Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsbegrenzung mit Zenerdioden


von ella (Gast)



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Hallo,
ich habe eine Frage.
Im Anhang sind zwei Schaltungen.
Bei einer Spannung von 325V sollen (max) an R1 320V und an R2 5V 
abfallen.
Wenn R2 ausfällt soll die Spannung über R1 weiterhin nur 320V betragen 
und über der offenen Klemme bzw. da wo die Dioden sind nur 5V.
Die Zenerdioden begrenzen die Spannung für diesen Fall.

Aber die Zenerdioden bräuchten ja eigentlich einen Mindeststrom.
Wenn ich nun durch die hohen Widerstände nur einen Strom von 1 mA 
erhalte, reicht das nicht zum Betreiben der Zenderdioden.
Wenn ich etwa 10mA möchte , müsste ich die Widerstände geringer Wählen .
Dadurch wäre die Leistung bei R1 bei 1 W.

Ist das nicht zu viel? Es gibt ja Widerstände die das aushalten. Man 
könnte aber auch eine Zenerdiode auswählen, die minimal nur 1mA 
benötigt. Gibt es sowas eigentlich?
http://www.mouser.com/ds/2/68/cmdz5l1-36l-21290.pdf

Vielen Dank

von Günter Lenz (Gast)


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ella schrieb:
>Wenn ich etwa 10mA möchte , müsste ich die Widerstände geringer Wählen .
>Dadurch wäre die Leistung bei R1 bei 1 W.

Ich bekomme bei 320V * 10mA = 3.2W  heraus.

>Aber die Zenerdioden bräuchten ja eigentlich einen Mindeststrom.

Die brauchen keinen Mindeststrom, die Frage ist wieviel
Strom benötigt der Verbraucher, der die Stabilisierte
Spannung bekommt?

von oszi40 (Gast)


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1.Netzteile ohne galvanische Trennung sind meist eine gefährliche 
Angelegenheit. Man sollte wissen was man tut.

2.Wenn ich bei 325V einen Rv von 325k habe, fließt 1 mA. Ganz so einfach 
ist es aber nicht, da nicht jeder Widerstand diese hohe Spannung 
verträgt!
Deine Z-Dioden für 320V wirst Du wohl aus einigen in Reihe realisieren 
wollen um die Spannung+Verlustleistung besser zu verteilen.
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201211.htm

von Günter Lenz (Gast)


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oszi40 schrieb:
>Deine Z-Dioden für 320V wirst Du wohl aus einigen in Reihe realisieren
>wollen um die Spannung+Verlustleistung besser zu verteilen.

Ich habe das so verstanden, daß er eine Stabilisierte
Spannung von 5V haben möchte.

von ella (Gast)


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Ja stimmt 3,2 W entschuldigung.

Aber die Zenerdiode muss doch im Arbeitsbereich arbeiten. Also der Strom 
bei der Durchbruchspannung ist dann etwa 10% des maximal zulässigen.

Nun angeschlossen ist ein hochohmiger AD Wandler.
Wie groß der Strom da sein soll kann ich gar nicht sagen!

Vielen Dank für die Antwort!

von Einer K. (Gast)


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oszi40 schrieb:
> Deine Z-Dioden für 320V

Die 320V kriegen die doch nie ab.....
5V, mehr ist nicht.

ella schrieb:
> Nun angeschlossen ist ein hochohmiger AD Wandler.


Was soll der denn Wandeln?

Und vor allen dingen wohin liefern?
Ich meine nur: Wegen der fehlenden galvanischen Trennung....

von ella (Gast)


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Ja über den Zenerdioden soll sich max. eine Spannung von 5 V einstellen.

von ella (Gast)


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Ah die galvanische Trennung habe ich noch nicht betrachtet. Da hab ich 
noch keine Idee welche Arten es gibt. Der AD-Wandler soll sozusagen den 
Momentanwert der Wechselspannung messen.

von Günter Lenz (Gast)


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ella schrieb:
>Aber die Zenerdiode muss doch im Arbeitsbereich arbeiten. Also der Strom
>bei der Durchbruchspannung ist dann etwa 10% des maximal zulässigen.

Der Strom durch den Vorwiderstand muß mindestens so groß
sein, wie der Verbraucher haben will. Man macht ihn zur
Sicherheit etwas größer.

von Magnus M. (magnetus) Benutzerseite


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ella schrieb:
> Ah die galvanische Trennung habe ich noch nicht betrachtet. Da hab
> ich noch keine Idee welche Arten es gibt. Der AD-Wandler soll sozusagen
> den Momentanwert der Wechselspannung messen.

Dann benötigast Du in erster Linie einen Spannungsteiler. Auf jeden 
Fall musst Du dir ernsthafte Gedanken bezüglich galvanischer Trennung 
machen.

von Günter Lenz (Gast)


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ella schrieb:
>Der AD-Wandler soll sozusagen den
>Momentanwert der Wechselspannung messen.

Durch die Begrenzung hast du dann aber fast
eine Rechteckspannung, also kein Sinus mehr.

von ella (Gast)


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ja stimmt das ist total sinnlos... :((

von ella (Gast)


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Ah, doch nicht, das Bild was in dem Simulationsfenster war und aussieht 
wie ein Rechteck, stammt noch von der Simulation als R2 weggefallen ist.

Im Anhang befindet sich das Bild wenn R2 noch vorhanden ist.

von Roland E. (roland0815)


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Günter Lenz schrieb:
> ella schrieb:
>>Aber die Zenerdioden bräuchten ja eigentlich einen Mindeststrom.
>
> Die brauchen keinen Mindeststrom...
Natürlich brauchen Zenerdioden einen Mindeststrom. Wie soll sich sonst 
die Zenerspannung aufbauen?
Die für die Diode angegebene Zenerspannung trifft für einen definierten 
Strombereich zu. -> siehe Datenblatt.

von Volker S. (sjv)


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Für die kontinuierliche Versorgung eines ADC solltest Du die Dioden 
durch einen Brückengleichrichter ersetzen und am DC-Ausgang 12V Z-Diode, 
Siebelko und 5V Spannungsregler anschliessen.

MfG

von oszi40 (Gast)


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Volker S. schrieb:
> die kontinuierliche Versorgung eines ADC

@Ella Netiqette heißt, daß man ein Problem umfassend schildert und nicht 
alles einzeln aus der Nase ziehen lässt.

Nimm ein fertiges Steckernetzteil und Du bist die meisten Sorgen wie 
galvanische Trennung los.

von S. Landolt (Gast)


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Versorgung?
Also ich habe
> Der AD-Wandler soll sozusagen den Momentanwert der Wechselspannung messen.
gelesen, frage mich allerdings, ob dieser so ohne weiteres negative 
Spannungen verarbeiten kann.

von Stef (Gast)


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Also wenn Du den Momentanwert der Netzspannung messen willst, nimm einen 
Transformator 230V - 5V, miss den Momentanwert an den 5 V und rechne den 
Messwert mal 46 oder so. Die Zenerdioden kann man ja immer noch als 
Schutz einbauen...

von oszi40 (Gast)


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Stef schrieb:
> miss den Momentanwert an den 5 V

Wenn recht viel Dreck auf der Leitung ist, wird evtl. manche Spitze 
durch den Trafo weggefiltert. Man weiß nicht, was er wirklich auswerten 
möchte. Hier wird nur scheibchenweise ein Geheimnis gelüftet.

von Harald W. (wilhelms)


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ella schrieb:

> Aber die Zenerdiode muss doch im Arbeitsbereich arbeiten. Also der Strom
> bei der Durchbruchspannung ist dann etwa 10% des maximal zulässigen.

Da hast Du nicht ganz unrecht. Wenn der Strom durch die Z-Dioden
zu gering ist, verschlechtern sich deren Regeleigenschaften.
Übrigens schaltet man zur Begrenzung von Werchselspannung zwei
Z-Dioden in Reihe. Unabhängig davon sind vermutlich Z-Dioden
sowieso die falsche Lösung für Dein unbekanntes Problem.

von Günter Lenz (Gast)


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Ich vermute jetzt mal, daß das gar keine Spannungsstabilisierung
werden soll, sondern ein Überspannunsschutz für den Eingang
des AD-Wandlers. In diesem Fall fließt im Normalfall gar kein
Strom durch die Z-Dioden. Aber da wäre vielleicht eine
sogenannte Klemmschaltung besser. Also zwei Dioden in Sperrrichtung,
eine vom Eingang nach Masse und eine vom Eingang zur +Betriebsspannung
des AD-Wandlers.

von ella (Gast)



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Günter Lenz schrieb:
> Ich vermute jetzt mal, daß das gar keine Spannungsstabilisierung
> werden soll, sondern ein Überspannunsschutz für den Eingang
> des AD-Wandlers. In diesem Fall fließt im Normalfall gar kein
> Strom durch die Z-Dioden. Aber da wäre vielleicht eine
> sogenannte Klemmschaltung besser. Also zwei Dioden in Sperrrichtung,
> eine vom Eingang nach Masse und eine vom Eingang zur +Betriebsspannung
> des AD-Wandlers.

Ja genau. Bitte um Entschuldigung dass ich mich nicht richtig bei der 
Aufgabenstellung konzentriert habe! Dafür habe ich ja auch bis jetzt 
keine Lösung für mein Problem :D

Welche Zenerdioden machen denn dann Sinn? 3,3 V könnte ich ja zum 
Beispiel wählen...

Ja an dem AD Wandler darf dann sicherlich auch keine negative Spannung 
anliegen.

Vielen Dank!

von S. Landolt (Gast)


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> 3,3 V könnte ich ja zum Beispiel wählen...
Schauen Sie einmal ins Datenblatt einer 3.3 V-Z-Diode, welcher Strom bei 
3.25 V fließt, und rechnen Sie nach, welchen Einfluss das auf den 
Spannungsteiler hat.
Was spricht denn gegen den Vorschlag von Günter Lenz?
Damit der ADC keine negative Spannung sieht, muss der -Punkt von V1 
entsprechend angehoben werden.

von Thomas (Gast)


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S. Landolt schrieb:
> Was spricht denn gegen den Vorschlag von Günter Lenz?
> Damit der ADC keine negative Spannung sieht, muss der -Punkt von V1
> entsprechend angehoben werden.

Das was gegen den Vorschlag spricht ist die fehlende galvanische 
Trennung die dabei nicht möglich ist wenn ich Netzspannung gegen +5V und 
gnd logic klemmen versuche, hier muss meiner Meinung unbedingt eine 
Trennung verwendet werden. Sonst liegt evtl. "gnd" mal auf Phase. Im 
besten Fall merkt man das wenn man Pc, Oszi anhängt und die Sicherung 
fliegt, im schlechtesten Fall greift man hin...

von S. Landolt (Gast)


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Dass Netzspannung nicht ungefährlich ist, ist bekannt, hoffentlich auch 
Ella. Aber erstmal sehe ich nur eine Simulation.

von Thomas (Gast)


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S. Landolt schrieb:
> Dass Netzspannung nicht ungefährlich ist, ist bekannt, hoffentlich auch
> Ella. Aber erstmal sehe ich nur eine Simulation.

Daher auf Verdacht jemanden übers Internet einfach mal eine gefährliche 
Schaltung anbieten, ohne dass du auf das Problem hinweißt? Weil du davon 
ausgehst dass er weiß dass dort dann auch Netzspannung anliegt, und weil 
auch niemand sonst diesen Thread jemals wieder irgendwo im Internet 
finden wird? Alles klar...

von S. Landolt (Gast)


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Okay, wenn ich mir den Kenntnisstand von Ella überlege, haben Sie 
vermutlich Recht. Ich räume das Feld gegen die Bedenkenträger.

von ella (Gast)


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Danke ,
ja die Schaltung werde ich nur unter professioneller Aufsicht aufbauen.
Im Moment beschäftige ich mich noch mit der Planung.
Galvanische Trennung scheint wichtig zu sein!
Danke für den Hinweis.

von ella (Gast)


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Es sollten zur Stabilisierung 5 mA durch die Zenerdiode mit 3v3 fließen.
Anscheinend teilt der Spannungsteiler dann nicht mehr auf 320 und 5 V 
auf.

Eine galvanische Trennung könnte man mit Optokopplern durchführen. Aber 
es gibt ja anscheinend noch andere Methoden.

von Thomas (Gast)


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ella schrieb:
> Es sollten zur Stabilisierung 5 mA durch die Zenerdiode mit 3v3 fließen.
> Anscheinend teilt der Spannungsteiler dann nicht mehr auf 320 und 5 V
> auf.

Naja. Du kannst nicht 2 Bauteile parallel haben und erwarten dass beide 
die Spannung so regeln wie es dir passt. Entweder du nimmst den 
Spannungsteiler und klemmst bei Überspannung gegen ein Potential (google 
nach overvoltage clamp), oder du nimmst eine Zenerdiode mit 
Vorwiderstand welcher dann die Überspannung aushalten muss.

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