Vorwiderstand für den Optokoppler TLP620−4

[Frank N. (antony)]

Hallo,

ich habe eine Schaltung in der Hand, da sind die Eingänge der 
Optokoppler TLP620−4 mit je 2,2Kohm Vorwiderstand für die 
Eingangsspannung von 3V - 15V DC ausgestattet.

Frage, wie wird diese Vorwiderstandswert 2,2kohm berechnet?
Wie rechne ich z.B. für eine Eingangsspannung von 15V - 30V DC


Datenblatt des OK: 
https://www.mouser.de/datasheet/2/408/toshiba_tlp620-1209614.pdf

Gruß
Antony

[Sebastian R. (sebastian_r569)]

Kommt drauf an, was du am Ausgang des Optokopplers damit machen 
möchtest.

Ansonsten berechnest du einfach den Vorwiderstand der LED im Optokoppler 
so, dass bei maximaler Spannung der max. empfohlene Vorwärtsstrom 
fließt.

Ob dir dann bei kleinstmöglicher Spannung der Ausgangsstrom (Current 
transfer ratio beachten) reicht, musst du dann selber entscheiden.

[Michael B. (laberkopp)]

Frank N. schrieb:
> wie wird diese Vorwiderstandswert 2,2kohm berechnet?

Du brauchst den zu schaltenden Strom, beispielsweise 1mA.

Da der Optokoppler ein CTR von zumindest 30% hat, müssen 9mA bei 
geringste Eingangsspannung, bei dir 15V, durch die LED die 1.2V der 15V 
kostet, macht 13.8V/0.009A=1.5kOhm.
Zu Kontrolle noch ob bei höchster Spanning  30V, nicht zu viel fliesst, 
(30-1.2)/1500=19mA, passt.

[Frank N. (antony)]

Sebastian R. schrieb:
> Kommt drauf an, was du am Ausgang des Optokopplers damit machen
> möchtest.
>
> Ansonsten berechnest du einfach den Vorwiderstand der LED im Optokoppler
> so, dass bei maximaler Spannung der max. empfohlene Vorwärtsstrom
> fließt.
>
> Ob dir dann bei kleinstmöglicher Spannung der Ausgangsstrom (Current
> transfer ratio beachten) reicht, musst du dann selber entscheiden.

Naja, meine Frage war eigentlich, wie kommen sie auf die 2,2kohm?
Abgesehen davon was am Ausgang gemacht wird erstmal.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Frank N. schrieb:
> ich habe eine Schaltung in der Hand
Kannst du bildgebende Maßnahmen auf diese Schaltung anwenden?

> Frage, wie wird diese Vorwiderstandswert 2,2kohm berechnet?
Wie üblich mit R = U/I

U ergibt sich aus Ueingang-Uf und das sind hier Ueingang = 3..15V und 
Uf = 1,0V..1,3V.

Der Strom durch die LED darf maximal 50mA sein. Deshalb darf der 
Widerstand nicht niederohmiger sein als (15V-1,0V)/50mA = 280R.

Wie groß der Strom minimal sein muss, ergibt sich aus dem 
Stromübertragungswert CTR und der Beschaltung des Transistors. Und 
daraus ergibt sich dann auch der Maximalwert des Widerstands.

Mit 2k2 ergibt sich ein minimaler LED-Strom von (3V-1,5V)/2k2 = 68µA. 
Das erschient mir dann schon recht wenig. Besonders, wenn alle Werte im 
Datenblatt mit Strömen von 1mA und 5mA spezifiziert sind.

Frank N. schrieb:
> Naja, meine Frage war eigentlich, wie kommen sie auf die 2,2kohm?
> Abgesehen davon was am Ausgang gemacht wird erstmal.
Die 2k2 ergeben sich ganz grundlegend daraus, was am Ausgang gemacht 
wird, denn so ein Optokoppler ist ein zutiefst analoges Bauteil.

Frank N. schrieb:
> Wie rechne ich z.B. für eine Eingangsspannung von 15V - 30V DC
Nimm für die doppelte Maximalspannung einfach den doppelten 
Widerstandswert. Also 4k7.

[Klaus H. (hildek)]

Lothar M. schrieb:
> Frank N. schrieb:
>> Wie rechne ich z.B. für eine Eingangsspannung von 15V - 30V DC
> Nimm für die doppelte Maximalspannung einfach den doppelten
> Widerstandswert. Also 4k7.

Ja, wenn es für die selbe Schaltung ist, die bisher mit 3-15V betrieben 
wurde. Sonst muss er es eben über den CTR ausrechnen ...

[Michael B. (laberkopp)]

Michael B. schrieb:
> Du brauchst den zu schaltenden Strom, beispielsweise 1mA.
> Da der Optokoppler ein CTR von zumindest 30% hat, müssen 9mA

Das war natürlich falsch, 1mA/0.3 sind 3.33mA, also 4.1k.

[Frank N. (antony)]

Hallo,

am Ausgang schalte ich eine kleine 5V Spannung die dann weiter an mC 
geht.

Aber wäre es auch möglich, am Eingang 3V - 30V anzulegen, oh e das der 
Widerstand anfängt zu kochen?

[Klaus H. (hildek)]

Frank N. schrieb:
> am Ausgang schalte ich eine kleine 5V Spannung die dann weiter an mC
> geht.
Jetzt nenne doch den Wert des Arbeitswiderstands!
Man muss wissen, wie viel Strom durch den Transistor des OK fließen um 
zu bestimmen, welcher Vorwiderstand auf der LED-Seite maximal möglich 
ist. Dann kann man auch die Verlustleistung berechnen.

> Aber wäre es auch möglich, am Eingang 3V - 30V anzulegen, oh e das der
> Widerstand anfängt zu kochen?
Je weiter der Bereich ist, desto enger wird das. Nenne den Strom - siehe 
oben.
Wenn die bisherige Schaltung bei 3V mit 2k2 Vorwiderstand noch 
funktionierte (knapp 1mA) dann wird sie bei 30V rund 13mA benötigen. 
Macht am Widerstand eine Verlustleistung von knapp 400mW.
Es gibt auch OK mit höherem CTR. Toshiba redet von einer Variante "Rank 
GB" mit etwas höherem CTR. Schau mal, ob das auf deinem evtl. drauf 
steht.
Dann kann man den Strom durch LED und die Verlustleistung am Widerstand 
verringern.

[Frank N. (antony)]

Klaus H. schrieb:
> Jetzt nenne doch den Wert des Arbeitswiderstands!

Welche Arbeitswiderstands meinst du?
Im Anhang habe ich das Schaltbild


> Welcher Widerstand soll sein?

[Gerald B. (gerald_b)]

Für genau sowas wurden Konstanstromquellen erfunden. Gibts sogar als 
Zweipol:
https://www.tme.eu/de/details/al5809-15p1-7/led-treiber/diodes-incorporated/
Hier die 15 mA Version. Laut Datenblatt 2,5 bis 60V.
Zu den 2,5V kommt dann noch Uf der LED, hier also ca 1,4V.
Sind dann 4V Minimum am Eingang. Darunter wäre auszuprobieren. 
Kaputtgehen kann nix, wahrscheinlich ist der Strom dann geringer als 15 
mA.

[Sebastian R. (sebastian_r569)]

Gerald B. schrieb:
> Gibts sogar als
> Zweipol:

Okay, die sind cool! Ich hatte bislang für meine Optokoppler immer eine 
etwas aufwendige Schaltung für keine Konstantstromquelle, aber ich 
glaube, dafür habe ich jetzt Ersatz gefunden!

[Manfred P. (pruckelfred)]

Frank N. schrieb:
>> Jetzt nenne doch den Wert des Arbeitswiderstands!
> Welche Arbeitswiderstands meinst du?

Er meint R2 und R4. Aus der Spannung an (+) und R2 ergibt sich der 
Strom, den der Optokoppler (OK) schalten muß.

Dazu kommt der Koppelfaktor des OK, den man dem Datenblatt entnehmen 
kann, er heißt "CTR" und wird in Prozent angegeben.

Nehmen wir mal an, am Ausgang sollen über R2 5mA fließen und der OK hat 
CTR=80%. Dann müssen also 5/80% = 6,25mA durch dessen LED getrieben 
werden.

Dazu etwas Reserve, würde ich 10mA treiben.

Die LED hat eine Flußspannung von maximal 1,3 Volt, die Steuerspannung 
sei 5 Volt, müssen am Vorwiderstand 3,7V bei 10mA abfallen, also 370 Ohm 
Vorwiderstand. Diese Berechnung ist gleich der, die man auch für 
sichtbare LEDs anwendet.

Alles klar, endgültig verwirrt oder ... ?

[Manfred P. (pruckelfred)]

Sebastian R. schrieb:
>> Gibts sogar als Zweipol:
>
> Okay, die sind cool! Ich hatte bislang für meine Optokoppler immer eine
> etwas aufwendige Schaltung für keine Konstantstromquelle,

Kommt auf die Anwendung und deren Spannungsbereich an. Mir fällt erstmal 
nichts ein, wo ich diese Konstantstromquelle unbedingt bräuchte.

[Klaus H. (hildek)]

Manfred P. schrieb:
> Er meint R2 und R4. Aus der Spannung an (+) und R2 ergibt sich der
> Strom, den der Optokoppler (OK) schalten muß.

Genau, die meinte ich. Aber jetzt muss man Frank N. noch die Spannung an 
(+) entlocken. Sind es 5V, wäre es gut 1mA, also braucht die LED 
mindestens 2mA. Das hat sie in der alten Schaltung mit 2k2 an 3V jedoch 
nicht bekommen - war also in der bereits vorliegenden Schaltung schon 
mal grenzwertig dimensioniert.

Wie ich schon sagte: wenn es bisher mit 2k2 ab 3V funktioniert hat, dann 
wird es auch mit 30V funktionieren; nur der Widerstand muß halt einer 
mit 0.5W sein. Den wird man anpassen müssen. Die LED im OK verträgt auch 
bei 30V den Strom, der sich dann einstellt.

Wenn man mal rät, dass es tatsächlich 5V am OK sind und der einen 
CMOS-Eingang steuert (alles fehlende Infos), dann könnte man die 4k7 
auch einfach auf z.B 10k oder 22k erhöhen und damit den 
LED-Vorwiderstand auch entsprechend vergrößern - z.B. auf 3k9 bzw. 8k2 
und der LED-Vorwiderstand muss nur noch etwa 200mW bzw. 100mW aushalten.

[Sebastian R. (sebastian_r569)]

Manfred P. schrieb:
> Kommt auf die Anwendung und deren Spannungsbereich an. Mir fällt erstmal
> nichts ein, wo ich diese Konstantstromquelle unbedingt bräuchte.

Dann interessehalber mal die Frage:
Wie realisierst du robuste, galvanisch getrennte Digital-Eingänge mit 
möglichst weitem Spannungsbereich?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Sebastian R. schrieb:
>> Zweipole
> Okay, die sind cool!
Es sind trotzdem nur Halbleiter, die bei ESD-Entladung die von 
Halbleitern bekannten Probleme (Stichwort Überspannung und Absolute 
Maximum Ratings) haben.

Sebastian R. schrieb:
> Dann interessehalber mal die Frage:
> Wie realisierst du robuste, galvanisch getrennte Digital-Eingänge mit
> möglichst weitem Spannungsbereich?
Dir ist schon klar, dass "möglichst weit" automatisch auch "möglichst 
teuer" heißt.

Du solltest also einen Eingangsspannungsbereich angeben und "möglichst 
günstig" oder "kostenoptimal" verlangen. Dann hat man was in der Hand, 
was realisierbar ist.

Sebastian R. schrieb:
> Wie realisierst du robuste, galvanisch getrennte Digital-Eingänge mit
> möglichst weitem Spannungsbereich?
Ich frage mich (und dich als meinen Auftraggeber) zuallererst, ob und 
warum eine teure galvanische Trennung überhaupt nötig ist.
Ich habe z.B. die  die Verdrahtung der Elektrik der Maschinensteuerung 
aufgeräumt, dass nicht irgendwie alles in alles einkoppelt, und die 
Vorgängersteuerung, die ein wahres Optokopplergrab (jeweils ca. 60 OK) 
war, in eine galvanisch nicht getrennte Steuerung umgewandelt. Und schon 
kann ich mit 2 Widerständen und 2 Klemmdioden und 1 Kondensator solche 
digitalen Eingänge mit einer Schaltschwelle von 9V für einen 
Eingangsbereich von -60..+60V und zudem ESD-sicher aufbauen.

[Klaus H. (hildek)]

Sebastian R. schrieb:
> Dann interessehalber mal die Frage:
> Wie realisierst du robuste, galvanisch getrennte Digital-Eingänge mit
> möglichst weitem Spannungsbereich?

Du hast zwar nicht mich gefragt aber klar, bei einem 'möglichst weiten 
Bereich' hat die Konstantstromquelle schon ihre Berechtigung. Jedenfalls 
spart sie Verlustleistung.
Gleichzeitig wird es aber enger, wenn der tiefste Eingangsspannung 
möglichst klein sein soll.
Auch kann man den weiten Spannungsbereich (und damit den LED-Strom) 
dadurch eingrenzen, dass man den LED-Vorwiderstand aufteilt und 
dazwischen mit einer Z-Diode begrenzt.

[Harald W. (wilhelms)]

Frank N. schrieb:

> Frage, wie wird diese Vorwiderstandswert 2,2kohm berechnet?

Mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes.

[Manfred P. (pruckelfred)]

Klaus H. schrieb:
> Manfred P. schrieb:
>> Er meint R2 und R4. Aus der Spannung an (+) und R2 ergibt sich der
>> Strom, den der Optokoppler (OK) schalten muß.
>
> Genau, die meinte ich. Aber jetzt muss man Frank N. noch die Spannung an
> (+) entlocken. ...

Besser, er versucht, selbst zu rechnen - mit diesem Ziel habe ich das 
beschrieben. Eine Antwort "Du brauchst xxx Ohm" hilft nur kurzfristig.

Wie war das: Schenke den Bedürftigen keinen Fisch, sondern eine Angel 
und lehre sie, damit umzugehen.

Vielleicht kommt Frank mit einem eigenen Rechenergebnis wieder, was 
entweder passt oder wir die Erklärung noch verfeinern müssen.

Klaus H. schrieb:
> aber klar, bei einem 'möglichst weiten
> Bereich' hat die Konstantstromquelle schon ihre Berechtigung. Jedenfalls
> spart sie Verlustleistung.

Das genannte Bauteil ist recht sportlich, 15 mA bis 60 Volt gibt bis 900 
Milliwatt in der Konstantstromdiode.

Andererseits ist klar, dass man einen solch großen Bereich rein passiv 
nicht hin bekommt, das wäre eine Stromvariation von 1:20.

[Carsten-Peter C. (carsten-p)]

Moin, ich möchte kurz auf diese Schaltung aufmerksam machen. Natürlich 
gehen auch andere Mosfets wie BSP129, DN3535, LND150 oder TSM126CX uvm. 
Die sind günstig und können hohe Spannungen ab. Schau Dir die 
Datenblätter an. Die Mosfets der 2. und 3. Zeichnung sind falsch 
gezeichnet - hatte keine Lust die zu ändern.
Gruß
Carsten

[Manfred P. (pruckelfred)]

Carsten-Peter C. schrieb:
> ich möchte kurz auf diese Schaltung aufmerksam machen

Früher , als LEDs noch 20mA brauchten, war z.B. der BF245 als 
Stromquelle ganz nett. Lange her und heute kein handelsübliches Bauteil 
mehr.

[Rainer W. (rawi)]

Carsten-Peter C. schrieb:
> Die Mosfets der 2. und 3. Zeichnung sind falsch gezeichnet - hatte keine
> Lust die zu ändern

Warum zeichnest du sie nicht gleich richtig?
Dann bestände gar kein Änderungsbedarf.
🤔

[Carsten-Peter C. (carsten-p)]

Rainer W. schrieb:
> Warum zeichnest du sie nicht gleich richtig?

Moin, ich habe die Zeichnungen derzeit für mich gemacht und hatte nicht 
vor sie zu veröffentlichen. Dafür sind sie getestet und laufen. Heute 
würde ich das gleich richtig zeichnen. Diese Schaltungen brauchen keine 
eigene Stromversorgung für die Eingangsseite des OK und können, ähnlich 
wie die Eltakos mit UC- Eingang, einen Spannungsbereich von wenigen VDC 
bis Netzspannung abdecken. Ich habe einen Strom von 1-2mA gewählt. Wenn 
Antony gerne den TLP620 nutzen möchte, könnte er vielleicht zwei der 
Mosfets antiseriell in Reihe zum OK schalten.
Gruß
Carsten

[Falk B. (falk)]

Lothar M. schrieb:
> Ich habe z.B. die  die Verdrahtung der Elektrik der Maschinensteuerung
> aufgeräumt, dass nicht irgendwie alles in alles einkoppelt, und die
> Vorgängersteuerung, die ein wahres Optokopplergrab (jeweils ca. 60 OK)
> war, in eine galvanisch nicht getrennte Steuerung umgewandelt. Und schon
> kann ich mit 2 Widerständen und 2 Klemmdioden und 1 Kondensator solche
> digitalen Eingänge mit einer Schaltschwelle von 9V für einen
> Eingangsbereich von -60..+60V und zudem ESD-sicher aufbauen.

Ketzer! Das geht doch gar nicht! Nur Optokoppler (tm) führen dich ins 
Paradies der unbeschwerten EMV! Verbrennt ihn!
;-)