Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 4N25 kompatibler Optokoppler mit weniger Stromaufnahme


von Nils R. (augur)


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Moin.

Ich hab ein Netzteil mit einem 4N25 galvanisch getrennt. Die Spannung 
des Statuspin (Netzteil ok) geht von 3,3V auf 2,1V runter aufgrund der 
Belastung des Optokoppler. Vom Netzteil gibt es kein Datensheet zur 
Belastbarkeit aber der Pull-up läuft mit 10kohm gegen 3,3V.

Ich würde daher lieber den Strom reduzieren mit einem Pinkompatiblen 
Optokoppler. Kennst sowas jemand oder wie weit könnte ich beim 4N25 
runter gehen?

Bzw. wenn es ein Pull-up mit 10Kohm ist wäre dies der Widerstand vor dem 
Optokoppler?

Viele Grüße
Nils

: Bearbeitet durch User
von Der Zahn der Zeit (Gast)


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Hat jemand verstanden, was der TO damit sagen will? Ich nicht und 
'rumraten mag ich nicht.

Aber prinzipiell: "Normale" Optokoppler wie der 4N25 haben keine 
"Stromaufnahme". Sie haben eine LED, die mit Strom betrieben wird, 
üblicherweise aus einer Spannung über einen Vorwiderstand, denn wenn man 
z. B. 3,3 V direkt anlegt, leuchtet die LED nur einmal kurz und dann nie 
wieder.

Der Ausgangsstrom ist ungefähr proportional zum LED-Strom. Das 
Verhältnis wird Koppelfaktor genannt. Und ja, es gibt LEDs mit hohem 
Koppelfaktor. Insbesondere die mit Darlington-Ausgängen. Einfach bei 
einem Disti nach dem entsprechenden Parameter sortieren.

Und wenn du jetzt schreibst, dass dir das alles bekannt ist und du ganz 
was anderes meinst, bin ich stinkig.

von Dieter (Gast)


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Nils R. schrieb:
> Ich hab ein Netzteil mit einem 4N25 galvanisch getrennt.

Wenn ein 4N25 eingebaut wird ist noch nix galvanischt getrennt. Das 
macht der Trafo oder Übertrager. Es gibt Netzteile die haben einen 
Optokoppler zur galvanisch gtrennten Rückkopplung auf den primärseitigen 
Regeleingang.
Nach fast 6 Jahren im Forum sollte man das wissen.

Die Spannung
> des Statuspin (Netzteil ok) geht von 3,3V auf 2,1V runter aufgrund der
> Belastung des Optokoppler.

Da wird der Optokopplerausgang anscheinend zu stark belastet. Wohl 
Ursache und Wirkung vertauscht?

Glaube statt Prosa-Text solltest Du es mit einer Skizze versuchen.

von Jens G. (jensig)


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>Ich hab ein Netzteil mit einem 4N25 galvanisch getrennt. Die Spannung
>des Statuspin (Netzteil ok) geht von 3,3V auf 2,1V runter aufgrund der
>Belastung des Optokoppler. Vom Netzteil gibt es kein Datensheet zur
>Belastbarkeit aber der Pull-up läuft mit 10kohm gegen 3,3V.

Was soll das jetzt heisen? Ist das ein OpenCollector-Ausgang, der mit 
einem 10k-Pullup gegen 3,3V versehen ist? Dann ist das normal, denn ein 
OK hat ja am Eingang eine Diode, die die Spannung runterzieht. Also 
genau das, was eine LED mit Vorwiderstand (der Pullup) ist.

: Bearbeitet durch User
von Klaus R. (klara)


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Nils R. schrieb:
> Ich hab ein Netzteil mit einem 4N25 galvanisch getrennt. Die Spannung
> des Statuspin (Netzteil ok) geht von 3,3V auf 2,1V runter aufgrund der
> Belastung des Optokoppler. Vom Netzteil gibt es kein Datensheet zur
> Belastbarkeit aber der Pull-up läuft mit 10kohm gegen 3,3V.

Ja, wie schon gesagt. Zeige uns Deinen Schaltplan, dann kann man Dir 
bestimmt helfen.

Nenne uns den Namen des Netzteils oder mache ein Foto davon.
mfg klaus

: Bearbeitet durch User
von Nils R. (augur)


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Hi,

das ist ein DPS1200-FB Servernetzteil. Ich habe leider nur eine 
Anleitung für ein anderes Netzteil, aber der Anschluss ist baugleich, 
somit müsste der Aufbau gleich/ähnlich ein.

Das steht über den Pin, welche ich aktuell direkt auf den Optokoppler 
gelegt habe mit Vorwiderstand.  2020-03-21_20-43-48.jpg

(      PS_INTERUPT Open Drain   ) -> 220 Ohm -> 4N25 Eingang
           3,3V -> 10KOhm

Hab mir das alles selber beigebracht als Laie, daher verzeiht mir 
fehlende Details und fragt gerne. Und Jens, du hast es genau 
beschrieben. Die 220 Ohm hab ich wegen (3,3V - 1,15V) / 10mA angesetzt, 
aber wahrscheinlich ist das Blödsinn.

Viele Grüße,
Nils

: Bearbeitet durch User
von Klaus R. (klara)


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Hallo Nils,
Dein PS_INTERRUPT Pin ist intern im Netzteil per 10 KOhm Widerstand 
gegen 3,3 V angeschlossen. Die Fotodiode des 4N25 hat laut Datenblatt 
bei 1 mA eine Schwellspannung von ca. 1,0 V.

Der PS_INTERRUPT Pin wird direkt mit PIN 1 des Optokopplers verbunden. 
Der Strom fließt dann über PIN 2 hinaus gegen Masse.

Also fließt bei ON-Signal: (3,3 V - 1,0 V) / 10 KOhm = 0,23 mA. Das ist 
eigentlich zu wenig Strom für die Diode des Optokopplers.

Also müßte der Strom des PS_INTERRUPT Pin mit einem Spannungsfolger 
verstärkt werden, und dann braucht man auch vor der Diode einen 
Schutzwiderstand, 220 Ohm genügen dann für > 5 mA Diodenstrom.
mfg klaus

: Bearbeitet durch User
von Nils R. (augur)


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Hi.

Genau das hab ich mir gedacht mit dem Pull-up Widerstand. Gibt es einen 
Optokoppler welchen ich  mit diesen Werten nutzen könnte? Oder könnte / 
müsste ich einen Transistor benutzen um die LED zu schalten mit einer 
anderen Spannungsquelle? Besser würde ich einen anderen OK finden, da 
die Platine schon fertig ist.

Im allgemeinen funktioniert der OK sogar bisher problemlos. Aber es soll 
ja auch innerhalb der spezifizierten Werte laufen.

Viele Grüße
Nils

von Wolfgang (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> Also fließt bei ON-Signal: (3,3 V - 1,0 V) / 10 KOhm = 0,23 mA. Das ist
> eigentlich zu wenig Strom für die Diode des Optokopplers.

Da wäre es doch sinnvoller, die LED des Optokopplers mit Vorwiderstand 
parallel zum Pull-Up zu schalten. Dazu ist ein Open Drain Output doch 
da.

von Klaus R. (klara)


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Nils R. schrieb:
> Besser würde ich einen anderen OK finden, da
> die Platine schon fertig ist.

Ich hatte mal den 6N136 im Einsatz. Aber den hatte ich mit ca. 0,7 mA 
betrieben. Das war schom am Limit. Vielleicht kennt ja jemand einen noch 
einen empfindlicheren Optokoppler. Der ist aber sicht nicht 
Pin-Kompatibel.

Hast Du die Schaltung selbst entwickelt? Dann ändere sie. So etwas, 
eigentlich ganz simples, sollte man zuvor mit LTspice simulieren. Ich 
spreche da aus eigener Erfahrung.
mfg klaus

von Klaus R. (klara)


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Wolfgang schrieb:
> Da wäre es doch sinnvoller, die LED des Optokopplers mit Vorwiderstand
> parallel zum Pull-Up zu schalten. Dazu ist ein Open Drain Output doch
> da.

Wieviel Strom darf der Transistor oder was es auch immer ist, denn 
schalten?
mfg Klaus

von Nils R. (augur)


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Klaus R. schrieb:
> Hast Du die Schaltung selbst entwickelt? Dann ändere sie. So etwas,
> eigentlich ganz simples, sollte man zuvor mit LTspice simulieren. Ich
> spreche da aus eigener Erfahrung.

Dafür müsste ich mehr Ahnung haben. :-) Da es nur ein Hobby nebenher ist 
versuche ich zurecht zu kommen.


Die Schaltung ist selber entwickelt, aber schon als Platine da. Ist ein 
Einzelstück für mich. Aber nur der Teil rechts vom PS INTERUPT. Dieser 
kommt direkt aus dem Netzteil wo ich ungern auf der Platine rumlöten 
möchte. Auch was er schalten darf ist unbekannt, mehr als die angehängte 
Spezifikation habe ich nicht. Hatte es auf einem Breadboard aufgebaut 
und es funktionierte (wenn auch anscheinend mehr aus Zufall). Vielleicht 
kannst du was aus dem Dokument rauslesen, würde mich freuen. Wie sollte 
man mit einem Open Drain Ausgang mit Pull-up am Besten einen OK 
ansteuern?


(PS_INTERUPT Open Drain) -> "Meins>>" 220 Ohm -> 4N25 Eingang"<<Meins"
    3,3V -> 10KOhm

: Bearbeitet durch User
von Dieter (Gast)


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Empfehle erst mal die interne Schaltung des Ausgangs vom Netzteil zu 
Skizzieren, damit das weitere klar wird.

Mosfet, Widerstand:

      3.3V
       |
       R
       |
     ------- out
----|
     ---
       |
      ---

von Wolfgang (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> Wieviel Strom darf der Transistor oder was es auch immer ist, denn
> schalten?

In jedem vernünftigen Datenblatt wäre das angegeben. So kann man nur 
raten.
Einige wenige Milliampere sollte jeder MOSFET schaffen.

Klaus R. schrieb:
> Vielleicht kennt ja jemand einen noch einen empfindlicheren Optokoppler.

Der Parameter, nach dem du auswählen müsstest, heißt bei Optokopplern 
"CTR".
Für den 4N25 sind erbärmliche 20% as Mindestwert spezifiziert.

Geht es dir um einen pinkompatiblen Optokoppler oder brauchst du auch 
das gleiche Package/Layout Pattern? Dann solltest du das angeben.

von Wolfgang (Gast)


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p.s.
Die direkte Schaltung der OK-Diode mit dem Open Drain Ausgang (LED+R 
nach 3.3V) ist allerdings für sicherheitskritische Anwendungen nicht 
geeignet, weil im Ruhezustand kein Strom fließt, ein Leitungsfehler also 
nicht bemerkt wird.

von hinz (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Für den 4N25 sind erbärmliche 20% as Mindestwert spezifiziert.

Und bei dem geringen Strom durch die LED noch viel weniger. Selbst ein 
4N33 (Darlington) hat da nur noch ca. 50% (typ). Es wird wohl ein 
zusätzlicher Transistor und Versorgung aus den 12V-Stby nötig sein.

von Nils R. (augur)


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Wolfgang schrieb:
> Geht es dir um einen pinkompatiblen Optokoppler oder brauchst du auch
> das gleiche Package/Layout Pattern? Dann solltest du das angeben.

Super wäre gleiche Package, dann tausche ich das einfach.

Wolfgang schrieb:
> Einige wenige Milliampere sollte jeder MOSFET schaffen.

Müsste der Strom nicht über den Pull-up laufen, weil der Transistor oder 
was da verbaut ist den entweder auf Masse zieht oder nicht? So hab ich 
es nach etwas einlesen über Google verstanden.

Wolfgang schrieb:
> Die direkte Schaltung der OK-Diode mit dem Open Drain Ausgang (LED+R
> nach 3.3V) ist allerdings für sicherheitskritische Anwendungen nicht
> geeignet, weil im Ruhezustand kein Strom fließt, ein Leitungsfehler also
> nicht bemerkt wird.

Da musst du dich an den Netzteildesigner wenden. :-)

hinz schrieb:
> Es wird wohl ein
> zusätzlicher Transistor und Versorgung aus den 12V-Stby nötig sein.

Das müsste dann verrinfacht so aussehen wie im Anhang, oder habe ich ein 
Bauteil übersehen oder zuviel? Die LED entspricht dem OK, dann würde ich 
das so mal testen für mich.

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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1kOhm ist viel zu viel. Für 20mA LED-Strom wären 56 Ohm passend.

von Klaus R. (klara)


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Nils R. schrieb:
> Das müsste dann verrinfacht so aussehen wie im Anhang, oder habe ich ein
> Bauteil übersehen oder zuviel? Die LED entspricht dem OK, dann würde ich
> das so mal testen für mich.

Die Schaltung ist in Ordnung.

hinz schrieb:
> Für 20mA LED-Strom wären 56 Ohm passend.

So viel Strom braucht die Diode nun auch nicht für diesen Zweck. 1k für 
10 mA ist doch gut.

Vorsicht! Mit 56 Ohm brennt die Diode durch!
mfg Klaus

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Für 20mA LED-Strom wären 56 Ohm passend.
>
> So viel Strom braucht die Diode nun auch nicht für diesen Zweck. 1k für
> 10 mA ist doch gut.

Mit 1k gibts aber nur gut 1mA.

von hinz (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> Vorsicht! Mit 56 Ohm brennt die Diode durch!

Du hast wohl den Emitterfolger nicht verstanden.

von Wolfgang (Gast)


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Nils R. schrieb:
> Schaltung_4.png

Klaus R. schrieb:
> Vorsicht! Mit 56 Ohm brennt die Diode durch!

Das rechne mal vor.

Bei 3.3V Ansteuerung liegen über dem Widerstand ungefähr 1.4V (3.3V - 
0.7V U_BE - 1.2V U_f).
Nach Ohmschem Gesetz bedeutet das mit 56Ω einen Strom von 25mA. Das wäre 
zwar ausgesprochen reichlich, ab der 4N25 (Vishay) ist mit maximal 60mA 
angegeben. Da brennt die LED bestimmt nicht durch. Um die Kühlung des 
Transistors sollte man sich da eher Sorgen machen.

von Klaus R. (klara)


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hinz schrieb:
> Du hast wohl den Emitterfolger nicht verstanden.

Oh ja, ich hatte immer mit 10 V gerechnet!
Alles klar, Danke.
mfg Klaus

von hinz (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> Um die Kühlung des
> Transistors sollte man sich da eher Sorgen machen.

Naja, TO-92 steckt das noch locker weg. Aber wieviel Strom der TE 
empfängerseitg braucht ist ja eh nicht klar.

von Klaus R. (klara)


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Wolfgang schrieb:
> Um die Kühlung des
> Transistors sollte man sich da eher Sorgen machen.

Also doch besser eine Emitterschaltung un den Transistor voll 
durchschalten lassen. Allerdings wird dann die Phase gedreht.

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204302.htm
mfg Klaus

von hinz (Gast)


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Klaus R. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Um die Kühlung des
>> Transistors sollte man sich da eher Sorgen machen.
>
> Also doch besser eine Emitterschaltung un den Transistor voll
> durchschalten lassen.

Ach wo.

von Dieter (Gast)


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10V*10mA=100mW das geht schon.

von Nils R. (augur)


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hinz schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Um die Kühlung des
>> Transistors sollte man sich da eher Sorgen machen.
>
> Naja, TO-92 steckt das noch locker weg. Aber wieviel Strom der TE
> empfängerseitg braucht ist ja eh nicht klar.

Das geht auf einen digitalen Input Pin eines Arduino mit einem Pull-down 
von 4,7kOhm und 5V Spannung.

Wenn es über einen anderen OK geht wäre es mir am liebsten, dann muss 
ich das nicht an die Schaltung frimeln. Ansonsten ist es aber halt so.

von hinz (Gast)


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Nils R. schrieb:
> Das geht auf einen digitalen Input Pin eines Arduino mit einem Pull-down
> von 4,7kOhm und 5V Spannung.

Dann reichen 10mA LED-Strom locker, also 100-150 Ohm.


> Wenn es über einen anderen OK geht wäre es mir am liebsten,

IL766B-2, wenn du noch einen bekommen kannst...

von Jens G. (jensig)


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Nils R. (augur) schrieb:

>Hab mir das alles selber beigebracht als Laie, daher verzeiht mir
>fehlende Details und fragt gerne. Und Jens, du hast es genau
>beschrieben. Die 220 Ohm hab ich wegen (3,3V - 1,15V) / 10mA angesetzt,
>aber wahrscheinlich ist das Blödsinn.

Ja, war Blödsinn, da Du bei dieser Art von Ausgang jetzt 10k+220Ohm in 
Reihe zw. 3,3V und LED (OK) hast.
Die Frage wäre eigentlich, ob Du überhaupt saubere Logikpegel am 
PS-Ausgang brauchst. Wenn Du da nur Deinen OK dran hast, das PS-Signal 
aber sonst für nix anderes direkt verwendest, dann isses doch eher egal, 
daß Du nur noch 2V als H-Pegel dort hast.


Klaus R. (klara) schrieb:

>Also fließt bei ON-Signal: (3,3 V - 1,0 V) / 10 KOhm = 0,23 mA. Das ist
>eigentlich zu wenig Strom für die Diode des Optokopplers.

Warum? Das hängt doch von der Ausgangsbeschaltung des OK ab, ob der 
Eingangsstrom reicht. Man macht den Ausgangs-Arbeitswiderstand einfach 
hochohmiger, dann sollte es auch mit 0,23mA gehen. Ok, der 4n25 ist da 
schon sehr grenzwertig ...


Nils R. (augur)
>Das geht auf einen digitalen Input Pin eines Arduino mit einem Pull-down
>von 4,7kOhm und 5V Spannung.

Wenn Du den PullDown deutlich größer machst (vielleicht 47k), dann 
sollte doch die ursprüngliche Schaltung ohne extra Verstärkung rel. 
sicher funktionieren  (ist aber dann bei langen Leitungen entsprechend 
störempfindlicher - evtl. einen C (paar nF) parallel zum PullDown 
machen).

: Bearbeitet durch User
von hinz (Gast)


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Jens G. schrieb:
> Wenn Du den PullDown deutlich größer machst (vielleicht 47k), dann
> sollte doch die ursprüngliche Schaltung ohne extra Verstärkung rel.
> sicher funktionieren

Schau dir mal wie unterirdisch der CTR bei 0,2mA LED-Strom ist.

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