler 
langsamer als bei größeren Strömen.
Kannst Du daran noch "drehen"? Entsprechend muss natürlich auch die 
Ansteuerung (LED) entsprechend kräftiger werden.

Um einen Optokoppler zu verwenden, der weniger Uce kann, brauchst Du nur 
einen zusätzlichen Widerstand zwischen Emitter (R4) und +18V schalten 
(d.h. ein Spannungsteiler für den Kollektor und einen für den Emitter).

Gruß Dietrich
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Interessierter Gast #4215650
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Dietrich L. schrieb:
> Interessierter schrieb:
>> Allerdings sollte das ganze auch für eine Schaltperiode von 20 us
>> funktionieren. Und da war die Grenze der Bauteile in der Simulation
>> erreicht.
>
> Bei hohen Widerstandswerten (d.h. kleinen Strömen) ist der Optokoppler
> langsamer als bei größeren Strömen.
> Kannst Du daran noch "drehen"? Entsprechend muss natürlich auch die
> Ansteuerung (LED) entsprechend kräftiger werden.
>
> Um einen Optokoppler zu verwenden, der weniger Uce kann, brauchst Du nur
> einen zusätzlichen Widerstand zwischen Emitter (R4) und +18V schalten
> (d.h. ein Spannungsteiler für den Kollektor und einen für den Emitter).
>
> Gruß Dietrich

Vielen Dank für die Hilfe!

Dass die Optokoppler bei hohen Widerstandswerten langsamer ist, wusste 
ich bisher nicht. Die Widerstände zu verringern, würde ich nur sehr 
ungerne machen. Die Netzteile sind mit einem 7818 bzw 7918 aufgebaut und 
sind daher auf 1,5 A begrenzt. Die Treiberschaltung hinter dem OK kann 
gut und gerne auch mal min. 1 A ziehen. Würde ich die Widerstandswerte 
für den OK verringern, würde ich mich glaub ich auf eine kleine 
Gratwanderung begeben bis dann irgendwann magischer Rauch kommen würde.

Den Ansatz mit dem Spannungsteiler für Kollektor und Emitter hab ich 
auch schon probiert. Problematisch ist es da aber, wenn der Transistor 
durchschaltet, dass die beiden Teiler dann mit einander verbunden 
werden. Also die oberen und unteren Widerstände parallel und diese dann 
in Reihe geschaltet. Dies verzieht mir dann die Spannung. Allerdings 
könnte man nochmal ein wenig Hirnschmalz in die Dimensionierung der 
Widerstände investieren.
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Max M. #4215682
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Interessierter schrieb:
> 7818 bzw 7918 aufgebaut und
> sind daher auf 1,5 A begrenzt

Interessierter schrieb:
> gerne auch mal min. 1 A ziehen

Das ist doch schon wieder total auf Kante genäht!

> wenn der Transistor
> durchschaltet, dass die beiden Teiler dann mit einander verbunden
> werden

Das ist der Sinn des Transistors!

> Dies verzieht mir dann die Spannung

Dann musst du die Widerstände anders dimensionieren!

> nochmal ein wenig Hirnschmalz in die Dimensionierung der
> Widerstände investieren

Nicht nur in die Widerstände!
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Dietrich L. #4215787
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Interessierter schrieb:
> Die Widerstände zu verringern, würde ich nur sehr
> ungerne machen. Die Netzteile sind mit einem 7818 bzw 7918 aufgebaut und
> sind daher auf 1,5 A begrenzt. Die Treiberschaltung hinter dem OK kann
> gut und gerne auch mal min. 1 A ziehen. Würde ich die Widerstandswerte
> für den OK verringern, würde ich mich glaub ich auf eine kleine
> Gratwanderung begeben bis dann irgendwann magischer Rauch kommen würde.

Jetzt fließt bei Deinen Widerständen auf der +/-18V-Seite so um die 
0,3mA. Wenn Du das um den Faktor 10 oder sogar 100 erhöhst, fließen da 
immer noch keine großen Ströme. Ob Du also zusätzlich zum Laststrom von 
1A noch 3 oder 30mA benötigst ist ja wohl vernachlässigbar ...

Gruß Dietrich
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Hp M. #4216166
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Interessierter schrieb:
> Ich begab mich auf die Suche nach entsprechenden Optokopplern
> im Internet. Leider fand ich bisher nichts passendes. Entweder stimmte
> die Schaltfrequenz und die Kollektor-Emitter-Spannung war zu niedrig,

Wäre dieser hier 
http://www.conrad.de/ce/de/product/140122/Logic-Gate-Optokoppler-Avago-Technologies-HCPL-261A-300E-DIP-8-SMD-Ausfuehrung-10-MBd-45-ns-1-Kanal 
schnell genug?
Dass diese  Dinger nur 5V am Ausgang liefern, kann man ja mit einer 
Treiberschaltung ausbügeln.

Im Übrigen wäre es interessant zu wissen, wozu du derartig hohe 
Spannungen benötigst.
Oft versteckt sich hinter solchen Forderungen ein Designfehler...
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