Hallo, gleich zu Anfang, ich bin totaler Laie und spiele mich gerade. Mein Frage, ich möchte 12V aus dem Kfz-Bordnetz als Signal verwenden. Da da ja hohe Spannungsspitzen auftreten können (hab dazu auch schon im Forum was gelesen) sollte man die begrenzen. Mein Gedanke wäre jetzt gewesen mit einer Z-Diode die maximale Spannung zu begrenzen und auch mit einem Optokoppler (4N25) den Controller zu schützen. Da der 4N25 nicht viel Strom benötigt, würde das in diesem Fall funktionieren? Oder aber würde der notwendige Vorwiderstand für die Z-Diode für die Spannungsspitzen bei den "normalen" 12V den Strom soweit begrenzen, dass der 4N25 nicht mehr schalten kann? Gruß
Spannungsbegrenzung per Z-Diode wird in der Automobilelektronik gemacht, ja. Muss man dimensionieren. Mach mal nen Schaltplan. Nicht mit Paint, nicht son "Arduino Steckbrett vom Flugzeug aus fotografiert"-Gedöns. Zur Not per Hand. Versorgung oben, GND nach unten.
Chris schrieb: > gleich zu Anfang, ich bin totaler Laie und spiele mich gerade. Laienschauspieler? :) MfG Paul
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Paul B. schrieb: > Chris schrieb: >> gleich zu Anfang, ich bin totaler Laie und spiele mich gerade. > > Laienschauspieler? > :) > MfG Paul Zumindest was Elektronik betrifft schon :) @THOR: anbei mein Schaltbild
R1 wird so dimensioniert dass Z1 bei 12V gerade so Strom leitet. U=R*I, R=U/I Unter der Annahme dass an Pin 1 und 2 vom OK die LED ist und die LED 2V Flussspannung hat und 5mA braucht: R1+R2=(12-2V)/0,005A = 2k Die Gleichung ist erfüllt, wenn entweder R1=0 und R2=2k ist oder andersherum oder was dazwischen. R1=0 ist ungünstig, Strom durch Z1 nicht begrenzt. R2=0 ungünstig, Strom durch LED nicht begrenzt. Beide gleich groß ungünstig, es stellen sich 12V/2 + 2V = 8V an der Z-Diode ein, die damit wirkungslos bleibt. Ergo: Deine Z-Diode ist mit 12V zu groß, du hast dir ein unlösbares Problem gebaut ;)
Huhu, Nimmt man nicht bei Spannungsspitzen eher eine TVS-Diode anstatt Z-Diode? Wenns Signal nicht zeitkritisch ist, kannst ja noch mit LC Tiefpass + Dioden (Reihe und in Sperrichtung zwischen 12V und Masse) dazuschalten. Gruß krissiii
Gut, dann weiß ich jetzt wenigstens, dass ich es überhaupt nicht verstanden habe :( Ich dachte eigentlich, dass die Z-Diode, solange nur 12V anliegen, "nichts" macht. Steigt die Spannung aber an, dann "leitet" die Diode alles ab, was darüber liegt. Oder verstehe ich das mit "...Z-Diode mit 12V zu groß..." auch schon wieder falsch.
Chris schrieb: > Ich dachte eigentlich, dass die Z-Diode, solange nur 12V anliegen, > "nichts" macht. Es fliesst nur ein Reststrom, der Bemessungsstrom bei Nennspannung. Allerdings hast du im Auto so gut wie immer mehr als 12V, typisch etwas über 14V. Du berechnest also den Widerstand so, das bei einer Differenz von z.B. 14,2 - 12, also 2,2V, ein paar mA fliessen. So kritisch ist das alles nicht, es sollte irgendein Widerstand mit 47-100 Ohm tun.
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Kristina K. schrieb: > Nimmt man nicht bei Spannungsspitzen eher eine TVS-Diode anstatt > Z-Diode? Ja, schon. Die TVS kann halt hohe Peak-Ströme verarbeiten. Wenn aber, wie hier, sowieso noch ein Vorwiderstand rein muss, dann tut es eine Z-Diode genauso. Chris schrieb: > Ich dachte eigentlich, dass die Z-Diode, solange nur 12V anliegen, > "nichts" macht. Steigt die Spannung aber an, dann "leitet" die Diode > alles ab, was darüber liegt. Schon richtig. Aber durch die beiden Widerstände liegen an der Z-Diode weniger als 12V an - z.B. nur rund 6V, wenn beide Rs gleich sind. Das heißt auch, dass bis zum Ansprechen in dem Beispiel der doppelte LED-Strom im OK fließt (bei Überspannung > 24V). Wenn er das aushält, dann spricht nichts dagegen, es so zu machen. Alternativ kannst du natürlich auch einen kleineren Wert für die Z-Diode nehmen. Beispiel für gleich große Rs: Z-Spannung 6.8V oder 7.5V. Dann ist die Z-Diode ohne Spannungspeaks praktisch stromlos und bei einem Peak steigt der LED-Strom nur wenig an.
Die Schaltung ist völlig Ok. Die Zenerdiode soll ja normalerweise nichts leiten, sondern nur im Falle von Überspannung. Die Zenerdiode begrenzt also auf ca. 12V. Der Optokoppler soll mit 1,7V. Durch den 680 Ohm Widerstand ergibt sich somit ein Strom von rund 15mA. An R1 wird aber auch noch Spannung abfallen, der hat ja nicht 0 Ohm. Mal angenommen, dein Optokoppler würde mit 7mA auch noch einwandfrei funktionieren, dann darf R1 maximal ebenfalls 680 Ohm haben. Jetzt kommen wir zur Überspannung. Dabei wird ein Strom durch die Zenerdiode fließen, begrenzt durch R1. Die Zenerdiode verträgt langfristig 5W. 5W / 12V = 416mA. So viel Strom kann sie maximal langfristig ableiten. Multipliziert mit R1 (680 Ohm) kommen wir auf 282 Volt. Die Zenerdiode kann deinen Optokoppler also vor langfristiger Überspannung bis zu 282 Volt schützen. Ob soviel nötig ist? Aber egal, rechnen wir das weiter durch: An R1 fällt sicher eine gehörige Leistung ab. 282 Volt * 416mA = 117 Watt. Oha, das ist viel. Da brauchst du dann schon einen fetten Widerstand, wenn er das langfristig aushalten soll. Gottseidank wirst du im Auto aber niemals für längere Zeit mehr als 15 Volt sehen. Es werden immer nur kurze Impulse sein, wenn überhaupt. Also kannst du eine viel kleinere Zenerdiode und einen viel kleineren Widerstand nehmen. Ich würde eine 0,5W Zenerdiode und einen 0,5W Widerstand verwenden. Im Zweifelsfall wird der Widerstand als erster wegbrennen und dient so nebenbei als Sicherung. Widerstände kann man leicht auswechseln. Nun sollten wir aber noch negative Spitzen berücksichtigen. Was passiert, wenn am Eingang nur kurz -20V anliegen? An der Zenerdiode werden in diesem Fall 0,7V abfallen. Den Optokoppler dahinter lässt das kalt, denn seine Rückeärts-Sperrspannung ist viel höher. Da fließt schnmal gar kein Strom. (20V - 0,7V) / 680 Ohm = 28mA. Belastung der Zenerdiode: 0,7V * 28mA = ein paar Milliwatt, kaum der Rede Wert. Belastung des Widerstandes: (20V - 0,7V) * 28mA = 364mW. Ein 0,5 Watt Widerstande würde das sogar langfristig vertragen. Die ganze Rechnung ging davon aus, dass der Optokoppler mit 7mA noch einwandfrei funktioniert und dass er 15mA verträgt (was defintiv der Fall ist). Du solltest klären, ob 7mA ausreichen. Das hängt von der Schaltung hinter dem Optokoppler ab. Wenn es darum geht, den Eingang eines IC anzusteuern, bist du sicher im grünen Bereich.
HildeK schrieb: > Schon richtig. Aber durch die beiden Widerstände liegen an der Z-Diode > weniger als 12V an - z.B. nur rund 6V, wenn beide Rs gleich sind. Ich glaube man kann das nicht so einfach betrachten. Z1 ist ein stark unlineares Element dessen Widerstand von dem Arbeitspunkt abhängt. Gäbe es wirklich nur 6V auf der Z1 dann ist die quasi fast geschlossen was wiederum bedeutet dass ihr Widerstand ansteigt -> also wird auch die Spannung auf Z1 (und R2+OP)größer. OP mit R2 behält sich ja in der Schaltung als die Last von Z1. So lange kein großer Strom ins OP fließt und gleichzeitig R1 bei 12V Betriebsspannung noch genug Strom für Z1 zur Verfügung stellt, ist auf Z1 eine konstante Spannung (egal ob die Betriebsspannung auch mal größer wird). Bedingung wäre dann für R2 = (12-2)/0.005 = 2k und für R1 cca. 100 was schon von Matthias S. diskutiert wurde.
SVN schrieb im Beitrag #4898746: > Ich glaube man kann das nicht so einfach betrachten. Doch, da bin ich mir sicher! > Z1 ist ein stark > unlineares Element dessen Widerstand von dem Arbeitspunkt abhängt. Gäbe > es wirklich nur 6V auf der Z1 dann ist die quasi fast geschlossen Ja, einverstanden. > was > wiederum bedeutet dass ihr Widerstand ansteigt -> also wird auch die > Spannung auf Z1 (und R2+OP)größer. Nein, R1 und R2 werden auf den Nominalstrom des OK berechnet. Und wenn Überspannung kommt, dann ist der OK-Strom nur durch R2 begrenzt, ausgehend von der durch die Z-Diode begrenzten Spannung. Lies den vorigen Beitrag von Stefan Us genau durch, der hat es perfekt erklärt.
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HildeK schrieb: > Nein, R1 und R2 werden auf den Nominalstrom des OK berechnet. > Überspannung kommt, dann ist der OK-Strom nur durch R2 begrenzt, > ausgehend von der durch die Z-Diode begrenzten Spannung. Genau. War ein Denkfehler von mir das auf der Zener nicht weniger als 12V sein kann. Man kann aber davon ausgehen dass auf der Zenerdiode nicht mehr als cca. 12V vorliegen und deshalb die Berechnung für R2 passend ist. R1 muss klein genug ausgewählt werden um die Zener Diode auch bei niedrigsten Spannungen "offen" zu halten. Siehe Simulationsergebnisse unten.
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