Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsversorgung uC mit Z Diode


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von Tuffi (Gast)


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Hallo,

ich habe heute mal eine technische Verständnisfrage.

Spannungsregler sind soweit bekannt, Schaltregler oder klassisch mit NPN 
Längstransistor. Oder man nimmt 7805 etc.


Jetzt ist mir eine Idee gekommen: Widerstand + Z Diode. 1206 Widerstand 
und 0,5W Z Diode. Als Widerstand würde ich 1k5 nutzen. Die 
Eingangsspannung kann im Bereich 12-24V variieren und wird 
gleichgerichtet aus hochfrequetem (20 khz) Rechteckspannung welche die 
Polarität mit 20 Khz wechselt.


Die Spannungsversorgung betreibt NUR den Mikrocontroller Tiny45 er mit 8 
Mhz läuft. Er selber hat noch einen 22 uF/6V Keramit direkt an den 
Anschlusspinnen. Es gibt keine Laständerungen oder sonstige Peripherie. 
Sprich der Stromverbrauch ist nahezu konstant, daher sollte auch die 
Spannung konstant sein und nicht einbrechen.

Mich würden da die Nachteile im Gegensatz zum Längsregler interessieren. 
Auch unter Berücksichtung EMV und Störfestigkeit (Abwärme/Ineffizienz 
spielt keine Rolle). Was sagen Experten dazu?

Ich habe das ganze mal aufgebaut: Gleichrichter, 100nF, 1k5 mit Z Diode 
dann 22uF/6V und Tiny45. Laufen tut es, ich habe gut konstante 4.8V und 
auf dem Osci gibt es da auch erstmal eine saubere Spannung. Da ich nur 
Mosfets schalte, bricht die Spannung auch nicht ein wenn der Prozessor 
irgendwas macht.

Mein Fazit gerade: Wenn man nur einen Prozessor am leben halten will gut 
möglich und billig. Natürlich darf man nichts im 5V Bereich schalten da 
sonst die Spannung einbrechen würde, hier geht es auch wirklich NUR um 
einen Controller der ein Program abarbeitet und das alles lasttechnisch 
homogen ist.

von Tuffi (Gast)


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Kleiner Nachtrag: Ich nutze eine 5,1V Z-Diode das hatte ich vergessen!

von Dissertator (Gast)


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Schreib ne Dissertation drüber!

von georg (Gast)


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Tuffi schrieb:
> Abwärme/Ineffizienz
> spielt keine Rolle

Also eine Schrottidee. Aber du kannst ja mal ein Patent beantragen.

Georg

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Tuffi schrieb:
> Mich würden da die Nachteile im Gegensatz zum Längsregler interessieren.

Abhängig vom Laststrom, der bei Mikrocontrollern keineswegs konstant 
ist.
Abhängig vom Speisestrom, der von der Speisespannung abhängt.
Abhängig von der Temperatur.

Nimm lieber eine 7805 (oder ähnlich). Der kann das alles besser und 
kostet nicht viel mehr.

: Bearbeitet durch User
von schlaubi (Gast)


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> 1206 Widerstand

Troll!

von re (Gast)


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Die Nachteile des 60er-Jahre-Z-Dioden Designs wurden ja schon genannt, 
aber...

Tuffi schrieb:
> [...] aus hochfrequetem (20 khz) Rechteckspannung welche die
> Polarität mit 20 Khz wechselt.

... könntest Du etwas mehr zu den Hintergründen dieses Details in 
Deinem Konzept sagen?

(re)

von A. S. (achs)


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Tuffi schrieb:
> Laufen tut es, ich habe gut konstante 4.8V und
> auf dem Osci gibt es da auch erstmal eine saubere Spannung.

also bei 7,5V und 1,5k sind das 5mA Strom, die der Tiny verbrauchen 
darf. Wie stellst Du sicher, dass es nicht mehr wird. Und warum sind die 
10mA egal, die nutzlos verbraten werden? Und warum 1206 um ein halbes 
Watt zu verbraten? bei einem Linearregler wäre es nur rund ein Drittel.

von Wolfgang (Gast)


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Tuffi schrieb:
> ich würden da die Nachteile im Gegensatz zum Längsregler interessieren.
> Auch unter Berücksichtung EMV und Störfestigkeit (Abwärme/Ineffizienz
> spielt keine Rolle).

Ein Längsregler arbeitet nicht als Shunt und verbrät entsprechend 
weniger Leistung. Dein Vorwiderstand muss auf maximalen Verbraucherstrom 
bei minimaler Versorgungsspannung ausgelegt werden.

von MaWin (Gast)


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Tuffi schrieb:
> Was sagen Experten dazu

Geht, wenn die Stromaufnahme (nach Pufferung durch den Kondensator) 
nicht zu sehr schwankt. Dann kann der durch die Z-Diode quasi ungenutzt 
abfliessende Strom gering gehalten werden.

Es sei denn, die Eingangsspannung schwankt stark, bei dir der Fall.

Da muss bei 12V der Strom für den uC (sagen wir 4mA) fliessen können, 
Reststrom durch die Z-Diode 0.5mA. Steigt die Spannung auf 24V werden es 
aber 12.5mA, 4mA braucht der uC, 8.5mA fliessen ungenutzt durch die 
Z-Diode ab, Wirkungsgrad 6%.

Ein Linearregler würde immer nur 4.5mA fressen, Wirkungsgrad 18%.
Und wenn der uC mal 6mA braucht, schmiert er bei Z-Dioden Stabilisierung 
ab.

Aber oft wird die Z-Dioden-Stabilisierung bei Stromquellenversorgung 
(Solarpanel, Dynamo, Kondensatornetzteil) eingesetzt.

von Tuffi (Gast)


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Hallo,

viele Kommentare waren hier in Bezug zur Abwärme bzw. Ineffizienz. Das 
spielt absolut keine Rolle. Mir geht es hierbei wirklich nur um die 
schaltungstechnischen Nachteile in Bezug auf STabilität und 
Störsicherheit. Das ist einfach eine Idee und mich interessiert das für 
das Verständnis.

Mein aktueller Aufbau läuft von 12V bis 24V. Ab ca. 18V ist die Spannung 
dann konstant, darunter variiert die natürlichvon 3,2V bis 4,8V, wobei 
4,8V das Maximum ist zumindest bei 24V. Gehe ich höher ist dann der 
Deckel bei 5,1V entsprechend der Z-Diode.


Die Umschaltströme werden (so meine Theorie) vom Kerko abgefangen mit 
22uF/6V. Die Spannung sieht zumindest auf dem Osci erstmal ganz gut aus, 
ist jetzt aber auch kein High End Teil.

Mann kann im groben davon ausgehen und annehmen, dass die Spannung 
zwischen 18 und 24V liegt, aber nicht während des Betriebes variiert, da 
hatte ich mich falsch ausgedrückt! Das kann man dann mehr oder weniger 
als Fest ansehen.


Ich habe das ganze mit einem LM78L05 gemacht, der braucht ca. gleich 
viel Platz. Der wird aber knüppel heiß.... Das habe ich bei der Z-Diode 
nicht.

von Anja (Gast)


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Tuffi schrieb:
> Ich habe das ganze mal aufgebaut: Gleichrichter, 100nF, 1k5 mit Z Diode
> dann 22uF/6V und Tiny45.

Solange keine Präzisionsmessungen mit dem ADC gemacht werden müssen sehe 
ich keinen Nachteil.
Ich würde eher die 100nF etwas größer machen um den Ripple an der 
Z-Diode zu verkleinern.
Ansonsten: EMV-mäßig sicher besser als ein Linearregler. Insbesonders 
wenn man auch noch den 1K5 auf 2 widerstände (Minus und Plus) aufteilen 
kann.

Gruß Anja

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Tuffi schrieb:
> Ich habe das ganze mit einem LM78L05 gemacht, der braucht ca. gleich
> viel Platz. Der wird aber knüppel heiß.... Das habe ich bei der Z-Diode
> nicht.

Ja, da brauchst du schon größere Gehäuse. TO-92 ist zu knapp.

Die Abwärme deiner Zenerdiode + Widerstand muss logischerweise 
mindestens genau so hoch sein.

Oder in was sonst wandelt deine Schaltung die überschüssige Energie um?

: Bearbeitet durch User
von MaWin (Gast)


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Tuffi schrieb:
> Ich habe das ganze mit einem LM78L05 gemacht, der braucht ca. gleich
> viel Platz. Der wird aber knüppel heiß.... Das habe ich bei der Z-Diode
> nicht.

Bei 4mA Last ? Eher nicht, 24V hält er aus. Abblockkondensatoren 
vergessen ?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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MaWin schrieb:
> Bei 4mA Last ? Eher nicht, 24V hält er aus.

Der braucht selbst noch 3 bis 5 mA, dann sind wir insgesamt bei 7 bis 8 
mA.

von Tuffi (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Tuffi schrieb:
>> Ich habe das ganze mit einem LM78L05 gemacht, der braucht ca. gleich
>> viel Platz. Der wird aber knüppel heiß.... Das habe ich bei der Z-Diode
>> nicht.
>
> Ja, da brauchst du schon größere Gehäuse. TO-92 ist zu knapp.
>
> Die Abwärme deiner Zenerdiode + Widerstand muss logischerweise
> mindestens genau so hoch sein.
>
> Oder in was sonst wandelt deine Schaltung die überschüssige Energie um?

Hallo Stefan,

ich habe verglichen/aufgebaut mit SOT89 den LM78L05. Platz ist etwas ein 
Problem, THT geht gar nicht wegen Höhe. Die Z Diode wird im Vergleich 
nicht so warm (gefühlte Messung mit dem Finger).

Anja meinte, das die EMV Stabilität besser sei als ein Längsregler á la 
78L05, warum und kann das jmd. bezeugen? Ich habe 0 EMV Erfahrung, mich 
interessiert das wirklich. Ich möchte es verstehen.

Der Aufbau ist jedoch nur ein 1K5 von +24V in Serie zur Z Diode Richtung 
Masse. Mittelabgriff ist die Spannung für den uC.

von Anja (Gast)


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Tuffi schrieb:
> Ich habe das ganze mit einem LM78L05 gemacht, der braucht ca. gleich
> viel Platz. Der wird aber knüppel heiß.... Das habe ich bei der Z-Diode
> nicht.

Wenn schon einen IC dann hätte ich einen LP2950 verwendet.
Mit Faktor 10 niedrigerem Ruhestrom.

Außerdem sind die 78L05 eigentlich nur bis ca 20V so richtig 
spezifiziert wenn man ins "kleingedruckte" schaut.

Gruß Anja

von Tuffi (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> MaWin schrieb:
>> Bei 4mA Last ? Eher nicht, 24V hält er aus.
>
> Der braucht selbst noch 3 bis 5 mA, dann sind wir insgesamt bei 7 bis 8
> mA.

7-7,5mA ist korrekt. Das zeigt mir das Labornetzteil an.

von Thomas O. (kosmos)


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mein Hausbus läuft mit zentralen 5V DC, ich verwende auf jeder Platine 
nur einen eine Drossel in Verbindug mit Z-Diode und einem 100µF Elko, 
der µC hat noch die üblichen Kerkos, da ich keine Lasten mit der 5V 
Versorgung schalte, funktioniert das seit Jahren problemlos, die Broun 
out Schwelle habe ich etwas niedriger eingestellt. Da die Platinen 
möglichst klein werden sollten um in jede Unterputzdose passen sollte 
habe ich auf den Spannungsregler verzichtet.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Statt dem ollen 78L05 kannst du mal einen neueren Regler mit weniger 
"Quiescent Current" versuchen. Zum Beispiel HT7850, LF50, LP2950-5.0, 
MCP1701-5.0

von Anja (Gast)


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Tuffi schrieb:
> Ich möchte es verstehen.
>
Ein "Leistungstransistor" im Spannungsregler hat mehrere 10 pF 
Koppelkapazität vom Eingang auf den Ausgang.
Ein SMD-Widerstand ca 0.2 pF.

> Der Aufbau ist jedoch nur ein 1K5 von +24V in Serie zur Z Diode Richtung
> Masse.
Schade dann hilft es nur für den Differential Mode.
Common Mode geht auch über die Masseleitung.
Aber eventuell kann man einen SMD-Ferrit in die Masseleitung einbauen.

Gruß Anja

von Tuffi (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> LF50

Anja schrieb:
> Tuffi schrieb:
>> Ich möchte es verstehen.
>>
> Ein "Leistungstransistor" im Spannungsregler hat mehrere 10 pF
> Koppelkapazität vom Eingang auf den Ausgang.
> Ein SMD-Widerstand ca 0.2 pF.
>
>> Der Aufbau ist jedoch nur ein 1K5 von +24V in Serie zur Z Diode Richtung
>> Masse.
> Schade dann hilft es nur für den Differential Mode.
> Common Mode geht auch über die Masseleitung.
> Aber eventuell kann man einen SMD-Ferrit in die Masseleitung einbauen.
>
> Gruß Anja

Hallo Anja,

danke für die Erklärungen. Wie verhält sich denn da die Z Diode? Die 
koppelt doch gegen GND und der Prozessor VCC?

von Tuffi (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Statt dem ollen 78L05 kannst du mal einen neueren Regler mit
> weniger
> "Quiescent Current" versuchen. Zum Beispiel HT7850, LF50, LP2950-5.0,
> MCP1701-5.0

MCP1701-5.0 & HT7850 => max 10V Input => Ich nutze den in einer 
Anwendung von 5V -> 3,3V aber schweine Teuer die Teile

LP2950-5.0 & LF50 => Nur fette Gehäuse verfügbar

von Anja (Gast)


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Tuffi schrieb:
> Wie verhält sich denn da die Z Diode? Die
> koppelt doch gegen GND und der Prozessor VCC?

Gegenüber dem 22uF fällt die Z-Diode nicht ins Gewicht.
Gnd und VCC sind sowieso HF-mäßig kurzgeschlossen.

Über die Gnd-Leitung kann halt was in den Prozessor einstreuen sofern 
irgendwo eine längere Leitung/parasitäre Kapazität an den anderen Pins 
dran hängt.

Gruß Anja

von Michael B. (laberkopp)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Der braucht selbst noch 3 bis 5 mA, dann sind wir insgesamt bei 7 bis 8
> mA.

Und ? 0.172W macht einen TO92 nicht heiss.

von Michael B. (laberkopp)


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Tuffi schrieb:
> MCP1701-5.0 & HT7850 => max 10V Input => Ich nutze den in einer
> Anwendung von 5V -> 3,3V aber schweine Teuer die Teile
>
> LP2950-5.0 & LF50 => Nur fette Gehäuse verfügbar

Armer Junge.

SOT23 Regler, auch welche mit 24V Eingangsspannung, gibt es reichlich.
Und die überleben auch 76mW Verlustleistung.
Darfst halt nicht nur Reichelt kennen.
z.B. GS7118-5.0, oder AP7381-5.0

von MaWin O. (mawin_original)


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Tuffi schrieb:
> hier geht es auch wirklich NUR um
> einen Controller der ein Program abarbeitet und das alles lasttechnisch
> homogen ist.

ja, kann man machen.
Ich habe eine ähnliche Schaltung mit einem AtTiny und ein paar Mosfets.
Läuft einwandfrei. Der Controller treibt nur die Gates. Sonst nichts.

Die Spannungsquelle darf halt nicht zu stark belastet werden (in deinem 
Fall ca 5 mA), sonst bricht die Spannung ein.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Tuffi schrieb:
> max 10V Input

Ach ja, da habe ich nicht drauf geachtet. Böser Fehler.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Michael B. schrieb:
> 0.172W macht einen TO92 nicht heiss.

Dachte ich auch, aber der TO schrieb es.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Ich nehme da eine blaue LED, die in der Lötstation auch gleich die 
Betriebsanzeige erledigt.
Und obwohl ich den ADC im hochverstärkenden Differenz-Modus mit 1,1V 
Referenz benutze, gibts da keine Probleme.

: Bearbeitet durch User
von Karl B. (gustav)


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Hi,
Studium alter Schaltbilder bringt oft des Rätsels Lösung:
Und Grundig machte das so:
ST 903 ist eine ZW8,2
Die Drossel dient der Rauschunterdrückung.
Ja. Zwei Massen.
Einmal Plusmasse. Einmal Minusmasse.
Der HF-Teil bekommt Plus an Masse.
So löste man das.
Und noch ein Entkoppler-C im Pikofaradbereich. Müssen sich ja was dabei 
gedacht haben.
Für Batteriebetrieb 7,5 V
Und bei Netzteilbetrieb gehts bis ca. 9V rauf.
Und bei 24 Volt?
forget it.
Oder mehrere Z-Dioden gestaffelt.
Die 78xx-Serie kann auch nur maximal 25V
Höhere Eingangsspannung nicht gut.
Und Kühlkörper.
Gibt auch noch andere,
die mehr an Eingangsspannung abkönnen.

ciao
gustav

: Bearbeitet durch User

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