5V-24V auf TTL Pegel begrenzen

[Moritz Grosch]

Hi,

in einem aktuellen Projekt brauch ich 2 Eingänge die im Bereich von 5-24V arbeiten an einem Microcontroller (5V-Pegel).
Ich brauch dabei nur Geschwindigkeiten von höchstens 1KHz.

Ich kenne bisher 2 Varianten um die Spannung zu begrenzen: Zener-Dioden und Optokoppler.
Gibt es noch andere? Wie würden die Schaltpläne für beides aussehen? (hab beides noch nicht verwendet, suche nur schon seit einiger Zeit eine Lösung hierfür)

Danke schonmal für eure Hilfe :)

LG,
Moritz

[PICture]

Hallo!

Ich glaube, dass am einfachsten wäre ein serieller Widerstand (R) + (Schottky)Diode (D) (für unter 1 kHz ohne C). Wenn die schützende Dioden an µC Eingängen intern schon vorhanden sind reich nur der R aus. ;)

VCC
C +
|| D |
+---||--+->S-+
| || | |
| ___ | .-----.
H > VCC >--+-|___|-+-| |
R | |
| |
| µC |
| |
| |
'-----'
|
===
GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Moritz Grosch]

Hi,

danke für deine Antwort - das bringt mich schonmal weiter :)
Finde es immer wieder toll wie schnell man hier eine Antwort bekommt - kurz vor Feierabend gepostet und noch auf dem Nachhauseweg eine Antwort :D

Wie kritisch ist es eigentlich wenn sich (Industrie-)Sensoren und Steuerung GND teilen?

Danke nochmal :)

Grüße,
Moritz

[vohopri]

Wenn da VCC ausfällt, hast du die 24V auf dem Port eines µC ohne Energieversorgung. Das würde ich nicht empfehlen.

[Moritz Grosch]

und wenn nicht? :?

EDIT: Iwie ist das Forum heute seltsam - die nächste Antwort hatte ich hiermit beantworten wollen cO (GND Leitungen sternförmig ...)

[PICture]

@ Moritz Grosch

Es sollte nicht kritisch sein, wenn die GND Leitungen sternförmig geführt sind (also nur einen gemeinsamen Punkt haben).

@ vohopri

Das könnte nur bei zu kleinen R's passieren, wenn der gesamter Strom durch R's höher als gesamter Stromverbrauch der gesamter auf VCC hängender Schaltung wäre. ;)

[Moritz Grosch]

Hi,

da das Forum iwie meinen Beitrag vor den letzten Beitrag sortiert hat (wird die Benutzerzeit verwendet? Meine Uhr ging falsch) weiß ich jetzt nicht ob ihr den Post gesehen habt - ist ja nicht der neueste.
Deswegen die Frage einfach nochmal: was ist wenn die GND-Leitungen nicht nur einen gemeinsamen Punkt haben? Die sind mindestens am Netzteil und an der Platine verbunden, müssen aber nicht :/
Wie würde eine Lösung mit Optokopplern aussehen? Oder: wo finde ich da gute Informationen?

Danke nochmal für eure Antworten :)

Grüße,
Moritz

[PICture]

Für digitale Signale am einfachsten so: ;)



VCC
+
|
.-.
| |R2
| |
'-'
|
R1 OK +--->
___ .-------|.
>---|___|--+ ||
|| |/ |
von Sensoren |V -> | | zum µC
|- |> |
|| ||
>-+--------+ ||
| '-------|'
=== +--->
GND |
===
GND

(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)

[Moritz Grosch]

Hi,

bei sich ändernden Eingangsspannungen also mit einer Z-Diode kombinieren? Oder ist das gar nicht nötig?
Etwa so:



+ VCC
|
.-.
| |R2
| |
'-'
|
R3 R1 OK o---> IC
+ ___ ___ .-------|.
>---|___|--o---|___|--+ ||
| || |/ |
z 3V3 |V -> | | µC
A |- |> |
- | || .|
>------------+--------' ||
'-------|'
|
|
===
GND
(created by AACircuit v1.28.6 beta 04/19/05 www.tech-chat.de)


Mit der Zenerdiode die Spannung auf 3.3V begrenzen damit ich R1 passend dimensionieren kann (für 1.2V -> LED im Optokoppler).
R2 würde ich mit 10K bemessen (5mA klingt ganz gut). Wie bemesse ich R3?

Nochmal Danke :)

Grüße,
Moritz

[PICture]

R3 + Zenerdiode finde ich unnötig, da der R1 gleich für deine max. 24 V bemesen werden kann.

Übrigens, für eine LED ist nur Strom, nicht Spannung wichtig. ;)

[Moritz Grosch]

Übrigens, für eine LED ist nur Strom, nicht Spannung wichtig. ;)

Ah - dann ist das wirklich unnötig :D
Hätte im Unterricht mal mehr aufpassen sollen :/

Danke, du hast mir sehr geholfen :)
Gibt es hier iwo einen versteckten Danke-Button? :D

[PICture]

Das freut mich sehr, dass du ünnötige Sachen so gut verstehst und kannst angeblich auch ohne extra Button auskommen.

Vieeel Spass und Erfolg weitrhin ! :D

[JonnyBischof]

Wenn du allerdings den Widerstand für 24V dimensionierst, dürfte die LED des Optokopplers bei nur 5V Eingangsspannung sehr schwach, evtl. gar nicht mehr leuchten...
Eventuell kannst du R1 so dimensionieren, dass die Optokoppler-LED bei 24V Eingang sehr nah am Limit (maximaler Strom) läuft, und bei 5V gerade noch funktioniert.
5 - 24V ist aber schon ein ziemlich grosser Bereich, ich würde da schon am ehesten zu einer Z-Diodenschaltung greifen. Kostet dich auch weniger (Geld und Aufwand) als die Diode.

-> http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1012151.htm

RL ist dein uC Port, er ist typischerweise sehr gross (du nimmst hier also keinen extra Widerstand).
RV dimensionierst du dann so, dass bei 5V der Minimalstrom der Z-Diode fliesst. Bei 24V wirst du dann einen grösseren Strom haben und musst entsprechend eine Z-Diode haben, welche diesen Strom verträgt.

Wenn du das Ganze noch etwas glätten willst, kannst du einen Keramikkondensator parallel zum uC Port auf GND anschliessen (z.B. 100nF).


:edit

Anmerkung:
Die Schaltung mit Z-Diode ist übrigens auch resistenter gegenüber "verseuchten" Eingangsspannungen, beispielsweise ESD-Pulsen. LEDs (Optokoppler) geben da schon recht schnell einmal den Geist auf, während eine Z-Diode, besonders mit Kondensator, da noch etwas mehr wegstecken kann.

[Moritz Grosch]

Hi,

danke für den Hinweis :)
Habe den Widerstand mit 500Ohm berechnet, was bei 30V 60mA und bei 5V 10mA ergibt. Beides sind genau die Grenzen von dem Optokoppler den ich verwenden möchte :)
http://de.farnell.com/vishay/cny17-1/optokoppler/dp/1045399

Grüße,
Moritz

[021aet04]

Ich habe auch schon mal so eine Schaltung verwendet. Meine Voraussetzungen sind waren ein Spannungsbereich von einem leeren (Entladeschlussspannung) 6V PB-Akku bis zu einem voll geladenen (Ladeschlussspannung) 24V PB-Akku zu funktionieren. Somit ist der Spannungsbereich von 5,25V (3x1,75V) bis ca. 29V (12x2,42V) sicher ein Signal zu erkennen. Ich habe als Optokoppler die KB8x7 (statt dem X steht die Anzahl der Optokoppler im Gehäuse) Serie genommen. Als Vorwiderstand der Z-Diode habe ich 2,4k und des OK einen 620Ohm Widerstand genommen. Die Z-Diode ist eine 7,5V/1W Diode (BZV 49-C7V5 im SOT89 Gehäuse). Die gesamte Schaltung funktioniert seit 2-3 Jahren ohne Probleme. Wenn ich einen Eingang mit einer hohen Spannung habe verwende ich nur diese Schaltung, da die Spannung an der Led fast konstant ist (über den Spannungsbereich von 5-30V) und somit auch der Strom.

MfG Hannes