Netzfrequenz als Taktgeber - Fragen

uhrdie100ste Gast 03.02.2016 11:26 #4452673

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Hallo,

ich würde mal mit Schieberegistern anfangen und wollte mir dazu eine 
LED-Uhr mit 60 LEDs für Minuten, Sekunden und Stunden aufbauen.

Das ist soweit nicht das Problem.

Ich brauche aber auch eine Zeitreferenz. Dafür wollte ich auf die 
langfristig stabile Netzfrequenz zurückgreifen. Deshalb habe ich mir den 
Artikel dazu durchgelesen.
Ein einfacher Spannungsteiler kommt nicht infrage, da ich ungern 
galvanisch ungetrennte 230V auf der Platine rumschwirren habe.

https://www.mikrocontroller.net/articles/230V#Portpin_an_230V_AC

Ich würde gern diese Schaltung mit einem 6N139 nutzen, um mit wenig 
Strom und wenig Verlusten auszukommen. Was mir nicht ganz klar ist: Wozu 
brauche ich C1? Kann die LED des 6N139 nicht auch direkt (mit 1N4001 und 
entsprechend hohem Vorwiderstand) ans Netz?

Stört die unsaubere Flanke den µC (in meinem Fall ein Mega 8-16PU) nicht 
(kommt an den Interruptpin im CTC-Modus)?

Danke fürs Nachhelfen.

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Uwe B. (uwebonnes) (Firma: TU Darmstadt) 03.02.2016 11:36 #4452685

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uhrdie100ste schrieb:
> Wozu
> brauche ich C1? Kann die LED des 6N139 nicht auch direkt (mit 1N4001 und
> entsprechend hohem Vorwiderstand) ans Netz?

Klar, dann brauchsts Du aber deutlich mehr Leistung und erzeugts mehr 
Waerme. C1 dient als (kapazitiver) Vorwiderstand.

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Route_66 H. (route_66) 03.02.2016 11:40 #4452690

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uhrdie100ste schrieb:
> Ein einfacher Spannungsteiler kommt nicht infrage, da ich ungern
> galvanisch ungetrennte 230V auf der Platine rumschwirren habe.

Einfache Uhrenradios holen sich deshalb die Netzfrequenz (50 oder 100 
Hz) aus der Sekundärseite des Netztrafos.

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uhrdie100ste Gast 03.02.2016 11:47 #4452696

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Route 6. schrieb:
> uhrdie100ste schrieb:
>> Ein einfacher Spannungsteiler kommt nicht infrage, da ich ungern
>> galvanisch ungetrennte 230V auf der Platine rumschwirren habe.
>
> Einfache Uhrenradios holen sich deshalb die Netzfrequenz (50 oder 100
> Hz) aus der Sekundärseite des Netztrafos.

Kann ich nicht, weil ein fertiges Schaltnetzteil zum Einsatz kommt 
(Stromverbrauch bis 3,6A). Da wäre der Trafo doch eher kostspielig und 
macht sich an der Wand nicht so gut.

Ich verstehe das mit dem kapazitiven Vorwiderstand nicht so recht. Wie 
wird der berechnet? Der OK muss dann ein AC-tauglicher Typ sein (also 
fiele der 6N139 wieder aus dem Raster). Nicht?

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Clemens L. (c_l) 03.02.2016 12:52 #4452809

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uhrdie100ste schrieb:
> Ich verstehe das mit dem kapazitiven Vorwiderstand nicht so recht. Wie
> wird der berechnet?

Die Impedanz eines Kondensators ist Z = 1Ω / 2 π f C, mit f 
= 60 Hz und C = 22 nF also 120 kΩ.

> Der OK muss dann ein AC-tauglicher Typ sein (also fiele der 6N139
> wieder aus dem Raster). Nicht?

Eine (Leucht-)Diode lässt Strom in der falschen Richtung nicht durch. 
Ohne Strom ist aber der Spannungsabfall über den Widerständen 0 V, und 
du hast 230 V an der LED des OKs. Für den 6N139 wären das 225 V zu viel.

Darlingtons mit AC-Eingang sind seltener, gibt es aber: LTV-8141, 
PS2506, IL766B, LDA110. Der HCPL-3700 hat mehr Features.

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Knut B. (travelrec) (Firma: TravelRec.) 03.02.2016 13:03 #4452834

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Um die Netzfrequenz in die Schaltung zu bekommen, dass ein Controller 
oder CMOS-IC das auswerten kann, reichen ausreichend hochohmige und 
spannungsfeste Widerstände. Ich habe in einer Anwendung 4x 3M3 1206 
Widerstände in Serie geschaltet. Bei passendem Layout ist das Konstrukt 
bis 2000V geeignet und die Ströme, die da nach Erde fließen können, wenn 
man die Schaltung berührt, liegen unter 30 Mikroampere.

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Knut B. (travelrec) (Firma: TravelRec.) 03.02.2016 13:07 #4452841

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Clemens L. schrieb:
> Eine (Leucht-)Diode lässt Strom in der falschen Richtung nicht durch.
> Ohne Strom ist aber der Spannungsabfall über den Widerständen 0 V, und
> du hast 230 V an der LED des OKs. Für den 6N139 wären das 225 V zu viel.

Eine Si-Diode antiparallel über die Koppler-LED löst das Problem. Zur 
Zeitmessung reicht auch jeder 2. Nulldurchgang.

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uhrdie100ste Gast 03.02.2016 13:55 #4452928

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Danke soweit.

Ich habe mich für den 6N139 deshalb entschieden weil er wenig Strom 
braucht. Ich bin da noch davon ausgegangen, dass die überflüssige 
Spannung in den Widerständen verbraten wird und da wäre wenig Strom 
wünschenswert gewesen.
Inzwischen habe ich mich ein wenig schlaugelesen und u.a. auch die von 
Clemens genannte Formel gefunden.
Da ich ein paar CNY17-4 und 1N4007 schon rumliegen und nicht mehr auf 
geringsten Stromverbrauch angewiesen bin sollten die es tun und die 
müsste ich nicht erst kaufen.
Bei einer Vorwärtsspannung und Strom zwischen 20 und 50 mA bräuchte ich 
demnach irgendwas zwischen 5K und 12K, damit der sicher läuft.

Mit einem RC-Glied aus 2,2K (mit 2W Belastbarkeit und 500V 
Spannungsfestigkeit) und einem 470 nF MKP-10 müsste ich doch einen 
CNY-17-4 betreiben können. Eine 1N4007 antiparallel geschaltet 
natürlich.

Oder irre ich da?
Auf µC-Seite hätte ich jetzt einfach die 5V-Versorgungsspannung über 
einen 10K-Widerstand an den Pin gehängt und vom CNY17-4 gegen Masse 
kurzgeschlossen. Spricht was dagegen?

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oszi40 Gast 03.02.2016 14:03 #4452932

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uhrdie100ste schrieb:
> Spricht was dagegen?

Du sammelst mit dem Kondensator-Netzteil  2,2K +470 nF jede Menge 
Spannungsspitzen und Dreck aus Deinem Schaltnetzteil mit ein. Ein 
winziger Printtrafo würde da eher einiges wegfiltern.

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uhrdie100ste Gast 03.02.2016 14:19 #4452955

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Beeinflusst das Schaltnetzteil (Meanwell, 5V/5A) den OK so stark, dass 
es die Zeitermittlung stört?
Wenn der Einfluss nicht zu stark ist wäre mir das wurscht.

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oszi40 Gast 03.02.2016 14:23 #4452958

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uhrdie100ste schrieb:
> Wenn der Einfluss nicht zu stark ist wäre mir das wurscht.

Das kannst nur Du ausprobieren oder auf dem Oszi ansehen.

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uhrdie100ste Gast 03.02.2016 14:46 #4452993

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Habe ich kein Oszi.
Dann nehme ich halt die 500 mW Verlust in Kauf, die ich mit der simplen 
Vorwiderstandsmethode bei der Verwendung des 6N139 habe. Das 
funktioniert dann auf jeden Fall und hat sicher weniger Leerlaufverluste 
als ein Trafo und ist außerdem platzsparender und billiger.

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Axel S. (a-za-z0-9) 03.02.2016 14:58 #4453013

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uhrdie100ste schrieb:
> Mit einem RC-Glied aus 2,2K (mit 2W Belastbarkeit und 500V
> Spannungsfestigkeit) und einem 470 nF MKP-10 müsste ich doch einen
> CNY-17-4 betreiben können.

Warum so ein großer Kondensator? Der Strom der für die LED des
Optokopplers angegeben ist, ist ein Maximalwert. Du kannst
auch deutlich weniger Strom durchjagen.

Ein Optokoppler ist ein analoges Bauelement (ausgenommen die
Typen mit eingebautem Schmitt-Trigger). Aber da es dir ja nicht
auf Geschwindigkeit oder Phasenverschiebung ankommt, kannst du
den CNY17 auch mit 1/10 des Maximalstrom betreiben und mit 10x
größerem Lastwiderstand auf der Ausgangsseite.

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Netzfrequenz als Taktgeber - Fragen

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