Optimale Eingangsbeschaltung für 24V µC Eingang

[demmy]

Guten Abend zusammen,

also ich habe vor einen Atmega8 zu verwenden. Die Idee hinter der Schaltung war den internen Pullup des µC-Pins einzuschalten um dort schon mal einen definierten sauberen Pegel zu haben ohne externe Bauteile zu benötigen. Die Transistorschaltung soll dazu dienen um die Eingangsparameter (Spannungsbereich, Schaltschwellen usw.) zu definieren.
Des weiteren wäre es ja auch ohne weiteres möglich aus dem Transistor einen Optokoppler zu machen und einen potentialfreien Eingang zur Verfügung zu stellen. Aber vielleicht denke ich zu kompliziert.

Also gut wäre es, wenn alles unter 20V nicht zu einem durchschalten des Transistors führt.

@PICture

das mit der Schottky Diode musst du mir nochmal genauer erklären. Habe ich nicht wenn die Diode durchschaltet nahezu die volle Spannung am µC anliegen?


Was ich noch vergessen habe:

Die Schaltung soll an einem handelsüblichen geregelten 24V Schaltnetzteil betrieben werden. An dem Netzteil hängen dann ebenfalls handelsübliche Initiatoren und Endlagenschalter die im Industriebereich mit 24V arbeiten und eben 24V binäre Ausgangssignale ausgeben.

[PICture]

Schau bitte auf die Polarität der Diode. Wenn am Eingang +24 V anliegen ist sie gesperrt. Sie leitet nur bei L < +VCC am Eingang.

[seite5]

Hi,
wenn "wenn alles unter 20V nicht zu einem durchschalten des Transistors" führen soll, der H-Pegel aber von 20..28V gehen soll, wirst Du mit
dieser einfachen Schaltung nicht sehr weit kommen, Zumindest müsste der Spannungsteiler an der Basis genauer berechnet werden, um wenigstens
in die Nähe dieser Zielstellung zu kommen.
mfg
Achim

[Geistesblitz]

Soso, Endschalter mit 24V, das hatte ich auch schonmal. Waren induktive Näherungsschalter, da hab ich es eben so wie gesagt mit einem einfachen Spannungsteiler gelöst, ohne Transistoren. Genaue Werte weiß ich nicht mehr, müsst ich nachgucken, jedenfalls funktioniert das soweit sehr gut.

[ranke]

Induktive Näherungsschalter mit open collector npn verwenden. Der Ausgang des Sensors kann dann ohne weitere Umstände mit dem Eingang des MC verbunden werden, ein Pull-up beim MC (intern oder extern) ist notwendig. Außerdem müssen die Minuspole der Stromersorgung des MC und der 24V verbunden sein.

[witkatz]

Also gut wäre es, wenn alles unter 20V nicht zu einem durchschalten des Transistors führt .... handelsübliche Initiatoren und Endlagenschalter die im Industriebereich mit 24V arbeiten und eben 24V binäre Ausgangssignale ausgeben.

Hast du die 20V aus der Luft gegriffen, oder stehen die in dem Datenblatt des Sensors drin? Im Industriebereich sind die Signalspannungen in der IEC61131-2 definiert. Signalspannung "0": -3…+5 V und Signalspannung "1": 15…30 V. Dazwischen ist es nicht definiert und du kannst deine Schaltschwelle zwischen 5V und 15V so legen, dass es in den definierten Bereichen sicher funktioniert.

Alles für den Anwender wichtige aus der Norm sollte im Datenblatt des Sensors stehen. Wichtig ist dabei, dass deine Eingansschaltung den im Datenblatt jeweils für High- und Low-Zustand vorgegebenen Strom zieht. Vor allem bei 2-Leiter Sensoren Typ 2 und 3, weil der Sensor aus dem Eingangsstrom mit Leistung versorgt wird.

[demmy]

Hallo Witkatz,

der Sensor ist mit einem Versorgungsspannungsbereich von 20V bis 28V angegeben. Folglich kann die Ausgangsspannung ja nicht höher oder niedriger ausfallen.
Die Spannungspegel nach IEC61131-2 zu berücksichtigen mach aber durchaus Sinn. Denn dann kann man auch den Typ des Sensors oder den Hersteller gegebenenfalls wechseln
und die Schaltung ist variabel einsetzbar. Aber wie kann ich die Schaltung jetzt sinnvoll umsetzen um diesen "weiten" Spannungsbereich sauber abzudecken?

Mit einem einfachen Spannungsteiler komme ich da ja nicht mehr hin. Ich müsste den ja so auslegen das bei den Maximalen 30V auf der 24V-Seite die maximal 5V auf µC-Seite anliegen ohne den µC zu beschädigen.
dies wäre z.B. der Fall bei einem Spannungsteiler von 50K/10K. Wenn ich jetzt mit diesen Ohmwerten den unteren Punkt berechene also 15V auf der 24V-Seite, dann kommen nur noch 2,5V am µC an.
Das wäre aber laut Datenblatt definitiv ein Low-Pegel im µC, denn da steht drin für High: 0,6 x Vcc = 3V bei 5V Vcc.

Wie werden denn so Eingangsbeschaltungen in der Industrieelektronik realisiert?

[Geistesblitz]

Hab gerade mal hier nachgeguckt auf Seite 263, da sind Diagramme für die Schaltschwellen bei verschiedenen Versorgungsspannungen. Bei den standardmäßigen 5V Versorgungsspannung ist alles über 1,8V ein High-Signal und alles unter 1,4V ein Low-Signal (zumindest lese ich das so heraus). Mit einem Spannungsteiler 56k/10k kommt somit eine Spannung zwischen 5,36V und 2,68V für High raus sowie zwischen -0,54V und 0,89V für Low raus, was eigentlich ganz gut passen dürfte. Wer was anderes weiß darf mich gerne korrigieren.

[demmy]

Hi Geistesblitz,

also auf Seite 235 des gleichen Dokuments steht in der zweiten Zeile der unteren Tabelle etwas anderes.

Da steht:

Input High Voltage except XTAL1 and RESET pins
VCC = 2.7V - 5.5V
Min 0.6xVCC
Max VCC + 0.5

Was ist denn nun richtig davon?
Bei einem Spannungsteiler gehen aber auch alle Spannungsschwankungen 1:1 durch. Ist das nicht eine zu simple Lösung?

[Peter(TOO)]

Hallo,

Hab gerade mal hier nachgeguckt auf Seite 263, da sind Diagramme für die Schaltschwellen bei verschiedenen Versorgungsspannungen. Bei den standardmäßigen 5V Versorgungsspannung ist alles über 1,8V ein High-Signal und alles unter 1,4V ein Low-Signal (zumindest lese ich das so heraus). Mit einem Spannungsteiler 56k/10k kommt somit eine Spannung zwischen 5,36V und 2,68V für High raus sowie zwischen -0,54V und 0,89V für Low raus, was eigentlich ganz gut passen dürfte. Wer was anderes weiß darf mich gerne korrigieren.

Das sind die typischen Werte, man sollte Seite 235 nehmen.
Alles was kleine als 0.2*Vcc (@5V = 1.0V) wird garantiert als 0 gelesen.
Was grösser als 0.6*Vcc (@5V = 3.0V) ist, ist garantiert eine 1.

Zwischen 1 und 3 V weiss keiner, welcher Zustand gelesen wird.

Ich gehe mal weiter von 5V Betriebsspannung aus.
Wenn wir nach IEC61131-2 gehen, dann müssen bei 15V mindestens 3V am Pin anliegen. Da wären 1:5 angesagt
Bei 30V sollten aber nicht über 5V am Pin anliegen. Dies ergäbe 1:6.

3V*6 = 18V, ab 18V wird garantiert eine 1 gelesen.
1V*6 = 6V, unter 6V wird garantiert eine 0 erkannt.

Ich bezeichne jetzt mal den Widerstand zwischen Eingang und Pin als R1 und zwischen Pin und Masse als R2.

Durch einem I/O-Pin dürfen maximal 40mA fliessen.
Bei 30V ergeben sich dadurch 30V/40mA = 750 Ohm. Dies ist der kleinste Wert, welcher R1 haben darf.

Die internen Pull Ups brauchen wir nicht, dann sind die maximal 1µA Leckstrom massgebend. R2 muss in diesem Fall den Pin unter 1V ziehen können.
1V/1µA = 1MOhm, das wäre der grösste Wert für R2.

Mit 33k für R1 und 6k8 für R2 wird die Spannung durch 5.85 geteilt.

Bei 30V und 33k liegt der maximale Strom bei 0.9mA.
Die Verlustleistung in R1 liegt dann um die 27mW, also auch kein Problem.

So jetzt kannst du das Ganze mit diesem Wert nachrechnen.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

Hallo,

also auf Seite 235 des gleichen Dokuments steht in der zweiten Zeile der unteren Tabelle etwas anderes.

Da steht:

Input High Voltage except XTAL1 and RESET pins
VCC = 2.7V - 5.5V
Min 0.6xVCC
Max VCC + 0.5

Was ist denn nun richtig davon?

Beides stimmt
Im Diagramm sind die typischen Werte eingetragen, auf Seite 235 stehen die garantierten Werte!

Man beachte auf Seite 235 auch die Fussnoten 1 und 2!

MfG Peter(TOO)