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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Zündplus 12V und 24V mit Optokoppler an 3.3V PIC


Autor: Amarak (Gast)
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Der Titel sagt schon fast alles: Ich muss das Zündplus an einen 
digitalen Input eines PIC24 hängen, so dass bei eingeschalteter Zündung 
sowohl bei 12V wie auch bei 24V Bordnetzen eine logische "1" am Eingang 
liegt.

Versuche nun schon seit 2 Tagen, eine Schaltung zu konzipieren, die 
einerseits gegen Spannungsspitzen (u.A. Load Dump) abgesichert ist, und 
andererseits den Eingang möglichst optisch entkoppelt.

Ich stelle mir so in etwa eine Absicherung mit TVS Dioden gegen Load 
Dump, Zenerdioden gegen Verpolung, Kondensator gegen kurze Störspitzen 
und eine Konstantstromquelle für die Ansteuerung der LED im Optokoppler 
vor. Allerdings habe ich Mühe, die Schaltung zu dimensionieren, so dass 
sie sowohl im LKW bei 24V, wie im Auto bei 12V funktioniert.

Frage:
======
- Hat hier jemand schon mal so was gebaut?
- Hat jemand einen Schaltplan und idealerweise die genauen 
Bauteilbezeichnungen für mein Vorhaben?
- Geht's evtl. auch einfacher, ohne die Schaltung durch Load Dumps zu 
gefährden (bei 24V können Load Dumps von -175V bis +175V auftreten!)

Autor: Amarak (Gast)
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Ich habe noch eine Schaltung angehängt, wie ich mir das in etwa 
vorstelle. Bin kein Profi auf dem Gebiet, also bitte nicht schlagen ;)

Autor: Amarak (Gast)
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Warum das Bild nicht angehängt wurde, weiss der Geier (der ist sowieso 
Allwissend). Anbei also die Schaltung

Autor: Manuel B. (j-manuel)
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Hallo Amarak

Zu der Dimensionierung:
Ich würde folgende Überspannungsdiode wählen SM6T36A -> der hat eine 
höhere Breakdown Spannung (min 34,2V).

Frage:
Muss denn die Logische "1" Zeitlich sofort erfassbar sein ?

Autor: Amarak (Gast)
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Danke für den Hinweis mit der Diode.

Sofort ist ein dehnbarer Begriff. Eine Verzögerung von max. 50ms wäre 
für diese Anwendung aber denkbar.

Ich frage mich nur ob es nicht einfacher gehen würde. Denn jetzt fängt 
die Schaltung Spikes und Load Dumps ab, erzeugt eine konstante Spannung 
von 3.3V, erzeugt daraus einen konstanten Strom von ca. 5 mA, nur um 
damit die LED des Optokopplers anzusteuern.

Ideal wäre ein Optokoppler, den man direkt an 0-200Vdc hängen könnte, 
welcher intern eine Konstantstromquelle für diesen Spannungsbereich 
hätte. Dann müsste man nur noch gegen Verpolung schützen...

Autor: Stefan M. (celmascant)
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Wie oft wird denn dieser Eingang geschalten?
Wenn es wirklich das Zündungsplus ist nicht so oft, oder?
Hast du schon über ein ganz einfaches Relais nachgedacht, oder ist da 
die Gefahr der Abnutzung zu hoch?

Du könntest auch eine z.B. 5,1V Z-Diode benutzen. Die leitet alles unter 
ca. -0,7V und alles über 5,1V ab. Damit hast du, egal ob 12 oder 24V 
immer relativ konstante 5,1V. Damit kannst du dann auch den Optokoppler 
versorgen.
Sowas in der Art wäre mein Ansatz.

EDIT: Ach so, du solltest auch darauf achten, das diese Spannungspitzen 
nicht als einschalten der Zündung interpretiert werden!

Gruss Stefan

Autor: Obihörnchen (Gast)
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> weiss der Geier (der ist sowieso Allwissend)

Das Obihörnchen schlägt alles.

Autor: Amarak (Gast)
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Es hat nicht so viel mit dem "wie oft schalten" zu tun, sondern dass 
direkt nach dem Schalten ein Vorgang ausgeführt werden muss.

Ein traditionelles Relais kommt für die Anwendung nicht in Frage, denn 
die Schaltung wird unter Anderem auch auf Verdichtungswalzen eingesetzt, 
wo sehr starke Vibrationen über einen langen Zeitraum auftreten. Zudem 
sind sie zu gross.

Dioden sind gut, aber kurze Spitzen kann man damit nicht wirklich 
abfangen, und bei 175 Volt load dumps während 0.5s müssten die eine 
Menge Energie aushalten...

Autor: Holger S. (strabe)
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warum musst Du denn das Signal direkt auf den MC schicken, nimm doch z.B 
'nen Optokoppler als galv. Trennung. Ist vllt. einfacher ?

Gruß Strabe

Autor: Amarak (Gast)
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Ich habe doch in meiner Schaltung oben einen Optokoppler drin.

Die LED im Optokoppler benötigt einen konstanten Strom von ca. 5mA, und 
das über den ganzen Betriebsspannungsbereich von ca. 6 bis 30V. Darüber 
hinaus muss man ja auch die Konstantstromquelle für den Optokoppler von 
den Load Dump Spannungsspitzen zwischen +/- 175V schützen.

Genau das soll meine Schaltung oben ja machen. Es stellt sich nur die 
Frage, ob die Optokoppleransteuerung noch einfacher gelöst werden kann. 
Die Schaltung links vom OK soll nur dazu dienen, dem Optokoppler 3.3V 
bei 5mA zur Verfügung zu stellen und alle möglichen Spannungsspitzen und 
Load Dumps rauszufiltern.

Ich habe ein Diagramm angehängt, welches zeigt, mit welchen 
Störspannungen man im 12C KFZ rechnen muss. Bei 24V muss man die Spitzen 
gut und gerne mal verdoppeln.

Nehmen wir jetzt mal an, der Eingansstrom wird mit 2kOhm auf 5mA bei 10 
Volt begrenzt, was einer Leistung von 0.05W entspricht. Bei +175V würden 
bereits fast 90mA fliessen, was einer Leistung von über 15W entspricht. 
Wie lange und wie oft würden die Dioden das überleben? Bei einem 
Wackelkontakt zwischen Alternator und Batterie können solche Impulse im 
Sekundentakt entstehen...

Vielleicht müsste man noch über einen Varistor nachdenken, der längere 
Überspannung besser durchleiten kann als die Dioden?

Autor: Amarak (Gast)
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Anbei noch ein Dokument, welches die Problematik recht gut beschreibt.

Wie man darin sehen kann, sind die vorgeschlagenen Lösungen nicht gerade 
einfach aufgebaut. Und da ich ja "nur" wissen muss, ob am Zündplus 
Spannung anliegt oder nicht, muss es doch einfachere Lösungen geben, die 
trotzdem zuverlässig laufen...

Autor: Amarak (Gast)
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Ich glaub' ich habe eine im Grundsatz recht einfache Lösung gefunden, 
die für Spannungen bis zu 200V funktionieren sollte.

Der NUD4011 LED Treiber liefert eine einstellbare Stromstärke über einen 
grossen Spannungsbereich. Jetzt muss ich aber noch das Datenblatt genau 
studieren - besonders was die Mindeststromstärke angeht.

Kommentare?

Autor: Dummschwätzer (Gast)
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What ?

Eine einfache Konstantstromquelle diskret aufgebaut + ein paar brocken 
Schutzbeschaltung...

Autor: Holger S. (strabe)
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ich denke dass müsste bestimmmt noch einfacher gehen, wir denken nur 
schon zu sehr in der "Elektronik und ihren Bausteinen". Was wär denn zum 
Beispiel mit einer popeligen Glühbirne ( gibt's auch in Mini ), 'nem 
Kondensator um die Spannungsspitzen zu kappen, ggf. 'ner kleinen 
Induktivität um die Stromspitzen zu kappen und ggf. 'ner Z-Diode um die 
Spannung zu begrenzen. Dann --> Fotodiode ?

Gruß Strabe

Autor: Dummschwätzer (Gast)
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Nicht schlecht, Deine Gedankenarbeit ist echt klasse !
So wird Elektronik entwickelt.

Stromquelle : 5 Bauteil zu 1 Cent.
+ Schutzbeschaltung 3 Bauteile...
+ Opto

Was kostet nun der LED Treiber ?

----

Was spricht denn gegen einen direkten hochohmigen, kapazitiv und per 
Zehner oder Clamp Dioden abgesicherter Anschluss ???

Autor: Stefan M. (celmascant)
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Wie Entstörst du eigendlich deine Stromversorgung des Microcontrollers?
So wie du die Entstörst, müsstest du eigendlich auch die Eingänge 
entstören.

Hier:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23
gibt es unter F.23 Schutzbeschaltungen für CMOS-Eingänge am 
12V-KFZ-Boardnetz. Vieleicht hilft dir das ja weiter.

Gruss Stefan

Autor: Manuel B. (j-manuel)
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Das Problem wird nun bei der beschafung des NUD4011 sein !!

Ich denke Du kannst mehrere Varianten darstellen, aber letzlich ist es 
eine Frage der Kosten,mühe und zeit die man erbringen muss um ein paar 
Bauteile weniger zu verbauen.

Autor: Amarak (Gast)
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Die Stromversorgung ist ähnlich gelöst wie meine erste Schaltung ganz 
oben, allerding mit einem LM2596 Switcher. Dort ist das Problem aber 
nicht so ausgeprägt, da die KFZ-Batterie die Impulse stark begrenzt.

Beim Zündplus ab der Lichtmaschine sieht's schon anders aus, denn die 
Spulen können eben diese massiven Load Dumps erzeugen, wenn die 
Verbindung zur Batterie im Betrieb unterbricht. Diese Load Dumps liegen 
dann im schlechtesten Fall direkt mit 175V am Eingang.

Den NUD4011 kann man bei Farnell für 1€ beziehen...

Autor: Jochen (Gast)
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Hallo Amarak,

Mich würde mal interessieren wie du nun deine Schaltung aufgebaut hast. 
Kannst du nochmal ein Schaltplan schicken, bzw. sagen was du geändert 
hast?

Gruß
Jochen

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