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Thema: Frage zu Z-Dioden

  1. #1
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    Frage zu Z-Dioden

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    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?

    mfg swiss

  2. #2
    Erfahrener Benutzer Lebende Robotik Legende Avatar von PICture
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    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

  3. #3
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    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

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von wkrug
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    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.

  5. #5
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    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?

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von wkrug
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    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.

  7. #7
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    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?

  8. #8
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    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.

  9. #9
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    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.

  10. #10
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    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.

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