Zenerdiode sowohl als Freilaufdiode als auch Spannungslimit

[Piter K. (kurczaq)]

Hi

folgendes kleines Problemchen:

Ich will ein Relais steuern, dabei ist die Versorgungsspannung nicht 
konstant. Sie kann zw. 15 und 30V liegen.

Ich dachte grob an folgende Schaltung:

+ o-------+ 15-30V
          |
          |
          -
         | |
         |R| 
         | |
          -
          |-----
          -    |
         | |  -^-
relais   |\|  Z D
         | |   |
          -    |
          |-----
          |
         /
   S ---| T NPN
         \
         |
         |
         -

Das Relais benötigt ca. 30 mA. die ZD beschränkt die SPannung am Relais 
auf seine Nominalspannung bei Vin über 15V.

Frage: reicht die Zenerdiode als Freilaufdiode oder brauche ich noch 
eine extra Freilaufdiode parallel zu ZD? Wird T ausgeschaltet muss ZD ja 
schlagartig vom Zenerbetrieb in den Diodenbetrieb umschalten. Ist diese 
Zeit eventuell zu groß?

viele Grüße & danke.

[Volker S. (sjv)]

Sinnvoller wäre für den Transistor eine Konstantstromquelle(30mA) zu 
nehmen.
Bei einem Widerstand mit Z-Diode steigt der Strom mit der Spannung.

[MaWin (Gast)]

Piter K. schrieb:
> reicht die Zenerdiode als Freilaufdiode

Ja, wenn sie 30mA aushält, bei 1%V also 450mW.

Volkers Kommentar ist aber richtig, ohne Schaltplan aber wenig 
hilfreich.

 +15-30V
    |
    +-|<|-+
    |     |
 Relais   |
    |     |
    +-----+
          |
0V/5V ---|<
          |E
         130R
          |
         GND

[Piter K. (kurczaq)]

Volker S. schrieb:
> Sinnvoller wäre für den Transistor eine Konstantstromquelle(30mA) zu
> nehmen.
> Bei einem Widerstand mit Z-Diode steigt der Strom mit der Spannung.

ja da hast Du recht. In meinem Fall wird das Relais aber die meiste Zeit 
aus sein.

[Piter K. (kurczaq)]

Die Schaltung mit R im Emitterpfad kann aber nicht richtig sein... auf 
welchem Potential liegt dann E, so daß Du es mit 5V schalten kannst?

[Volker S. (sjv)]

Piter K. schrieb:
> auf
> welchem Potential liegt dann E, so daß Du es mit 5V schalten kannst?

5V-0,7V
Die 5V und der Emitterwiderstand bestimmen den Konstantstrom, I= 
4,3V/130 Ohm

[Piter K. (kurczaq)]

Volker S. schrieb:

> 5V-0,7V
> Die 5V und der Emitterwiderstand bestimmen den Konstantstrom, I=
> 4,3V/130 Ohm

verstehe... das Potential steigt bis 4.3V bis I_max, ab dann fällt die 
Spannungsdifferenz zu Vin an CE ab, da T langsam "zu macht". D.h. der 
Spannungsüberschuß wird an der CE Strecke "vernichtet" - ist das so 
richtig?

Du hast also einen I=const an CE bei variabler (steigender Spannung), 
bei der ersten Version mit R im Kollektorpfad habe ich ein U=const auf 
der Zenerdiode bei steigendem I... irgendwie Pi mal Daumen das gleiche? 
(in Bezug auf Verluste).

[Piter K. (kurczaq)]

@Volker: ist das eine Z-Diode bei deiner Schaltung? Oder eine 
standard-Freilaufdiode?

[Falk B. (falk)]

@ Piter Kura (kurczaq)

>verstehe... das Potential steigt bis 4.3V bis I_max, ab dann fällt die
>Spannungsdifferenz zu Vin an CE ab, da T langsam "zu macht". D.h. der
>Spannungsüberschuß wird an der CE Strecke "vernichtet" - ist das so
>richtig?

Ja, wenn gleich man da einfach sagen kann und sollte,
". . . die verbleibenbde Restspannung fällt über der CE Strecke des 
Transistors ab". Denn vernichtet wird da gar nichts und das Wort gehört 
in eine andere Schublade.

>Du hast also einen I=const an CE bei variabler (steigender Spannung),
>bei der ersten Version mit R im Kollektorpfad habe ich ein U=const auf
>der Zenerdiode bei steigendem I...

Ja.

> irgendwie Pi mal Daumen das gleiche?

Keine Sekunde! Dein Relais will schließlich immer mit konstantem Strom 
angesteuert werden, damit es sicher anzieht.

>(in Bezug auf Verluste).

Nein. Denn wenn man es richtig dimensioniert, muss bei minimaler 
Spannung schon der Nennstrom des Relais fließen. Bei voller Spannung 
fließt dann deutlich mehr Strom durch deine Z-Diode. Das Verhältnis wird 
umso größer, je größer die relative Änderung der Spannung über dem 
Vorwiderstand ist. Deswegen ist es auch schwierig bis unmöglich, die 
Spannung am Vorwiderstand von nahe 0 bis zu einen Wert X schwanken zu 
lassen, das Verhältnis wird SEHR groß. Im Normalfall wird man sich auf 
2:1 und weniger beschränken wollen. Bei dir wäre es fast 15:0, also 
unendlich!!! -> geht nicht

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Piter K. schrieb:
> irgendwie Pi mal Daumen das gleiche?
> (in Bezug auf Verluste).

Nein. In Mawins Schaltung liefert die 15-30V-Quelle genau den Strom, den
das Relais braucht (30mA). In deiner Schaltung ist der gelieferte Strom
höher, da ein Teil davon durch die Z-Diode fließt. Deswegen ist auch die
Gesamtleistung und damit die Verlustleistung höher.

Allerdings musst du beachten, dass Mawins Schaltung maximal eine
Spulenspannung von U₀-5V liefert (15V≤U₀≤30V). Bei U₀=15V sind das 10V.
Ein 12V-Relais wird damit zwar noch schalten, aber sehr sauber ist das
nicht.

Mit einer kleinen Erweiterung liefert die Schaltung aber bis zu U₀-1V,
so dass auch ein 12V-Relais problemlos damit betrieben werden kann:

         +15-30V
             |
             +-|<|-+
             |     |
          Relais   |
             |     |
             +-----+
                   |
0V/5V --4k7--+----|<
             |     |E
             |     |
             >|----+
            E|     |
             |    20R
             |     |
            GND   GND

[Wolfgang (Gast)]

MaWin schrieb:
> Piter K. schrieb:
>> reicht die Zenerdiode als Freilaufdiode
>
> Ja, wenn sie 30mA aushält, bei 1%V also 450mW.

Was hat die Nennleistung der ZD mit ihrer Funktion als Freilaufdiode zu 
tun? Da ist eher die im Pulsbetrieb zulässige Gesamtenergie relevant. Es 
ist wohl kaum davon auszugehen, dass das Relais per PWM angesteuert 
wird, obwohl das natürlich auch ein Weg wäre, um den Strom zu steuern.

[Piter K. (kurczaq)]

Yalu X. schrieb:

> Mit einer kleinen Erweiterung liefert die Schaltung aber bis zu U₀-1V,
> so dass auch ein 12V-Relais problemlos damit betrieben werden kann:
>

Das ist dann die "standard" Variante mit 2xT für Stromquelle, die wohl 
jedem klar sein sollte. Mir war eben die 1-Transistor Version nicht ganz 
klar. Deshalb auch meine Frage nach der Diode in 1-T-Version - Zener 
oder 1N5184? Nach deinen Ausführungen nehme ich an es ist eine normale 
Freilaufdiode.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Piter K. schrieb:
> Deshalb auch meine Frage nach der Diode in 1-T-Version - Zener
> oder 1N5184? Nach deinen Ausführungen nehme ich an es ist eine normale
> Freilaufdiode.

Ja, wobei es aber nicht unbedingt eine für 10kV sein muss.

[der schreckliche Sven (Gast)]

Piter, Du denkst viel zu kompliziert.
Denn im Grunde genommen ist jede Diode eine Zener-Diode.
Bei "normalen" Dioden ist halt die Zener-Spannung (nach ihrem
Entdecker benannt) nicht genau bestimmt.
Also kannst Du eine "Zener-Diode" auch als Freilaufdiode
verwenden. Oder für alles, wofür man normale Dioden verwendet.

[Viss (Gast)]

der schreckliche Sven schrieb:
> Piter, Du denkst viel zu kompliziert.
> Denn im Grunde genommen ist jede Diode eine Zener-Diode.
> Bei "normalen" Dioden ist halt die Zener-Spannung (nach ihrem
> Entdecker benannt) nicht genau bestimmt.
> Also kannst Du eine "Zener-Diode" auch als Freilaufdiode
> verwenden. Oder für alles, wofür man normale Dioden verwendet.

Zumindest sollte geprüft werden, ob die Diode schnell genug ist.

[der schreckliche Sven (Gast)]

Die kleinen (500mW) sind so schnell wie eine 1N4148.
Nehme ich, um 100kHz gleichzurichten.