Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Optokopller als Pegelwandler im KFZ-Netz


von Marco K. (morpheus133)


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Hallo

ich möchte gerne im KFZ Umfeld per µC ein paar Informationen sammeln und 
auch ein paar Lampen etc. schalten.

Zum Schutz der Spannungsversorgung habe ich mir schon
http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.23
angeschaut.

Nun geht es um die Ausgänge, ich hatte mir vorgestellt, denn Optkoppler 
per µC an zusteuern als Schutz dessen. Und mittels des Optokoppler dann 
einen Lastungstransistor oder einen Mosfet.
Geschalten werden sollen Lampen zwischen 20 und 60W bei ~12V 
Bordspannung.
Die Mosfets haben den Vorteil, dass sie nur über die Spannung geschalten 
werden können, sind aber leider ein wenig teurer, deshalb frage ich mich 
ob etwas gegen Leistungstransistoren spricht?

Reicht es die Eingänge des µC per Optokopler zu schützen?

von lubs (Gast)


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Du brauchst keine Optokoppler.
Eingänge kannst Du mit einem hochohmigen Spannungsteiler + C direkt auf 
einen PIN.
Ausgänge würde ich einen SMART-Fet nehmen.

von Harald W. (wilhelms)


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Zeus Mclane schrieb:

> Nun geht es um die Ausgänge, ich hatte mir vorgestellt, denn Optkoppler
> per µC an zusteuern als Schutz dessen.

Da ja dann Ein und Ausgang des OKs miteinander verbunden werden, macht
er keinen Sinn.

> Die Mosfets haben den Vorteil, dass sie nur über die Spannung geschalten
> werden können, sind aber leider ein wenig teurer, deshalb frage ich mich
> ob etwas gegen Leistungstransistoren spricht?

Für Dich sind MOSFETs keine Leistungstransistoren?
Gruss
Harald

von Marco K. (morpheus133)


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@lubs
Das mit den Spannungsteilern am Eingang werde ich mal testen.

SMART-Fets - gibt es da noch eine andere Bezeichnung, habe bei google 
nicht wirklich viel gefunden, ausser das es wohl "intelligente Fets" 
sind mit Rückkanal den man auswerten kann. Das wäre an sich schon sehr 
gut, aber ich brauche was, was ich auch schnell besorgen kann und nicht 
allzu teuer ist.

@Harald
Nein ich möchte sowohl die Eingänge und Ausgänge schützen!

Für die Eingänge wird die LED von 12V des Schalters angesteuert und der 
Phototrans hängt am µC

Und bei den Ausgängen würde an einem anderen Koppler, die LED am µC 
hängen und der Phototrans an nem bipolaren Transistor oder eben Mosfet.

Mit Leistungstransistor meinte ich einen Bipolarentransistor bsp BDXXX
Wo liegen die Vor/Nachteile im konkreten Anwendungsfall beim Schalten 
von Beleuchtung bis 60W bei ~12V im KFZ Umfeld

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Zeus Mclane schrieb:
> Wo liegen die Vor/Nachteile im konkreten Anwendungsfall beim Schalten
> von Beleuchtung bis 60W bei ~12V im KFZ Umfeld
Unnötig hohe Verluste (Ucesat vs. Rdson) und vor allem mehr 
Treiberleistung. Denn Mosfets brauchen nur Treiberleistung beim 
Umschalten. Bipolare Transistoren brauchen dauernd einen (bei 
Leistungstransistoren recht hohen) Basisstrom...

> im KFZ Umfeld
Ich würde da diese Automitve Smart-Switches BTS.../BSP... von Infineon 
nehmen. Gibts auch für kleines Geld beim Max:
http://www.pollin.de/shop/dt/OTc4OTI4OTk-/Bauelemente_Bauteile/Aktive_Bauelemente/Spannungsregler/PROFET.html

von Harald W. (wilhelms)


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Zeus Mclane schrieb:

> @Harald
> Nein ich möchte sowohl die Eingänge und Ausgänge schützen!

Die Ein- und Ausgänge des Optokopplers?
Ein OK macht normalerweise nur dann Sinn, wenn Du getrennte
Versorgungsspannungen für Ein- und Ausgang hast.

> Mit Leistungstransistor meinte ich einen Bipolarentransistor bsp BDXXX
> Wo liegen die Vor/Nachteile im konkreten Anwendungsfall beim Schalten
> von Beleuchtung bis 60W bei ~12V im KFZ Umfeld

FET-Transistoren brauchen kleine Steuerströme aber höhere
Steuerspannungen. Bip. Transistoren brauchen kleine Steuer-
spannungen aber hohe Steuerströme. Durch die enorme Weiter-
entwicklung der FETs in den letzten Jahren haben sie meist
das bessere Preis/Leistungsverhältnis.
Gruss
Harald

von René B. (reneb)


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Die Eingänge deines µC Schützt du über einen Widerstand ab 1k und zwei 
Schottky-Dioden. Eine am µC-Pin gegen Masse und eine am µC-Pin gegen 
Vcc. Bei vielen µC sind die quasi direkt eingebaut und wenn es ein 
Prozessor in relativ großer Fertigungstechnik ist, kann man auch 
problemlos die internen Dioden nehmen. Z.B. bei einem Atmel AVR.
Liegt die außen angelegte Spannung über VCC wird diese über die 
Schutzdiode und über den Widerstand gegen VCC+0,2V begrenzt. Liegt die 
au0en angelegte Spannung unter GND, wird sie über den Widerstand auf 
GND-0,2V begrenzt. Der Widerstand am Eingang darf dann ruhig 10k..33k 
haben.

Um die Ausgänge zu Schützen kommt es darauf an, was dahinter liegt. Wenn 
du Lampen schalten möchtest, hängst du die Lampe mit einem Ende gegen 
12V und mit dem anderen Ende an einen n-FET. Das Gate des n-FET wird zum 
einen über einen 47k-Ohm gegen Masse gehalten und zum anderen über eine 
Schottky-Diode und einen 2,2k-Ohm Widerstand zum Ausgang des µC-Geführt.

Sollte (warum auch immer), der FET ein Problem kriegen, in Rauch auf 
gehen oder was auch immer, schießt es nicht zurück in deinen µC-Eingang. 
Ein Verwendeter Mosfet muss nur eine Schaltspannung Uth von etwa 
VCC-0,3V haben. Bei einem 3,3V Prozessor also bei 3V, bei 5V Prozessor 
etwa 4,7V.
Du solltest aber dann langsame Schaltvorgänge anstreben im Hz-Bereich 
und nicht im kHz Breich.

Im wesentlichen solltest du dich aber auf die Erzeugung der 
Versorgungsspannung konzentrieren, denn die dort Verwendete Schaltung 
ist am kritischsten. Wenn die Versagt oder Durchschaltet, bringt dir die 
tollste Schutzbschaltung der µC-IOs nichts.

von Marco K. (morpheus133)


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@ Rene

Welche Schottky kannst du empfehlen ? Bei der Bauteilauswahl habe ich 
keine Erfahrung ?

Und bei den Fets werde ich mal durch die Bauteilübersicht der üblichen 
Verdächtigen hangeln.

Kann ich statt dem n-FET auch ein P-Fet nehmen, damit die Lampe nicht 
die ganze Zeit auf ~12V hängt?
Ist ja nur die Ansteuerung invertiert? Und das Gate an Vcc, damit es 
beim Reset definierten Pegel hat ?

Danke für die Ausführlichen Infos.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Zeus Mclane schrieb:
> Kann ich statt dem n-FET auch ein P-Fet nehmen, damit die Lampe nicht
> die ganze Zeit auf ~12V hängt?
Was würde das machen, wenn die Lampe auf ungefähr 12V hängt? Mit beiden 
Anschlüssen...

> Kann ich statt dem n-FET auch ein P-Fet nehmen, damit die Lampe nicht
> die ganze Zeit auf ~12V hängt?
Du hast meinen Link auf den Infineon High-Side-Treiber nicht gesehen?
Beitrag "Re: Optokopller als Pegelwandler im KFZ-Netz"

> Kann ich statt dem n-FET auch ein P-Fet nehmen, damit die Lampe nicht
> die ganze Zeit auf ~12V hängt?
Ja.
> Ist ja nur die Ansteuerung invertiert?
Ja, sie bezieht dann auf die +12V.
> Und das Gate an Vcc, damit es beim Reset definierten Pegel hat ?
Es wird dann ein 2. Transistor benötigt, der den Bezug von GND auf 12V 
anhebt...

von Marco K. (morpheus133)


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Ich habe mal im Anhang den Ersten Entwurf hinterlegt.
Hier die Grundsätzliche Idee:

Stromversorgung angelehnt an dse-faq.de, da der 3.3V nur knapp 14V In 
verträgt, habe ich einen 7805 da vor gesetzt - kann man das so machen ?

Der MSP wird von einem anderen µC per UART angesteuert und soll folgende 
Funktionen haben:
1. ADC für zum Beispiel Öltempsensor. mit den Beiden Potis kann ich das 
Verhältnis der Spannungsteiler einstellen. Die Schottkies habe ich 
welche genommen die ich beim lokalen Dealer bekomme - sind die ok und an 
der richtigen Stelle ?

2. Frequenzmessung über Optokopler? Einfachste lösung per pegelwandler 
oder soll ich das auch über einen Spannungsteiler wie in 1. machen ?

3. Tasterbfrage über HC165 - muss ich die µC Pins vom HC165 auch 
schützen ? Ist ja alles durch die OK getrennt.

4. Multiple Ausgänge über HC595 mit anschliessendem N-Mosfet.

Eigentlich hätte ich gerne eine Lösung bei der ich mich in die 
bestehenden HW Schalter einklinken kann

12V ---> schalter ----> Lampe ---> GND
Dass ich sozusagen mit meinem Ausgang direkt zwischen Schalter und Lampe 
gehen kann - aber irgendwie habe ich da noch keine einfache und günstige 
Lösung gefunden.


Die besagten SmartFets habe ich nirgendwo zu einem günstigen Preis 
gefunden (Polin nicht lieferbar) ansonsten durchaus interessant :)

Es sind sicher eine Menge Fehler drin - im Prinzip läuft es auf dem 
Steckbrett - aber es soll auch lange im KFZ Netz laufen - also immer 
raus mit kritik !

von Marco K. (morpheus133)


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sehe gerade das D3 verpolt ist - habe ich schon geändert!

von µC-Bastler (Gast)


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Zeus Mclane schrieb:
> v1.jpeg

Schaltpläne mit grauen Texten und als JPEG komprimiert - wirklich "toll" 
zu lesen ...

Ein paar Dinge:
 - es fehlen noch ein Haufen Junctions
 - OK3 ist Ausgangsseitig falsch beschaltet
   (wo soll ggf. der Low-Pegel herkommen)
 - 22pF Kondensatoren am Quarz fehlen
 - grüne Masern an diversen Bauteilanschlüssen

von Marco K. (morpheus133)


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@ok3
du meinst es fehlt ein "Pulldown" ?
Erledigt

@Quarze
Es werden keine Externen Cs für die Quarze benötigt.

@Junktions habe ich ergänzt

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