Auslegung Kippstufe: Komparator, Transistor, "Spannungsteiler"

[Johannes H. (curerescueteam)]

Hallo zusammen,

Vorwarnung gleich am Anfang: Ja ich bin Anfänger und nein mit Elektronik 
im "kleinen" kenne ich mich nicht gut aus, deshalb frage ich ja hier 
nach. Ich hoffe, hier kann mich jemand weiter bringen. :)

Folgendes Problem:
Wir möchten einen Isolationswächter (Bender Isometer IR155-3204) dazu 
nutzen, ein Relais (GIGAVAC MiniTactor P105BDA) direkt anzusteuern.
Das Ausgangssignal ("OKhs") des IR155 ist im High-Zustand (Isolation in 
Ordnung) immer größer als dessen Betriebsspannung (Ub) minus 2V, also im 
12V Bordnetz größer als 10V.
Tritt ein Isolationsfehler auf, sinkt die OKhs unter Ub-2V, allerdings 
nicht sofort auf annähernd 0V (oder <5V).
Damit ist also das Abschalten eines Relais durch das Signal alleine 
nicht garantiert, außerdem wissen wir nicht, ob der Strom, den das IR155 
liefern kann, überhaupt für das Anziehen des Relais ausreichen würde.

Für die Ansteuerung des Relais wollen wir deshalb eine simple 
Schwellwertschaltung (Kippstufe) aufbauen, die ab OKhs<(Ub-2V) auf 0V 
kippt, und sonst immer Ub ausgibt.
Daraus ergibt sich die 1. Frage:
Wie bekomme ich an einen Eingang eines Komparators eine Spannung, die 
konstant 2V unter dessen Betriebsspannung liegt?
Uns ist hier nur eingefallen, einen Spannungsteiler im Verhältnis 1 zu 5 
zu nutzen, was allerdings nur für eine Ub von 12V genau stimmen würde, 
bei kleineren Ub würde der Schalter eventuell zu früh, bei größeren Ub 
zu spät auslösen. Geht das irgendwie ohne großen Aufwand besser?

Wenn dieses Problem gelöst ist, haben wir gleich das nächste Problem:
Gibt es Komparatoren, die den für das Relais benötigten Strom (ca. 
250mA) direkt zur Verfügung stellen können? Wenn ja, welche? Reichen die 
250mA überhaupt aus, oder ist mit einem größeren Anzugsstrom zu rechnen?
Falls nein,, was für einen Transistor kann man dann als Schalter für das 
Relais benutzen?

Vielen Dank schonmal! :)

Grüße
curerescueteam

[Harald W. (wilhelms)]

Johannes H. schrieb:

> Wie bekomme ich an einen Eingang eines Komparators eine Spannung, die
> konstant 2V unter dessen Betriebsspannung liegt?

Reicht es nicht, die Schaltschwelle konstant auf ca. 6V festzulegen?
Im einfachsten Fall schaltet man dafür eine 5,6V-Z-Diode in Reihe
zur Basis des Schalttransistors.

[Johannes H. (curerescueteam)]

Hallo Harald,

Harald W. schrieb:
> Reicht es nicht, die Schaltschwelle konstant auf ca. 6V festzulegen?
> Im einfachsten Fall schaltet man dafür eine 5,6V-Z-Diode in Reihe
> zur Basis des Schalttransistors.

Nein, das IR155 hat zB bei 14V Versorgungsspannung bei einem 
Isolationsfehler 11V Ausgangsspannung. Das Relais müsste aber dann auf 
jeden Fall abgeschaltet werden.
Da die Versorgungsspannung aber zwischen ca 11 und 14V schwankt, können 
wir auch nicht zum Beispiel fest 10V oder so als Schwelle vorgeben.
Es geht wirklich um diese Ub-2V.

VG Johannes

[Schorsch X. (bastelschorsch)]

Zenerdiode oder 3xSi-Diode gegen Betriebsspannung ergibt ca. 2.1V 
darunter. Es fehlt etwas Hystere und der Basiswiderstand vorm 
Transistor. Etwas Abblockung stände der Schaltung auch gut zu Gesicht.

[Johannes H. (curerescueteam)]

Schorsch X. schrieb:
> Zenerdiode oder 3xSi-Diode gegen Betriebsspannung ergibt ca. 2.1V

Danke, hatte ich ganz verdrängt dass es die auch gibt. Kannst Du mir 
sagen, wie es dann dort mit Verlusten aussieht? Kann ich dann einen 
beliebig großen Wiederstand zwischen Zener-Dioden und Masse schalten 
oder brauchen die einen Mindeststrom?

Schorsch X. schrieb:
> Basiswiderstand vorm Transistor

Stimmt, den hab ich vergessen

Schorsch X. schrieb:
> etwas Hystere

bin mir noch nicht sicher, ob wir eine Hysterese brauchen, finde ich 
aber raus

Schorsch X. schrieb:
> Etwas Abblockung stände der Schaltung auch gut zu Gesicht.

Was ist das?

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Johannes H. schrieb:
> Nein, das IR155 hat zB bei 14V Versorgungsspannung bei einem
> Isolationsfehler 11V Ausgangsspannung. Das Relais müsste aber dann auf
> jeden Fall abgeschaltet werden.
> Da die Versorgungsspannung aber zwischen ca 11 und 14V schwankt, können
> wir auch nicht zum Beispiel fest 10V oder so als Schwelle vorgeben.
> Es geht wirklich um diese Ub-2V.
Die Toleranz von Ub-2V muß sicher nicht super genau sein.
Da reicht bestimmt der pnp-Transistor in Verbindung mit 2 Widerstänen 
aus, um die Bedingungen zufriedenstellend zu erfüllen (siehe Anhang).

Evtl. sollter der 2,2k-Widerstand noch etwas erhöht werden 
(2,4k...2,7k).

Wenn das Relais eher wenig Strom bennötigt und der Trans. eine recht 
hohe Stromverst. hat, kann das ganze auch hochohmiger gemacht werden.

Etwas Hysterese bekommst du auch dadurch, dass das Relais einen 
Haltestrom hat, der deutlich niedriger als der Anzugstrom sein wird.
Mit einem zusätzlichen Kond. an der Basis bekommst du auch noch etwas 
Tiefpassdämpfung.
Gruß Öletronika

[Johannes H. (curerescueteam)]

Hallo,

U. M. schrieb:
> Evtl. sollter der 2,2k-Widerstand noch etwas erhöht werden
> (2,4k...2,7k).


Der 2,2k Widerstand ist von Bender so vorgeschrieben.


U. M. schrieb:
> Die Toleranz von Ub-2V muß sicher nicht super genau sein.
> Da reicht bestimmt der pnp-Transistor in Verbindung mit 2 Widerstänen
> aus, um die Bedingungen zufriedenstellend zu erfüllen (siehe Anhang).

Ich glaube, Du hast etwas in der Schaltung missverstanden... Oder ich 
verstehe Deine Zeichnung nicht... Dort ist doch das OKhs Signal gar 
nicht mehr drin, sondern man hat nur einen Transistor der ab einer 
Schwelle der Betriebsspannung das Relais schaltet... Es geht mir aber ja 
nicht um eine Schwankung der Betriebsspannung sondern um eine 
Unterschreitung der Betriebsspannung um 2V...?
Oder stehe ich auf dem Schlauch?

[U. M. (oeletronika)]

Hallo,
> Johannes H. schrieb:
> Der 2,2k Widerstand ist von Bender so vorgeschrieben.
ok, das habe ich bisher nirgens in deinen Texten gelesen.
Braucht dieser wächter also einen Pull-Down-Widerstand?

> Ich glaube, Du hast etwas in der Schaltung missverstanden... Oder ich
> verstehe Deine Zeichnung nicht... Dort ist doch das OKhs Signal gar
> nicht mehr drin, sondern man hat nur einen Transistor der ab einer
> Schwelle der Betriebsspannung das Relais schaltet...
Der mittlere Anschluss am 2,2k-Widerstand ist doch der Eingang.

> Es geht mir aber ja nicht um eine Schwankung der Betriebsspannung
> sondern um eine Unterschreitung der Betriebsspannung um 2V...?
> Oder stehe ich auf dem Schlauch?
Macht sie Schaltung ja. Durch den Spannungsteiler 3,2k/1k wird der 
Transistor bei ca. 3,2 x U_be leitend (U_be = ca. 0,6V).

Wenn der Wächter nur mit dem Pull-Down-Widerstand von ca. 2,2k arbeitet, 
muß die der Spannungsteiler am pnp-Trans. höherohmiger werden.
Dann kann man auche eine Darlingtonschaltung einsetzen.
Da in dem Fall ca. 2x U_be an der Basis anliegen, muß der Spannungteiler 
umdimensioniert werden auf ca. 1 : 0,7 (z.B. 22k/15k).
Gruß Helles Licht

[bedenkenträger (Gast)]

Johannes H. schrieb:
> Danke, hatte ich ganz verdrängt dass es die auch gibt. Kannst Du mir
> sagen, wie es dann dort mit Verlusten aussieht? Kann ich dann einen
> beliebig großen Wiederstand zwischen Zener-Dioden und Masse schalten
> oder brauchen die einen Mindeststrom?

Hallo,
Ja, Z-Dioden brauchen einen "eingeprägten Strom" um eine brauchbare 
stabile Spannung zu liefern.
( kleiner als Iz_max um nicht zu verbraten; grösser als Iz_min um 
erstmal in den linearen Bereich ihrer Kennlinie zu kommen )

Nehmen wir 10mA für Iz dann haben wir bei einer 2,7V Z-Diode einen 
Vorwiderstand von 1130 Ohm. ( für deine gegebenen 14V Ub )
P_verlust = UxI= 14V x 0,010 A = 0,14 W ,

Der Nachteil des rel. hohen Stromes ( 10 mA ) über der Z-Diode hat aber 
den Vorteil, dass du dir dahinter schön hochohmig mit 2 Widerständen 
deine genaue geforderte Spannung für den OPV erzeugen kannst.
Du wolltest ja 2,0 V unter Ub und nicht 2,7 V ^^,  also einfach über der 
Z-Diode die real abfallende Z-Spannung messen und dann mit 2 
Widerständen im 100kOhm Bereich dir deine gewünschten 2V unter Ub 
abgreifen.


(+Ub)------[2,7V Z-Diode]-------[X]--------[Rv=1130 Ohm]------(-)
(+Ub)---[R1]----[Out]----[R2]---[X]

Der "Out" ist dann dein Komparator-Eingang für deinen OPV.

-------
  mfG