Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Spannungsversorgung mit Z-Diode


von André R. (andr_r23)


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Hallo,

ich habe einen Sensor fertig entwickelt und will den nun für private 
Zwecke 20 mal im Haus verbauen. Nun bin ich einmal aus eigenem 
Interresse und auch aus finanziellen Gründen am überlegen wie ich das 
ganze optimieren kann.

Große Kosten entstehen bei mir durch die Spannungsversorgung da ich von 
24V auf 3,3V (5V würden auch gehen) runter muss. Bei 3,3V fliessen bei 
mir Ströme von maximal 250mA. (Spannungsregler plus beschaltung kostet 
ca 2,50 Euro)

Da eine Z-Diode gegenüber einem teuren Spannungsreglern ja nur 1-2 Cent 
kostet wollte ich Fragen, wie ich genau die Spannungsversorgung aufbauen 
kann. Hat das jemand schon gemacht?

Ich würd noch nen fetten Elko einbauen (470uF oder ähnl.) Zur 
Stabilisierung falls Spannung einbricht.

Geht die hier? 
http://de.farnell.com/jsp/search/productdetail.jsp?id=1431269&_requestid=153174

Kostet mich halt 3,5 Cent das Stück wäre aber in Ordnung preislich 
gesehen.

Danke

: Verschoben durch Admin
von Rosa-Kleidchen (Gast)


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Moin,

Spannungsteiler R1, R2 mit Z-Diode + Elko (100u) + Folie (100n) parallel 
R2.
Bei 250mA muss der Spannungsteiler entsprechend niedrig ausgelegt 
werden.
Rosa

von Falk B. (falk)


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@André R. (andr_r23)

>Zwecke 20 mal im Haus verbauen. Nun bin ich einmal aus eigenem
>Interresse und auch aus finanziellen Gründen am überlegen wie ich das
>ganze optimieren kann.

Schon wieder Schotten unterwegs?

>Große Kosten entstehen bei mir durch die Spannungsversorgung da ich von
>24V auf 3,3V (5V würden auch gehen) runter muss. Bei 3,3V fliessen bei
>mir Ströme von maximal 250mA. (Spannungsregler plus beschaltung kostet
>ca 2,50 Euro)

Bitte? Ein 7805 im TO220 Gehäuse kostet bei Reichelt 28 Cent.

http://www.reichelt.de/ICs-A-A-/-A-7805/3/index.html?;ACTION=3;LA=446;ARTICLE=23443;GROUPID=2908;artnr=%C2%B5A+7805

Schotten kaufen im Kilopack beim Großhändler vielleicht für die Hälfte.

>Da eine Z-Diode gegenüber einem teuren Spannungsreglern ja nur 1-2 Cent
>kostet wollte ich Fragen, wie ich genau die Spannungsversorgung aufbauen
>kann. Hat das jemand schon gemacht?

Die Zeiten, als ein Z-Diode + Vorwiderstand deutlich preiswerter war als 
ein vollwertiger Spannungsregler sind lange vorbei. Ok, wenn man 
Millionen Stück baut und jeden 1/10 Cent sparen will oder glaubt zu 
müssen ist sie deutlich billiger, aber für ne Handvoll Hobbyplatinen 
spielt das keine Rolle.

>Ich würd noch nen fetten Elko einbauen (470uF oder ähnl.) Zur
>Stabilisierung falls Spannung einbricht.

Jaja, immer fest druff, wenn man nicht weiß wie es funktioniert.

>Kostet mich halt 3,5 Cent das Stück wäre aber in Ordnung preislich
>gesehen.

Und 30 Cnet für einen Spannungsregler bringen dich an den Bettelstand?
Leute gibts.

Wenn du wissen willst, wie das mit der Z-Diode funktioniert, lies hier.

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

Und wenn du den 2. Artikel durchgearbeitet hast,

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204131.htm

wirst du merken, dass diese Schaltung IMMER den maximalen Strom 
verheizt, egal wieviel deine Schaltung im Moment braucht, währenddessen 
ein Spannungsregler das nicht tut. Und der kommt fix und fertig aus dem 
Laden.

von Olaff (Gast)


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André R. schrieb:
> da ich von
> 24V auf 3,3V (5V würden auch gehen) runter muss.

Wer oder was zwingt dich dazu?

von Wolfgang (Gast)


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André R. schrieb:
> Da eine Z-Diode gegenüber einem teuren Spannungsreglern ja nur 1-2 Cent
> kostet wollte ich Fragen, wie ich genau die Spannungsversorgung aufbauen
> kann.

Mit einem anständigen Kühlkörper. Du mußt im worst-case eine 
Verlustleistung von über 5W abführen. Eine Z-Diode für diese Leistung 
hast du mit Sicherheit nicht für 1-2ct und den Kühlkörper erst recht 
nicht.

Nimm LM2956-Schaltwandler für 1€40 aus CN, falls du keine besonderen 
Ansprüche an Ripple-Freiheit hast. Warum gehst du überhaupt mit so hoher 
Spannung auf die Leitung?

von André R. (andr_r23)


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Olaff schrieb:
> André R. schrieb:
>> da ich von
>> 24V auf 3,3V (5V würden auch gehen) runter muss.
>
> Wer oder was zwingt dich dazu?

Hi,
danke schonmal für beide Antworten.

24V hab ich fest als Spannung liegen. Und da weder die ganzen 
Operationsverstärker noch mein uC die 24V mitmachen muss ich runter ;-)

von Mike (Gast)


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Rosa-Kleidchen schrieb:
> Bei 250mA muss der Spannungsteiler entsprechend niedrig ausgelegt
> werden.

Das spart auch noch gleich die Raumheizung ;-)

von Marek N. (Gast)


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Hm...

24 V - 3,3 V = 20,7 V
20,7 V x 0,25 A (Z-Strom nicht mitgerechnet) = 5,175 W
5,175 W x 25 h/d x 365 d/a = 45.364 Wh/a = 45,364 kWh/a

Annahme: Strompreis 0,28 €/kWh
45,364 kWh/a x 0,28 €/kWh = 12,7 €/a
12,7 €/a x 20 Schaltungen = *254 €/a*

Nun für 12 € pro Schaltung kannst du schon nen schicken Schaltregler 
einkaufen, oder wohnst du noch bei Mutti?

von Sven P. (Gast)


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Spart vielleicht an Bauteilen, aber rechne mal die verheizte Leistung 
hoch über ein Jahr. Ich denke, bessere Bauteile (Schaltregler, 
meinethalben so ein Recom-7805-Ersatz) sind dann günstiger...

von Jemil Cotsic (Gast)


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>Ich würd noch nen fetten Elko einbauen (470uF oder ähnl.)
Der sit auch nicht gratis!

von Michael A. (Gast)


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André R. schrieb:
> Und da weder die ganzen Operationsverstärker noch mein uC die 24V
> mitmachen muss ich runter ;-)
Wenn OP und µC 250mA schlucken, solltest du vielleicht noch mal dein 
Sensorkonzept überdenken. Wer schluckt denn da so viel Strom.

von André R. (andr_r23)


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Michael A. schrieb:
> André R. schrieb:
>> Und da weder die ganzen Operationsverstärker noch mein uC die 24V
>> mitmachen muss ich runter ;-)
> Wenn OP und µC 250mA schlucken, solltest du vielleicht noch mal dein
> Sensorkonzept überdenken. Wer schluckt denn da so viel Strom.

Eine Hochleistungs LED. Wenn ich die voll ansteuer kann die bis 1A 
hochgehen. Dauerbetrieb 500mA.

von André R. (andr_r23)


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Danke für alle Antworten. Hat mir sehr geholfen. Ich schau mal wie ich 
das mache! Danke

von MaWin (Gast)


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> Eine Hochleistungs LED. Wenn ich die voll ansteuer kann die bis 1A
> hochgehen. Dauerbetrieb 500mA.

Du willst also 20 x 24V x 1A = 480 Watt in deinem Haus für Schummerlicht 
verballern ?

Wenn man aus 24V eine einzelne 1A LED versorgen will, sollte man das per 
Schaltregler machen, ein MC34063 ist sicher die billigste Art, ein 
ZXLD1362 die kleinste.

Dann braucht die Schaltung nur noch den Strom für den uC, und der kann 
deutlich unter 1mA schlucken denn man muß ihn keine hohe Rechenleistung 
abverlangen.

20 x 4 Watt LEDs sind aber immer noch 80W, oder 3.5A aus dem Netzteil.

von Michael A. (Gast)


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André R. schrieb:
> Eine Hochleistungs LED. Wenn ich die voll ansteuer kann die bis 1A
> hochgehen. Dauerbetrieb 500mA.

Dann solltest du mal überlegen, ob sich dein Messverfahren nicht auf 
Pulsbetrieb umstellen läßt. Was mißt du denn da?

von André R. (andr_r23)


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MaWin schrieb:
>> Eine Hochleistungs LED. Wenn ich die voll ansteuer kann die bis 1A
>> hochgehen. Dauerbetrieb 500mA.
>
> Du willst also 20 x 24V x 1A = 480 Watt in deinem Haus für Schummerlicht
> verballern ?
>
> Wenn man aus 24V eine einzelne 1A LED versorgen will, sollte man das per
> Schaltregler machen, ein MC34063 ist sicher die billigste Art, ein
> ZXLD1362 die kleinste.
>
> Dann braucht die Schaltung nur noch den Strom für den uC, und der kann
> deutlich unter 1mA schlucken denn man muß ihn keine hohe Rechenleistung
> abverlangen.
>
> 20 x 4 Watt LEDs sind aber immer noch 80W, oder 3.5A aus dem Netzteil.

Die LED läuft bei mir nur mit 200mA das reicht vollkommen aus. Das war 
nur ein KOmmentar auf die Frage was den soviel verbraucht. Die 200mA 
brauche ich auch nur für MAXIMAL 1 Sekunde und das alle 30 Minuten. Das 
heist die 200mA fliessen nur für 48 Sekunden am gesamten Tag.

von André R. (andr_r23)


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Michael A. schrieb:
> André R. schrieb:
>> Eine Hochleistungs LED. Wenn ich die voll ansteuer kann die bis 1A
>> hochgehen. Dauerbetrieb 500mA.
>
> Dann solltest du mal überlegen, ob sich dein Messverfahren nicht auf
> Pulsbetrieb umstellen läßt. Was mißt du denn da?

Optische Dichten in Wasserrohren unter anderem für Aquarium und der Rest 
ist für Testzwecke da, will verschiedene Algen züchten und schauen wie 
die sich entwickeln.

Ist ja sowas wie pulsbetrieb 1 Sekunde brauche ich für die Messung und 
ich messe nur alle 30 MInuten einmal

von Falk B. (falk)


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@ André R. (andr_r23)

>Die LED läuft bei mir nur mit 200mA das reicht vollkommen aus. Das war
>nur ein KOmmentar auf die Frage was den soviel verbraucht. Die 200mA
>brauche ich auch nur für MAXIMAL 1 Sekunde und das alle 30 Minuten. Das
>heist die 200mA fliessen nur für 48 Sekunden am gesamten Tag.

Siehst du! Diese Information ist ELEMENTAR! Siehe Netiquette.
Wenn du uns nun verrätst, wie hoch der Stromverbrauch die restliche Zeit 
ist, wird vielleicht ein Linearregler wieder sinnvoll. Denn für 10mA 
Dauerstrom lohnt sich ein Schaltregler selten.

Merke: Nicht zu sehr in Details verrennen. Gedanklich immer mal ein 
Stück zurücktreten und das große Ganze erfassen.

von Michael (Gast)


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André R. schrieb:
> Optische Dichten in Wasserrohren unter anderem für Aquarium und der Rest
> ist für Testzwecke da, will verschiedene Algen züchten und schauen wie
> die sich entwickeln.

Wieso brauchst du zum Messen der optische Dichte eine derart starke 
Lichtquelle? Und wieso geht das nicht in ein paar Millisekunden? Da läßt 
bestimmt noch ein Faktor 10..100 einsparen.

von André R. (andr_r23)


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Michael schrieb:
> André R. schrieb:
>> Optische Dichten in Wasserrohren unter anderem für Aquarium und der Rest
>> ist für Testzwecke da, will verschiedene Algen züchten und schauen wie
>> die sich entwickeln.
>
> Wieso brauchst du zum Messen der optische Dichte eine derart starke
> Lichtquelle? Und wieso geht das nicht in ein paar Millisekunden? Da läßt
> bestimmt noch ein Faktor 10..100 einsparen.

Glaub mir einfach es geht nicht mit weniger ;-). Das Ding habe ich auf 
der Arbeit entwickelt und will nun noch etwas dran rumbasteln. Habe 
dafür ein entsprechendes Patent von der Uni zugesprochen bekommen. Es 
gibt KEINEN Sensor weltweit der in dem Umfang messen kann wie es mein 
Sensor kann. Es hat keinen Sinn über einzelne Elektronikelemente zu 
diskutieren die Elementar sind für die Funktion. Die LED ist das 
Herzstück und bisher konnte mir keine Institution und kein Hersteller 
von Leuchtdioden ein Produkt anbieten das genauso funktionieren würde 
und weniger Strom verbraucht. Kennlinien und Tempabhängigkeit sind da 
auch nunmal stark entscheident.

Und achja Messdauer kann ich nicht beeinflussen. Trotz des Patentes 
werde ich hier keinerlei Informationen verraten die aufzeigen was 
innerhalb der 1 Sekunde passiert. Es hat ja auch ein Grund warum die 
Konkurrenz nicht das messen kann was ich kann ;-).

Die gesamte Schaltung wird ca 30mA fressen wenn ich das mal so 
abschätze. Und nur für den Messvorgang wird die LED kurzzeitig 
angeschaltet. Da gibt es den einen kurzzeitigen Peak von 200mA nochmal 
drauf.

von Dietrich L. (dietrichl)


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Was ich schon mal eindeutig sagen kann:

Bei einem Pulstrom von 200mA mit einer Länge von 1 Sekunde ist eine 
Z-Diodenlösung Mist. Denn um den Strom bereitstellen zu können, muss die 
Z-Diode diesen Strom außerhalb der 1 Sek. verheizen. Folge: der Strom 
fließt immer und das ganze heizt mit ca. 5W dauernd.
Ein Elko als Puffer für 1 Sek. geht auch nicht, denn er müsste riesig 
sein: > 100.000µF.

Ergebnis: Z-Diode ist keine Lösung!

Gruß Dietrich

von Falk B. (falk)


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@Dietrich L. (dietrichl)

>Bei einem Pulstrom von 200mA mit einer Länge von 1 Sekunde ist eine
>Z-Diodenlösung Mist.

In der Tat.

> Denn um den Strom bereitstellen zu können, muss die
>Z-Diode diesen Strom außerhalb der 1 Sek. verheizen.

Genau anders herum! Die Z-Diode wird nur dann entlastet, wenn die LED 
gepulst wird, dann fließt fast der gesamte Strom durch Controller und 
LED und nur noch eine handvoll mA durch die Z-Diode. Der VORWIDERSTAND 
verheizt IMMER die volle Leistung, auch wenn die LED NICHT gepulst wird!

> Folge: der Strom
>fließt immer und das ganze heizt mit ca. 5W dauernd.

Genau.

>Ein Elko als Puffer für 1 Sek. geht auch nicht, denn er müsste riesig
>sein: > 100.000µF.

Stimmt.

>Ergebnis: Z-Diode ist keine Lösung!

Man kann auch die LED mit einer Konstantstromquelle direkt an den 
24V betreiben, dann muss der 5V/3,3V Regler immer nur den Controller 
versorgen und nicht mal den Strompuls der LED verkraften.

30mA x 20V = 600mW, das schaft ein TO220 Gehäuse ohne Kühlkörper.

von Kai K. (klaas)


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>Es gibt KEINEN Sensor weltweit der in dem Umfang messen kann wie es mein
>Sensor kann.

Wie groß ist denn dein Meßumfang, also Unterschied von kleinster 
empfangener Meßlichtstärke zu größter?

Sensoren mit einer Einschwingzeit von 30msec, die 140dB anzeigen und mit 
einem Signalrauschabstand von 160dB arbeiten sind schon auf dem Markt 
erhältlich.

von André R. (andr_r23)


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Kai Klaas schrieb:
>>Es gibt KEINEN Sensor weltweit der in dem Umfang messen kann wie es mein
>>Sensor kann.
>
> Wie groß ist denn dein Meßumfang, also Unterschied von kleinster
> empfangener Meßlichtstärke zu größter?
>
> Sensoren mit einer Einschwingzeit von 30msec, die 140dB anzeigen und mit
> einem Signalrauschabstand von 160dB arbeiten sind schon auf dem Markt
> erhältlich.

Darüber werde ich nicht reden ^^. Sorry aber das Problem sind nicht 
Einschwingzeiten und Signalstärken sondern ganz andere Dinge. Da sind 
schon  recht komplizierte Ansteuerungen und Algorithmen hinter für die 
Auswertung. Ein Patent kriegt man nicht für beschaltung von LED und 
Photodiode ;-).

Und du kannst mir glauben das es das im gleichen Leistungsumfang nicht 
gibt ^^.

von Falk B. (falk)


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@André R. (andr_r23)

>schon  recht komplizierte Ansteuerungen und Algorithmen hinter für die
>Auswertung. Ein Patent kriegt man nicht für beschaltung von LED und
>Photodiode ;-).

Hmm, aber dann so kläglich an einer einfachen Stromversorgung 
"scheitern"?
Ok, wahrscheinlich bist du eher Softwerker, oder?

von André R. (andr_r23)


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Falk Brunner schrieb:
> @André R. (andr_r23)
>
>>schon  recht komplizierte Ansteuerungen und Algorithmen hinter für die
>>Auswertung. Ein Patent kriegt man nicht für beschaltung von LED und
>>Photodiode ;-).
>
> Hmm, aber dann so kläglich an einer einfachen Stromversorgung
> "scheitern"?
> Ok, wahrscheinlich bist du eher Softwerker, oder?

Naja es funktioniert ja alles ich hab mir nur erhofft, dass ich die 
kosten so gering wie möglich halten kann. Das hat halt weniger damit was 
zu tun, dass ich es mir nicht leisten kann oder die dinger verkloppen 
will... Ich will die Platine einfach noch Optimieren wenn möglich. Das 
was ich Privat mache ist ja eh nur Hobby.

Und das mit dem Softwerker stimmt schon. Da steckt auch das meiste an 
Know How drin :-)

von Dietrich L. (dietrichl)


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Falk Brunner schrieb:
>> Denn um den Strom bereitstellen zu können, muss die
>>Z-Diode diesen Strom außerhalb der 1 Sek. verheizen.
>
> Genau anders herum!

Vielleicht habe ich das etwas "schwierig" formuliert, mit "außerhalb der 
1 Sek." ist natürlich die Zeit gemeint, in der die LED nicht 
angesteuert wird, und das sind 29 Min. und 59 Sek :-)

> Man kann auch die LED mit einer Konstantstromquelle direkt an den
> 24V betreiben,

Dann kann er vermutlich auch gleich einen Widerstand nehmen.
Aber die Toleranzen der 24V und des LED-Stromes kennen wir ja nicht. 
Obwohl bei der Lösung "3,3V und Widerstand" kann der LED-Strom sowieso 
nicht genau vorhergesagt werden. Also sollte das gehen.

> 30mA x 20V = 600mW, das schaft ein TO220 Gehäuse ohne Kühlkörper.

Aber so könnte André R. vielleicht doch noch ein paar Cent sparen: 
Widerstand statt Konstantstromquelle + Regler ohne Kühlkörper.

Gruß Dietrich

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