Pegelwandler mit Diode

[Stefan R. (kroko)]

Hallo Leute,

beschäftige mich zurzeit mit der Pegelwandlung von 24V auf 5V.
Typische Lösungen wie Spannungsteiler, Optokoppler, diverse ICs und 
Kombinationen von Widerständen und Z-Dioden sind mir bekannt.

Habe in einem Thread (Beitrag "Re: 24V auf 5V reduzieren Eingang AVR") 
eine sehr interessante Lösung gelesen, wenn man keine galvanische 
Trennung benötigt:
>Warum so kompliziert wenns auch einfach geht:
>Eine diode in sperrichtung mit dem Internen Pullupwiderstand des micro
>funktioniert das herlich um zb aus 48V --> 5V zu wandeln.
>
>brauchst nur 1x Diode wobei die Kathode zum 24V Signal zeigt wenn der
>Sensor dann gegen Ground zieht, fließt ein strom vom Pull up über diode
>gegen Masse, dh.: dein Portpin liegt auf 0.7V ( mit scottyt auf 0.3 )
>und das erkennt der micro als 0, wenn du zb 100V drausen hast und der
>Pull up bringt nur 5V zusammen dann wir die diode das machen wozu sie
>gebaut wurde, sie Sperrt und am Micro liegen 5V = High ... FERTIG

Was gibt es an dieser Lösung auszusetzen, da sie im Artikel 
Pegelwandler nicht vorgeschlagen wird (zumindest habe ich es nicht 
gefunden)?


Mfg Stefan

[Dietrich L. (dietrichl)]

Stefan R. schrieb:
> Was gibt es an dieser Lösung auszusetzen,

Ich sehe 2 mögliche Probleme:

- Die Signalquelle muss eine aktive 0 liefern (also bei 0-Pegel Strom 
aufnehmen können).
- Der 0-Pegel muss klein genug sein, damit es inklusive Störabstand am 
µC auch noch reicht; d.h.: der Nullpegel wird relativ störempfindlich 
sein.

Gruß Dietrich

[Stefan R. (kroko)]

Hallo Dietrich,

mir kommt gerade, dass z.B. bei einem Taster der die Masse schaltet, da 
es ja wie bei deiner Erklärung sonst nicht funktioniert, es hier keine 
Spannungsunterschiede gibt...
Oder täusche ich mich?

Dann ist eigentlich auch ein Eingangsschutz ziemlich unnötig, da sonst 
auch die Versorgung des µC, welcher den Taster auslest, auch geschützt 
werden müsste und nicht einfach z.B. ein Step-Down von 24V auf 5V 
verwendet wird.


Mfg Stefan

[MaWin (Gast)]

Stefan R. schrieb:
> Was gibt es an dieser Lösung auszusetzen

Ein AVR benötigt eine Spannung unter 1V um schlechtestensfalls als LO 
erkannt zu werden. Der interne pull up hat mindestens 20k, also 200uA. 
Die Diode hat bei 200uA einen Spannungsabfall von 0.6V. Also muss der 
Eingang auf unter 0.4V gezogen werden, um sicher als LO erkannt zu 
werden. Wird der AVR mit 3.3V betrieben, sogar auf 0.06V. Das liegt in 
beiden Fällen unter LO eines normalen Schaltausgangs.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Stefan R. schrieb:
>> brauchst nur 1x Diode
> Was gibt es an dieser Lösung auszusetzen
Eine Halbleitersperrschicht ist ultrahauchdünn und kein wirklich 
funktionierender Schutz mit Strombegrenzung. Wenn die einmal kaputt ist, 
dann kommt als nächstes gleich der uC-Pin. Und der macht dann dicke 
Backen...

Ich verwende sowas wie im 
Beitrag "Re: 24 V auf µC-Eingang mit Zenerdiode?"
Alternativ kann man das auch so aufbauen:

                                     o 5V
                                     | 
                                     - 
                                     ^
                     ___ 10k         |             ___ 1k
  Eingang 24V ------|___|-----o------o------o-----|___|---- uC-Pin
                              |      |      |
                              -      |      |
                             | |     -     ===
                             | |     ^      |
                              -      |      |
                              |      |      |
   GND         ---------------o------o------o------------- GND
                             3k3          100n

[6A66 (Gast)]

Stefan R. schrieb:
> Was gibt es an dieser Lösung auszusetzen, da sie im Artikel
> Pegelwandler nicht vorgeschlagen wird (zumindest habe ich es nicht
> gefunden)?

Das ist nicht failsafe - heißt: Wenn Deine Diode durchbrennt raucht der 
Rest der Schaltung mit ab da Du dann am uC 48V hast.

rgds

[6A66 (Gast)]

6A66 schrieb:
> Das ist nicht failsafe - heißt: Wenn Deine Diode durchbrennt raucht der
> Rest der Schaltung mit ab da Du dann am uC 48V hast.

Ich würd sogar fast sagen: das ist noch nicht mal chinesisch sondern 
vielleicht höchstens vietnamesich - bezogen auf Sparsamkeit des 
Einsatzes von Bauteilen.

rgds

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Handelt es sich bei der Signalquelle wie im anderen Thread um einen
Industriesensor?

Wenn ja: Diese Sensoren werden üblicherweise wahlweise mit einem so
genannten PNP- oder NPN-Ausgang geliefert.

Hast du einen Sensor mit NPN-Ausgang, funktioniert die Lösung mit der
einzelnen Diode nicht, weil diese Bedingung nicht erfüllt ist:

Dietrich L. schrieb:
> - Die Signalquelle muss eine aktive 0 liefern (also bei 0-Pegel Strom
> aufnehmen können).

Du kannst dann den Spannungspegel so begrenzen, wie von Lothar
beschrieben:

Lothar Miller schrieb:
> Ich verwende sowas wie im
> Beitrag "Re: 24 V auf µC-Eingang mit Zenerdiode?"
> Alternativ kann man das auch so aufbauen:

Hast du hingegen einen Sensor mit PNP-Ausgang, kannst du diesen ohne
weitere Bauteile direkt an den µC-Eingang schalten. Dabei muss der
interne Pullup-Widerstand des µC aktiv sein. Damit ist auch ohne
weiteres Zutun diese Bedingung erfüllt:

Dietrich L. schrieb:
> - Der 0-Pegel muss klein genug sein, damit es inklusive Störabstand am
> µC auch noch reicht; d.h.: der Nullpegel wird relativ störempfindlich
> sein.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Yalu X. schrieb:
> Wenn ja: Diese Sensoren werden üblicherweise wahlweise mit einem so
> genannten PNP- oder NPN-Ausgang geliefert.
PNP sind dabei idR. die Highside-Schalter, NPN die Lowside-Schalter:
http://www.drucksensor-knowhow.de/blog/2010/10/05/anschluss-pnp-npn-transistorschaltausgang-druckschaltern/
http://de.rs-online.com/web/generalDisplay.html?id=infozone&file=automation/npn-pnp

> Hast du hingegen einen Sensor mit PNP-Ausgang, kannst du diesen ohne
> weitere Bauteile direkt an den µC-Eingang schalten.
Das hängt aber davon ab, wie weit der Sensor vom uC entfernt ist. Mit 
10m Leitung vor dem uC-Pin fällt so eine Direktanschluss-Lösung flach...

[MaWin (Gast)]

6A66 schrieb:
> Das ist nicht failsafe - heißt: Wenn Deine Diode durchbrennt raucht der
> Rest der Schaltung mit ab da Du dann am uC 48V hast

Das ist bei vielen anderen Eingangsschutzschaltungen nicht anders, auch 
wenn dort Bauteile kaputt gehen, gibt es keinen Schutz mehr. Es ist auch 
nicht gefordert, daß die Schaltung noch funktiuoniert, wenn man die 
Testimpulse überschritten hat.

[Stefan R. (kroko)]

Yalu X. schrieb:
> Handelt es sich bei der Signalquelle wie im anderen Thread um einen
> Industriesensor?
>
> Wenn ja: Diese Sensoren werden üblicherweise wahlweise mit einem so
> genannten PNP- oder NPN-Ausgang geliefert.

Hast du meinen zweiten Post gelesen?
Ich habe meine erste Frage auf einen Taster bezogen...

Stefan R. schrieb:
> mir kommt gerade, dass z.B. bei einem Taster der die Masse schaltet, da
> es ja wie bei deiner Erklärung sonst nicht funktioniert, es hier keine
> Spannungsunterschiede gibt...
> Oder täusche ich mich?
>
> Dann ist eigentlich auch ein Eingangsschutz ziemlich unnötig, da sonst
> auch die Versorgung des µC, welcher den Taster auslest, auch geschützt
> werden müsste und nicht einfach z.B. ein Step-Down von 24V auf 5V
> verwendet wird.