Z-Diode arbeitet nicht

[Hans Spass (Gast)]

Hallo Leute,

da ich vor einem für mich unlösbaren Problem stehe wende ich mich jetzt 
einmal an die Forengemeinde.

Ausgangslage: Digital betriebene Modellbahn mit neu entwickelter 
Lokomotivplatine für PluX-Decoder.
Hier mal ein Hersteller mit sehr ausführlicher Anleitung

http://www.zimo.at/web2010/documents/MX-KleineDecoder.pdf

Auf Seite 56 rechts wird dazu eine Ladeschaltung vorgestellt, welche ich 
auf der Platine mit einigen Abänderungen integriert habe.


Um auf minimalste Bauteilgröße zu kommen habe ich als Z-Diode eine 
BZX585-B15 ausgewählt.

http://www.nxp.com/documents/data_sheet/BZX585_SERIES.pdf

Den 100 Ohm Ladewiderstand habe ich auf 270 Ohm erhöht, damit der 
maximale Stromfluss uber die Z-Diode innerhalb der angegebenen Werte 
bleibt. Parallel zur Z-Diode bzw. 3,3 kOhm-R wird ein Stützkondensator 
angeschlossen von 1000µF / 16 V.

Bei einer angelegten Spannung von 20 Volt beträgt der Stromfluß über die 
Z-Diode 12 mA (gemessen). Trotzdem geht die Spannung nahe an die 16 Volt 
heran, obwohl die Diode spätestens bei 15,4 Volt abregeln sollte. Dabei 
ist es unerheblich, ob der 3,3k-R eingelötet ist oder nicht.
Nehme ich eine 5V-Z-Diode aus der Bastelkiste (bedrahteter Typ) und lege 
diese parallel, setzt sofort eine Regelung ein.
Was mache ich falsch bzw. wo liegt mein (gedanklicher) Fehler?
Sollte die Z-Diode defekt sein, gibt es so etwas? Dann müsste allerdings 
die ganze Charge defekt sein, da bei keiner Platine diese Regelung 
funktioniert.

Weitere Frage: Wäre es möglich, durch einen Längstransistor o.ä. den 
Stromfluss wie eine Art Kennlinie hoch zu fahren? Wenn mehrere solche 
Energiefresser auf dem Gleis stehen, registriert die Zentrale dies als 
Kurzschluss. Wie müsste dies dann aussehen?

Für eine hilfreiche Antwort wäre ich sehr sehr dankbar.

    Mit den besten Grüßen

    Hans Spass

[Jörg W. (dl8dtl) (Moderator)]

Hans Spass schrieb:
> Trotzdem geht die Spannung nahe an die 16 Volt heran, obwohl die Diode
> spätestens bei 15,4 Volt abregeln sollte.

Moment mal: das Datenblatt sagt, dass sie bei 5 mA Querstrom maximal
15,3 V hat.  Damit würden 16 V durchaus zu deinen 12 mA passen können,
falls deine Exemplare an der oberen Toleranzgrenze herumdümpeln.

[Zener (Gast)]

Mit 1000uF machst Du jede Regelung kaputt.
Nimm 1 uF....

Gruß

[(prx) A. K. (prx)]

Jörg Wunsch schrieb:
> Moment mal: das Datenblatt sagt, dass sie bei 5 mA Querstrom maximal
> 15,3 V hat.  Damit würden 16 V durchaus zu deinen 12 mA passen können,
> falls deine Exemplare an der oberen Toleranzgrenze herumdümpeln.

In dem Spannungsbereich ist die I/U Kennlinie von Z-Dioden i.A. ganz 
brauchbar. Innenwiderstand ist 10 Ohm bei 5mA, ergibt ein V(dif) von 
grad mal 70mV.

Erst wenn das Dings ziemlich heiss wird und man den den 
Temperaturkoeffizient von ~11 mV/K draufrechnet reicht es für 16V.

Hans Spass schrieb:
> Um auf minimalste Bauteilgröße zu kommen

Und so kommst du nebenbei auf schlechteste Kühlung.
15V/12mA = 180mW, bei 350K/W gibt das 63K, also ~700mV. Passt.
Fass das Teil mal an. Das wird heiss.

Hans Spass schrieb:
> Nehme ich eine 5V-Z-Diode aus der Bastelkiste (bedrahteter Typ) und lege
> diese parallel, setzt sofort eine Regelung ein.

Wesentlich geringere Verlustleistung und dank Bauform nur 110K/W 
Wärmewiderstand bedeutet, dass diese Diode kaum warm wird. Dazu kommt, 
dass 5,1V Z-Dioden einen viel besseren Temperaturkoeffizenten haben, 
zudem einen negativen.

Zener schrieb:
> Mit 1000uF machst Du jede Regelung kaputt.

Auch wenn das NXP Datasheet die Dinger als Voltage regulator diodes"
bezeichnet ist das dennoch keine Regelung. Weshalb sollte der Elko eine 
Z-Diode stören?

[Hans Spass (Gast)]

Jörg Wunsch schrieb:
> Hans Spass schrieb:
>> Trotzdem geht die Spannung nahe an die 16 Volt heran, obwohl die Diode
>> spätestens bei 15,4 Volt abregeln sollte.
>
> Moment mal: das Datenblatt sagt, dass sie bei 5 mA Querstrom maximal
> 15,3 V hat.  Damit würden 16 V durchaus zu deinen 12 mA passen können,
> falls deine Exemplare an der oberen Toleranzgrenze herumdümpeln.

Ja ist korrekt , Schreibfehler meinerseits.

Zener schrieb:
> Mit 1000uF machst Du jede Regelung kaputt.
> Nimm 1 uF....

Nee, auf keinen Fall weniger, höchstens mehr.
Der Elko soll Puffern, je länger, desto besser.
Um bei den Elkos eine kleinere Bauform verwenden zu können, sollen 16 
Volt Typen eingesetzt werden. Um zu verhindern, dass mal ein Nutzer eine 
Schienenspannung größer 16 Volt anliegen hat (Gleichrichter ist ja auch 
noch dazwischen)dürfen die Elkos nicht explodieren.

A. K. schrieb:
> Hans Spass schrieb:
>> Um auf minimalste Bauteilgröße zu kommen
>
> Und so kommst du nebenbei auf schlechteste Kühlung.
> 15V/12mA = 180mW, bei 350K/W gibt das 63K, also ~700mV. Passt.
> Fass das Teil mal an. Das wird heiss.

Heiss ist fast schon geschmeichelt.
Ok, mein Fehler, habe die Wärmeentwicklung außer acht gelassen.
Ich könnte, bzw. muss, dann noch eine Fläche zur Wärmeableitung auf die 
Platine bringen. Im Datenblatt steht etwas von 35mm² auf Seite 6, kann 
mir aber nicht vorstellen, dass dies ausreichend ist.
Wie berechne ich so etwas, ich blicke da momentan nicht durch.

Für hilfreiche Antworten wäre ich sehr dankbar.

[Peter R. (pnu)]

Hans Spass schrieb:
> Wie berechne ich so etwas, ich blicke da momentan nicht durch.

"berechnen" ist ein großzügiger Ausdruck. Man hat eigentlich nur 
Näherungsformeln oder gemessene Werte bei Kühlflächen oder Kühlkörpern.

Zum Beispiel werden bei Leiterplatten die benachbarten Wärmequellen 
nicht berücksichtigt. Man setzt eigentlich immer voraus, dass das 
Bauelement bei angenehmen 25 Grad ganz alleine auf der Leiterplatte 
angebracht ist. So etwas gibts nur in Märchen oder Datenblättern.
Es fehlen im obigen Datenblatt auch Angaben zur Dicke des Kupfers, zur 
Dicke des FR4, ob senkrecht oder waagerecht, ob beidseitig Cu, oder 
einseitig ...

Deshalb sollte man zu den 35mm² einen Zuschlag geben oder an beidseitig 
Kupfer, durch thermals verbunden, denken.

[U. B. (Gast)]

Bei 5 mA "darf" die Diode (in der 5%-Version) schon 15,75 V.

Der Strom ist grösser; und der Temperaturkoeff. positiv:

» Murphy hat immer Recht.