Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik uC-I/O-Eingang >>> Spannungsregelung


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von __Son´s B. (bersison)


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Hallo.
Möchte einen Universalen I/O-Eingang an den uC (ATTiny84, Vcc 5,0V) 
bringen.
Das bedeutet, wenn
Die Eingangsspannung von 9-20V muss ich vorab auf 3,5-5,0V regeln.

Daher hatte ich mir den Spg.regler 78L05 mit aller notwendigsten 
Beschaltung vorgestellt. Alles muss so klein wie möglich sein!!!

Was haltet ihr von dem Lösungsansatz (siehe Bild)?
D4 und F1 fliegen raus.
Bin mir nicht sicher, ob C1, C2, C3 notwendig sind?

: Bearbeitet durch User
von Kadamu (Gast)


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Ich verstehe nicht so ganz wie du das mit auf 3.5 regeln meinst und was 
jetzt eigentlich passieren soll. Mein Instinkt sagt mir, dass irgendwie 
ein Linearregler etwas sub-optimal ist. ;-) Oder ist das Verarschung?

Eingangsschutz gegen Überspannung?

Guck dir mal einen Serienwiderstand (paar Hundert Ohm) nach dem Eingang 
und eine 5V Zener nach gnd oder eine Schottky nach Vcc an!

von __Son´s B. (bersison)


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Kadamu schrieb:
> Guck dir mal einen Serienwiderstand (paar Hundert Ohm) nach dem Eingang
> und eine 5V Zener nach gnd oder eine Schottky nach Vcc an!

Ja genau - kam ich gerade nicht drauf...!
Z-Diode (5V) mit Vorwiderstand ist sehr viel einfacher und erfüllt 
seinen Zweck!

von Route_66 H. (route_66)


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__Son´s B. schrieb:
> Z-Diode (5V) mit Vorwiderstand ist sehr viel einfacher und erfüllt
> seinen Zweck!

Die Diode erfüllt ihren Zweck.

Ich nehme dafür dann 4,7V-Typen.
Die 5 V sind nicht so effektiv als Schutz. Ddurch den Kennlinienknick 
sprechen oft die internen Dioden im µC bereits an.

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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__Son´s B. schrieb:
> Was haltet ihr von dem Lösungsansatz (siehe Bild)?
Technischer Overkill.
Und zudem: wie erzeugt diese Schaltung zuverlässig eine richtige 0 am uC 
Eingang?

von Johannes S. (jojos)


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wie wäre es mit einem einfachen Optokoppler?

von __Son´s B. (bersison)


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Route 6. schrieb:
> __Son´s B. schrieb:
>> Z-Diode (5V) mit Vorwiderstand ist sehr viel einfacher und erfüllt
>> seinen Zweck!
>
> Die Diode erfüllt ihren Zweck.
>
> Ich nehme dafür dann 4,7V-Typen.
> Die 5 V sind nicht so effektiv als Schutz. Ddurch den Kennlinienknick
> sprechen oft die internen Dioden im µC bereits an.

Nun habe ich Schwierigkeiten den Rv zu berechnen.
Eingangsspg. Ucc1 kann zw. 8-20V annehmen.
Uz=4,7V, Ptot=500mW

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Bei 8V sollen am Pin 5V maximal anliegen - darauf berechnest Du den 
Spannungsteiler.
Wenn 5V 10K entsprechen, sollten 8V 16K sein.
Somit müsste RV 6KΩ werden, damit Du sicher auf Deine 5V kommst.
Oberhalb der 8V begrenzt die Z-Diode die Spannung, der RV den Strom.
Durch den 10K Widerstand fließen dann ca. die x mA, da 5V : 10kΩ = 
0,5mA, der Rest (Spannung - 5):6KΩ muß durch die Diode.

8V -> 0,5mA - sollte Alles durch die 10kΩ gehen
20V -> 2,5mA - 2mA sollten für die Diode bleiben

MfG

von eagle user (Gast)


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Johannes S. schrieb:
> wie wäre es mit einem einfachen Optokoppler?

Normalerweise ist das die erste Wahl. Es gibt Optokoppler mit 
antiparallelen LEDs, das spart den Verpolungsschutz. Oder welche mit 
Digitalausgang, die haben eine halbwegs definierte Schaltschwelle mit 
Hysterese und brauchen keinen Pull-Up.

Aber wenn GND der "Hochspannung" und GND vom uC wirklich verbunden sein 
dürfen, dann würde ich einen einfachen Transistor nehmen. Die 
Schaltungen mit (Zener-)Dioden verlieren alle ihre Schutzwirkung, wenn 
die Versorgung vom uC ausgeschaltet wird.

von __Son´s B. (bersison)


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eagle user schrieb:
> Johannes S. schrieb:
>> wie wäre es mit einem einfachen Optokoppler?
>
> Normalerweise ist das die erste Wahl. Es gibt Optokoppler mit
> antiparallelen LEDs, das spart den Verpolungsschutz. Oder welche mit
> Digitalausgang, die haben eine halbwegs definierte Schaltschwelle mit
> Hysterese und brauchen keinen Pull-Up.

GND ist überall gleich!
Z-Diode scheint mir z.Z. die einfachste Lösung.
Transistor bzw. MOSFET beschreibt mein Plan B.

Mit Optokopplern hatte ich seit 198x nichts mehr zu tun.
Welchen OK würdest du empfehlen - möglichst einfach und universal?
Wie sieht die konktere Verschaltung in Bereich der uC/IO aus?

von __Son´s B. (bersison)


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Nun hab ich mich in OK rein gearbeitet - ein immer noch faszinierendes 
Bauteil!
Um aber die Ue 8-20V sauber abzufangen und der LED eine Konstantspg. 
anzubieten, habe ich noch keine "elegante" Lösung gefunden.

von Hmm (Gast)


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__Son´s B. schrieb:
> Nun hab ich mich in OK rein gearbeitet - ein immer noch
> faszinierendes
> Bauteil!
> Um aber die Ue 8-20V sauber abzufangen und der LED eine Konstantspg.
> anzubieten, habe ich noch keine "elegante" Lösung gefunden.

Nicht nötig.
Der Vorwiderstand reicht. Man legt das so aus:
R=(Uin-Uf)/ILED
z.B. R = (20V-1V)/5mA = 3,8kOhm (z.B. 3k9 könnte man da nehmen).

LED benötigen Strom, keine Spannung.

von __Son´s B. (bersison)


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Hmm schrieb:

> Der Vorwiderstand reicht. Man legt das so aus:
> R=(Uin-Uf)/ILED
> z.B. R = (20V-1V)/5mA = 3,8kOhm (z.B. 3k9 könnte man da nehmen).
>
> LED benötigen Strom, keine Spannung.

LED (4N25N) benötigt 1,1V/3mA (25°C)!

Mein Uin kann zwischen 8V und 20V annehmen - beides muss in diesem Fall 
sauber verarbeitet werden!
Somit ist es nicht ganz sooooo easy.

von Hmm (Gast)


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__Son´s B. schrieb:
>> Der Vorwiderstand reicht. Man legt das so aus:
>> R=(Uin-Uf)/ILED
>> z.B. R = (20V-1V)/5mA = 3,8kOhm (z.B. 3k9 könnte man da nehmen).
>>
>> LED benötigen Strom, keine Spannung.
>
> LED (4N25N) benötigt 1,1V/3mA (25°C)!
>
> Mein Uin kann zwischen 8V und 20V annehmen - beides muss in diesem Fall
> sauber verarbeitet werden!
> Somit ist es nicht ganz sooooo easy.

Das Wörtchen z.B. hast du gleich mal ignoriert :-(
Ich habe das Datenblatt nicht gelesen ...

Wenn du es genau vorgekaut haben willst, mit Grenzwerten und allem:

Maximaler Widerstand:
Der Strom bei 8V muss > sein als Iout/CTR:
Iout = 500µA (pulldown 10k), CTRMIN = 20%
--> Imin = 2,5mA
Rmax = (8V-1,1V) / 2,5mA =  2760Ohm

Minimaler Widerstand:
Rmin = 20V / 60mA = 333Ohm

Günstigerweise nimmt man was dazwischen, 2k2 zum Beispiel.
Oder einen besseren OK, einen mit >50% CTR und nicht so eine olle Gurke, 
dann braucht man nicht soviel Strom.

Jaja, man kann das noch genauer machen, aber wozu? Wer Angst hat, nimmt 
halt 1k5.

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Wenn Du sowohl bei 8V als auch bei 20V unbedingt die gleiche Helligkeit 
an Deiner Optokoppler-LED haben willst, kannst Du statt den 3 x 1N4007 
eine 4V7 Z-Diode an die gleiche Stelle setzen und zwischen Z-Diode und 
Optokoppler-LED noch einen 1k2 Widerstand schalten.

(4,7V - 1,1V) / 0,003A = 1200 Ohm

Vor die Z-Diode sollte jetzt noch ein Widerstand (R13) geschaltet 
werden, der bei 8V einen Strom von 3mA zulässt.

(8V - 4,7V) / 0,003A = ca. 1200 Ohm = R13

Der Widerstand R13 sollte bei 20V und bei Verpolung nicht zu warm 
werden.

20V / 1200 Ohm x 20V = 0,33 Watt (0,6W Metallfilm)

Da die Z-Diode bei Verpolung durchschaltet wirkt sie gleichzeitig auch 
als Verpolungsschutz für die Optokoppler-LED. Im Prinzip reicht aber 
auch der Vorschlag von Hmm, aber dann mit antiparallelgeschalteter 
1N4007 oder besser 1N4148.

von __Son´s B. (bersison)


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Danke erst einmal!

Meine Lösung wird, auch aufgrund der Miniaurisierung und Einfachheit, 
mit 1 MOSFET hergestellt.
Gesamtverbrauch <0,5mA, 4,5-20V konstant, inkl.Verpolschutz.

OK finde ich dennoch sehr elegant.
Der hohe If vom 4N25N irritiert und schreckt ab.

Vorkauen ist nicht erforderlich, aber Erfahrungen anzapfen gerne.
Welche Modelle/Datenblätter mit niedrigem If sollte ich mir anschauen?

von Hmm (Gast)


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__Son´s B. schrieb:
> Vorkauen ist nicht erforderlich, aber Erfahrungen anzapfen gerne.
> Welche Modelle/Datenblätter mit niedrigem If sollte ich mir anschauen?

Im Datenblatt des von dir genannten Typen sind ein paar drin:
http://www.mouser.com/ds/2/149/4N25M-888460.pdf

Da gibts diverse verschiedene Modelle schon da drin.
Der 4N35M hätte z.B. 100% min.

Was ich mir auch noch anschauen würde: Die ganzen typical performance 
Charts und die Werte.

Wer faul ist, und nicht schnell sein muss, schaut nur kurz drüber, und 
nimmt großzügige Sicherheiten.

von Clemens L. (c_l)


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__Son´s B. schrieb:
> Welche Modelle/Datenblätter mit niedrigem If sollte ich mir anschauen?

Z.B. Darlingtons (4N35, 6N138), oder Digital-Optokoppler (H11L1).

von __Son´s B. (bersison)


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Danke, schaue ich mir gerne an!

von A. S. (achs)


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Mir ist immer noch nicht klar, ob der TO verarscht werden soll.

Lege die Spannungspegel high und Low fest, poste die Eingangsdaten aus 
dem Tiny-datenblatt und wir sagen, ob Du
A) 1 oder 2 Widerstände brauchst
B) wie groß die sein müssen.

Wofür da Z-Dioden oder so sonstwas gut sein sollen, erschließt sich mir 
nicht. Allenfalls Cs zur Frequenzkorrektur.

von DraconiX (Gast)


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Achim S. schrieb:
> Lege die Spannungspegel high und Low fest

Ist doch... Low = 0V und High = 8-20V. So wie ich das verstanden haben.

von A. S. (achs)


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DraconiX schrieb:
> Achim S. schrieb:
>> Lege die Spannungspegel high und Low fest
>
> Ist doch... Low = 0V und High = 8-20V. So wie ich das verstanden haben.

Naja, für eine "echte" Auslegung braucht man 2 Werte:

a) die maximale Spannung, die sicher als 0 erkannt werden soll (z.B. 1V)
b) die maximale Spannung, die sicher als high erkannt werden soll (z.B. 
5V)

"Sicher" = jeweils inclusive aller Masseanhebungen, Kontaktprobleme, 
Temperaturdrifts etc.

Und als Beispiel für den µC-Eingang ohne VCC-Toleranz:
low = 1.5V (0.3*VCC)
high= 3.5V (0.7*VCC)
Input current <1µA
Climb Dioden vorhanden

Aufgabe
1V --> <1.5V (Delta 0.5V)
5V --> >3.5V (Delta 1.5V)
20V --> 5V

Limitierend wären hier die 0.5V @1µA (meist gibt das Datenblatt nicht 
mehr her)

--> Ein Serienwiderstand von 500kOhm reicht vollkommen aus.
--> In der Praxis nimmt man dann 100kOhm.
--> Dazu die Kontrolle, ob ein Strom von 15v/100k (150µA) sicher von der 
Schaltung (Tiny, Linearregler, Rest der Schaltung) aufgenommen werden 
kann.

Also 100k. Aber ja, ein Optokoppler oder ein Ethernet-Wandler gehen 
auch.

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