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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Overvoltage suppressor diode


Autor: Marco T. (marcotp)
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Im Datenblatt des TLE42744DV33ATMA1, einem automotive Spannungswandlers 
heisst es:
An overvoltage suppressor diode can be used to further suppress any high 
voltage beyond the maximum rating
of the linear voltage regulator and protect the device against any 
damage due to over-voltage.

In der Zeichnung im Datenblatt steht <45V.

Kann mir jemand sagen, auf was für eine Voltage sich die <45V beziehen? 
Kann mir jemand eine kleine SMD diode empfehlen und erklären warum diese 
sich eignet?

Vielen Dank schon mal.

: Verschoben durch Moderator
Autor: Ahm (Gast)
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Unidirektional smcj45a
Bidirektional smcj45ca

Je nach erwarteter Spannung kannste auch einfach eine 33er oder 39er 
nehmen...

Autor: Benjamin S. (recycler)
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Marco T. schrieb:
> Kann mir jemand sagen, auf was für eine Voltage sich die <45V beziehen?

Der Chip kann anscheinen (ohne das DB gelesen zu haben) keine 45 Volt 
und darüber ab, also muss die Diode das weg filtern.

Im Fahrzeug können solche Spitzen auftreten, beim Zu- und Abschalten von 
Verbrauchern, bzw. es gibt Situationen, wo das Seriellschalten von 
Batterien betrachtet werden muss plus zusätzlichen Spitzen. Auch Fehler 
im Generator muss ein automotiv Steuergerät abhaben können.

Wenn du das "zu Hause" verbaust, wirst du das Problem nicht haben. Wenn 
du ein Sauberes Netzteil hast, dann brauchst du es nicht.
Wenn du aber ein Steuergerät für die Auto Industrie baust, dann solltest 
du dich dringend mit den nötigen Requirements des jeweiligen Herstellers 
vertraut machen. Dort gibt es harte Vorgaben, u.A. Bordnetzspannungen 
und Verpolsichereit ...

Autor: Teo D. (teoderix)
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Sinn, bei 12V Bordspannung, macht die Angabe "<45V" eigentlich nur die 
'Clamping voltage'.

https://de.wikipedia.org/wiki/Suppressordiode#Bauteilwerte

Autor: Markus M. (mmvisual)
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Der TO ht jetzt nichts über seine Ein- und Ausgangsspannung geschrieben, 
daher kann ich nur allgemein Schreiben wie ich es machen würde...

Eine Supressordiode die mit 45V angegeben ist (z.B. SMB45A) schneidet 
die Spannung nicht exackt bei 45V ab, eher höher, siehe deren 
Datenblatt.

Sollte es ein 12V System sein ist man gut bedient Bauteile ein zu setzen 
die >36V können und eine Supressordiode mit z.B. 18V.

Bei 24V sollten die Bauteile mindestens 45V aushalten und dazu eine 
Spubressor Diode von 30V verwendet werden.

Als Faustregel gilt in etwa:
- Das Netzteil sollte in etwa das Doppelte der Spannung vertragen als 
wie maximal herein kommt.
- Supressordiode je nach Genauigkeit der Eingangsspannung 2..6V größer 
als die zu erwartende Eingangsspannung.
- Sparen am Schaltregler-IC bringt nichts -> gehen schnell kaputt

Mit guten teuren Schaltregler Chips wei LM2674.XX hatte ich bisher keine 
Probleme.

Autor: Jürgen S. (engineer) Benutzerseite
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Welchen  Strom soll denn die Schaltung ziehen? Da wäre gfs eine kleine 
Drossel noch ganz hilfreich. KFZ-Boardnetz liefert schon mal >1kV und es 
kommt praktisch  ausschließlich auf die Entfernung und die Verkabelung 
an, was davon bei den Kleinverbrauchern ankommt. Den hohen Impuls 
einfach zu blocken ist einfacher und effektiver, als ihn in den 
Kapazitäten versickern zu lassen oder in Dioden kurzzuschließen.

Autor: Teo D. (teoderix)
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Jürgen S. schrieb:
> KFZ-Boardnetz

Sorry, das kommt ALLEINIG von mir. Der TO hat sich NICHT dazu geäußert.

: Bearbeitet durch User
Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Ahm schrieb:
> Unidirektional smcj45a
> Bidirektional smcj45ca
genau solche Schutzmaßnahme wäre komplett sinnlos.
In den Maximum Ratings des TLE42744 ein ein Eingangspannungsbereich
von -42V...+45V angegeben.
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-TLE42744-DS...

Eine SMxj45 fängt eh erst bei über 50V an zu leiten und bei einem 
energiereichen Störimpuls muß man mit einer "Clampingspannung" deutlich 
über 60V rechnen. Da ist der zu schützende Regler längst durchgebrannt!
https://www.littelfuse.com/~/media/electronics/dat...
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Marco T. schrieb:
> Im Datenblatt des TLE42744DV33ATMA1,
Warum setzt du keinen Link auf das Datenblatt, wenn du selber nicht 
weiß0t, wie man es lesen muß?
> einem automotive Spannungswandlers heisst es:
> An overvoltage suppressor diode can be used to further suppress any high
> voltage beyond the maximum rating
> of the linear voltage regulator and protect the device against any
> damage due to over-voltage.
Lese vor allem die "Absolute Maximum Ratings" auf S.6 des Datenblattes.
https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-TLE42744-DS...

Da steht, dass der max. zulässige Eingangsspannungsbereich -42V...+45V 
ist.
Du mußt also in jedem Fall dafür sorgen, dass der Betrag dieser 
Spannungen unter keinen Umständen überschritten wird, sonst stirbt der 
IC sofort.

> In der Zeichnung im Datenblatt steht <45V.
> Kann mir jemand sagen, auf was für eine Voltage sich die <45V beziehen?
siehe oben -> "Absolute Maximum Ratings"

> Kann mir jemand eine kleine SMD diode empfehlen und erklären warum diese
> sich eignet?
Dazu müßte man konkrete Infos über deine Anwendung haben.
Es ist ein großer Unterschied, ob du das in einem PKW oder LKW, in einer 
Bastelschaltung hinter USB-Netzteil oder an einer langen Zuleitung für 
Hausautomation oder sonst wie betreiben willst.
Vor der Variante "gar keine Schutzbeschaltung nötig" bis zu "erheblich 
mehr Aufwand als eine kleine Schutzdiode" ist alles möglich.
Gruß Öletronika

Autor: Anja (Gast)
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Hallo,

Marco T. schrieb:
> Kann mir jemand eine kleine SMD diode empfehlen und erklären warum diese
> sich eignet?

im allgemeinen Fall für PKW (12V Bordnetz) mit entsprechend 
Zuleitungswiderstand:

https://www.st.com/content/st_com/en/products/prot...

entweder in der 26V oder 28V Ausführung (damit beim Jump-start nichts 
heiß wird).

Gruß Anja

Autor: Manfred (Gast)
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Anja schrieb:
> im allgemeinen Fall für PKW (12V Bordnetz) mit entsprechend 
Zuleitungswiderstand

Genau, ohne Begrenzung von vorne sieht das sonst so aus:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/373391/hilfe.jpg

Na gut, kurze Spitzen stecken die Dinger weg, aber gegen statische 
Überspannung, wie man die Frage ja interpretieren kann, hilft das nicht.

Autor: Marco T. (marcotp)
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Vielen Dank schon mal für Eure Antworten. Diese helfen mir aber noch 
nicht ganz.
Sorry dass ich das Datenblatt nicht verlinkt habe. Werde ich das nächste 
Mal machen.
Zuerst noch ein Nachtrag über die Anwendung: Ich will eine MCU und zwei 
RS232 Treiber und zwei LEDs mit Strom versorgen. Der Stromverbrauch der 
Schaltung liegt bei < 20 mA. Das ganze soll in meinem VW 
Lastentransporter zum Einsatz kommen, also irgendwo zwischen LKW und 
PKW.

Mir stellen sich immer noch folgende fragen:

Da der Spannungswandler bis zu 45V verträgt, dachte ich mir dass es egal 
sei, ob dieser nun mit 12V oder mit 24V versorgt wird. Im Datenblatt 
wird die Diode D1 mit <45V beschrieben. Dann nehme ich eine mit 40V. Ich 
will dass Spannungsspitzen größer als 40V über die Diode abgeleitet 
werden. Suche ich also eine Diode mit 40V Clamping Spannung?

Dem Schaltplan-Symbol nach handelt es sich um eine unidirektionale 
Diode. Geht eine bidirektionale auch? Was bringt mir diese für Vorteile 
(ausser dass sie nicht verkehrt rum eingelötet werden kann) ?

Autor: Karl (Gast)
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Marco T. schrieb:
> Suche ich also eine Diode mit 40V Clamping Spannung?
>
Jain. Die Spannung hängt vom Strom an der durch die Diode fließt.
Du suchst eher was mit einer Nennspannung im Bereich 28 bis 33 V. Diese 
haben bei nennenswerten Strömen dann um 40 bis 45 V Klemmspannung.

Wenn du im 12 V Netz jumpstart durch ein 24 V Netz überleben musst, geh 
Richtung 30 V.

Ggf. Musst du den Maximalen Strom begrenzen durch z.b. Serienwiderstand 
in der Zuleitung.

> Dem Schaltplan-Symbol nach handelt es sich um eine unidirektionale
> Diode. Geht eine bidirektionale auch? Was bringt mir diese für Vorteile
> (ausser dass sie nicht verkehrt rum eingelötet werden kann) ?

Sie klemmt in beide Richtungen. Die uni leitet sonst wie eine normale 
Diode bei verpolung. Ohne weiteren Schutz geht idr was in Rauch auf.

Autor: Teo D. (teoderix)
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Karl schrieb:
> 40V Clamping Spannung?
>>

Karl schrieb:
> Du suchst eher was mit einer Nennspannung im Bereich 28 bis 33 V. Diese
> haben bei nennenswerten Strömen dann um 40 bis 45 V Klemmspannung.


Karl schrieb:
> Sie klemmt in beide Richtungen. Die uni leitet sonst wie eine normale
> Diode bei verpolung. Ohne weiteren Schutz geht idr was in Rauch auf.

Fix montiert, kein Thema.

Gug mal hier rein:
https://www.mikrocontroller.net/articles/KFZ
https://www.mikrocontroller.net/articles/Kfz_Spann...

Autor: Anja (Gast)
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Marco T. schrieb:
> Da der Spannungswandler bis zu 45V verträgt, dachte ich mir dass es egal
> sei, ob dieser nun mit 12V oder mit 24V versorgt wird.

ist es nicht: im 24V Bordnetz braucht man mindestens 60V 
Spannungsfestigkeit für den Regler.

Marco T. schrieb:
> Der Stromverbrauch der
> Schaltung liegt bei < 20 mA.

Da würde ich eher eine Vor-Regelung mit Längstransistor und Z-Diode 
machen.

Gruß Anja

Autor: Karl (Gast)
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Teo D. schrieb:
> Fix montiert, kein Thema.

Sorry für OT. Was willst du mir sagen? Ich versteh es ehrlich nicht.

Autor: Teo D. (teoderix)
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Karl schrieb:
> Sorry für OT. Was willst du mir sagen? Ich versteh es ehrlich nicht.

Fix = fest = Verpolungssicher

Die Negativen Transienten dürfen da gerne auf 0,7V geklemmt werden. Der 
Verbraucher braucht sie ja nicht.

Autor: MiWi (Gast)
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Marco T. schrieb:
> Im Datenblatt des TLE42744DV33ATMA1, einem automotive Spannungswandlers
> heisst es:
> An overvoltage suppressor diode can be used to further suppress any high
> voltage beyond the maximum rating
> of the linear voltage regulator and protect the device against any
> damage due to over-voltage.
>
> In der Zeichnung im Datenblatt steht <45V.
>
> Kann mir jemand sagen, auf was für eine Voltage sich die <45V beziehen?
> Kann mir jemand eine kleine SMD diode empfehlen und erklären warum diese
> sich eignet?
>
> Vielen Dank schon mal.


Du nennst keinen Einsatzort Deiner Schaltung, daher sind Antworten nicht 
so einfach.

Die Diode wird für die div. Spannungspulse, die in einem Mobilnetz 
vorkommen benötigt. Wenn Du dein Werkl also nichtin einem Fahrzeug 
einsetzt und Vcc nie und nimmer größer als zB. 30V wird besteht keine 
Notwendigkeit dieser Diode.

Wenn Du das Teil in einem Fahrzeug einsetzt... dann kannst Du "klein" 
vergessen. Denn der Loaddump bei in einem 12V-Netz kann bis zu 150V (bei 
1 Ohm Quellwiderstand) betragen... und das ca. 400ms. Du kannst Dir also 
ausrechnen, was diese Diode aushalten sollte. Da ist dann nix mit 
"klein"

Die Spannungspulse kannst Du dir im Detail in LT-Spice als Signalquelle 
anschauen, da gibts was dafür... Oder Du suchst nach den entsprechenden 
Normen, da sind die auch beschrieben und die Normen sind.... nun ja... 
auch ohne zu zahlen auffindbar.




MiWi

Autor: Teo D. (teoderix)
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MiWi schrieb:
> bei
> 1 Ohm Quellwiderstand)

Dagegen kann man was tun!

Autor: Karl (Gast)
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Teo D. schrieb:
> Fix = fest = Verpolungssicher
> Die Negativen Transienten dürfen da gerne auf 0,7V geklemmt werden. Der
> Verbraucher braucht sie ja nicht.

Ach so meinst du das. Ja, brauchen tut der Verbraucher die nicht, die 
negativen Spannungen.

Im Automobilbau geht man, oder zumindest wir, immer mit der Annahme 
heran, dass eine verkehrt angeschlossene Batterie nicht zu mehreren 
tausend Euro Steuergeräte Schrott führen darf. Von daher ist ein 
Verpolschutz obligatorisch.

Da nun der Spannungsregler sowieso schon negative Spannungen ab kann, 
würde ich immer die bidirektionale Variante nehmen, falls kein anderer 
Verpolschutz vorhanden ist. Beinahe kostenlos aber nicht umsonst.

Autor: Teo D. (teoderix)
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Karl schrieb:
> Im Automobilbau geht man, oder zumindest wir, immer mit der Annahme
> heran, dass eine verkehrt angeschlossene Batterie nicht zu mehreren
> tausend Euro Steuergeräte Schrott führen darf. Von daher ist ein
> Verpolschutz obligatorisch.

Das will ich doch schwer hoffen! ;)

Karl schrieb:
> Da nun der Spannungsregler sowieso schon negative Spannungen ab kann,
> würde ich immer die bidirektionale Variante nehmen, falls kein anderer
> Verpolschutz vorhanden ist. Beinahe kostenlos aber nicht umsonst.

Schont ja auch die Bauteile davor. Man vergisst schnell, das diese(s) 
Ereignis(e) sich gut und gerne, einige Sekunden hinziehen kann.

Autor: MiWi (Gast)
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Teo D. schrieb:
> MiWi schrieb:
>> bei
>> 1 Ohm Quellwiderstand)
>
> Dagegen kann man was tun!

Ach wirklich?

Na, dann erzähl dem TO was davon... mir ist das egal, ich weiß es eh

Abgesehen davon kannst man "gegen" die Normpulse nicht viel tun, die 
sind  so definiert und aus. Man kann allerdings an genügend andern 
Stellen herumschrauben damit das nicht Knall und Rauch wird.

MiWi

Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Marco T. schrieb:
> Ich will eine MCU und zwei RS232 Treiber und zwei LEDs mit Strom versorgen.
> Der Stromverbrauch der Schaltung liegt bei < 20 mA.
> Das ganze soll in meinem VW Lastentransporter zum Einsatz kommen,
> also irgendwo zwischen LKW und PKW.
Also kann man bei 12V Nennspannung mal eine minimale Bordspannung von 
mind. ca. 8V annehmen (wird außer der Startphase wohl immer 
gewährleistet sein).
Du nutzt die 3,3V Variante des Reglers und wir nehmen mal einen max. 
Strom von 50mA an (mit Reserve für alle Fälle).
Damit kannst du also ca. 5V über einen Vorwiderstand verheizen.
-> Wert des Vorwiderstandes ca. 100 Ohm oder auch etwas mehr.

Dieser Vorwiderstand wirkt auch bei hohen Störspannungen sehr effektiv 
als Strombegrenzer für die nachfolgende Schutzbeschaltung und sollte 
deshalb auch ein robuster Leistungswiderstand (Drahtwiderstand) z.B. mit 
5...10W Belastbarkeit sein.

> Da der Spannungswandler bis zu 45V verträgt, dachte ich mir dass es egal
> sei, ob dieser nun mit 12V oder mit 24V versorgt wird.
Ich empfehle dir eine Suppressordiode mit 28V...30V Nennspannung.
Die werden erst bei über 30V leitend und haben bei den zu erwartenden 
geringen Störströmen (wegen der Strombegrenzung durch den Vorwiderstand) 
eine Klemmspannung bis ca. 40V (oder darunter).
Damit passiert auch an einem 24V-System erstmal nix und der Schutz für 
den Regler ist in Verbindung mit dem Vorwiderstand gut.

> Dem Schaltplan-Symbol nach handelt es sich um eine unidirektionale
> Diode. Geht eine bidirektionale auch?
Ist sogar besser, weil dann auch bei Verpolung nicht die volle 
Betriebspannung über den Vorwiderstand abfällt (obwohl das nicht 
wirklich kritisch ist).
Da du immer genügend Betriebsspannung hast, wäre nach der Schutzdiode 
auch noch eine Verpolschutzdiode ok.
Da der Überspannungsschutz in Verbindung mit dem Vorwiderstand nur mit 
rel. moderaten Strömen belastet wird, kannst du auch einen etwas 
kleineren Typ einsetzen. Es muß also keine SMCJ sein, z.B. auch eine 
SMBJ28CA wird den Zweck erfüllen. Die SMCJ28CA wäre aber natürlch auch 
ok.
Beachte auch, das Bauteile, die sich evtl. erhitzen (z.B. Vorwiderstand) 
so eingebaut werden, dass keine Kabelisolierungen verbrannt werden 
können, was evtl. zu Kurzschlüssen und Feuer führen kann. Auch der 
Stromkreis deiner Schaltung muß über eine Sicherung geführt werden.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
Autor: Marco T. (marcotp)
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Vielen Dank für die sehr konkreten Vorschläge. Ich habe das nun wie ich 
es verstanden habe im Layoutprogramm gezeichnet.
Als Widerstand habe ich einen SMD 100R 5W gewählt. 
https://www.digikey.com/product-detail/en/te-conne...
Als Diode die vorgeschlagene SMBJ28CA-13-F.
Was mich etwas wundert, der Widerstand ist ein riesiger Klotz. Das passt 
so, oder?

Autor: Teo D. (teoderix)
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MiWi schrieb:
> Na, dann erzähl dem TO was davon...

Warum, DER is ja schlau genug... :P

Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Marco T. schrieb:
> Was mich etwas wundert, der Widerstand ist ein riesiger Klotz.
Ja was erwartetst du denn? 5W müssen ja irgendwo hin.
Da braucht es schon einiges an Oberfläche. Beachte auch, dass so ein 
5W-SMD-Widerstand auch auf der LPL möglichst viel Kühlfläche braucht. 
Setzte die Pads also in eine größere Kupferfläche.
Alternativ könntest du auch eine Reihenschaltung von 3...4 Stück SMD-R 
in der Bauform 2512 setzen. Aber die brauchen auch Fläche, um ihre Wärme 
bei hohen Störspannungen loszuwerden.

Ich hätte für den Zweck nicht unbedingt einen SMD-Widerstand genommen. 
Ein größerer Drahtwiderstand in die Zuleitung eingelötet und mit 
Silikonschlauch isoliert würde auch gehen.
https://www.reichelt.de/drahtwiderstand-axial-5-w-...?
https://www.reichelt.de/drahtwiderstand-axial-11-w...?

Oder ein Typ, den man irgendwo am Chassis anschrauben kann, wäre auch 
ok.
https://www.reichelt.de/drahtwiderstand-axial-10-w...?
Man muß es nicht ganz so weit treiben, aber ein überdimensionierter 
Vorwiderstand wird kaum schaden.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
Autor: Teo D. (teoderix)
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Müssen das gleich 100-Ohm sein. Kann man das nicht der 
Leistungsfähigkeit der Diode anpassen?!

Autor: Benjamin S. (recycler)
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wäre es nicht besser eine Spule zu nehmen? Der Widerstand wird nur heiß 
und für die Filterung wird nur die parasitäre Induktivität genutzt.

Hierfür gibt es von diversen Herstellern Datenblätter, wie sowas 
aussehen soll.

Autor: soul e. (souleye)
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Marco T. schrieb:

> An overvoltage suppressor diode can be used to further suppress any high
> voltage beyond the maximum rating
> of the linear voltage regulator and protect the device against any
> damage due to over-voltage.

Wenn diese Schaltung in einem PKW mit 12 V-Bordnetz verwendet werden 
soll, dann brauchst Du keine Suppressordiode. Energiereiche Pulse sind 
nur bis 27 (32) V spezifiziert, und die energiearmen 150 V-Peaks drückt 
Dein Elko platt.

Den Elko würde ich mit einer Diode (1N4007 oder S1J) entkoppeln. Dann 
wird er nicht vom Bordnetz entladen und überbrückt kurze 
Spannungseinbrüche.

Autor: U. M. (oeletronika)
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Hallo,
> Teo D. schrieb
> Müssen das gleich 100-Ohm sein. Kann man das nicht der
> Leistungsfähigkeit der Diode anpassen?!
Was ist das für eine merkwürdige Hypothese?
Der Vorwiderstand sollte bei geg. Spannungswerten primär an den 
Strombedarf der Schaltung angeüasst werden (siehe oben).
Ein höher Vorwiderstands-Wert hat doch Vorteile (höhere Stördämpfung, 
geringere max. Leistung bei Kurzschluß).

> Benjamin S. schrieb:
> wäre es nicht besser eine Spule zu nehmen? Der Widerstand wird nur heiß
> und für die Filterung wird nur die parasitäre Induktivität genutzt.
ich halte einen Vorwiderstand für besser, zumindest wenn der einen 
ausreichend hohen Widerstandswert hat (bei kleinem Strombedarf). Dann 
ist die Schaltung auch leicht kurzschlussfest zu gestalten (siehe oben).

Mit einer Spule hat man zwar einen rel. hohe Dämpfung gegen 
HF-Störungen, aber bei DC fließt doch ein hoher Strom und die Spule 
brennt eher ab.
Wenn man eh nur ein paar 10mA braucht und die 12V-Bordspannung auf 5V 
runter regeln muß, dann reicht auch ein einfacher Linearregler. Da kann 
man auch gleich ein paar Volt im Vorwiderstand verheizen, was auch den 
Regler enlastet.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
Autor: Teo D. (teoderix)
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U. M. schrieb:
> Hallo,
>> Teo D. schrieb
>> Müssen das gleich 100-Ohm sein. Kann man das nicht der
>> Leistungsfähigkeit der Diode anpassen?!
> Was ist das für eine merkwürdige Hypothese?

KA, was mir da durch den Kopf ging. Vielteich wollte ich dem Regler /was 
gönnen/, die Sicherung fliegen lassen, wenn sie durchlegiert(*)???
Aber Danke für das "merkwürdige", hätte schlimmer kommen können. :)
Ich kann nur hoffen, das es ein ziemlich heißer Tag war. :/

*) Neigen die Teile überhaupt dazu?

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