Hallo Zusammen.
Ich suche eine Möglichkeit ein digitales Signal im Spannungsbereich 3.3V
- 24V zu erfassen, das ganz soll robust werden und galvanisch getrennt
sein, deswegen möchte ich Optokoppler einsetzen. Frequenzbereich 1Hz -
50Hz
Mein erster Gedanke war es die Eingangsspannung über eine Zenerdiode zu
begrenzen, wie in Abbildung "optokoppler_input_zener.png". Bei der
Dimensionierung für R1 und R2 fiel mir auf, dass das Murks ist.
Nach kurzer Überlegung kam ich dann auf eine Konstantstromquelle, da im
Optokoppler ja eine LED werkerlt, nach kurzer Suche fand ich
"optokoppler_input_origin.png". Daran gefällt mir nicht, dass bei
Verpolung ein Strom über R9 Q4(B->C) und R8 von fast 5mA fließen kann,
und dass die Transistoren direkt an der Außenwelt sind.
Schaltung "optokoppler_input.png":
Ich habe eine Diode als Verpolschutz hinzugefügt sowie einen Varistor.
Der Kondensator C2 soll als Filter dienen - ob dieser eine gute Idee ist
kann ich leider nicht bewerten und vermute, dass dieser ohne
zusätzlichen Widerstand hinter der Diode auch nichts bringt.
Mir erscheinen alle Lösungen als recht aufwendig. Gibt es eine
einfachere Möglichkeit? Ist die letzte Lösung eine Lösung oder Pfusch?
Die gezeigten Bauteile sind alle vorhanden und wenn möglich soll es bei
diesen oder ähnlichen Teilen bleiben, damit ich keine Bestellung für
95Cent irgendwo tätigen muss...
Grüße,
Flo
DerFlo schrieb:> ein digitales Signal im Spannungsbereich 3.3V - 24V zu erfassen
Muss diese untere Grenze unbedingt so niedrig sein?
Denn das bedeutet ja, dass du auch in einer 24V-Umgebung eine
Störspannung von 2,5V (also ein definitives LOW) als HIGH erkannt
wird, weil du die Schaltschwelle irgendwo auf 2V legen musst(*).
Was, wie du selbst ausgerechnet hast, mit dem Vorwiderstand spannend
wird, wenn die OK-LED schon 1,9V braucht...
> nach kurzer Suche fand ich "optokoppler_input_origin.png". Daran> gefällt mir nicht, dass bei Verpolung ein Strom über R9 Q4(B->C) und R8> von fast 5mA fließen kann
Dan "kann" noch viel mehr fließen, wenn die BE-Strecke vom Q4
durchbricht und die dann bei verpolten 24V an der LED verbleibende
Reverse-Spannung von gut 15V diese ebenfalls zum Leiten bringt...
> Gibt es eine einfachere Möglichkeit?
Definiere einen kleineren Eingangsspannungsbereich.
Lothar M. schrieb:> Definiere einen kleineren Eingangsspannungsbereich.
Angenommen ich setze meine Schaltschwelle bei 4.8V an damit 5V sicher
erkannt werden. Dann benötige ich ja noch eine Art komparator - was die
Lösung definitiv sicherer macht, aber auch komplexer, oder nicht?
Ich sehe ein, das bei 3.3V und Vf=1.9V für den OK keinerlei Reserven da
sind, 5V sind also ein muss. Wenn möglich würde ich aber gerne bei
diesen 5V bleiben.
Wenn ich nun wie in optokoppler_input_5V.png noch einen Transistor in
Reihe schalte komme ich natürlich nicht mehr auf 5V an meiner KSQ...
Ich glaube ich verstehe noch nicht wie das Ganze mit einer höheren
Schwellspannung einfacher wird bzw fühle mich auf dem Holzweg. Kannst du
dazu noch 1-2 Sätze schreiben?
Eine antiparallele Diode (1N4148) zur Fotodiode und einen Vorwiderstand
von 4k7 sollten reichen. Je nach Koppelfaktor liegt der
Ausgangswiderstand im Bereich 10 - 47 kOhm.
Wo ist das Problem?
Hallo m.n.
Bei leichter Überspannung ergeben sich 28V/4700R = 58mA durch den OK,
was meiner Meinung nach zu nah an den 60mA absolute maximum ratings
liegt. Bei 24V sind es immerhin nur noch 51mA aber wenn ich mich recht
entsinne, mögen OK es lieber im Bereich bis 10mA um die Alterungseffekte
der LED gering zu halten - wenn ich mit einem CTR von 50% rechne, und
sollten mir auch 2mA am OK ausreichen für meinen Controller.
Wenn ich mich irre und meine Annahmen falsch sind spare ich mir gerne
den Aufwand und nehme nur die Diode + Widerstand. Bis jetzt bin ich aber
nicht überzeugt von der Lösung.
DerFlo schrieb:> Bei leichter Überspannung ergeben sich 28V/4700R = 58mA durch den OK,> was meiner Meinung nach zu nah an den 60mA absolute maximum ratings> liegt.
Das könnte man noch einmal nachrechnen und zu einem ganz anderen
Ergebnis kommen!
Hoppala, ich sollte meiner Brille aufsetzen, um eine Kommastelle
verrutscht... Aber bei 3.3V/4700R = 0.0007A und einer CTR von 50% DC
könnte es schon etwas eng werden auf der Controllerseite.
Es gibt in der Industrie doch mit Sicherheit tausende Varianten einen
Eingang 5V-25V über einen Optokoppler zu realisieren, die sich bewährt
haben, oder?
Mir fehlt die Erfahrung, und wie ihr merkt stochere ich etwas im Nebel.
DerFlo schrieb:> Hoppala, ich sollte meiner Brille aufsetzen, um eine Kommastelle> verrutscht... Aber bei 3.3V/4700R = 0.0007A und einer CTR von 50% DC> könnte es schon etwas eng werden auf der Controllerseite.
Ich weiß nicht, welche Brille Du verwendest.
Bei einem Koppelfaktor von 50% fließen auf der Ausgangsseite >= 0,2 mA.
Damit läßt sich ein µC Eingang mit (eingebautem) Pullup-Widerstand
eindeutig auf '0' schalten.
Wenn Dir das zu wenig ist, dann nimm einen Darlington-Koppler oder einen
mit FET-Ausgang oder ...
DerFLo schrieb:> Lothar M. schrieb:>> Definiere einen kleineren Eingangsspannungsbereich.>> Angenommen ich setze meine Schaltschwelle bei 4.8V an damit 5V sicher> erkannt werden.
Dann hast du 0,2VG Störabstand. Das ist Murks.
> Dann benötige ich ja noch eine Art komparator - was die> Lösung definitiv sicherer macht, aber auch komplexer, oder nicht?
Oder nicht. Mensch Meier, immer dieses Rumgeheule wegen NICHTS!
> Ich glaube ich verstehe noch nicht wie das Ganze mit einer höheren> Schwellspannung einfacher wird bzw fühle mich auf dem Holzweg.
Das bist du auch. Denn man braucht 1. keinen Optokoppler (das ist ei
Fetisch dieses Forums) und 3. Ist so eine "Schweitzer Taschenmesser
Lösung" meisten unsinnig und überflüssig.
Wenn man die Mindestspannung z.B. auf 6V setzt, kann man die feste
Schaltschwelle auf 3V mit vielleicht 2V Hysterese legen. Das ist für
6-24V ausreichend störfest.
Vor kurzem gab es sowas Ähnliches hier, da wurde ein Komparator genutzt.
Beitrag "Re: Schnelles Signal mit variabler Spannung zu 3.3V konvertieren?"
DerFlo schrieb:> Mir erscheinen alle Lösungen als recht aufwendig. Gibt es eine> einfachere Möglichkeit?
ich würde einen LM317 im TO92 Gehäuse als Ikonst Quelle nehmen,
bei 10mA ist Udrop um 1,5V, die IR LED möchte um 1,25V also gehts ab 3V
sicher los bis 24V und am TO92 sind dann als Ptot ~23V x 10mA = 230mW
auch akzeptabel. benötigt einen R um 120 Ohm.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm317l-n.pdf
Seite 14 -> 8.2.4
DerFLo schrieb:> Angenommen ich setze meine Schaltschwelle bei 4.8V an damit 5V sicher> erkannt werden.
Woher nimmst du die Sicherheit, dass deine (nominell) 5V sicher über
4.8V liegen?
5V dürfen seit ewigen Zeiten +-5% haben TTL, USB o.ä. also sollte die
untere Schwelle 4,75V sein
wenn es so genau werden soll, dann bieten sich eher Schwellwertschalter
oder Resetcontroller an.
Richard B. schrieb:> 28V gegenüber 24V sind für dich eine leichte Überspannung?
Naja, das ist im LKW der Unterschied zwischen "Motor läuft"
und "Motor steht".
Hallo,
> DerFlo schrieb:> Ich suche eine Möglichkeit ein digitales Signal im Spannungsbereich 3.3V> - 24V zu erfassen, das ganz soll robust werden und galvanisch getrennt> sein, deswegen möchte ich Optokoppler einsetzen. Frequenzbereich 1Hz -> 50Hz
Robustheit ist nicht gleich galv. getrennt!
Robustheit am Eingang kann eher ohne galv. Trennung bekommen, indem man
die Eingangsbeschaltung hochohmiger macht (z.B. 10kOhm) und mit
ausreichdn leistungsfähigem Uberspannungsschutz absichert. Dazu evt. ein
Schutz gegen thermische Überlast bei dauerhafter Überspannung.
Der GAU ist meist Blitzschlag mit sehr hohen Strömen auf den
Signalleitungen.
Galv. Trennung hat auch Vorteile:
1) Entkopplung unterschiedlicher Potentiale Hast du das Problem
überhaupt?
2) Schutz der nachfogenden uC-Schaltung bei Zertörung der
Eingangschaltung.
> Mein erster Gedanke war es die Eingangsspannung über eine Zenerdiode zu> begrenzen, wie in Abbildung "optokoppler_input_zener.png". Bei der> Dimensionierung für R1 und R2 fiel mir auf, dass das Murks ist.
Einfache Z-Dioden sind keine TVS-Dioden!
> Nach kurzer Überlegung kam ich dann auf eine Konstantstromquelle, da im> Optokoppler ja eine LED werkelt, nach kurzer Suche fand ich> "optokoppler_input_origin.png". Daran gefällt mir nicht, dass bei> Verpolung ein Strom über R9 Q4(B->C) und R8 von fast 5mA fließen kann,> und dass die Transistoren direkt an der Außenwelt sind.
Bei einer Lösung mit Optokopplern sollte man dann aber auch ein Konzept
in die richtige Richtung entwickeln. Da wären zuerst mal Koppler mit
einem viel höheren CTR sinnvoll. Mit eine Primärstrom von 1...2 mA kann
man viel einfacher hantieren als mit 10...20mA.
Mit 2mA und Umax von 40V käme man auf max. ca. 80mW Verlustleistung in
einer KSQ.
Die Flußspannung bei 1...2mA liegt dann auch deutlich unter der
Nennspannung. da kann man bei IR-Dioden mit ca. 1.0..1,2V rechnen.
Das ginbt dann Reserven frei für die KSQ und Verpolschutz für
3,3V-Pegel.
> Schaltung "optokoppler_input.png":> Ich habe eine Diode als Verpolschutz hinzugefügt sowie einen Varistor.
Die Diode wird bei Blitzschlag sterben.
Eine leistungsstarke TVS-Diode als Überspannungschutz ist besser.
> Der Kondensator C2 soll als Filter dienen - ob dieser eine gute Idee ist> kann ich leider nicht bewerten und vermute, dass dieser ohne> zusätzlichen Widerstand hinter der Diode auch nichts bringt.
Tiepaßcharketeristik ist immer gut. Die Schaltung soll nur so schnell
sein wie nötig.
> Mir erscheinen alle Lösungen als recht aufwendig. Gibt es eine> einfachere Möglichkeit? Ist die letzte Lösung eine Lösung oder Pfusch?
Das kommt sehr auf die Randbedigungen an. In welcher Umgebung soll das
arbeiten und mit welchen Störungen willst du rechnen?
> Die gezeigten Bauteile sind alle vorhanden und wenn möglich soll es bei> diesen oder ähnlichen Teilen bleiben, damit ich keine Bestellung für> 95Cent irgendwo tätigen muss...
Wenn es denn nur billig sein soll, dann braucht man über Optimierungen
und Konzepte nicht mehr diskutieren.
Gruß Öletronika
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