Backpowering_CMOS

[Karl B. (gustav)]

Hallo liebe Freunde,
beim Zusammenschalten von Baugruppen in CMOS-Technik stellte ich fest, 
dass eine Baugruppe nicht ständig gebraucht wird, somit unnötig Strom 
zieht, bzw. Netzteil und Kühlkörper der 78xx Längsregler aus 
Platzgründen grenzwertig dimensioniert sind.
Nun hatte ich mir gedacht, ich trenne die eine Baugruppe einfach von Vcc 
(+12V) ab, wenn ich sie nicht brauche, ohne die Eingänge auch 
abzutrennen.
Die Eingänge der 4010-er bekamen je einen 150 kOhm Widerstand spendiert,
so dass IMHO der maximal zulässige Eingangsstrom (auch bei power off) 
nicht überschritten wird, beziehungsweise durch die integrierten 
Schutzdioden die Spannung abgeleitet wird. Auf Vcc-Anschluss messe ich 
nach Abschalten noch  ca. +0,8V. Der Elko 100 uF hinter dem Längsregler 
7812 wird damit aufgeladen. Und hält sich so. Schalte ich Vcc wieder an, 
funktioniert die Schaltung wunschgemäß.

Habe allerdings Bedenken bezüglich der Lebensdauer der verbauten 
Komponenten.
Wollte hier anfragen, ob jemand schon bei derartigem "Backpowering" 
Erfahrung gesammelt hat.
Dass es nicht das "Gelbe vom Ei" ist, ist mir schon klar.

Ach so,
um nicht aus meinem Herzen eine Mördergrube zu machen, hier der "Hugo" 
der Sache:
Eine russische VFD-Röhren-Uhr mit K176-iger wird mithilfe einer 
"Kunstschaltung" über Puffer/Peglewandler, Monoflops und Decoder-Treiber 
mit Hilfe eines (obsoleten) UAA1003 zum Sprechen gebracht.


ciao
gustav

[Jörg R. (solar77)]

Grenzwertig dimensionieren ist keine gute Idee. Und was sparst Du schon 
groß an Strom ein?

[Karl B. (gustav)]

Jörg R. schrieb:
> Grenzwertig dimensionieren ist keine gute Idee. Und was sparst Du schon
> groß an Strom ein?

Hi,
habe Platzprobleme, siehe Video.
Vielleicht ist es besser, nächstes Mal die "Erweiterungen" mit 
einzuplanen.

ciao
gustav

[Dietrich L. (dietrichl)]

Karl B. schrieb:
> Habe allerdings Bedenken bezüglich der Lebensdauer der verbauten
> Komponenten.

Da sehe ich keine Probleme, wenn die Eingangsströme im zulässigen 
Bereich sein. Eventuell kann man noch eine Rückspeisediode über den 7812 
hängen, falls Vcc mal doch zu groß werden sollte.
Falls die Schaltung bei Spannungswiederkehr eine Reset benötigt, müsste 
die Reset-Erzeugung natürlich mit diesen Bedingungen klar kommen.

Edit: Du willst ja hinter dem 7812 auftrennen, da ist die Diode 
natürlich nicht nötig.

[Karl B. (gustav)]

Dietrich L. schrieb:
> Eventuell kann man noch eine Rückspeisediode über den 7812
> hängen, falls Vcc mal doch zu groß werden sollte.
> Falls die Schaltung bei Spannungswiederkehr eine Reset benötigt, müsste
> die Reset-Erzeugung natürlich mit diesen Bedingungen klar kommen.

Hi,
die Reversdioden sind schon vorgesehen.
Der UAA1003 schaltet über seinen Busy-Ausgang über Relaisstufe den 
Lautsprecher. Aber nur, wenn getriggert wurde. Dabei ist noch zu 
bemerken, dass beide Triggereingänge beschaltet sein müssen, auch, wenn 
der "Alarmeingang", der Eingang, der vom "Weck-Alarm" der Uhr kommt, - 
mit vorlaufendem ca. 760 Hz Ton - laut Doku Priorität hat.
Insofern sehe ich keine weiteren Probs.
Trotzdem großes Dankeschön an Dich, das zerstreut meine Bedenken.

ciao
gustav

[jemand (Gast)]

Dietrich L. schrieb:
> Da sehe ich keine Probleme, wenn die Eingangsströme im zulässigen
> Bereich sein.

Der 0 ist bei den 40xx.
Allerdings sollte man den 40xx auch im nicht versorgten Zustand Dampf 
auf die Eingänge geben dürfen. Denn das sind CMOS-Eingänge ohne 
Clampingdioden.

Außer es gibt 40xx mit Clampingdioden? Mir wäre nichts bekannt, aber ich 
bin auch kein Experte für steinzeitliche Eletktronik, darum ist das 
durchaus möglich.

Der Strom, der das auf 0,8v bringt, könnte also meiner Meinung nach 
woanders herkommen. Und man tut gut daran, die Ursache zu finden. Denn 
das kann durchaus ein Problem sein!

Wenn man eh 150k in Serie hat, kann man mal den Spannungsabfall über 
jeden dieser Widerstände mit dem Multimeter messen. Dann sollte man 
sofort sehen, ob da Strom fließt oder nicht.

[Jörg R. (solar77)]

Karl B. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Grenzwertig dimensionieren ist keine gute Idee. Und was sparst Du schon
>> groß an Strom ein?
>
> Hi,
> habe Platzprobleme, siehe Video.
> Vielleicht ist es besser, nächstes Mal die "Erweiterungen" mit
> einzuplanen.
>
> ciao
> gustav

Tausche die Stromversorgung gegen einen Schaltregler (DC/DC Wandler) aus 
bzw. fertiges kleines Steckernetzteil. Oder tausche den Trafo gegen 
einen mit geringerer Spannung und den Regler gegen eine LDO.

Die Stromversorgung sollte schon in der Lage sein die Schaltung sicher 
zu versorgen, ohne auf Kante genäht zu sein.

[Dietrich L. (dietrichl)]

jemand schrieb:
> Außer es gibt 40xx mit Clampingdioden?

Zumindest TI hat welche, und im Datenblatt
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4010b-q1.pdf
steht unter "Maximum Ratings": DC Input Current, any one Input: +/-10mA.
Bei einem Eingangsstrom von <0,1mA ist man also weit entfernt von 
irgendwelchen Problemen.

[spess53 (Gast)]

Hi

>Außer es gibt 40xx mit Clampingdioden?

Du bekommst kaum welche ohne Clampingdioden zu kaufen.

MfG Spess

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

Die Eingangsbeschaltung der CD4049/4050 erlaubt Spannung auf den 
Eingängen auch ohne Vdd. Die leiten im Unterschied zu den übrigen 
CD4000ern nicht gegen Vdd ab.

[2 Cent (Gast)]

Karl B. schrieb:
> Platzprobleme

Kuehlkoerper incl. dem Spannungsregler anders herum montieren: viel 
bessere Kuehlwirkung.

[Karl B. (gustav)]

Hi,
erst einmal vielen Dank für die zahlreichen Antworten.
Ja, es sind 2 Stück 4010BE verbaut.
Laut Datenblatt sind da mehrere Dioden an jedem Eingang.

Der eine Puffer zapft die BCD-Information ab vor dem K176ID3.
Um die Funktion der Uhr selbst nicht zu stören, möglichst hochohmig.
Hier mit 150 k.
Das Prob. war, dass die Versorgungsspannung der ICs der Uhr sozusagen 
aus der Anodenspannung kommt. Der Trick mit dem Widerstand in der 
Minusleitung und zum Erzeugen einer (ausreichend) stabilisierten Vcc von 
+9V und Schutz der ICs die Z-Diode 9,1 Volt. Die Stromaufnahme ist 
gegenüber der vorher verwendeten Schaltung mit Transistortreiberstufen 
fast um den Faktor 10 gesunken, also statt 60 mA nur ca. 2 mA und im 
Batterie-Standby-Betrieb (ohne Röhren) sogar nur 0,8 mA. Deswegen 
funktioniert das auch mit der Zenerdiode und dem "relativ" hohen 
Vorwiderstand.
Dann die Strobe/Latch-Enable Impulse aus dem K176IE18, die die Gitter 
der Röhren steuern, aber für besseren Kontrast auch, genau so wie die 
Anoden selbst, mit 100 k Ohm auf Minus gezogen werden.
Also, eine Schottky-Diode noch rein bei diesen Eingängen.
Dann wurden Vcc und Vdd gemeinsam auf die +12V des Pufferbausteins 
gelegt, obwohl Vdd ja normalerweise auf die Versorgungsspannung der 
Ausgangsbeschaltung für die Eingänge gelegt werden sollte.
Auch hier die Mindestbedingung Vdd=Vcc.

Da ja insgesamt 8 Eingänge "backpowern" (je nach Logikzustand mehr oder 
weniger) kommt es zu den ca. 0,8 V.
Habe auch festgestellt, dass die Stromaufnahme der Zusatzplatine rasant 
ansteigt, lasse ich die CMOS-Puffer-Eingänge völlig unbeschaltet. Das 
wird aber dadurch vermieden, dass diese Eingänge eben nicht abgeschaltet 
bzw. getrennt werden. So haben sie immer einen Pulldown- bzw. 
Pullup-Widerstand.

Man kann sogar im laufenden Betrieb die Stecker ein- und -ausstöpseln, 
ohne, dass einem das die Uhr übel nimmt. Diese ungepufferten ICs der 
K176-er Serie sind sonst in diesem Punkte relativ empfindlich und ändern 
ihre "Zählerstände" bei Anlegen irgendeiner Störspannung an den 
Ausgängen. Insofern war die hochohmige Ankopplung notwendig.
Die Impulsverformung nehme ich in Kauf.
Es muss so oder so noch eine Impulsaufbereitung erfolgen.

ciao
gustav

[HildeK (Gast)]

Karl B. schrieb:
> Die Eingänge der 4010-er bekamen je einen 150 kOhm Widerstand spendiert,
> so dass IMHO der maximal zulässige Eingangsstrom (auch bei power off)
> nicht überschritten wird, beziehungsweise durch die integrierten
> Schutzdioden die Spannung abgeleitet wird. Auf Vcc-Anschluss messe ich
> nach Abschalten noch  ca. +0,8V. Der Elko 100 uF hinter dem Längsregler
> 7812 wird damit aufgeladen. Und hält sich so. Schalte ich Vcc wieder an,
> funktioniert die Schaltung wunschgemäß.

Den Eingängen tut das nichts. Die 0.8V kommen daher, dass über die 
Signaleingänge und die Clamping-Dioden die Schaltung mit Strom versorgt 
wird. Da allerdings die Widerstände so groß sind und angeschlossene 
Halbleiter so erst ab ca. 0.8V zu leiten beginnen, steigt die VCC eben 
nur bis zu diesen 0.8V an. Darüber zieht die Schaltung merklich mehr 
Strom und das schaffen die 150k nicht.
Bedenken bez. Lebensdauer hätte ich nicht.
Wenn du schon den Schaltungsteil nicht benötigst, kannst du nicht auch 
die Eingänge während der Abschaltphase auf LOW schalten?
Bei zu großer Angst kann man mehr Aufwand treiben und einen 
TriState-Buffer dazwischen legen, mit PullDowns (oder PullUps an die 
geschaltete VCC).

[Finanzgenie (Gast)]

>>Backpowering

Hieß das nicht früher mal Backpulvering?

[Karl B. (gustav)]

HildeK schrieb:
> Bedenken bez. Lebensdauer hätte ich nicht.

Hi @HildeK,
danke, das ist genau das, was ich hören wollte.

Als kleines Dankeschön hier noch das "Bugfixing" im Schaltplan bzw. der 
Doku des UAA1003:
Der Elektor-Beitrag

Beitrag "Re: Applikationsschaltung UAA 1003"

verwendet eine hochohmige Variante für die Konstantstromquelle.
Die niederohmige Variante mit 2,7 kOhm ist aber vorzuziehen.
Der nicht gezeichnete Triggereingang an Pin 15 muss auch einen 10k 
Pullup gegev VCC+5 V bekommen.
Dann ist in der Doku einmal etwas missverständlich:
"...Der Busy-Ausgang wird mit dem Startimpuls hochohmig..."
Weiter oben heißt es:
"...Der Ausgangstransistor an 12 ist ein Open-Drain-Transistor. Dieser 
ist während der ganzen Sprechzeit niederohmig..."
Tatsächlich wird der externe PNP-Transistor mit der Basis auf GND also 
"Minus" der 5V gezogen, womit die Schaltstufe durchsteuert. Leider hat 
das den Nachteil, dass auch das Relais, was hier verwendet wird, um den 
Lautsprecher zu schalten, für 5V dimensioniert werden muss. 6V-Relais 
wurde verbaut, tut's auch.
Die Dimensionierung der Vorwiderstände für die Siebensegment-Eingänge 
wurde hier auf 33 k gesetzt. Wichtiger ist der Low-Pegel. Daher noch die 
Pulldowns von 100k an die 4056-er. Der pinkompatible K176ID3 zieht den 
Low-Pegel trotzdem nicht weit genug runter, es muss also doch der 
4056-er sein.


So,
nochmals vielen Dank.

ciao
gustav