Schaltung zur Spannungsprüfung

[Philipp .. (philippg)]

Hallo,

ich baue zur Zeit eine Schaltung, die anzeigen soll, ob an einem 
2-poligen Eingang eine Spannung >50V DC anliegt. Wenn das der Fall ist, 
soll eine LED und ein Optokoppler eingeschaltet werden.

Bei 50V muss beides sicher an sein. Wenn es kurz davor schon einschaltet 
ist das auch okay.
An dem 2-poligen Eingang kann 0V bis 600VDC anliegen.
Darüberhinaus kann ich keine externe Versorgungsspannung nutzen. Ich 
muss die Schaltung also aus der (zu prüfenden) Eingangsspannung (0 bis 
600V) versorgen.

Ich hatte solch eine Schaltung mal mit einem sehr exotischen 
Spannungsregler umgesetzt, aber das wurde vergleichsweise groß. Ein 
Spannungsprüfer kann das doch auch in kleiner.
Leider konnte ich keinen Schaltplan o.ä. für einen Spannungsprüfer 
finden und wollte bisher vermeiden meinen auseinander zu nehmen :-)

Darum hatte ich versucht mit Zener-Dioden eine entsprechende Schaltung 
auf zu bauen (siehe Anhang).
Dabei wird aber aufgrund des großen Eingangsspannungsbereichs entweder 
der Stromverbrauch ziemlich hoch, oder ich habe nicht mehr genug Strom 
an der LED, damit sie an geht (Dimensionierung von R1).

Meine Fragen wären jetzt:
1) Mache ich bei der Schaltung einen Denkfehler / Dimensionierung von 
R1?
2) Gibt es bessere Ansätze um die gewünschte Funktionalität zu erreichen 
/ wie genau macht es ein Spannungsprüfer?

Erklärung zur Schaltung:
D1 = Zener, ~40V Durchlasspannung
D2 = Zener, ~6V Durchlasspannung
D3 = LED
R1 = Strombegrenzung
R2 = Vorwiederstand der LED

[MaWin (Gast)]

Wenn die Schaltschwelle ungenau sein kann, reicht der steigende Strom an 
der LED eines Optokopplers

                     +5V
                      |
              :::::::|<
              :       |E
+50..+600V --|>|--+   +--- uC-Eingang
                  |   |
Masse -------60k--+  4k7
                      |
                     GND

Die Widerstandswerte (60k und 4k7) müssen von der Schaltschwelle her an 
dein (berechnet für CTR von 50%) Exemplar des Optokopplers angepasst 
werden (eventuell Trimmpoti zum Einstellen) und die Schaltschwelle 
ändert sich mit der Temperatur. Der 60k Widerstand kann bis 6 Watt 
verblasen.

Wenn die Schaltschwelle genau sein muss, kann ein TL431 helfen

+50..+600V --+-60k-+---+
             |     |   |
            470k  LED  |
             |     |   |
             +--TL431 ZD16
             |     |   |
            25k    |   |
             |     |   |
Masse -------+-----+---+

[Philipp .. (philippg)]

Danke für deine schnelle Antwort.

Da die Schaltschwelle nicht ganz genau sein muss, würde ich nochmal zu 
Variante 1 kommen.
Auf der Eingangsseite hast du da doch lediglich eine LED mit 
Vorwiederstand verbaut, oder übersehe ich etwas?

Wenn ich mir den jetzt mal für die 2 Extremfälle ausrechne ergibt sich:

Vereinfachte Annahmen:
Diodenspannung:          2V
Strom:      20mA (Leuchtend ab 10mA)

Rechnung:
U = 50V
R_min = 48/0,02 = 2,4k

U = 600V
R_max = 598/0,02 = 29.9k

Wenn ich R_max verbaue, hätte ich bei 50V gerade mal rund 1.6mA.

Daraus würde ich jetzt schließen, wenn der Optokoppler bei 50V an ist, 
brennt er mir bei 600V durch bzw. wenn er bei 600V noch funktioniert, 
ist er bei 50V aus.

Schätze ich das falsch ein?

UPDATE:
Habe es gerade mal in LTSpice simuliert und es funktioniert wunderbar. 
Das Problem mit dem Optokoppler ist also gelöst! Danke dafür!

Mit einer LED habe ich aber genau den Effekt, den ich erwähnt hatte, 
dass nur ein Vorwiederstand nicht reicht, damit sie von 50 bis 600V an 
ist.
Leider kann ich die LED nicht durch den Optokoppler schalten lassen, da 
ich bei der LED keine separate Versorgungsspannung nutzen kann. Gibt es 
da noch Vorschläge?

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

Philipp .. schrieb:
> UPDATE:
> Habe es gerade mal in LTSpice simuliert und es funktioniert wunderbar.
> Das Problem mit dem Optokoppler ist also gelöst! Danke dafür!
In einem Optokoppler ist auch nur eine LED eingebaut...
Wenn also die Schaltung mit dem Optokoppler funktioniert, dann 
funktioniert sie auch mit einer LED.

> Vorwiederstand
Hoppla, was ist das?

[Philipp .. (philippg)]

Lothar M. schrieb:
> In einem Optokoppler ist auch nur eine LED eingebaut...
> Wenn also die Schaltung mit dem Optokoppler funktioniert, dann
> funktioniert sie auch mit einer LED.


Ich würde sagen ja und Nein.
Auf der Dioden-Seite gebe ich dir recht, funktioniert die Schaltung 
prinzipiell genau so.
Jedoch habe ich im Ausgang bei einem Optokoppler durch den Transistor 
ein deutliches "Ein" und "Aus".
Wenn ich nur die LED habe und sie so betreibe, dass sie mit 600V 
Eingangsspannung funktioniert, kann ein Mensch bei 50V Eingangsspannung 
kein Licht mehr wahrnehmen.

Oder habe ich da etwas im Testaufbau falsch gemacht?