Archiv verlassen und diese Seite im Standarddesign anzeigen : Frage zu Z-Dioden
Hallo zusammen.
Die Frage klingt vieleicht etwas doof aber:
Haben Z-Dionen eine maximal zulässige Spannung oder kann ich eine 15V Z-Diode unter einhaltung des maximalen Stromes an 100VDC betreiben?
Ich möchte nämlich mein 12V Spannungsregler mit variabler Eingangsspannung von 35VDC bis 100VDC versorgen, damit meine Spannungsmessschaltung (ein Atmega8 hinter nachgeschaltetem 5V Spannungsregler) unabhängig von Batterien wird. Ist das so machbar? :-k
mfg swiss
Hallo swiss!
Die Spannung einer Zenerdiode ist meistens auf der Diode gedruckt und ist von der Eingangsspannung unabhängig. Wichtig ist zulässige Verlustleistung P = Uz * Iz (wobei Uz ist die Spannung der Diode und Iz durch sie fließender Strom), die nicht überschritten seien darf, ohne die Diode zu vernichten.
"Nichts ist unmöglich" sagt Toyota. Aber warum so kompliziert und uneffektiv, wenn ein Steckernetzteil für ein paar € mit 9VDC für ein AVR mit 5V Spannungsregler reicht?
MfG
sehreilig
02.05.2008, 09:20
Hallo swiss, 100V am Eingang des Spannungsreglers und 15V am Ausgang, das bedeutet, dass eine Verlustleistung von 85V *( Strom durch den Spannungsregler) als Verlustleistung das gerät erwärmen, es ei denn, es handelt sich um ein Schaltnetzteil. Da ist das oben angeregte Steckernetzteil doch sehr vorteilig.
Grüße von jens
Mal ein konkretes Rechenbeispiel.
Strom für den Microcontroller + Peripherie = 20mA ( inkl. 1mA für Z-Diode)
Eingangsspannung: 35...100V
Ausgangsspannung 15V
1. Auch bei minimaler Eingangsspannung müssen 20mA Strom für den Controller gewährleistet sein.
35V-15V = 20V
20V / 0,02A = 1000Ohm.
Der Vorwiderstand wird also einen Wert von 1000Ohm haben müssen.
2. Berechnung der Verlustleistung an den Bauteilen.
a: der Widerstand
100V-15V = 85V; Leistung = (85V*85V) / 1000 Ohm = 7,225W.
Strom = 85V/1000Ohm = 85mA
b: Z-Diode ohne Last
15V*0,085A = 1,27W.
Du würdest unter diesen Parametern einen Widerstand mit 1kOhm und einer maximalen Verlustleistung von ca. 7,5W brauchen und eine Z- Diode mit 15V und einer maximalen Verlustleistung von 1,5W - ich würd aber da lieber eine mit 2W- 2,5W nehmen.
In der Summe werden da bei 100V rund 9W in Wärme umgesetzt.
Die Werte werden sich verbessern, wenn deine Microcontrollerschaltung weniger Strom brauchen würde. So ein ATMEL nimmt für sich selber unter Vollast so ca. 2mA auf. Du müsstest also im ersten Schritt die Stromaufnahme unter allen Betriebszuständen messen und könntest dann nach den ermittelten Werten den Vorwiderstand und die Leistungswerte neu berechnen.
Zu beachten ist auch, das durch die Z-Diode immer ein Querstrom mit ca. 1mA fließen sollte, sonst regelt die Z-Diode nicht mehr richtig.
Unterm Strich wirds aber immer ne Heizung bleiben.
Guten Morgen miteinander ;-)
Erst einmal vielen Dank für die schnellen Antworten :-)
Also wenn ich das jetzt richtig verstanden habe ist die Eingangsspannung bei Z-Dioden egal, wenn die Verlustleistung nicht überschritten wird!?
Ich sollte vieleicht genauer beschreiben was ich machen möchte:
Ich habe vor ein kleines Testgerät für das Telefonnetz zu bauen. Ich bin leider kein Elektroniker (desshalb die dumme Frage) aber als Elektriker weiss ich welche Spannungen auftreten und was sie zu bedeuten haben. Das kleine Gerät soll also nun in einem ersten Schritt feststellen ob es sich beim zu testenden Anschluss um:
Analog = 48VDC
ISDN = 40VDC
U-Schnittstelle = 97VDC
handelt. DieToleranz beträgt jeweils +2V bis -6V (Ist jedoch sehr selten). Dies soll über eine entsprechende Led angezeigt werden (pro Zustand eine LED). Später sollen noch weitere Dinge getestet werden. Die Spannungsmessung selbst werde ich über einen Spannungsteiler 1900Ohm zu 100Ohm machen was einen Spannungsbereich von ca. 1,9V - 4,9V ergiebt. Diesen wert möchte ich mit dem ADC einlesen. Die Polarität wird über einen Grätzgleichrichter festgelegt.
Mein Problem ist nun aber, dass ich den Atmega8 ebenfalls aus dem Telefonnetz speisen möchte. Könnte ich die Spannung für den Festspannungsregler ebenfalls am Spannungsteiler abgreifen, wenn ich den oberen Widerstand nochmals Teile?
Edit:
Ich hab mir das mal durch gerechnet. Wenn ich einen Spannungsteiler aus 3 Widerständen baue (1600Ohm - 300Ohm - 100Ohm) und zwischen 1600Ohm und 300Ohm die Versorgungsspannung abgreife, habe ich einen Spannungsbereich von 7V bis 20V. Könnte ich so auf einen LM7805 fahren und den eingang noch über eine 6,8V Z-Diode schützen? Oder giebt das Probleme?
Analog = 48VDC
ISDN = 40VDC
U-Schnittstelle = 97VDC
Ein Problem kriegst Du schon bei deinem Analog Anschluß.
Die 48V ( 60V? ) liegen dabei über einen Vorwiderstand von ca. 600 Ohm + Leitungswiderstand an.
Sobald du diese Spannung über Gebühr belastest wird sie zusammenbrechen und eventuell wird dann sogar noch die Schleifenerkennung an der Telefonanlage aktiv, die Dir dann einen Wählton anlegt.
Das bedeutet dein Messergebnis ist nicht brauchbar.
Die U-Schnittstelle hat üblicherweise 97V, kann aber auch in einigen Spezialfällen 60V haben.
Das mit den 40V an der S0 Schnittstelle kann stimmen, sie muss aber für 1a/b und 2a/b auch richtig rum gepolt sein, sonst geht es nicht - aber das wusstest Du sicher schon.
Soll dein Gerät wirklich brauchbar funktionieren, sollte es keinesfalls die zu messenden Spannungen belasten. Mein Vorschlag wär es einen kleinen Akku in das Gerät einzubauen, den man dann über ein kleines Steckernetzteil wieder aufladen kann. Gleichzeitig kann dieses Kleinnetzteil die Versorgung der Schaltung bei leerem Akku übernehmen.
Das wird auch bei professionellen Testern so gemacht und kann deshalb nicht ganz falsch sein.
Naja meine Überlegung war es, die Leitung möglichst wehnig zu belasten. Desshalb die hohen eingangswiderstände. Mit einem normalen Messgerät klapt das Messen wunderbar (haben auch einen sehr grossen eingangswiderstand). Akku wäre eine Möglichkeit aber am liebsten wäre es mir, wenn ich unabhängig von Akku und Stromnetz wäre, das der Tester nicht täglich gebraucht würde und der Akku eine gewisse selbstentladung hat :-(
Wie gesagt. Um Polartitätunabhängig zu sein, werde ich Dioden einsetzen. Bei 4Leitungen a 2 möglichen Potenziale macht das 8 Dioden (zwei pro Leitung). Geht das so nicht?
Wie gesagt. Um Polartitätunabhängig zu sein, werde ich Dioden einsetzen. Bei 4Leitungen a 2 möglichen Potenziale macht das 8 Dioden (zwei pro Leitung). Geht das so nicht?
Doch das mit den Dioden wird sicher so gehen.
Probleme seh ich lediglich bei 2 anliegenden Spannungen wegen der trennung der Potetiale. Du verbindest ja die Spannungen über deine Schaltung ( gemeinsame Masse nach den Dioden ?! ) und das könnte Probleme machen.
Ausserdem muss Du ja dann noch rauskriegen wie rum das Potential anliegt = A/B Vertauschung.
Das mit dem feststellen ob drähte vertauscht sind werde ich dann als erweiterung einbauen. Dafür könnte ich 4 Eingänge des Atmega nutzen und überprüfen ob die richtigen beiden Leitungen Positives Potenzial haben oder? Der Status würde über 4 duo-led's (Rot/Grün) angezeigt.
Aber ich bin mir immer noch nicht sicher ob ich die Schaltung mit obengennanntem Spannungsteiler aus dem Telefonnetz spiesen kann.
Aber ich bin mir immer noch nicht sicher ob ich die Schaltung mit obengennanntem Spannungsteiler aus dem Telefonnetz spiesen kann.
Ohne den Messfaehler den Du dabei machst zu berücksichtigen, würd mal eher sagen "Nein".
Wenn, dann solltest Du Dir ein Schaltnetzteilkonzept überlegen, welches mit wesentlich höherem Wirkungsgrad arbeiten kann.
Bei 5V und 20mA hast Du eine Leistungsaufnahme von 0,1W.
Bei einem Wirkungsgrad von 90% wären das 0,12W.
Bei einer Spannung von 35V würde dann so ein Netzteil einen Strom von 3,4mA aufnehmen. Was umgerechnet einem Widerstand von ca. 10,3 kOhm entspräche. Das ist zwar auch noch eine schöne Belastung, aber damit kämen vermutlich brauchbarere Ergebnisse raus.
Ein weiterer Stromspareffekt würde sich durch Low Current LED's ergeben (2mA anstatt 20mA!). Noch dazu könnten diese dann ohne Treiberstufen an den Controller gehängt werden.
Obwohl ich das auch nicht gerne mache, wenn ich PWM, A/D Wandler, oder Analog Komperator verwende, weil hierdurch wiederum Meßfehler entstehen können.
Deine eigentlich einfache Idee enthält noch jede Menge mögliche Stolpersteine.
Naja schade. Mit Schaltnetzteilen kenne ich mich überhaubt nicht aus :-( Am Ende wird es das einfachste sein, die Versorgungsspannung aus einem Akku zu beziehen. :-k
Ich werde mal ein paar Versuche und Messungen auf meinem Steckbrett machen müssen und sehen wie die schaltung aufzubauen ist. Low Current LED finde ich eine sehr gute idee :-) Mal sehen ob es in dieser Variante auch Duo-Leds gibt. Somit könnte ich die Lufzeit der Akku erhöhen. Den Atmega8 könnte ich ebenfalls als Low Current bestellen :-k Für den Moment muss mein Standart Atmega8 und das Labornetzteil reichen. höchst warscheinlich muss ich auch den Wert des Spannungsteilers noch erhöhen.
Erst einmal vielen Dank für deine Hilfe und ich melde mich wieder, wenn ich etwas weiter bin mit meiner Schaltung :-) Leider habe ich im momment grossen Stress wegen der LAP (Gesellenprüfung) :-( Aber ein bischen Zeit zum Basteln wird mir schon noch bleiben ;-)
mfg swiss
Naja schade. Mit Schaltnetzteilen kenne ich mich überhaubt nicht aus
Das ist aber nicht so schlimm wie es sich anhört.
Da es dabei um recht kleine Leistungen geht, sollte ein integrierter Step Down Converter locker ausreichen. Da kommen dann noch ein paar Kondensatoren und eine Spule ran und die Sache läuft.
Ich würd hier noch mal einen neuen Threat mit dem Thema "Step Down Converter Ue = 35..100V Ua= 5V für geringe Leistungen " aufmachen.
Da werden sicher so einige Vorschläge kommen.
Ok :-)
Vielen Dank für alles. In die Materie der Step Down wandler werde ich mich mal ein wehnig einlesen und dann mal sehen ob ich hier im Forum eine Lösung finde :-)
Besserwessi
03.05.2008, 10:01
Wenn man die Schaltung sparsam aufbaut, sollte man deutlich unter 20 mA auskommen. Das heißt dann den Prozessor mit 3 V und z.B. 455 kHz laufen lassen, da braucht man etwa 0,3 mA für den Prozessor aus. Wenn der Prozessor meistens in Slepp mode ist, kommt man sogar in de uA Bereich.
Die Spannungsregelung sollte schon aktiv mit einem Transistor sein, passiv mit zenerdiode und Widerstand geht nur bei relativ konstanter Spannung und Last gut. Bei ca. 90 V und 1 mA gibt das ca. 90 mW an Verlustleistung, das ist noch tragbar. Ein stepdown Wandler macht erst sinn, wenn man mehr als etwa 2 mA braucht.
Wenn man will kann man den Strom aber auch ungeregelt aus 2 (oder 3) Batteriezellen nehmen, da lohnt noch kein Akku, wenn man das Gerät nur selten benutzt.
Hallo Besserwessi
Naja ich werde schon ein bischen mehr als 20mA benötigen, da die Statusanzeige mit Led's erfolgen soll. im schlechtesten fall sind 6 Led miteinander in Betrieb. :-k
50nA sollten auf jedenfall reichen. Ich habe bei meinem Händler DC/DC Wndler gesehen, die bis 36VDC auf 5VDC herunter regeln können. Im schlechtesten Fall sind 100VDC zu erwarten. Könnte ich also mit einer 5W Z-Diode den eingang der DC/DC Wandlers auf 30VDC begrenzen?
Das würde im schlechtesten Fall 70VDC über der Z-Diode bedeuten. Bei maximal 50mA wäre das eine Verlustleistung von 3,5W. Würde das so gehen?
EDIT: Ich habe den Stromverbrauch nochmals Low Current Led's durchgerechnent (Schade, dass ich keine passenden Duo Led's fand). Somit würde der Gesammtverbrauch auf ca. 10mA sinken.
Hallo!
Man sollte damit anfangen, die optimale Spannung in der zu testender Schaltung ausfinden, welche den maximalen Strom liefern kann, ohne bedeutender Störung der Funktionen der Schaltung. Erst wenn man weiß , was man hat, darf man weiter überlegen.
Wenn die Testschaltung aus der zu testender Schaltung gespeist werden soll, muß man maximal die Stromabnahme minimieren. Man könnte z.B. 6 Stk. low current LEDs im Blinkmodus (multiplex mit MOS) betreiben, so dass momentan nur eine leuchten darf. Auf diese weise wird der maximale Strom für Statusanzeige 6-fach auf ca. 3 mA gesenkt.
MfG
Hallo PICture
Was meinst du mit:
Man sollte damit anfangen, die optimale Spannung in der zu testender Schaltung ausfinden, welche den maximalen Strom liefern kann, ohne bedeutender Störung der Funktionen der Schaltung. Erst wenn man weiß , was man hat, darf man weiter überlegen. ??
Ich habe einen Spannungsbereich der genau zwischen minimal 35VDC und maximal 100VDC liegt. Mit diesem Spannungsbereich möchte ich die schaltung versorgen können. Desshalb die Idee, mit einer Z-Diode die Spannung auf 30VDC zu begrenzen und mit einem DC/DC Wandler auf 5VDC herunter regeln für den Atmega8 und die Low Current Led's. Geht das so?
Ich möchte aus der zu Messenden Telefondose die Betriebsspannung für die schaltung bezieehn. Dabei muss die Spannungsmessung nicht sonderlich exakt sein, da die 3 Normspannungen die auftreten (40VDC, 48VDC und 97VDC) relativ weit auseinander liegen. ;-)
Aber mit welchem Strom kann man die Spannungen belasten, ohne sie zu weit sinken? Das ist die entscheidende Aufgabe, es zu prüfen. Wir können nicht über Strom reden, wenn wir ihn nicht kennen, oder?
Um nur die Spannung, die momentan auftritt ungefähr zu messen reichen 3 Zenerdioden und 3 LEDs mit strombegrenzenden Widerständen. (siehe Code)
MfG
___
+-----|___|-+
| |
| V -> 97V
V ca.49V -
z |
| ===
| GND
| ___
+-----|___|-+
| |
| V -> 48V
V ca.8V -
z |
| ===
ca.40V | GND
| ___
<----z<---+-----|___|-
Telefondose |
V -> 40V
<---------+ -
| |
=== ===
GND GND
Ok. Ich versuche mal heraus zu finden, wieweit sich die schwächste Installationsart (ISDN) belasten lässt, ohne, dass sich die Spannung gross verändert.
Den Atmega möchte ich einsetzen, weil ich später noch erkennen möchte, ob auf der analogen Leitung gerade gerufen wird (Ruffnummerzuordnung). Dabei wird der 48VDC Gleichspannung eine 70VAC/25Hz oder 50Hz Rufspannung überlagert. Ausserdem möchte ich überprüfen ob jeweils auf den zwei richtigen Litungen positives und den beiden anderen Leitungen negatives Potenzial anliegen.
EDIT: Also... Im schlechtesten Fall bei 40VDC kann ich 25mA beziehen. Ist jedoch sehr selten. Normalerweise ligen 100mA drin (25mA nur bei Fritzbox).
Wenn man noch eine LED mit Vorwiderstand durch entsprechenden Kondensator an die Telefondose hängt, wird sie nur auf AC Spannung reagieren (siehe Code).
MfG
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<------||--|___|-+---+
|| | |
- V ->
<-----+ ^ -
| | |
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GND GND GND
Hmmm Ja so könnte man das lösen. Naja ich werde vermutlich bei der uC variante bleiben aber der Filter würde doch auch am Atmega seinen dienst tun oder?
Den Atmega würde ich auch einsetzen um nur bei 40VDC über 8 Led's (2 pro Litung) an zu zeigen ob die Polarität stimmt. Der grosse Vorteil wäre, dass sich alles relativ einfach programmiermässig machen lässt. Und deine Idee mit dem Multiplexen der Led's solte mit einem Programm auch keine grosse Sache sein.
Natürlich, Du machst das so, wie Du dir das vorstellst. Falls Du Probleme hättest, melde Dich, bitte! :)
Viel Spaß und Erfolg!
MfG
Vielen Dank :-)
Nun bin ich schon einen ganzen Schritt weiter mit der Planung und werde mich nun mit den Bauteilen eindecken ;-)
Besserwessi
03.05.2008, 20:27
Für die Ströme die oben angeben werden, sollte man keine einfache Zenerdiode als regelung nehmen. Besser wäre es die Zenerdiode und einen Widerstand nur für einen kleinen Strom auszulegen (z.B. 0.1 mA) und dann einen Transistor als Emitterfolger dahinter. Man hat dann deutlich weniger Verluste, und fast der Ganze Strom kann für die Schaltung genutzt werden. Wenn man die Spannung messen will, wird einem wohl nicht anders übrig bleiben, als während der Messung kurzzeitig fast keinen Strom zu ziehen und die Schaltung so lange nur aus einem Kondensator zu versorgen.
?? Kannst du mir einen kleinen Schaltplan zeichnen oder zeigen, wie der Transistor zu schalten ist? Brauche ich dann immer noch einen DC/DC Wandler um konstante 5VDC aus einer Spannungsquelle 35VDC - 100VDC zu bekommen?
Verstehe ich das richtig, dass du mit der Z-Diode den Transistor steuerst? Wie funktioniert das?
Ich habe hier einen konensator mit 1F/5,5V würde der reichen für die Überbrückung während der Messung oder sollte ich einen zweiten paralellschalten?
Wie kriege ich es hin, dass das zu messende Telefonnetz wären der Messung nicht belastet wird? Gibt es ein Bauteil, dass das gegenteil eines Transistors macht (Spannungslos leiten, bei positiver Spannung sperren)? Andererseits sollte das Telefonnetzt auch während der Messung etwas belastet werden, damit die Spannung stabeil wird. Mit der Lerlaufspannung kann ich nix anfangen.
Sorry für die vielen Fragen aber ich bin noch Elektronikneuling und in der Berufsschuhle wird im bereich Elektronik nur das grundlegendste vermittelt :-(
Hallo swiss!
Ich würde zuerst die Testschaltung mit 9V Akku und 78L05 Spannungsregler betreiben und wenn alles schon richtig funktioniert, mich um Spannungsversorgung aus dem Telefonnetz kümmern.
Solange die Testschaltung ist mit dem Telefonnetz nicht verbunden (beim Erstellung des Programms), kannst Du ein 9V Steckernetzteil benutzen.
MfG
Also zum aufbauen verwendie ich erst einmal mein Steckbrett. Somit kann ich die Versorgung der Schaltung direkt aus meinem Labornetzteil bewerkstelligen. Naja mal sehen. In 1-2 Tage sollte ich ein paar Teile erhalten und dann kann ich anfangen die Versuchsschaltung auf zu bauen. Erst wenn alles funktioniert werde ich das ganze dann auf eine Platine löten :-)
EDIT:
Für das abschalten der Versorgungsspannung aus dem Telefonnetz hätte ich schon eine Idee. Ich habe einen DC-DC Wandler mit einem Eingangsspannungsbereich von 18VDC bis 75VDC gefunden. Der verfügt über einen Steuereingang, den ich während der Messung einfach mit einem Transi nach +5VDC ziehen muss um die versorgung aus zu schalten.
Nun stellt sich mir die Frage, wie ich auf vernünftige Art und weise 100VDC auf maximal 75VDC begrenzen kann. Würde das nun mit einer 68V Z-Dioden funktionieren? Die Zennerdiode müsste ja dann nur für die maximal 100V berechnet werden (Strom und Verlustleistung), da sie ja bei der nächst tieferen Spannung von 48VDC sowiso sperren würde? Oder giebt es eine bessere Lösungen?
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