Strombegrenzungsdiode CL05M6F verhält sich wie Standarddiode – Schutzschaltung Digitaleingang 3-24V

[Jonny S. (jonny999)]

Hallo zusammen,

*Hintergrund / Projekt:*
Ich arbeite an einer Platine, die zwischen einem Raspberry Pi und u. A. 
Sensoren geschaltet wird, um u. A. sichere digitale Eingänge für 
Spannungen von 3V bis 24V zu ermöglichen.

Die Idee ist dass universell beliebige Sensoren verwendet werden koennen 
z.B. 24V Näherungsschalter, Taster an 5V...
Dafür habe ich eine Schaltung entworfen, die einen Optokoppler und 
Tiefpass enthalten soll. Zur Ansteuern des Optokopplers mit dem weiten 
Spannungsbereich habe ich eine Strombegrenzungsdiode verwendet (siehe 
Anhang „schaltung_3-100V-digital-in.jpg“).

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*Problem: Strombegrenzungsdiode CL05M6F funktioniert nicht wie erwartet*
Ich habe 20 CL05M6F Konstantstromdioden bei Conrad bestellt:
https://www.conrad.de/de/p/diotec-konstantstromquellen-cl05m6f-sod-123fl-2807601.html
Laut Datenblatt ( https://diotec.com/request/datasheet/cl05m6f.pdf ) 
sollte sie den Strom auf 5 mA begrenzen, jedoch verhält sie sich in 
meinem Testaufbau wie eine Standarddiode.

*Aufbau:*
    *Verbindung:* Die Diode ist direkt mit dem Labornetzteil verbunden 
(Anode an +, Kathode an -).
    *Messvorgang:* Ich habe die Spannung in Durchlassrichtung langsam 
erhöht und den Strom am Netzteil abgelesen.

*Ergebnisse:*
    *Durchlassrichtung:* Der Strom steigt ab 0,72V stetig an und wird 
nicht wie im Datenblatt beschrieben auf 5 mA begrenzt. Bei z.B. 0,8V an 
der Diode fließen bereits 40 mA.
    *Sperrrichtung:* Bei angelegter Sperrspannung (bis zu 30V) bleibt 
die Diode im sperrenden Zustand, ohne dass wie im Datenblatt beschrieben 
eine Art Durchbruch bei 0,5V auftritt.

Ich habe insgesamt vier Dioden aus der Bestellung getestet, alle mit dem 
gleichen Ergebnis. Die gemessene Kennlinie findet ihr im Anhang 
„kennlinie-gemessen.jpg“, sowie zur Orientierung das passende Diagramm 
aus dem Datenblatt („kennlinie-erwartet.jpg“).
Die Beschriftung der SMD-Dioden entspricht der bestellten CL05M6F (siehe 
Foto „dioden.jpg“).

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*Fragen:*
1. Denkfehler oder falsche Testschaltung?

2. Was könnte hier das Problem sein? Habe ich eventuell falsch 
beschriftete Bauteile erhalten?

3. Gibt es generelle grobe Fehler in meiner Schaltung?

4. Optional: Alternative Ansätze zur Erkennung der anliegenden 
Eingangsspannung?
Ist eine Strombegrenzungsdiode für diesen Zweck generell sinnvoll, oder 
wären Alternativen wie der LM234Z (als IC-basierte Konstantstromquelle) 
oder eine Zenerdiode zur Spannungslimitierung besser geeignet?


Ich freue mich über Hinweise und Vorschläge zur Bauteil Problematik oder 
allgemein zu meiner Schaltung.

Vielen Dank im Voraus!

[Walter T. (nicolas)]

Jonny S. schrieb:
> Denkfehler oder falsche Testschaltung?

Zeig mal Testschaltung! Ich hoffe, da ist ein Vorwiderstand dabei, 
ansonsten arbeitet der Spannungsregler direkt gegen die Diode und es 
gewinnt der stärkere.

[Julian L. (rommudoh)]

Jonny S. schrieb:
> *Aufbau:*
>     *Verbindung:* Die Diode ist direkt mit dem Labornetzteil verbunden
> (Anode an +, Kathode an -).

Aufbau kann besser mit Foto gezeigt werden. Außerdem gehört laut 
Datenblatt die Anode bzw. die Seite ohne Strich an GND.

[Michael B. (laberkopp)]

Jonny S. schrieb:
> Durchlassrichtung: Der Strom steigt ab 0,72V stetig an und wird nicht
> wie im Datenblatt beschrieben auf 5 mA begrenzt. Bei z.B. 0,8V an der
> Diode fließen bereits 40 mA.
> Sperrrichtung: Bei angelegter Sperrspannung (bis zu 30V) bleibt die
> Diode im sperrenden Zustand, ohne dass wie im Datenblatt beschrieben
> eine Art Durchbruch bei 0,5V auftritt.

Also abgesehen davon, dass 5mA Stromregeldioden eh erst ab 5V sinnvoll 
arbeiten und daher in deiner Schaltung genau so ungünstig sind wie 
JFETs, sollten sie schon den Strom begrenzten und keine 40mA zulassen.

https://www.mouser.de/datasheet/2/362/P22-23-CRD-1729293.pdf

Dem schlechten Lasermarkierung nach zu urteilen hat Conrad dir normale 
Dioden als Fälschungen geschicht.

[H. H. (hhinz)]

Jonny S. schrieb:
> 2. Was könnte hier das Problem sein? Habe ich eventuell falsch
> beschriftete Bauteile erhalten?

Wohl Fälschungen. Diotec macht seine Markings auf SOD-123 anders.

[Andreas B. (abm)]

Verpolt! Der Doppelstrich muss lt. Datenblatt an den positiveren Pol, 
das ist kein Kathodenstrich wie bei normalen Dioden.

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

Jonny S. schrieb:
> Dafür habe ich eine Schaltung entworfen
Wenn du dann mal die richtige Diode hast, dann musst du noch aufpassen: 
die Ptot = 0,7W im Datenblatt gelten für Ta = 25°C und 25mm² 
Kupferfläche je Anschluss.

BTW: wenn du rechts und links vom Optokoppler die selbe Masse hast, wozu 
dann überhaupt der OK?

Michael B. schrieb:
> Dem schlechten Lasermarkierung nach zu urteilen
Dort sieht das Diotec-Logo tatsächlich besser aus:
- 
https://www.tme.eu/de/details/cl05m6f-dio/spezialdioden/diotec-semiconductor/cl05m6f/

Walter T. schrieb:
> Ich hoffe, da ist ein Vorwiderstand dabei, ansonsten arbeitet der
> Spannungsregler direkt gegen die Diode und es gewinnt der stärkere
... wenn nicht die Diode wie vorgesehen den Strom auf die 6mA begrenzt.

Andreas B. schrieb:
> Verpolt!
Die Fig. 2 im Datenblatt meint, das passe so. Und auch das Diagramm 
lässt vermuten, dass das stimmt. Wie auch immer: die umgekehrte Polung 
wurde ja auch ausprobiert...

[Jonny S. (jonny999)]

Danke für die schnellen und hilfreichen Antworten!


Andreas B. schrieb:
> Der Doppelstrich muss lt. Datenblatt an den positiveren Pol,
> das ist kein Kathodenstrich wie bei normalen Dioden.

Ah, danke für den Hinweis – das wird tatsächlich aus dem Bild und Symbol 
im Datenblatt klar. Ich bin irrtümlich davon ausgegangen, dass diese wie 
eine normale Diode beschriftet ist, und in Durchlass-richtung eingebaut 
wird.
Somit ist meine Beschreibung vom Aufbau im Post falsch.

Wie Lothar M. schon angemerkt hat, spielt das für das Problem aber keine 
Rolle, da ich ohnehin beide Richtungen ausprobiert habe (jeweils mit 
einer neuen Diode, falls vorher beschädigt). Auch bei korrekter 
Einbaurichtung nach Datenblatt fließt selbst bei 30V keinerlei Strom, 
was darauf hinweist, dass es sich wohl um eine normale Dioden handelt.

---

Walter T. schrieb:
> Ich hoffe, da ist ein Vorwiderstand dabei,
> ansonsten arbeitet der Spannungsregler direkt gegen die Diode und es
> gewinnt der stärkere.

Beim ersten Versuch hatte ich einen 60-Ohm-Widerstand und Optokoppler in 
Reihe geschaltet (da gesamte Schaltung aufgebaut). Für die 
Kennlinienmessung habe ich die Diode tatsächlich direkt mit dem Netzteil 
verbunden, jedoch initial mit einer Strombegrenzung auf 10 mA. Ich 
verstehe nicht, welchen Unterschied ein Vorwiderstand in diesem Fall 
machen würde, da das Netzteil ohnehin den Strom begrenzen würde. 
Außerdem bin ich davon ausgegangen, dass die Diode den Strom eben 
selbstständig begrenzen sollte.

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Michael B. schrieb:
> Also abgesehen davon, dass 5mA Stromregeldioden eh erst ab 5V sinnvoll
> arbeiten
Danke, also ist die Idee mit Konstantstrom hierfür generell eher 
ungeeignet?

Ich bin beim Erstellen der Schaltung davon ausgegangen, dass die Diode, 
wie im Datenblatt beschrieben, bereits bei 2V zuverlässig etwa 4 mA 
regeln sollte, was für die minimale Eingangsspannung und den Optokoppler 
ausreichen würde.

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Lothar M. schrieb:
> Wenn du dann mal die richtige Diode hast, dann musst du noch aufpassen:
> die Ptot = 0,7W im Datenblatt gelten für Ta = 25°C und 25mm²
> Kupferfläche je Anschluss.
>
> BTW: wenn du rechts und links vom Optokoppler die selbe Masse hast, wozu
> dann überhaupt der OK?

Guter Punkt, danke! Solche Tipps helfen mir sehr weiter. Ich werde jetzt 
eine separate GND-Klemme für die Eingänge vorsehen, um  den Optokoppler 
somit sinnvoll einzusetzen.

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Michael B. schrieb:
> Dem schlechten Lasermarkierung nach zu urteilen hat Conrad dir normale
> Dioden als Fälschungen geschicht.

H. H. schrieb:
> Wohl Fälschungen. Diotec macht seine Markings auf SOD-123 anders.

Lothar M. schrieb:
> Dort sieht das Diotec-Logo tatsächlich besser aus:

Damit hat sich meine Vermutung bestätigt – diese vmtl. "normalen Dioden" 
sind für mich in dieser Anwendung also unbrauchbar.
Ich hätte nicht erwartet, bei Conrad auf solche Probleme zu stoßen, und 
habe eher einen Fehler auf meiner Seite vermutet...

Für den Preis von insgesamt 2 Euro lohnt es sich für mich nicht bei 
Conrad zu reklamieren. Ich werde einfach andere Dioden zum 
Strombegrenzen bestellen und hoffen, dass diese korrekt arbeiten.

[Ron-Hardy G. (ron-hardy)]

Jonny S. schrieb:
> Ich werde einfach andere Dioden zum
> Strombegrenzen bestellen und hoffen, dass diese korrekt arbeiten.

Wieder bei Conrad?

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

Jonny S. schrieb:
> Für die Kennlinienmessung habe ich die Diode tatsächlich direkt mit dem
> Netzteil verbunden, jedoch initial mit einer Strombegrenzung auf 10 mA.
> Ich verstehe nicht, welchen Unterschied ein Vorwiderstand in diesem Fall
> machen würde, da das Netzteil ohnehin den Strom begrenzen würde
Nicht in der ersten Millisekunde, wenn die Ausgangsspannung hoch 
eingestellt ist und noch ein Ausgangselko geladen sein könnte.

So kann man sich dann ganz leicht eine LED kaputt machen, wenn man die 
Ausgangsspannung auf 20V stellt und den Strom auf 5mA begrenzt.

Aber wenn du die Spannung von 0V hochdrehst, dann darf da nichts 
passieren.

[Jonny S. (jonny999)]

KOMMANDO ZURÜCK – das ist mir echt peinlich, aber ich kläre es natürlich 
auf:

**Die Diode von Conrad ist NICHT FALSCH!**

Die Diode funktioniert einwandfrei wie im Datenblatt beschrieben, wenn 
ich sie richtig rum einbaue, wie Andreas B. und Julian L. schon 
geschrieben hatten!!

Der Fehler lag darin, dass ich die 5 mA gar nicht korrekt gemessen habe 
– das Amperemeter im Netzteil hat einfach nicht fein genug aufgelöst, um 
die 5 mA genau anzuzeigen.
Die Kombination mit einem weiteren Fehler im Aufbau der Schaltung hat 
mich zu sehr auf die Diode fokussiert...


Was ich in meiner "Durchlassrichtung" gemessen habe, war in Wirklichkeit 
der Durchbruch in Sperrrichtung, wie im Datenblatt beschrieben (ab etwa 
0,5V).

Jetzt funktioniert die Diode und auch die gesamte gezeigte Schaltung wie 
erwartet!

Sorry für die Verwirrung, der gesamte Thread ist somit sinnlos. Danke 
nochmal für eure Hinweise! Jetzt ist alles aufgeklärt – auch wenn es 
einfach nur peinlich ist. 😅

[H. H. (hhinz)]

Jonny S. schrieb:
> **Die Diode von Conrad ist NICHT FALSCH!**

Auch wenn sie die gewünschte Funktion doch hat, das Marking stammt nicht 
von Diotec.

[Stefan K. (stk)]

H. H. schrieb:
> Auch wenn sie die gewünschte Funktion doch hat, das Marking stammt nicht
> von Diotec.

Auch der Gurt aus glasklarem Kunststoff scheint mir verdächtig. Hier 
gibt es einige alte Rollen Dioden auf klaren bzw. angegilbten spröden 
Kunststoffgurten - die sind schon länger in der Firma als ich. Alle 
neueren Dioden hier sind auf Rollen mit schwarzen Gurten.

[Bernhard (bernhard_123)]

So schlechte Markierung habe ich bei Diotec noch nie gesehen.

Aber unabhängig davon: Sensoren oder Näherungsschalter liefern auch im 
ausgeschalteten Zustand einen kleinen Reststrom durch die 
Halbleiterschalter und die teilweise großen Überspannungs-Schutzdioden.
Nach IEC 60947-5-2 dürfen 3-Draht-Näherungsschalter am ausgeschalteten 
DC-Ausgang bis 0,5 mA liefern.

Die üblichen digitalen Schnittstellen für SPS (z. B. 24 V oder 48 V) 
sind beschrieben in IEC 61131-2.
Bei 24 V und Typ 1 (wird am häufigsten verwendet) muss der Eingang noch 
sicher 0-Signal erkennen bei 0,5 mA oder 5 V.

Ein Universaleingang, der mit allen Schaltern zuverlässig funktioniert, 
ist technisch nicht möglich.

Bernhard

[Carypt C. (carypt)]

Jonny S. schrieb:
> Ich
> verstehe nicht, welchen Unterschied ein Vorwiderstand in diesem Fall
> machen würde, da das Netzteil ohnehin den Strom begrenzen würde.

Eigentlich würde bei Spannungsbegrenzung des Labornetzteils ja nur der 
Spannungsabfall über dem Bauteil, hier die Flussspannung erkennbar sein. 
Ansonsten kann die Spannung erst steigen, wenn die Stromstärke, also die 
Übermenge an Strom, nicht mehr hindurchpasst, sich also aufstaut.

[Gregor J. (Firma: Jasinski) (gregor_jasinski)]

Jonny S. schrieb:
> KOMMANDO ZURÜCK – das ist mir echt peinlich, aber ich kläre es natürlich
> auf: (...) Der Fehler lag darin, dass ich (...)

Ich hatte von Anfang an große Zweifel an dieser so schön beschriebenen 
Geschichte im Eröffnungspost, Du hast aber am Ende wenigstens den Mumm 
gehabt, es zuzugeben und aufzulösen. Wie ich so oft sage: den Fehler 
sollte man fast immer bei sich selbst (Aufbau, Design, Code) suchen, 
statt es sofort bequem auf andere zu schieben, was ja besonders in 
diesem Forum gerne gemacht wird und wenn einer „so weit, so gut” 
schreibt, dann ist eigentlich schon klar, was passiert sein könnte. BTW, 
an der Geschichte mit der angeblichen Fälschung habe ich auch so meine 
Zweifel, trotz der misslungenen Beschriftung auf dem relativ kleinen 
Gehäuse.