Andere fuses lassen sich bestimmen mit
http://www.engbedded.com/fusecalc/ (z.B. lfuse:w:0xFF:m -U hfuse:w:0xD9:m für 16MHz Quartz)
http://winavr.sourceforge.net/ (GCC fuer AVR, CC UND LINKER wollen Definition des Prozessors sehen z.B. -mmcu=atmega88, installiert giveio)
http://www.nongnu.org/avrdude/ http://savannah.nongnu.org/projects/avrdude (AVRDude Downloader, enthalten in WinAVR, braucht im HID Mode mit AVR-Doper keinen Treiber)
http://www.recursion.jp/avrcdc/lowbulk.html (Treiber für Vista/Win7)
http://tiny.systems/article/chickenEggProblem.html (AVR per Soundkarte programmieren falls kein LPT/RS232 Port vorhanden ist)
http://www.obdev.at/products/vusb/avrdoper.html http://hobbyelektronik.org/w/index.php?title=AVR-Doper http://rototron.info/default.aspx?Page=USBAVR/USBAVR.aspx (AVR-Doper STK500 kompatibles USB Programmiergerät, verschiedene Versionen)
http://www.mikrocontroller.net/topic/296383#3163978 (AVR high voltage programmer mit 74HC299)
http://www.rowalt.de/mc/avr/progd.htm (Twinavr Programmiersoftware, erst 0.9.9.2 kennt Atmega8515)
http://www.lancos.com/prog.html (PonyProg RES-D7 MOSI-D5 SCK-D4 MISO-ACK, Probleme bei GHz-Pentiums, config fuses 0 ist gesetzt)
http://www.fischl.de/usbasp/ (verwendet selbst einen ATmega8 direkt an USB)
http://elm-chan.org/works/avrx/report_e.html
http://www.lancos.com/e2p/betterSTK200.gif
http://www.fortunecity.com/meltingpot/alberni/1159/id49.htm (STK200 isp Kabel)
http://rumil.de/hardware/
http://www.elektronik-kompendium.de/public/arnerossius/schalt/mikro/attiny11.htm (ATTiny11 Programmer)
https://ssl-id.de/b-redemann.de/hvprog1.shtml (HV Programmer)
http://www.iready.org/projects/uinternet/ispdongle.pdf
http://www.helmix.at/hapsim/index.htm
http://www.avr-asm-tutorial.net/
http://www.ssalewski.de/Misc.html.de (AT90USB1287 mit Software)
http://www.mikrocontroller.net/
http://www.mcselec.com/ (Basic 2k freeware, $49)
http://www.hpinfotech.ro/ (CodeVision C-Comp)
http://www.ckuehnel.ch/
http://www.jcwolfram.de/projekte/avr/chipbasic32/main.php (Basic)
http://bralug.de/wiki/Basic-Interpreter_f%C3%BCr_AVR_(uBasic-avr)
http://www.e-lab.de/ (Pascal, 4k gratis, 8k 25 EUR)
http://www.omegav.ntnu.no/avr/resources.php3
http://www.olimex.com/dev/index.html (viele Development-Boards)
http://www.ixbat.de/index.php?page_id=135 (Open Source USB Prog mit Zusatznutzen)
http://instruct1.cit.cornell.edu/courses/ee476/FinalProjects/ (viele Projekte)
http://www.avr-modelleisenbahn.de/controller/atmega8/atmega8.htm (brauchbare Beschreibung des ATmega8)
http://provideyourown.com/2012/secret-arduino-voltmeter-measure-battery-voltage/ (moderne AVR messen eigene Betriebsspannung)
http://www.microsps.com/ (SPS, AVR mit Relais, Optoeingängen, RC5, RTC, Display, 4 Tasten für Hutschiene)
http://scanwidget.livejournal.com/32928.html http://svn.navi.cx/misc/trunk/avrfid/avrfid.S RFID
und richtig, du kannst sie alle mit einem selbstgebastelten Kabel (5 Leitungen)
vom Parallelport des PC aus programmieren. Software brauchst du nicht selber zu
schreiben, PonyProg, AVR.EXE und andere gibt's gratis.
Wenn du mit einem STK200 Kabel den ATmega mit Atmel's Software programmieren
willst, und eine Meldung bekommst, das du das 'Value added pack dongle'
brauchst, löte einen Draht von Pin 2 zu Pin 12 des Druckerports, damit die
Software dein Kabel als STK200+ Kabel akzeptiert. Achtung: Bei einigen ATmega
sind die Pins MISO, MOSI für die ISP-Programmierung nicht identisch mit der
Pinbelegung am Anfang des Datenblattes ! Auf jeden Fall unter Serial
Downloading im Datenblatt nachsehen welche Pins für die ISP-Programmierung
verwendet werden. Unter Linux tut's uisp am AN910-Programmer.
> ich habe die AVR´s bisher immer in Assembler programmiert, möchte jetzt
> aber lieber in C weitermachen. Dazu habe ich mich schon im Netz umgeschaut,
> aber eigentlich hat mir nur das Programm von Imagecraft richtig gut gefallen,
> naja bis auf den Preis halt :) Gibt es denn keine vergleichbare Software
> die (kostenlos)/preiswerter ist ?
Von: Andreas Schwarz 22.3.2001
Der meiner Meinung nach beste freie C-Compiler für die AVRs ist AVR-GCC.
Er kann von der Leistungsfähigkeit her mit anderen Compilern locker mithalten,
sogar C++-Programme sind möglich, was man bei anderen Herstellern erst ab
ein paar Tausend EUR bekommt (wobei man den Sinn von C++ auf 8 bit-uC
allerdings in Frage stellen kann...). Hier ein paar Links zu AVR-GCC:
http://www.mikrocontroller.net/ (Installationsanleitung)
http://www.avrfreaks.net/ (Forum, Beispielprogramme)
http://bitbashing.io/embedded-cpp.html (C++ auf GCC Besonderheiten)
Andere kostenlose Compiler:
http://www.mcselec.com/bascom-avr.htm (Basic, Demo mit 2kB-Beschränkung)
http://www.jennaron.com.au/smallc/smallc.html (C, Freeware)
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR-GCC-Tutorial
http://www.e-lab.de/ (Pascal-Compiler, Demo mit 4kB-Beschränkung)
http://users.iafrica.com/r/ra/rainier/ (Pascal, Shareware)
> Was ist der Unterschied zwischen dem AT90S1200 und dem AT90S1200A ?
Beim A-Typ ist der RC-Oszillator statt dem Quartzoszillator voreingestellt.
Das ist nützlich, wenn man den Atmel seriell programmiert, da man dabei nicht
die Oszillatorart verstellen kann. Allerdings sollte man anstelle des AT90S1200
sowieso lieber den AT90S2313 kaufen, da ist mehr drin zu fast demselben Preis.
Dann hat man das Oszillator-Umschaltungsproblem nämlich nicht.
Der AT90S1200 hat auch noch einen anderen unangenehmen Effekt: Er lässt sich
nur beim Einschalten durch RESET auf low in den Programmiermodus schalten,
ein erneutes Einschalten des Programmiermodus ist ohne Abklemmen der
Versorgungsspannung nicht möglich. Da der Programmieralgorithmus auch noch
unterschiedlich zu den anderen AVRs ist, kann man anhand der ID auch nicht
herausfinden, um welchen uC es geht. Aber avrdude beherrscht den 1200er.
> Das Problem ist, dass uisp den Prozessor mal erkennt (eher selten) und mal
> nicht.
> Wie muss ich beim AVR die Fuses beim Programmieren richtig setzen ?
http://www.engbedded.com/fusecalc/
Von: Gnoomy
Hat sich gerade erledigt, ich hab mal so probeweise einen 100nF Kondensator
zwischen VCC und GND gehängt und jetzt tuts.
> woran könnte es liegen, das der interne RC-Oszillator vom AT90S2343
> nach dem Anlegen der Betriebsspannung nicht anschwingt ?
Von: Christoph Brudy
Ich hab' hier ein Errata Sheet zum AT90S2343, dort steht ungefähr folgendes:
"Wenn VCC beim Einschalten kurzzeitig negativ wird, kann es sein, dass das
RCEN-Bit irrtümlich als nicht gesetzt angesehen wird". Ansonsten scheint der
AT90S2343 auch gegen zu langsames Ansteigen der Betriebsspannung allergisch
zu sein. So wie bei den ATmega161 errata: "At certain frequencies and
voltages ... may fail." Auf deutsch: "Wir haben keine Ahnung, was wir da
verramscht haben, aber manchmal geht es halt doch" ;-(
> Kann man den Flash Code auf einen bestimmten AVR funktionseinschränken ?
Viele AVR besitzen einen RC Oszillator mit einem nicht veränderbaren RC
calibration Wert. Diesen Wert kann die Software lesen und mit einem festen
Wert vergleichen oder als Decryption-Key verwenden. Damit ist das flash-Image
nicht für jedes Exemplar des AVR brauchbar, weil andere AVR andere calibration
Werte von Atmel einprogrammiert bekamen.
> AVR ALE tot ?
Von: Jesper Hansen
Die Latch-Pulse auf ALE sind SEHR kurz, ca. 30ns bei 8MHz. Zugriffe auf
internes SRAM erzeugen ebenfalls 1-20ns kurze Pulse auf ALE (siehe Seite
53 "Interface to External SRAM" und die Abbildungen 43 und 44 im
AT90S8515 Datenblatt). Der 74HC573 und ähnliche Latches sind kritisch,
manche funktionieren und andere nicht. Ein 100pF Kondensator zwischen
Enable und GND kann helfen.
Von: Jan-Hinnerk Reichert
Das externe RAM-Interface des AT90S8515 hat einige Merkwürdigkeiten.
Zunächst ist die RD-Pulsweite sehr viel kleiner als die WR-Pulsweite. Hier
kann das Einschalten von Waitstates Abhilfe schaffen.
Das weitaus größere Problem ist aber, daß es beim Schreibzugriff keine
garantierte Dataholdtime gibt, d.h. der Datenbus wird gleichzeitig mit /WR
zurückgesetzt. Viele Peripherie-Chips brauchen aber die Daten noch einige
ns. Oft bewegt sich das ganze im Grenzbereich, so daß das Schreiben
manchmal oder fast immer funktioniert. Auch unscheinbare Änderungen in der
Schaltung können so plötzlich zu Fehlern führen (geringfügige Verzögerung
von Signalen durch parazitäre C).
Waitstates können hier *keine* Abhilfe schaffen!
Ich habe in einem Fall durch Längswiderstände (150 Ohm) auf dem Datenbus,
eine ausreichende Verzögerung erreichen können. Möchte das aber nicht
unbedingt weiterempfehlen, da sich die Verzögerung eines RC-Glieds mit
unbestimmtem C schlecht ausrechnen läßt ;-)
IMHO sollte man für Projekte mit externem RAM, den ATmega161 (bzw. den
Nachfolger ATmega162). Der ATmega161 hat ein deutlich überarbeitetes
SRAM-Interface und auch sonst ein paar nette Features mehr (BOR und
Bootloader sollen fehlerhaft sein)
> Gibt es AVRs für niedrige Betriebsspannung so wie die PIC16Lxxx ?
ATTiny43U ab 0,7V, ATtiny12V, ATtiny28V ab 1,8V, die L-Typen laufen ab 2.7V,
und Silabs hat C8051F90..93 die ab 0.9V per internen DC/DC-Wandler laufen,
OKI ML610Q läuft ab 1.1V aber 0.5uA in Halt, Texas Instruments MSP430L092
von 0.9V bis 1.65V aber 3uA in Halt. Holtek: HT6xF0xM (int. DC/DC) Semtech:
XE8801/02/05 selber Core wie die von EM Micro, AT32UC3 als imo bessere
Alternative zu den STM32L. Für höhere zu schaltende Spannung (VFD schalten)
gibt es den HT48R065V.
> Passende RESET-Controller ?
MC34064-5 (4.6V), TL7757 (4.55V), MC34164-xx (4.3V,2.7V), TS831-5 (4.33V),
MC33464-xxATZ (0.9V, 2.0V, 2.7V, 3.0V, 4.5V). ICL7665(A/B), MN138x1 (2-4.9V),
MAX809/917/918/637x/6806, TL7702/7705, S1009N46 (270nA, sii-ic.com)
> Werden ICs auch mal schlechter ?
http://img.digikey.com/Retractions/WC154601%20-%20PCN-12-23-2015.pdf
F.7.1.1. ESP8266 WiFi SOC
So bald man sich per WiFi mit dem Internet verbinden will, eignet sich der
ESP8266 sehr gut, er beesteht aus einem Microprozessor mit eingebautem WLAN
Modul und es gibt viele vorgefertigte Module, aber die wenigsten haben CE
konforme R&TTE Prüfdokumente
http://www.esp8266.com/wiki/doku.php?id=esp8266-module-family
Genau so einfach programmierbar wie die Arduinos, reicht die geringe
Rechenleistung und Anschlussanzahl doch für viele Projekte aus, und der
Strombedarf ist in Modulen ohne LED und Spannungsregler bis auf 10uA
absenkbar im deep sleep, allerdings verträgt so ein Modul nicht den
Spannungsbereich einer LiIon Zelle von 2.5 bis 4.2V sondern nur 3.0 bis
3.3V.
https://espressif.com/en/products/hardware/esp8266ex/overview
http://www.golem.de/news/mitmachprojekt-temperatur-messen-und-versenden-mit-dem-esp8266-1604-120378.html
https://openhomeautomation.net/esp8266-battery/
F.7.2. Microchip PIC
Von: MaWin 17.7.2000
Die PICs von http://www.microchip.com/ sind vor den Atmels erschienen und
werden daher oft genannt. Allerdings sind nur die F Modelle (PICxxFxxx)
elektrisch reprogrammierbar und damit basteltauglich. Die C Modelle (PICxxCxxx)
sind im Plastikgehäuse nur ein mal programmierbar (OTP) und nur im teuren JW
Gehäuse mit Quartzfenster mit UV-Licht löschbar (siehe F.7.5.) zum erneuten
programmieren. Microchip hat sehr gute Application Notes, auch für Atmel
Benutzer lesenswert, und die A/D-Wandler sind schneller, die Zähler lassen
sich (zumindest beim PIC16F628) mit bis zu 50MHz takten während sie beim AVR
nur bis 1/4 der CPU (Timer2) bzw. fclk_IO (andere) zählen. Dafür ist die
Architektur (W-Register und die Aufteilung des RAMs in mehrere 'banks')
grausam. Sie wurde 1975 von General Instruments als 'Peripherial Input
Controller' entworfen, ist also sogar älter als der 8051, und man merkt das.
http://www.brouhaha.com/~eric/pic/faq.txt
http://web.archive.org/web/*/http://www.rhoent.com/pic16xx.pdf
Diese Links führen dich erstmal weiter, allerdings machen viele der primitiven
Programmierschaltungen Probleme, weil sie nicht auf deinem Rechner laufen,
nicht deinen PIC programmieren, irgendwelche Bits falsch setzen, gar die erste
Stelle des EEPROM zerstören, Fehlermeldungen liefern obwohl keine Fehler
aufgetreten sind, etc. pp. Leider habe ich keinen Link auf einen frei
erhältlichen Programmer, der auch unter Windows NT, auch auf 2GHz-Prozessoren,
auch mit dem PIC16F84A, etc. zuverlässig läuft.
Microchips eigener Programmer PICStart+ bis Version -R4 muss zum Brennen
neuerer PICs geupdatet werden, wozu man erst einen teuren PIC17C44JW-25
kaufen muss und zwingend MPLAB IDE V5.7.x statt V6 benötigt. Ganz neue
PICs sind damit dennoch nicht programmierbar. Bei Version -R5 bis -R19
braucht man einen PIC18F6720, den man aber noch nirgends bekommt, und
benötigt MPLAB IDE ab v6.40 . Erst ab Version -R20 ist der updatefähige
PIC18F6720 schon drin.
Ähnlich dem Arduino gibt es den Pinguino für PICs mit Programmierbarkeit über
USB und ähnlicher C Sprache. http://www.pinguino.cc/
Michochip hat inzwischen viele zueinander inkompatible Serien, bis hin zu
DSP digital signal prozessoren wie dsPIC33MC502, deren Entwicklungsumgebung
aber nervig ist und der Debugger schnachlangsam, dafür haben sie gute
Timer, was z.B. 3-Phasen Umrichter programmierbar macht.
http://www.microchip.com/ (Datenblaetter, Assembler MPLAB, vor allem die 'Reference Designs')
http://forum.microchip.com/
http://www.rowalt.de/mc/ (POC)
http://www.sprut.de/electronic/pic/index.htm
http://pic-projekte.de/
http://www.sprut.de/electronic/pic/fallen/fallen.html
http://www.harald-sattler.de/html/body_icd_nachbau.htm
http://www.voti.nl/wisp648/n_index.html aktuelles Programmiergerät
http://www.stolz.de.be/ (ICD2-Kabel nur aus Widerständen, ICD für MPLAB6)
http://people.freenet.de/dl4yhf/winpicpr.html
http://www.jdm.homepage.dk/newpic.htm (viele einfachste PIC16F84 programmer)
http://www.jdm.homepage.dk/newpic3.htm (nur 16F84 und 24Cxx)
http://www.jdm.homepage.dk/picsoft.htm (PIP02)
http://www.rotgradpsi.de/mc (16F87x)
http://www.dontronics.com/rfarmer.html (16F87x downloader)
http://www.PROuC.de/ (PIC16F84 programmer)
http://www.mikroelektronika.co.yu/english/product/books/PICbook/picbook.htm (Komplettes Buch PIC16C84 mit MPLab)
http://www.voti.nl/wisp/
http://www.dattalo.com/ (gpsim)
http://www.piclist.com/freeicd (und die piclist an sich)
http://www.picant.com/c2c/c.html
http://www.bknd.com/ (CC5X, 1k free demo)
http://www.htsoft.com/ (Free C for 16x84, 2MB download)
Das Problem der 13V in-circuit-Programmierspannung bei den 16F84 ist mit der
16F87x-Reihe beseitigt, die von der Austattung her den 17ern ähnlich sind.
> Kann man den in alten Bauanleitungen angegebenen PIC16C84 durch den
> PIC16F84 ersetzen ?
Im Prinzip ja. Der 16F84 hat doppelt so viel RAM (daher geht's umgekehrt nicht
immer) und man muss das ConfigBit PWRTE invertiert programmieren (das kann
man aber an Programmiersoftware, die nur den 16C84 kennt, meist einstellen).
Im Datenblatt zum PIC16F84A 35007a.pdf gibt es ein ganzes Kapitel mit den
Unterschieden der Prozessoren.
> Lässt sich ein PIC16F84A mit Programmern für den PIC16F84 brennen ?
Im Prinzip ja. Allerdings will der A-Typ recht genau 13V an MCLR als
Schaltspannung sehen, viele Primitivprogrammierschaltungen verwenden dort
nur 9V. Also mal nachmessen. Siehe auch DS30189D.PDF von Microchip.
> Warum läuft mein PIC16C711 nicht mit dem Quartz, der am PIC16C71 geht ?
Es scheint Typen zu geben, deren Vorwärtsleitwert < 100uS statt 450uS ist.
> Warum funktioniert PortA von meinem PIC16F628 nicht wie vorgesehen ?
Es scheint Probleme mit diesem Chip und TRISA zu geben, das sich von selbst
verstellt, siehe d.s.e Message-ID 3F17CA22.8060202@alpha.pl
> Warum funktioniert mein PIC16F648A beim EEPROM-Programmieren nicht ?
Siehe Errata 80151e.pdf "Unexpected program execution may occur during
data EEPROM write cycles" in PIC16F648A Silicon revision A1.
> Warum kann ich aus meinem PIC16C5..JW auch nach dem Löschen nur
> Nullen auskesen ?
Alle CP0 und CP1 protection bits auf 1 gesetzt ?
F.7.3. Intel 8051 kompatible
Von unglaublich vielen Herstellern
http://www.computer-solutions.co.uk/info/micro-search/8051/bymanuf.asp
werden uC hergestellt, deren Kern (und damit Assemblersprache) kompatibel
zum alten 8051er von http://www.intel.com/ ist, so dass sich viele Leute
schon mit der Architektur auskennen und viele Beispiele existieren.
http://www.c51.de/
Schon http://www.atmel.com/ hat eine ganze Palette vom kleinen AT89C2051
über AT89C51/53, der auch mit externem Speicher erweitert werden kann,
und den T89C51CC01 von Atmel/Temic mit 32k Flash, 2k EEPROM, 8*10bit 4,
CAN Bus (der T89C51RD2 vergisst jedoch ohne Reset-Controller manchmal den
Inhalt des Programmspeichers) bis 66 MHz. Bis 300 GradC arbeiten HT83C51
im Keramikgehäuse von https://aerospace.honeywell.com/en/products/navigation-and-sensors/high-temperature-microelectronics (dazu Bauteile von
http://www.cissoid.com/ ) und einiges bis 220 GradC von Texas Instruments
8-fach 24-Bit ADC http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ads1278-ht.pdf
Spannungsreferenz http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/ref5025-ht.pdf
3.5W Schaltregler-Spannungswandler Cissoid Fuji von -55 bis +225 GradC,
C28xE DSP http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/sm320f2812-ht.pdf , bis
200 GradC der JFET-OpAmp I-6H001 und I-6H005 12bit A/D von Interfet,
ARM7TDMI mit 60 MHz http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/sm470r1b1m-ht.pdf
auch der digitale Temperatursensor LM95172, und bis 12V auch an den
Eingängen/Ausgängen arbeiten Micronas HVC22xyA HVC24xyA und Infineon
TLE7810G. Linear Technologies hat X Grade ICs bis 200 GradC, LT8610AX,
LT582X, LT581X, LT580X, LT1007X. Atmel ATmega/ATtiny GradeO geht bis 150
GradC, Grade 1 bis 125 GradC, Grade2 bis 105 GradC. DSPIC33FJxxxGPxxxA
arbeitet bis 140 GradC mit eingeschränkten Leistungsdaten. Intersil
liefert radiation hardened CMOS und viele Chips für 'harsh environment'.
Bauteile mit Space Rating von Texas Instruments:
LF411QML-SP - Low Offset, Low Drift JFET Input Operational
Amplifier - Hi-Rel 1 10 5 1.8 25 Space -55 to 125 CFP
LM158QML-SP - Low Power Dual Operational Amplifier - Hi-Rel 2 3
1 0.5 In to V- 5 0.25 40 Space -55 to 125, 25 Only CDIP,
CFP, DIESALE, TO-99
LM124-SP - Quadruple Operational Amplifier - Hi-Rel 4 1.2
0.5 In to V- 5 0.175 35 Space -55 to 125 CDIP, XCEPT
LM148JAN-SP - Quad 741 Op Amp - Hi-Rel 4 40 0.9 5 0.6 60 Space -55 to 125 CDIP
LM118JAN-SP - Operational Amplifier - Hi-Rel
http://www.ti.com/lit/sl/sgzt010/sgzt010.pdf (Extended Temperature Selection Guide & Derating)
http://www.steatite-batteries.co.uk/electrochem-lithium-batteries.html (Hochtemperaturbatterien bis 200 GradC)
http://www.intersil.com/en/parametricsearch.html?g=space-and-harsh-environment&sg=rad-hard-digital&f=rh-nand-gates#g=space-and-harsh-environment&sg=harsh-environment
https://www.silabs.com/ bietet 14-bit 1MSPS A/D oder 16*12bit A/D 4*12bit
D/A, 64 I/O und 64k Flash+4k RAM oder den C8051F4 mit 100MHz,
http://www.analog.com/ hat den ADUC824/834 mit 24bit A/D, 3 x 16 bit A/D,
12 bit D/A, PWM und 62k Flash, 4k EEPROM, 2k RAM und http://www.infineon.de/
(Siemens) hat den (veralteten) 80C537 und C5xx, und http://www.dalsemi.com/
(Maxim) den 33MHz schnellen DS87C550, Tezzaron den TSCR8051L bis 200MHz,
und http://www.ti.com/ den TUSB3210 mit USB Interface (miese Doku, kein
Herstellersupport), Cypress EZ-USB (bessere Doku) oder den MSC1210 mit
32k Flash (partitionierbar für Daten und Programm), 1k RAM, 24 Bit ADC mit
PGA und 2 UARTs. Der Philips P89LPC932 hat wohl noch reihenweise
Maskenfehler.
Auf den ersten Blick ein Nachteil der 8051 sind die I/O-Pins, die immer als
Eingang mit pull up geschaltet sind und nur gegen Masse gezogen werden um
ein LOW auszugeben. Damit funktioniert
LED
uC --R--|>|-- GND
und
+12V
|
Last
|
uC --1k--|< NPN
|E
GND
nicht, und die oft gesehene Variante
+------+
| |
+5V --1k--+ Last | +
| | 12V
uC -------+--|< NPN | -
|E |
GND ----------+------+
hat nicht nur den Nachteil, daß sie dauernd 5mA zieht, sondern auch, daß die
Last eingeschaltet ist bis der uC nach dem RESET den Ausgang auf LOW zieht.
Aber es gibt Lösungen
uC --R--|<|-- +5V
oder
+5V ------+------+
|E |
uC --1k--|< PNP | +
| 12V
Last | -
| |
+------+
sogar mit weniger Bauteilaufwand, da der pull up der den PNP ausschaltet,
schon eingebaut ist. Statt PNP natürlich ist auch ein LogicLevel P-MOSFET
möglich. Sogar ein (auch snubberless, aber je nach 8051 Modell < 20mA IG
oder mehrere Ausgänge parallel) TRIAC an 230V~ statt 12V=.
+5V ---------+--------+
| | (ggf. VDR mit Thermosicherung und Snubber
| o und Feinsicherung wenn nötig)
TRIAC 230V~
/| o
uC --220R--´ | |
+--Last--+
Beim 87C51 - einem 8051-Derivat mit Bus für externen ROM/RAM - kann man
Code aus dem RAM ausführen, in dem man PS (Programmstrobe) mit RD verknüpft.
Zum simplen Programmieren von AT89C2051/4051 gibt es BlowIt und Prog2051,
wenn man noch einen PC mit richtigem seriellen RS232 oder parallelem LPT Port
hat.
http://www.dinceraydin.com/files/blowit.pdf
http://www.salvitti.it/geo/prog2051/index.htm
Die grösseren AT89C sind nur parallel so wie Intel's 8751 zu programmieren.
Die AT89S hingegen (bis auf 8253) lassen sich besonders einfach mit AVR ISP
V2.65 über 5 Leitungen vom Parallelport eines PC programmieren, aber:
"Experiments using AT89S devices have shown that if the user code writes to
any of the ISP I/O pins (MOSI, MISO, SCK) within approximately 500ms of the
user code coming out of RESET condition, any subsequent serial programming
operation fails. The problem is then that the only way to re-program the
device successfully is to physically remove it from the target board and
erase it in a parallel programmer. Make sure that the user code does not
access any of the ISP I/O pins within 500ms of coming out of RESET condition"
Man braucht einen anderen Adapter, um mit der Atmel "ISP89 Software" zu
programmieren. Damit kann man dann den AT89S8253, sowie auch die neuen
kleinen MCs AT89S4051 und AT89S2051 und weitere Typen der 89S / 89LS /
89LP -Serie programmieren.
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/isp_C_v5.PDF
Dabei handelt es sich um einen JTAG-Adapter. Man braucht nur die Signale
neu zuzuordnen. TCK=SCK TDO=MISO TMS=RST TDI=MOSI (An manchen LPT-Ports
könnte es mit den 100R-Serien-Widerständen Probleme geben, dann ggf. auf
47R verringern.) Hier ein Bsp. für vereinfachten Adapter und Anschaltung:
http://www.fi.uba.ar/materias/6609/docs/NotasISP.pdf
Der Adapter lässt sich noch stark abrüsten, entspricht im wesentlichen dem
gängigen AVR ISP-Adapter, nur mit anderer Belegung der Steckverbinder.
Bei den T89C von Atmel erfolgt die Programmierung über die serielle
Schnittstelle, ebenso wie bei vielen von Philips. https://www.silabs.com/
verkauft $99 billige Development Toolkits. Die anderen genannten Chips
erfordern meist eine aufwändigere Programmierschaltung. GnuC gibt es leider
nicht, aber Keil und SDCC.
http://developer.intel.com/design/mcs51/docs_mcs51.htm
https://www.silabs.com/
http://plit.de/asem-51/ (ASEM51)
ftp://ftp.uni-stuttgart.de/pub/systems/msdos/programming/as (Alfred Arnold AS)
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/isp_C_v5.PDF
http://www.computer-solutions.co.uk/info/micro-search/index.htm (Vergleichsliste)
ftp://rtfm.mit.edu/pub/usenet/comp.answers/microcontroller-faq/8051 (FAQ)
http://www.lancos.com/ (PonyProg: RES-D7 MOSI-D5 SCK-D4 MISO-ACK, Probleme bei GHz-Pentiums)
http://www.pjrc.com/tech/8051/contrib/prog2051.zip (Paul Hoepping's Prog2051)
http://www.aec-electronics.co.nz/software.htm (AT89S51, AT89S52, AT89S53 and AT89S8252)
http://www.8052.com/
http://www.atmel.com/atmel/acrobat/doc1486.pdf (89S ISP errata)
http://www.vaultbbs.com/pinnacle/ (IDE)
http://www.fsinc.com/devtools/default.htm (IDE Demo 4k free)
http://mazsola.iit.uni-miskolc.hu/~drdani/embedded/s51/ (Simulator)
http://sdcc.sourceforge.net/ (C-Compiler)
http://www.nxp.com/acrobat/applicationnotes/AN457.pdf (ext RAM)
http://www.8051.co.kr/html/development/pdf/cpu_application_note/Philips/AN417.PDF (dyn RAM)
http://www.b-kainka.de/basic.htm (BASIC für 51, 535, 537, auch Compiler)
http://www.mikrocontroller-projekte.de/RC-Elektronik/Fahrtregler/
http://www.PROuC.de/ (89S8252 programmer)
> Mein AT89S8252 lässt sich seriell (z.B. mit PonyProg) nicht programmieren.
> Er reagiert gar nicht und liefert immer 0xFF. Andere AT89S8252 gehen.
> Nein, mein Rechner ist nicht zu schnell für PonyProg.
Siehe http://www.atmel.com/atmel/acrobat/doc1486.pdf (89S ISP errata)
> Mein AT89S8252 liefert beim Programmieren immer 0x00, 0x01, 0x02, .. 0xFF, 0x00, 0x01, ...
> d.h. nur eine solche 'Programmdatei' lässt sich ohne Fehlermeldung brennen.
Dann sind die Lock-Bits (durch einen Programmierversuch mit fehlerhaftem Timing ?
Durch Spannungsversorgungsprobleme ?) gesetzt. Lösche den ganzen Chip.
> Gibt's einen billigen einfachen Reset-Controller für den active high Reset der
> 8051er, damit das interne EEPROM nicht versehentlich überschrieben wird ?
DS1833 (TO92), LM810/MAX810 (SOT23), TS836, ICL7665, TL7705 (DIL8)
Atmel hat dazu auch eine Application Note: "External Brown-out
Protection for C51 Microcontrollers with Active High Reset Input"
Von: Dieter Petz
Der Keil C51 Compiler in der Version 4.01 ist bestens bekannt mit Falschmeldungen´
jeder Art. Danach die Fehler zu suchen ist meist Zeitverschwendung,
Syntaxfehler werden meist nicht erkannt und die 'lustigsten' Fehlermeldungen
produziert.
Verschiedene C-Compiler verlangen nach unterschiedlicher Syntax, z.B. bei der
Definiton von Interrupt-Routinen:
sdcc: void service_routine(void) interrupt 0 { }
Keil: void interrupt 0 service_runtime(void) { }
F.7.3.1. ARM Cortex
Braucht man mehr Rechenleistung, bieten sich die weit verbreiteten 32 bit
Microcontroller auf Basis des ARM Core an
http://de.wikipedia.org/wiki/ARM-Architektur
Der ARM ist enthalten ind XScale von Intel, StrongARM von DEC, PXA270,
LPC2000 von NXP, AT91 von Atmel, Cortex von ST und vielen anderen. Da die
meisten für PDAs konstruiert wurden enthalten sie oft einen integrierten
LCD-Controller und sind interessant wenn größere LCDs anzuschliessen sind.
NXP LPC4370 bietet 12 bit A/D mit 80msps, der Prozessor arbeitet mit 204MHz.
Leider ist die CPU schlecht dokumentiert. Hier ist wohl das Basisdokument:
http://www.altera.com/literature/third-party/ddi0100e_arm_arm.pdf
http://www.st.com/st-web-ui/static/active/en/resource/technical/document/datasheet/CD00240181.pdf (sehr winzige Modelle)
Und wenn jemand selber mit dem STM8 spielen will: bei ebay gibt es den
STM8S103F3 auf Adapterplatine für €1,-. Dazu braucht man einen ST-Link,
ebenfalls bei ebay für €4,-. Toolchain SDCC 3.5.0 oder neuer. Für lau
(und nur für Windows) gibts den Compiler von Cosmic mit
Codegrößenbeschränkung. Ebenfalls nett ist das STM8L-Discovery von ST.
F.7.4. EPROMs / GALs programmieren, Chipdesign
Von: MaWin 17.7.2000
Die Bauvorschläge sind meist nur für wenige Typen geeignet, und halten sich
nicht 100% an die Herstellervorschriften. Wer sich was fertiges leisten will,
der ist mit dem GALEP gut bedient (beherrscht erst ab Version 4 auch 3.3V
Chips) aber der ist nicht von den Chipherstellern zertifiziert. Wenn man sich
bei denen wegen nicht-programmierbarer Bausteine beschweren will (und bei hohen
Stückzahlen will man das), kommt also nur ein noch teureres Gerät in Frage,
z.B. von DataIO.
Kommerzielle Universalprogrammiergeräte enthalten meist hunderte von
Transistoren um die Universal Pin Driver zu realisieren oder Spezial-ICs
die Edge (http://www.semtech.com/) für Fertigungstestanlagen herstellt.
Viel zu teuer oder aufwändig zum Selbstbau. Da man als Hobbyist aber
sowieso nur wenige Chiptypen verwenden wird, und diese in grösserem
zeitlichen Abstand, kann man es sich einfach machen, wenn man GND, VCC
und VPP umsteckt. Alle (40) Pins kommen über ein Kabeljumperpatchfeld oder
ein dickes vorverdrahtetes 84 pin Steckermodul an normale I/O eines
Microcontrollers, der TTL kompatibel ist und zumindest bis 6.5V VCC
toleriert, wie AT89S8252 und AT90S8515 und es werden nur die obigen
Anschlüsse direkt mit per D/A-Wandler (TLC7528) einstellbaren
Spannungsquellen verbunden. Macht 5 Chips (2*AT90S8515, TLC7528, MAX232,
LM358) tutto completti.
Da Microsofts Firmenpolitik darin besteht, alle Programme auszugrenzen, die
nicht von Microsoft stammen, in dem zunehmend mehr Einschränkungen in den
moderneren Betriebssystemen eingebaut werden, so daß die Programme von
teilweise längst nicht mehr existierenden Fremdanbietern nicht mehr
funktionieren, muss man beispielsweise ispLSI Chips statt mit Direktanschluss
am Parallelport nun mit teurem ispVM programmieren.
Bauvorschläge:
http://s-huehn.de/elektronik/ (2716-27C8001)
http://www.telemaster.ru/cnclab/bidi.htm (russisch)
http://www.lecad.uni-lj.si/~leon/electronics/eprom-programmer/index.html
c't 1/90 2/90 4/90 8/90 3/92 4/94 EPROP + GAL Extender
http://matthieu.benoit.free.fr/ (Schaltpläne und Software kommerzieller alter Programmiergeräte)
GAL Programmiergeräte zum Selbstbau findet man unter
http://www.oocities.com/mwinterhoff/galblast.htm
http://www.embeddedtronics.com/public/Electronics/minidaq/userport/UserPort.zip (XP Port access driver)
http://vyvoj.hw.cz/teorie-a-praxe/konstrukce/galblast-programator-galu.html (billigere Replika einer alten GALBlast Version)
AltaPro 2000 von Robert G. Brown ist wohl verschwunden
http://www.asamnet.de/~hilgarte/galhome.php
http://www.wrsonline.de/gabi.html (Atari)
http://noel.feld.cvut.cz/vyu/apo/lattice/galdevt.pdf (Lattice Vorschläge zur GAL Programmierung)
GALs brauchen auf Grund ihrer internen Struktur (Analogtechnik) unglaublich
viel Strom und reagieren sehr empfindlich auf Latch-Up, also wenn die Spannung
an einem Eingang mal höher ist als die Versorgungsspannung ist (das passiert
z.B. wenn man im Betrieb mal einen entladenen 100nF Kondensator über die
Versorgungsspannungsanschlüsse klemmt oder aus Versehen die Versorgungsspannung
kurzschliesst und Kondensatoren an irgendwelchen Eingängen hängen) und zu viel
Strom von den Eingängen über die Eingangsschutzdioden zum
Versorgungsspannungsanschluss fliesst. Dann zündet intern ein Thyristor,
schliesst VCC und GND kurz und das GAL stirbt an zu hoher
Kurzschlussstromaufnahme. Wenn man Glück hat, ist es nachher 'nur' gelöscht
(inklusive der PES). Viele GAL Anwender schwören auf eine externe zusätzliche
Diode vom EDIT-Eingang (Pin 2, Anode) nach VCC um versehentliches Umschalten
in den Programmiermodus zu verhindern.
Kommerziell:
http://www.conitec.net/ (GALEP)
http://www.xeltek.com/
http://www.wokke.de/Chiptuning/reading484chip.pdf (RR-Prommer)
http://www.needhams.com/
http://www.aec.com.tw/ (Advantech Labtool, Adaptersockel beschrieben)
http://www.sg.com.tw/
http://www.stag.co.uk/
http://www.dataio.com/
http://www.autoelectric.cn/minipro/ (55 EUR bei eBay mit Adaptern)
Atmels FPSLIC (also AVR und FPGA in einem Gehäuse, leider externes EEPROM
notwendig weil kein Flash drin ist) sind trotz 'Evaluation Kit' für Bastler
ungeeignet, da die donglegeschützte IAR Software >500 Euro pro Jahr kostet.
Grössere Stückzahlen bekommen eh nur gute Atmel-Kunden, also sind sie auch
für Firmen uninteressant. ST fängt auch gerade an, einen uC mit (schlappen)
16 Makrozellen zu erweitern.
Wer nicht unbedingt 5V-Teile braucht, sondern mit 3.3V oder 2.5V auskommt,
findet bei Lattice kostengünstige ispMACH M4A CPLDs, erhältlich bei Reichelt
und Kessler.
APEX20K FPGAs erfordern (entgegen ihrem Datenblatt), das VINT erst mit oder
nach VIO angelegt wird (also Schaltregler für VINT an VIO hängen), sonst
gehen sie in Latch Up.
Analoge FPAAs konnten sich bisher nicht durchsetzen
http://public.rz.fh-wolfenbuettel.de/~harrieha/vl/eda/fpaa/ (Alle tot)
allerdings gibt es den EPAD, einen über floating gate programmierbaren
Einzel-MOSFET wie ALD1110.
http://www.aldinc.com/ald_epadfaq.php
Von: jetmarc
Ich finde, das wichtigste beim VHDL lernen ist, nicht die ganze Sprache
zu lernen. Es gibt so viele Konstrukte die sich hinterher gar nicht
synthetisieren lassen. Ich nenne das "akademisches VHDL". Die Fachbücher
sind voll davon, und man kann daraus niemals funktionierende Chips machen.
Sehr leicht entstehen aus übersehenen Kombinatonen (IF) Gleichungen vom
Generator erzeugte ungewollte Latch-Register.
Und wenn man VHDL Code übernehmen will, fangen die Probleme beim
klassischen Reset-Fall (asynchron in Architektur A, synchron in B) und
Default-Werten an und endet bei Tools, die schlicht "generate"-Konstrukte
nicht sauber unterstützen.
Stattdessen sollte man sich auf einen einfachen Grundnenner beschränken.
Den findet man am besten in den Help-Dateien des Synthesizers, und im
Usenet (comp.lang.vhdl). Man braucht die Grundstruktur eines Registers,
eines Latch, synchroner Reset, asynchroner Reset, kombinatorische Logik,
Multiplexer, Tristate. Dazu noch elementare Dinge wie if/case und die
Zusammenführung mehrerer Blöcke durch port/map.
Das ist einfacher zu lernen als C, und funktioniert auch in der Praxis !
http://www.mikrocontroller.net/topic/348511
In den USA hat sich Verilog etabliert, also sind vermutlich alle komplexen
Chips der aktuellen Zeit mit Verilog gebaut worden. Vergleicht man Verilog
und VHDL fällt auf, daß Verilog pragmatisch ist und VHDL akademisch, VHDL
erinnert an ALGOL oder ADA, Verilog verstellt den Blick auf die Inhalte
nicht durch endloses Gequatsche und verquaste Regeln. Klingt danach, als ob
man für erfolgreiche Chips besser Verilog lernt.
https://www.reddit.com/r/IAmA/comments/15iaet/iama_cpu_architect_and_designer_at_intel_ama
> und wenn es statt VHDL echte Chips sein sollen...
http://www.mosis.com/Technical/Processes/Old/proc-orb-scna12.html (Design rules)
http://www.sm.luth.se/csee/courses/smd/099/scmos72.html
http://www.vlsitechnology.org/ (Standardcells)
http://www.arraydesign.com/ (Analogarrays http://www.designinganalogchips.com/, hergestellt von http://www.zetex.com/, vertrieben z.B. von http://www.altec-ag.ch/, die nennen auch Preise)
http://www.mosis.com/ (MPW prototype batch runs in einer Handvoll Fabriken, Beispiel 40 Chips 5mm2 5000 US$)
http://www.ihp-microelectronics.com/en/services/mpw-prototyping/sigec-bicmos-technologies.html (ab 2500 EUR/mm2)
http://cmp.imag.fr/products/ic/?p=prices (MPW ca. 1000 EUR pro mm2 für 25 nackte Chip)
http://www.europractice.com/ http://www.imec.be/ (akademisch)
http://www.austriamicrosystems.com/ (eigene FAB)
http://www.elektroniknet.de/anbieterkompass/?produkt=3615 (Mixed Signal IC Entwicklung in Deutschland)
http://www.prema.com/ (bipolar analog)
http://www.elmos.com/ (digital)
http://www.gemac-chemnitz.de/ (Chemnitz)
http://www.ic-haus.com/ (auch Opto)
http://www.xfab.com/ (Erfurt, mixed signal Waferproduktion, Umsatz < 100Mio/Jahr) http://www.xfab.com/xfab/frontend/index.php?st_id=376&itid=137
http://www.ihp-microelectronics.com/ (Frankfurt/Oder)
http://www.creativechips.com/ (Bingen)
http://www.trias-mikro.de/ (Krefeld)
http://www.mixed-mode.de/ (München)
http://www.systemonic.com/ (Philips)
http://www.tlsi.com/products/customAsics.shtml (Telefonics)
http://www.sci-worx.com/ (Sican, Hannover, Braunschweig)
http://www.mazet.de/
http://www.hmt.ch/
http://www.vlsichipdesign.com/
http://www.prodesigncad.de/ (Erfurt) http://www.isytec.com/ (Erfurt)
http://www.micro-hybrid.de/ (Hybrid, Thermopile, Beschleunigungssensoren)
http://global.kyocera.com/prdct/semicon/ (Keramikgehäuse für Chips)
http://www.mirrorsemi.com/ (offene QFN Gehäuse)
http://www.amkor.com/go/microleadframe (IC-Leadframes für IC-Gehäuse)
http://www.minitron.com/deutsch/UltEqu.pdf (Werkzeuge dazu)
http://www.microchemicals.de/ (Chemikalien dazu)
https://berlin.ccc.de/wiki/Experiment:_IC-Entkapselung_mit_Kolophonium
http://runningserver.com/?page=runningserver.content.thelab.koko (Kolophoniummethode)
allerdings kostet ein 130nm Maskensatz so 400000 EUR, da wird man sich mit
einem MPW (multi project wafer) Run begnügen müssen.
Nachfertigung alter ICs:
https://www.rocelec.com/
http://www.innovasic.com/integrated-circuits
http://www.lansdale.com/
> und wenn man Polymerelektronik Transistoren einfach selber drucken möchte
...dann kauft man bei http://www.hcstarck.de/ flüssiges organisches Clevios
Halbleitermaterial von http://www.heraeus-clevios.com/en/home/clevios-homepage.aspx,
füllt es in einen Epson Piezo-Tintendrucker mit iColor Tank (enthalten keinen
Schwamm) wie z.B. C80/C82/C84, der fast alles verdruckt, auch Lebensmittelfarben,
füllt in den anderen Tank gelöstes PVP als Isolatormaterial, und druckt los.
http://www.youtube.com/watch?v=EBlqPS8boLI (Herstellung von leitfähiger Inkjet-Tinte)
http://www.heraeus-clevios.com/en/applications/printedelectronics/printed-electronics.aspx
http://www.e-pinc.de/ (elektrisch leitfähige Druckfarbe für Papier aus Kohle) http://www.watterott.com/de/Electric-Paint-Jar-50ml
http://www.britze.de/files/datasheets/Datasheet%20-%20Peters%20-%202348.pdf (Kohleschicht Siebdruck für Tastaturen)
http://www.ebaumsworld.com/video/watch/81940448/ (Silbertinte)
http://volterainc.com/ (Silbertintendrucker)
http://www.cartesianco.com/argentum/ (Silbertintendrucker)
http://www.heute.at/freizeit/multimedia/Transistor-auf-Rucola-Essbare-Elektronik-aus-Linz;art760,411985
http://www.conductivecompounds.com/applications/compounds-for-potentiometers-and-rheostats.html
Und wem Halbleiter zu modern sind, der kann auch Röhren selber bauen.
Dieses ist wohl die allerhöchste Kunst der Beschäftigung mit Elektronik.
http://www.jogis-roehrenbude.de/Leserbriefe/Ruediger-Walz-Seite.htm http://www.radiomuseum.org/dsp_multipage_pdf.cfm?pdf=tube_self_construction.pdf (Rüdiger Walz)
http://paillard.claude.free.fr/ http://dailymotion.alice.it/video/x3wrzo_fabrication-dune-lampe-triode_tech (Claude Paillard)
http://www.tubecrafter.com/ (Ron Soyland, zeigt alle nötigen Geräte) http://www.youtube.com/watch?v=Ch4pHTyigec (Nixieröhrenselbstbau)
https://www.youtube.com/watch?v=wxL4ElboiuA (Nixie Selbstbau von http://www.daliborfarny.com/)
http://www.sparkbangbuzz.com/crt/crt6.htm
http://www.lindsaybks.com/bks7/finstr/index.html (nicht so ernst)
Wenn es nicht um Programmieren, sondern ums Auslesen geht
http://dreamjam.co.uk/emuviews/pal/ (Charles McDonald PALs Device Reader)
Angeblich geht: GAL auslöten, in nen Prommer stecken, zuerst 16,5V
Programmierspannung anlegen, dann erst 5V Versorgungsspannung anlegen,
dann ignoriert der Chip die security fuse. Ab dann kannst Du mit den
Programmier-Algos für GALs auch den Kram wieder auslesen. [Wiesel]
und es gibt einige kommerzielle Anbieter, die auch geschützte GALs und uC
auslesen können:
http://www.break-ic.com/
https://events.ccc.de/congress/2008/Fahrplan/events/2896.en.html
http://zeptobars.com/en/read/FTDI-FT232RL-real-vs-fake-supereal%20this%20deep-down
Und wenn man einen alten Programmer unter Win7-64/Win8 noch nutzen will, geht
das bei vorhandener Parallelschnittstelle so:
http://www.mikrocontroller.net/topic/330355
[Anleitung] DOS-Parallelport-EPROMer unter Windows 8.1 (x64)
Von: Rufus ?. Firefly 10.04.2014
Hier eine knappe Anleitung, wie man mit einem aktuellen Windows einen
nicht aktuellen EPROM-Programmierer weiterverwenden kann, vorausgesetzt,
der verwendete PC hat noch einen echten Parallelport.
Das hier beschriebene habe ich mit einem "EPROP+" der Firma Taskit
ausprobiert.
DOS-basiertes EPROM-Programmiergerät für den Parallelport mit Windows
8.1 x64 verwenden
Mit einer speziell angepassten Version von DOSBox und einem x64-Treiber
für den direkten I/O-Zugriff ist es möglich, DOS-basierte EPROM-
Programmiergeräte auch unter Windows 8.1 x64 zu verwenden.
Voraussetzungen:
----------------
Neben den naheliegenden Voraussetzungen (Programmiergerät, DOS-Software
dafür, x64-PC mit echtem Parallelport und installiertem Windows 8.1)
werden folgende Dateien mit signierten Treibern benötigt:
[1] DOSBox_Megabuild6-win32-installer.exe http://source.dosbox.com/mb6/DOSBox_Megabuild6-win...
[2] dosbox.zip http://www.vogons.org/download/file.php?id=10111
[3] InpOutBinaries_1500.zip http://www.highrez.co.uk/scripts/download.asp?pack...
[4] freetype-2.3.5-1-bin.zip http://gnuwin32.sourceforge.net/downlinks/freetype...
[5] libpng-1.2.37-bin.zip http://downloads.sourceforge.net/gnuwin32/libpng-1...
[6] freetype-2.3.5-1-dep.zip http://gnuwin32.sourceforge.net/downlinks/freetype...
Installation:
-------------
1) Installationsprogramm [1] ausführen.
Werden die Standardvorgaben verwendet, wird DOSBox im Verzeichnis
"C:\Program Files (x86)\DOSBox_MB6"
installiert.
Im Explorer wird dieses Verzeichnis als
"C:\Programme (x86)\DOSBox_MB6"
lokalisiert angezeigt.
2) Im DOSBox-Installationsverzeichnis die Datei dosbox.exe durch die
im Archiv [2] enthaltene gleichnamige Datei ersetzen.
3) Archiv [3] in ein temporäres Verzeichnis extrahieren und folgende
Dateien in das DOSBox-Installationsverzeichnis kopieren:
x64\inpoutx64.sys
Win32\inpout32.dll
Installationsprogramm Win32\InstallDriver.exe ausführen
4) Folgende Dateien aus den Archiven [4], [5] und [6] extrahieren und in
das DOSBox-Installationsverzeichnis kopieren
freetype6.dll
libpng12.dll
zlib1.dll
5) DOSBox-Konfigurationsdatei anpassen
Das geht entweder über die Verknüpfung im Startmenü (Classic Shell
lässt grüßen)
oder aber durch Öffnen von %LOCALAPPDATA%\DOSBox\dosbox-SVN_MB6.conf
mit einem Texteditor.
Hier den Abschnitt [parallel] suchen und folgenden Eintrag anpassen:
parallel1=reallpt
7) gegebenenfalls Anpassungen für verwendete DOS-Programmiersoftware
machen
Fertig!
F.7.5. EPROMs löschen
Von: MaWin 17.7.2000
EPROMs werden durch ein paar Minuten Bestrahlung mit UV-Licht der Wellenlänge
254nm gelöscht. Dazu tut's keine Schwarzlicht-, Bräunungs- oder
Insektenkillerlampe oder UV-LED, sondern nur eine G4T5 oder TUV4, als
Ersatzlampe für EPROM-Löscher von http://www.conrad.de/ 982270,
http://www.reichelt.de/ und anderen für ca. 15 EUR zu haben (oder die
ozonerzeugenden 185nm Lampen, aber die wird man auch kaufen müssen, und Ozon
ist schädlich, das wäre dann also eher ein Fehlkauf):
Man muss diese Lampe in einen lichtdichten Kasten einbauen, da das Licht die
Netzhaut schädigt (http://www.misty.com/~don/uvbulb.html). Man betreibt die
Lampe in einer Fassung mit Drossel und Starter für 4 Watt Leuchtstoffröhren,
oder an der Elektronik einer zerbrochenen 5 Watt Energiesparlampe. Lege die
Chips in Leitschaumstoff ca. 1 cm bis 3 cm an die Lampe ran.
http://web.archive.org/web/*/http://www.mikeg2.freeserve.co.uk/eprom/eraser.html
National Semiconductors schreibt: "The recommended integrated dose is
6Wsec/cm2 at a wavelength of 254nm." Und an anderer Stelle: "If the device
appears erased after 8 minutes, continue exposure for a total of 24 minutes."
Das gilt für uralte ebenso wie für aktuelle Chips.
http://www.rottmerhusen.com/etronisch/eraseprom/eraseprom.html (Verlauf)
Bevor ihr einen eigenen Zeitgeber baut: Schaut doch mal, ob ihr den nicht aus
einer alten Mikrowelle/Grill ausschlachten könnt. Auch Treppenlichtautomaten
gehen. Ansonsten gibt es fertige digitale Steckerschaltuhren mit Count-Down
Timer für keine 10 EUR, meist aber nur im Minutentakt. Musst halt mal im
Baumarkt suchen... Zum Selbstbau von Langzeittimern mit Zeiteinstellung per
Poti ohne Displayanzeige eignet sich der CD4541 oder 74HC5555.
Schade, weg: http://www.hobby-elec.org/e_counter.htm (ohne uC)
Schade, weg: http://www.hobby-elec.org/e_pic6_3.htm (mit uC)
http://www.microchip.com/
AppNote AN615 "Clock Design using Low Power/Cost Techniques" beschreibt
PIC16C54 Uhr mit 99 Minuten Count-Down Timer leider nur Alarm ohne
Schaltausgang
http://www.hut.fi/~jalapaav/Electronics/Exptimer/
(leider nur C-Programm ohne I2C initialize/sendbit Funktionen, TRIAC
ohne Snubber und Sicherung dargestellt, Versorgung aus Steckernetzteil)
> Kann man EPROMs mit Röntgenstrahlen löschen ?
Von: W.Riedel 9.5.2001
Habe ich doch: 1980er mit OTP-2708 in Kunststoffgehäuse.
Quelle war ein Röntgenfluoreszenzspektrometer. Anodenspannung 40 kV.
Strahlungsintensität unbekannt, aber ausreichend, um in einer roten
PVC-Halterung nach einigen Versuchen eine gelbliche Verfärbung zu
erzeugen. Mehrere kurze Löschzyklen mit anschliessendem Auslesen,
sollten ausreichende Löschdauer bestimmen. Hat geklappt, lohnt sich
aber nicht. Eines ist jedoch sicher: Einige Gepäckdurchleuchtungen
können keine EPROMs löschen. (Wurde manchmal vermutet).
Es sieht so aus, als ob die meisten Chips mit Dosen zwischen 10kR und 100kR
gelöscht werden, das dabei aber der Chip selbst so beschädigt wird, das z.B.
die Stromaufnahme DRASTISCH ansteigt und der Datenerhalt nach
Neuprogrammierung nicht mehr gewährleistet werden kann.
F.7.6. Massenspeicher an Mikrocontrollern
> Wie schliesse ich eine Festplatte / CD-ROM / DVD-ROM / CompactFlash
> an meinen Microcontroller an ?
Im Prinzip: Direkt. Vorausgesetzt es sind genügend PortPins frei. Ein 16 bit
uC macht die Arbeit einfacher. Unter den unendlich vielen MP3-Projekten
wird auch eines mit deinem Controller sein. Schwieriger ist es, ein Projekt
zu finden, was Daten auch schreiben kann (eh nur auf Festplatte/Flash),
weil man dafür fast das ganze DOS nachbilden muss. Das passt kaum in 8k
Programmspeicher :-(
http://www.pcguide.com/ref/hdd/if/ide/std.htm
http://margo.student.utwente.nl/el/pc/hd-info/ide-tech.htm
http://members.tripod.com/piters/atari/astide.htm (IDE an Atari)
http://www.kreapc.de/ (IDE an PC)
http://www.ata-atapi.com/
http://www.nomad.ee/micros/8052bas.html
http://www.myplace.nu/mp3 (yampp, IDE an AVR)
http://www.yampp.com/
http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc7817.pdf (AVR32709 GNU MP3 Softwaredecoder auf 32bit AVR)
http://www.8052.com/
> Wie schliesse ich ein Floppylaufwerk an einen Mikrocontroller an ?
http://info-coach.fr/atari/hardware/_fd-hard/AN-917.pdf (reading and writing floppy discs)
Nicht direkt :-( Die Floppy liefert Takt und Daten auf einer Leitung und es
muss ein Datenseparator her. Dafür sind Mikrocontroller i.A. zu langsam,
man braucht mindestens 16Msps Abtastrate. Aber es gibt kleine feine
Single Chip Floppycontroller, gerade auf uralten PC Multifunktionskarten,
wie Goldstar GM82C765, HMC HM83740, Winbond W82765, FDC9266, DP8473,
die auf der einen Seite einen 8 bit Bus haben und auf der anderen direkt
den Anschluss eines Floppylaufwerks erlauben. Und da man bei einem
Mikrocontroller eh Treiber bräuchte, um die Floppylaufwerkanschlüsse
mit ausreichend viel Strom bedienen zu können, sind es auf diese
intelligente Art sogar weniger Bauteile.
Wie man den Controller bedient, steht im BIOS deines Rechners :-) Das
komplizierte kommt erst noch: Man muss das DOS nachbasteln. Daher ein
Tip, wenn man nur Daten schreiben will (z.B. 32k): Einfach mal eine Floppy
auf dem PC so formatieren und beschreiben, dann (mit DEBUG)
nachschauen was draufsteht, und vom uC nach dem Neuformatieren alle
Sektoren, ausser den eigentlichen Datensektoren, ohne Verständnis des
Inhalts schreiben lassen, wie sie auf der Beispiel-Floppy waren. Die Datei
hat dann zwar immer dasselbe Datum (der uC weiss vermutlich eh nicht wie
spät es ist), und Bad Sectors kann man nicht ausmappen (sondern muss
eine solche Floppy mit Verifyfehler abweisen), aber was soll's...
Auf Grund der Unzuverlässigkeit von Floppys, die auf einem anderen
Laufwerk beschrieben werden als sie formatiert wurden, sollte man die
Floppy auch stets formatieren.
> Und wie schliesse ich einen USB-Memory-Stick, eine SD/MMC Karte an ?
Das sind serielle Protokolle, bei denen man über die notwendige
Hardwareunterstützung am uC verfügen sollte (USB, SPI) damit
die Datenübertragung ausreichend schnell geht. Man findet
Quellcode bei den passenden uC ebenfalls im MP3-Player Umfeld.
F.7.7. Flash-EEPROMs
> Ich suche ein möglichst grosses seriell ansprechbares Flash-EEPROM
AT45Dxxx von http://www.atmel.com/, Geht bei 1 MBit los. gibt's bei
http://www.ineltek.de/ (11,80 EUR P&V) und http://www.segor.de/ zu
kaufen, und http://www.ssti.com/ bei http://www.endrich.com/ zu bekommen,
und 512kBit gibt es bei http://www.st.com/ mit I2C
Und wenn das Flash nicht will: Für scharfe Flanken auf den Timing-kritischen
Leitungen sorgen, und einen dicken Bypass-Kondensator (4u7 Ta) an VCC.
> Warum funktioniert mein serielles 93C46 EEPROM nicht ?
Manche 93C46 haben einen Write-Protect-Pin, manche nicht.
93C46 gibt es mit 8-bit- sowie mit 16-bit-Organisation, manche
Typen sind über einen Pin (ORG) auf 8- oder 16-bit konfigurierbar.
93C46 gibt es mit verschiedenen Versorgungsspannungs-Spezifikationen,
nicht jeder läuft z.B. mit 3.3V, die meisten jedoch mit 5V.
Die genau zu den Chips passenden Datenblätter wären da sicher hilfreich.
Oder die Serie einfach meiden.
> serielles RAM:
Sharp 52CV1000SF85LL 128kx8 SRAM im Gameboy
AMIS N08M0820L2B 1M*8 SPI und kleiner
Xicor XC25401 256k NOVRAM
Ramtron FM2516 16k FRAM
Fujitsu FRAM http://www.fujitsu.com/global/products/devices/semiconductor/memory/fram/lineup/index.html (ab 1.8V)
OKI MSM63V89C (1Mb), MSM6684 (4Mb), MSM6685 (8Mb) SRAM
> single bit non volatile state saver Memory wie Flip Flop
FM1105B, FM1106, FM1107, FM1110, FM1114 (RamTrom FERAM, alle nicht mehr produziert)
> Was ist der Unterschied zwischen Flash und einem EEPROM ?
Beides sind EEPROMs, also elektrisch überschreibbare Festwertspeicher. Beim
teureren EEPROM kann man einzelne Bytes ändern, bei den Flash-EEPROMs kann
man nur ganze Seiten (eventuell den ganzen Chip) löschen, dafür sind sie pro
Bit billiger und mit grösserer Kapazität erhältlich. Im Allgemeinen sind die
nicht-Flash EEPROMs auch öfter überschreibbar, aber schau in's Datenblatt.
Bei beiden gibt es Varianten, die eine extra Programmierspannung von meist 12V
benötigen, und solche, die sich aus der 5V Betriebsspannung selber eine machen.
> Was ist der Unterschied zwischen NOR und NAND/AND Flash ?
Der interne Aufbau. Der führt allerdings dazu, das bei NAND/AND-Flash nicht
garantiert werden kann, das alle Bits richtig programmiert werden. Obwohl viele
NAND/AND-Chips EEC (Error Correction) enthalten, verwendet man also besser
NOR-Flash für Programmspeicher, und NAND eher für Audio oder solche Daten.
Beim NOR-Flash hängen alle Speicherzellen nebeneinander an der Wortleitung
(wired OR), beim NAND Flash ist jeweils nur ein Bit mit der Wortleitung
verbunden, die anderen Bits dahinter, deswegen braucht NAND weniger
Verdrahtungsfläche und bietet doppelt so viel Kapazität pro Fläche. NOR lässt
sich schnell direkt adressiert auslesen (random access), bei NAND ist hingegen
der sequentielle Zugriff schneller. Inzwischen speichert man 2 und sogar 4 bit
in einer Flash-Speicherzelle.
F.7.8. A/D - D/A Wandler
> analog? digital?
Von: Joachim Wehlack, 3.9.05
Ein Signal ist digital, wenn eine abzählbare Menge von Signalzuständen
definiert ist und analog, wenn die Menge von Signalzuständen nicht per
Definition eingeschränkt ist.
Wenn z.B. *alle* Werte zwischen 4 mA und 20 mA als gültig definiert sind, dann
ist die Menge gültiger Werte unendlich groß. Es ist dann ein Analogsignal.
> Welche Analog->Digital und Digital->Analog Wandler sind denn für
> einfache Anwendungen zu empfehlen ?
(und vor allem billig...) Einfache softwarebasierte A/D-Wandlung ?
http://www.national.com/ AN-952 "Low Cost A/D Conversion Using COP800"
http://www.microchip.com/ AN513 "Analog to Digital Conversion Using a PIC16C54"
http://www.atmel.com/ AN524 "Analog-to-Digital Conversion Utilizing the AT89CX051 Microcontrollers"
http://www.zilog.com/ AN04001 "Analog-to-Digital Conversion Techniques Using ZiLOG Z8 MCUs"
Bis 6 bit gehen selbstgebaute R-2R-Ketten aus 1% Metallfilmwiderständen an
einem ordentlichen HC-MOS-Ausgang (nur der liefert 'fast' 0V und 'fast' 5V,
vorausgesetzt man betrachtet die +5V als Referenz oder gewinnt sie aus einer
Referenzspannungsquelle (LM336-5.0, bei LS-TTL sind die Spannungen zu
ungenau), aber für mehr als 6 bit braucht man 0.1% Widerstände und die sind
teurer als fertige Chips.
--+
Q0|--10k--+---------|+\ LMC6462 oder so an 12V oder mehr
| 5k | >-+-- ergibt 0-10V Ausgang
Q1|--10k--+ +-|-/ |
| 5k | |
Q2|--10k--+ +--10k-+
| 5k |
Q3|--10k--+ |
| 5k 10k
Q4|--10k--+ |
| 5k | (bitte exakt 5k, nicht 4k7, lieber 2*10k 1% parallel)
Q5|--10k--+--10k--+-- Masse
--+
Analogausgänge gibt es bei uC fast nicht, weil die einen abweichenden
Herstellungsprozess mit lasergetrimmten Dünnschichtwiderständen auf
dem Chip benötigen würden. Man verwendet statt dessen schnell mit
variablem prozentualen Tastverhältnis zwischen HI und LO wechselnde
Digitalausgänge, sogenanntes PWM (pulse width modulation), für die
die meisten uC Hardwarezähler besitzen, und bildet mit einem Filter den
Mittelwert der Ausgangsspannung.
Möchte man 8 bit auflösen, darf sich die Spannung an C pro Impuls nur
um 20mV ändern. Sie wird sich aber auch nur in so winzigen Schritten an
die Sollspannung annähern. Besteht der Impuls aus 256 Zeiteinheiten a 1 us,
also 256us, und der C aus 1uF, darf R minimal 33kOhm betragen. Dadurch braucht
der Ausgang 0.2 Sekunden, bis er sich auf 1/256tel (20mV) an die Sollspannung
angenähert hat. Man versucht also eine hohe Frequenz, möglichst unterstützt
durch PWM Hardware im uC, zu benutzen. Wird man zu schnell, verschlechtert
die endliche Flankensteilheit des PWM-Ausgangs wieder das Ergebnis.
Es kann sich auch lohnen, statt dem simplen RC-Filter einen mehrstufigen aktiven
Filter mit besserer Sprungantwort zu verwenden, z.B. einen 4 poligen Bessel.
Damit die Ausgangsspannung halbwegs genau wird, sollte der PWM-Ausgang
symmetrisch sein. Ausgänge eines uC der 8051 Familie sind nicht so gut, weil sie
nicht auf gleiche Art nach Masse und +5V verbinden. Es kann sich lohnen, einen
74HCxx als Puffer zu verwenden den man mit einer genauen Referenzspannung
versorgt, z.B. aus einem LM336-5, damit die Analogspannung ähnlich genau
werden kann.
http://www.lothar-miller.de/s9y/archives/11-RC-Glied-fuer-PWM.html#extended
http://www.microchip.com/ AN538 "Using PWM to Generate Analog Output"
uC --R--+-- Analog (gering belastbar) --|+\ besser
| | >-+- belastbar
C +-|-/ |
| | |
Masse +------+
Oder man verwendet switched capacitor digital/analog converter:
http://lib.tkk.fi/Books/2001/isbn9512263378/papers/1207.pdf
Echte D/A - A/D-Wandler
4*6 bit D/A: MC144111 (SPI, obsolet)
6*6 bit D/A: MC144110 (SPI, obsolet)
8 bit D/A 3*8bit A/D: PCF8591
8 bit A/D: ADC0804
8 bit D/A: DAC0808, TLC/MX/AD7524, MCP4706 SOT23-6 -.64 Reichelt, MCP4801 1.- Reichelt, MCP4902
2*8 bit D/A: TLC/MX/AD7528, MAX522, MAX549A
4*8 bit D/A: TLC5620, MAX520, MAX534
8*8 bit D/A: TLC5628, MAX521, MAX528, MB88347
8*8 bit A/D: ADC0838, AD7829
11*8 bit A/D: TLC2543
12*8 bit D/A: M62352A M62392 M62398 MB88346B
10 bit D/A: MCP4716 SOT23-6 -.74 Reichelt, MCP4811 1.30 Reichelt, MCP4911
2*10 bit D/A: LTC1661
3*10 bit D/A: M62362
8*10 bit A/D: AD7812, MAX192, LTC1090
12 bit A/D: LTC1298 (supply ratiometric), LTC1286
12 bit D/A: MAX538 serial, LTC1451 serial, LTC1257 serial, AD5340 parallel, MCP4726 SOT23-6 -.88 Reichelt
4*12 bit A/D: MCP3204 2.75 Reichelt
8*12 bit A/D: MAX186, LTC1290, MCP3208 2.60 Reichelt
8*12 bit D/A:
2*12 bit D/A: MAX532, LTC1454, TLV5618
16 bit D/A Audio: TDA1543, TDA1541, TDA1311, LC7881
16 bit A/D Delta Sigma mit 0.05% Referenz, DiffEingängen und PGA: MCP3426 (Reichelt)
18 bit A/D Delta Sigma mit 0.05% Referenz, DiffEingängen und PGA: MCP3421 (Reichelt)
18 bit D/A: AD5781 20-50 EUR
20 bit D/A: AD5791 1ppm 0.75lsb 50-100 EUR
20 bit D/A: http://cds.linear.com/docs/Application%20Note/an86f.pdf (per 2 x 16 bit und 24 bit A/D)
24 bit Audio A/D-D/A, 192ksps: CS4272 stereo in/out
besseres Audio: AK5394a (Asahi Kasei) http://www.asahi-kasei.co.jp/akm/en/product/ak5394a/ak5394a_f03e.pdf
24 bit delta sigma Wägemessung HX711,
32 bit Audio ES9018S (-120dB TDH, -135dB DNR)
32 bit delta Sigma Wägemessung ADS1264, lösen besser 0.5uV auf
Audio D/A I2S: UDA1338H (Philips)
ADAV802 (analog, S/P DIF)
obsolete DMM Chips: ICL7106/7107 (3 1/2) Max133/134 TC820 ICL7149 (3 3/4 autorange) TC8129 NJU9214 (4 3/4 incl. 4 bit CPU)
CS5520 CS4398 24 bit Audio 120dB Dynamik -107dB THD+N
24 bit A/D: LTC2400/2402 (Linear), AD771x/773x/AD7794 (Analog),
ADS1242/1243/1255 (TI) NAU7802 (Nuvoton) HX711 (AVIA, PGA 32,64,128)
26 bit: ADC180 (0.5ppm 2ppm Thaler)
digitale Lautstärkeregler: CS3310 (Cirrus/Crystal +/-5V
+31.5..-95.5dB + Mute, 0.001 THD+N clickless) PGA2310/2311/2320 (TI,
+/-15V +32..-95dB 0.0003 THD+N, 20 EUR) TC9153 (dual 7 bit dual 6 bit
Audio) BH3532 (Rohm) WM8816 (Wolfson) TC9235=PT2256 (Princeton) M62429
(Mitsubishi 5V 83dB 0.01% THD) DS1882 (Stereo +/-7V 63dB 1.50 EUR)
MUSES72320 (Stereo +/-18V 120dB Digikey 12 EUR) PT2257 (Stereo -79dB
schlecht)
Mischer: SSM2163 (Analog)
elektronische Potis für mehr als 5V: CAT5132 (16V I2C OnSemi)
CAT5133 (16V INC/DIR OnSemi) AD5291/92/93/AD7376 (30V SPI Analog),
MAX5436-39 (30V SPI Maxim), DS1808 (+/-12V TWI log) DS3501/02 (15V I2C
Dallas) X9312 (15V INC/DIR Xicor) MCP41HVX1 (36V 256steps SPI Microchip,
Reichelt)
elektronische Potis für Incrementalencodereingänge: http://www.lsicsi.com/pdfs/dp.pdf
bei mehrkanaligen bis 10bit A/D sind die in uC eingebauten meist billiger,
manchmal braucht man aber einen teureren Besseren, schliesslich stört
der uC spätestens das 9te Bit seines eigenen Wanders selbst.
Grundlagen zum Einsatz von D/A-Wandlern als Potiersatz siehe AN-19.PDF
von http://www.analog.com/.
> Datenerfassung am PC
Das Gameport dient bereits als A/D-Wandler, allerdings für einen regelbaren
Widerstand von 0 bis 100k Ohm. Durch den wird, intern über weitere 2k2 in
Reihe, ein 10nF Kondensator im PC geladen bis er 3.3V erreicht hat und vom
BIOS die dazu benötigte Zeit mit einem Zahlenbereich von 0 bis 255 gestoppt.
Schon der Anschluss von anderen Potis (Kreuzknüppel Funkfernsteuerung,
regeln meist nur von 2k bis 3k) bereitet Schwierigkeiten. Wenn man jedoch
überlegt, das durch den Joystick ein mittlerer Ladestrom zwischen 33uA und
1.5mA fliesst, erkennt man, das extern eine (steuerbare) Stromquelle reicht.
Der Strom durch das 2-3k Poti führt zu einem Spannungsabfall von 0.68-0.955V
am 510R. Der Stromspiegel überträgt diesen Spannungsabfall auf den 180R, wo
entsprechend weniger Strom durch den Transistor in das Gameport fliesst. Und
damit bei der 3k Poti Einstellung nur sehr wenig Strom fliesst, wird der 180R
mit dem 330R/47R Spannungsteiler auf eine 0.62V unter 5V vorgespannte
Spannung gelegt. Der 47R macht also Nullpunktanpassung, der 180R bestimmt die
'Verstärkung' zur Anpassung an eigene Potis.
Schaltung : im PC Gameport
+--------+----:------- +5V
| | :
| 47R :
| | :
510R +-+-+ :
| | | :
| 330R 180R:
E| | |E :
PNP >|--+--(--|< PNP wie BC557
| | | | :
+---+ | | :
| | | ;
Poti | +--:-2k2-+- NE555
| | : 10nF
+------+------:-----+- GND
Wer eine Spannung messen will, baut stattdessen eine spannungsgesteuerte
Stromquelle vor das Gameport (klassische Howland-Variante reicht, genauer ist
das Gameport eh nicht), mit einem OpAmp der am Ausgang bis mindestens 3.5V
geht inklusive dem Spannungsabfall am Messwiderstand bei Maximalstrom.
Es tut auch eine mit hoher Frequenz mit 0-100% PWM gepulste 5V Spannungsquelle
+-100k-- +5V
|
0-100% PWM --|>|--+------- Gameport
http://www.franksteinberg.de/
http://www.quasarelectronics.com/3118.htm (freie Software für praktisch direkt angeschlossene Chips)
Den MAX186 (8 Kanäle mit 12 bit) oder MAX192 (8 Kanäle mit 10 bit) kann man auf
Grund des niedrigen Stromverbrauchs direkt an den seriellen Port des PC
anschliessen und mit einem ganz einfachen Programm 8 Spannungswerte in
Millivoltschritten von 0V bis 4,095V oder -2,048V..2,047V auslesen
MAX186/MAX192 +--100u---+
(+5V)| |
0-4V +--------+ +--ZD5V1--+
| | | |
In1 --|1 VDD|------+-|<|-+ |
In2 --|2 SCLK|-47k--------+---(-- DTR
In3 --|3 CS|------+---------+-- GND
In4 --|4 DIN|-47k--(-----+---(-- RTS
In5 --|5 STRB|- ( | |
In6 --|6 DOUT|------(-----(---(-- CTS
In7 --|7 DGND|------+ | |
In8 --|8 AGND|------+ | |
+--|VSS ADJ|-100n-+ | |
| -|SHDN REF|--10u-+ | |
| +--------+ 1N4148 | |
+------------------+-|>|-+ |
| |
+--ZD5V1--+
(-5V)| |
+--100u---+
http://www.franksteinberg.de/SOURCE/MAX192.BAS
Ähnliches geht mit LTC1290 (8 Kanäle mit 12 bit) und LTC1090 (8 Kanäle mit 10 bit)
siehe DN35.PDF von http://www.linear.com/ und http://www.conrad.de/ 190226 und
967653 und auch http://www.franksteinberg.de/SOURCE/LTC1290.TXT
bzw. dem Evaluation-Kit des 68HC11A1 (Bauplan in pcbug11.pdf) im Special Bootstrap
Modus, also MODA und MODB an GND. Es besteht lediglich aus dem 68HC11A1, einem
MAX232, einem MC34064-5, 8MHz Quartz und den üblichen Kondensatoren und Pull-Ups
(und einen 7805 Regler) und ist somit für weniger als 10 EUR auf Lochraster
aufbaubar bzw. fertig erhältlich bei http://www.mct.de/ oder http://elmicro.com/
Die IDE11 ist inzwischen Freeware https://elmicro.com/de/ide11.html
Der 68HC11 stellt 8 analoge Eingänge mit 8 bit Auflösung und mehrere
digitale Ein- und Ausgänge zur Verfügung. Davon können einige Dank
hardwareunterstützer PWM zur Ausgabe einer gemittelten (durch RC oder
aktive Filter wie Bessel geglätteten) Analogspannung verwendet werden.
Der 68HC11 wird über den MAX232 mit der seriellen Schnittstelle des PC
verbunden. Man schreibt ein winziges Programm, das in den 512 Byte des
internen EEPROM des uC Platz findet, das die Werte der A/D-Eingänge
seriell an den PC sendet und vom PC die Anweisungen erhält, welche
Ausgänge einzuschalten sind. Nachher wird man PD0(RxD) mit PD1(TxD)
verbinden. Das Programm läuft dann selbsttätig aus dem EEPROM ab 0xB600
los. Diese Schaltung ist billig, einfach, passt an jeden PC, ist wegen der
seriellen Schnittstelle leicht zu Programmieren, und der uC kann kleine
Tätigkeiten direkt ausführen, z.B. Umrechnungen oder eben die
PWM-Signale erzeugen. Als Protokoll zur Kommunikation mit dem PC kann
man einfaches ASCII verwenden, mit CRLF als Datensatztrenner und zur
Synchronisation. Leider habe ich kein fertiges Programm. Vielleicht schickt
mir jemand eines, das ausreichend universell ist.
Aber der 68HC24 Porterweiterungschip wird nur noch von http://www.tekmos.com/
hergestellt (http://www.elektronikladen.de/ verkauft ihn), ebenso wie der
X68C75 nicht mehr von http://www.xicor.com/ hergestellt wird, insofern ist
der 68HC11 nicht mehr so interessant wie früher, als man sich bei ihm damit
rumgeplagt hat, daß er keine zeitliche frei bestimmbaren Interrupts auslösen
kann, sondern man für definierte Zeiten aktiv den 16 bit Timer pollen muß.
http://claymore.engineer.gvsu.edu/~blaucha/68HC11/Notes/68HC11%20Notes.pdf
Verbessern kann man das über eine genauere analoge Referenzspannung
per LM336-5.0 und Eingangsverstärker wie z.B. LMC6484 mit Trimmpotis für
Verstärkung und Nullpunkt, sowie Ausgangsverstärker wie ULN2803 oder
Schrittmotortreiber wie L297+L298/L6208. Dadurch wird ein richtig universelles
Teil daraus, je nach Anwendungsgebiet (Messtechnik, Roboter).
Hier zur ratiometrischen Temperaturmessung mit Platinwiderstandssensoren:
VCC VCC
| LT1013 |
| /+|-----+-- Aref
+------+---(---------------- Vref+ --+--< | |
| | | | \-|--+ |
R1 R2 | | | | |
| | | +----(---+ |
+------)---)--R5--+ | |
| | | | | |
+--R6--)--|+\ | | |
| | | >----+--R7--+-- A/D | 100nF
| +--|-/ | | | |
| | | | | | |
RTD +---)--R4--+ C | |
| | | | | |
| R3 | | | |
| | | | | |
+------+---+-------------+-- Vref- -------+------+-- AGND
Beispielrechnung:
VRef = Vref+ - Vref- = 5V-0V = Referenz für den A/D Wandler und damit dessen Messbereich, 5V
RTD der Temperatursensor, Widerstand bei 0 GradC, Pt100
Tmin = minimale Temperatur, 0 GradC
Tmax = maximale Temperatur, 100 GradC
RTDmin = Widerstandswert des RTD bei minimaler Temperatur, 100 Ohm (aus Tabelle ablesen)
RTDmax = Widerstandswert des RTD bei maximaler Temperatur, 138.5 Ohm (aus Tabelle ablesen)
RTD = mittlerer Widerstandswert des RTD = (RTDmin + RTDmax)/2 = 119.25
Irtd = ungefährer Strom durch den RTD, festlegbar, 1mA (Pt1000 sollte 0.1 oder 0.25mA verwenden)
R1 = Vref/Irtd - RTD = 4880.75 Ohm = 4k7
mit R6 kann man R an die vom OpAmp bevorzugte Eingangsimpedanz anpassen, hier 0 Ohm
R = mittlere Quellimpedanz = R1*RTD/(R1+RTD)+R6 = 116.3, kann man
durch R6 höher wählen wenn R2/R3/R4 aus Stromspargründen hochohmiger
sein sollen
Umin = VRef * RTDmin / (R1+RTDmin) = 5 * 100 / (4k7 + 100) = 0.10417
Umax = VRef * RTDmax / (R1+RTDmax) = 5 *138.5 / (4k7 + 138.5) = 0.14312
U = Eingangsspannungshub = Umax-Umin = 0.03895
Amin = Ausgangsspannung bei minimaler Temperatur (bei single supply oder R2R OpAmp nicht ganz VRef-), 0.1V
Amax = Ausgangsspannung bei maximaler Temperatur (bei R2R nicht ganz Vref+), 4.9V
A = Ausgangsspannunghub = Amax-Amin = 4.8V
G = Verstärkungsfaktor = A/U = 4.8/0.03895 = 123.2349
M = Umin + (Umin-Amin)/G = 0.10417 + (0.10417-0.1)/123.2349 = 0.10420
c = Vref/M - 1 = 478
R3 = R*(1+c)/c = 119.25 * (1+478)/478 = 119.5
R2 = c * R3 = 57120.75
R4 = (G-1) * R = 14215.92
mit R5 kann man die Kennlinie um einen quadratischen Faktor linearisieren, hier nicht gezeigt
mit R7 kann man den nachfolgenden A/D Wandler vor Überspannung schützen, bei OpAmp mit höherer Versorgung
mit C kann man das Analogsignal filtern wenn R7 vorhanden ist, vor allem wenn R7 über 10k hat, 10nF
mit dem zweiten OpAmp kann man eine schwache Referenzspannung puffern
Rechenweg mit Linearisierung durch R5, Excel-Spreadsheet:
http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=slyt442
http://www.ti.com/lit/an/slyt437/slyt437.pdf (Seite 21 mit
RTD_Linearization_v7.xls aus slyt442.zip auch als Dreidrahtanschluss)
http://www.bramcam.nl/Diversen/RTD_Linearization_v7.xls
http://www.linear.com/docs/1544 (letzte Seite, auf 0.1 GradC einstellbar genau)
http://de.wikibooks.org/wiki/Linearisierung_von_resistiven_Sensoren/_Pt100
+------+---+--------- AVCC
| | |
20k 19k6 | TS507
| | |
+------)---)-48k3-+
| | | |
+------)--|+\ |
| | | >----+-- 0 bis 100 GradC
| +--|-/ |
| | | |
Pt1000 +---)-582k-+
| | |
| 1k |
| | |
+------+---+--------- AGND
Als 2-10mA Stromquelle an 5V, Pt100 von 0.1uA durchflossen und 4-Leiter
anschliessbar, geht:
+-----------+ +--- +5V
| | |
| +--------)--+ |
\ / | | |
Pt100 | 100k +----+
/ \ | | | |
| +--------(--(---|+\ |
| | | | >--+
+-----|+\ | +---|-/
| | >--+ | |
200R +--|-/ | |
| Ref LT1635 | |
+--+-----------(----+
| |
220k 10R
| |
+----+
|
:
|
+--- A/D (0 GradC 100R = 0.2V, 100 GradC 138.5R = 1V)
|
100R
|
+--- AGND
Andere Schaltungen und Rechenwege
http://www.rn-wissen.de/index.php/Bild:PT1000-Br%C3%BCcke.png
Rechenformeln siehe http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/3450
http://www.umnicom.de/Elektronik/Schaltungssammlung/Temperatur/Pt1000/Pt1000.html
Hier ein 18 bit A/D-Wandler mit PGA zur Messung von 3 Pt100 Sensoren im
Vergleich zu einem 100 Ohm/01.% Widerstand, also Stromquelle tut es ein
4k7 Widerstand an +5V so lange die +5V kurzzeitstabil sind.
+5V +5V
| |
4k7 +-------+
| | |
| +-|CH1+ |
|/ | |
Pt100 | |
|\ | |
| +-|CH1- |
| | |
| +-|CH2+ |
|/ | |
Pt100 | |
|\ | |
| +-|CH2- |
| |MCP3424|
| +-|CH3+ |
|/ | |
Pt100 | |
|\ | |
| +-|CH3- |
| | |
+---|CH4+ |
| | |
100R | |
| | |
+---|CH4- |
| +-------+
| |
GND GND
Dazu passend:
Von: Uwe Bonnes 04.09.2015
Rechenweg vom Widerstandswert zur Temperatur
/* PT1XXX related */
#define KOEFF_A 3.9083E-03
#define KOEFF_B -5.775E-07
#define KOEFF_C -4.183E-13
#define R0 1000.0
/* Formeln aus
* Elektrische Temperaturmessung, Mattias Nau
* Teilenummer: 00074750
* Buchnummer: FAS 146
* ISBN-13: 978-3-935742-06-1
*
* Formeln 18/19
*/
float R2T(float rx)
{
float tnew;
if (rx < 999.9)
{
float ti;
tnew = -5.0;
do
{
float tmp1, tmp2;
ti = tnew;
tmp1 = 1 + KOEFF_A * ti + KOEFF_B * ti * ti + KOEFF_C * (ti - 100.0)* ti * ti * ti;
tmp2 = KOEFF_A + 2 * KOEFF_B * ti + KOEFF_C * (3 * ti * ti * (ti - 100.0) + ti * ti *ti);
tnew = ti - (((R0 * tmp1) - rx) / (R0 * tmp2));
}
while(fabs(ti - tnew) > 0.2);
}
else
{
float tmp;
tmp = -R0 * KOEFF_A;
tmp += sqrt(R0 * KOEFF_A * R0 * KOEFF_A - 4 * R0 * KOEFF_B * (R0 - rx));
tnew = tmp / (2 * R0 * KOEFF_B);
}
return tnew;
}
float tmp = (float) Summe / (Anzahl * ( 1 << N-Bit(Aufloesung))
r = tmp * R0 /( 1.0 -tmp)
t = R2T(rx)
oder auch: https://www.mikrocontroller.net/attachment/290355/pt-1000.png
int16_t GetT(uint16_t R)
{
const float a=0.0039083;
const float b=0.0000005775; // oder auch 0.0000005802
const float R0=1000;
return (-a/(2*b)-sqrt(R/(R0*b)-1/b+(a/(2*b))*(a/(2*B))));
}
von: Arc Net 11.09.2015:
Notwendige Genauigkeit einer Messkette TAR/TUR Test Accuracy Ratio/Test
Uncertainty Ratio Kurze Einführung: http://www.transcat.com/media/pdf/TUR.pdf
Umfangreicher: http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5991-1267EN.pdf
oder z.B. http://www.hq.nasa.gov/office/codeq/doctree/NHBK873919-4.pdf
Theoretisch ist eine Messgenauigkeit von 5uK möglich, aber schon ein PT100
auf Keramiksubstrat kann eine Hysterese von bis zu 0.5 GradC haben:
https://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/fachabteilungen/abteilung_3/3.1_metrologie_in_der_chemie/3.13/230ptbsem/230ptbsem_ptb-rudtsch.pdf
Empfindliche Messtechnik sollte eine Unterdrückung von 50Hz, 60Hz, 100Hz und
120Hz enthalten, damit Netzstörungen keinen Einfluss haben.
Die Bausätze von Pollin, Bausatz PT1000 Messwandler 810 144 und Bausatz PT100
Messwandler V2.0 810 272, sind grober Unsinn, der Messwert schwankt um mehrere
GradC wenn die Schaltung, nicht der Sensor, anderen Temperaturen ausgesetzt
wird. Ein OP07 arbeitet erst ab +/-3V und damit die Schaltung nicht ab 5V, und
die 3-Leiter Kompensation per LM324 ist abenteuerlich. Auch wird der Vorteil
der Pt100x, für die man die teuren Sensoren gerne kauft, nämlich ohne
Kalibrierung genau messen zu können, durch die Einstellbarkeit (Vertuschung
von ungenauen Bauelementen) ruiniert.
Da besonders temperaturstabile Widerstände besser als 0.1% langsam ins Geld
gehen, ist bei steigenden Genauigkeitsanforderungen ein Konzept sinnvoller,
bei dem zwischen dem RTD und einem Referenzwiderstand eine Vergleichsmessung
vorgenommen wird.
Der AD7762/7763 macht das besonders einfach und präzise, aber es geht auch
mit Analogschaltern, weil es dann nur auf die absolute Präzision dieses
Widerstands ankommt mit dessen Messwert man die aktuelle Verstärkung
korrekturrechnet. Mit R1/R2/R3 wird der Messstrom aus der Refrenzspannung
Aref abgeleitet (R1=2k4, R2=100R, R3=100R für 1mA), mit dem 74HC4051 schaltet
man den Messtrom auf einen Vergleichswiderstand oder einen der Pt100 und ein
zweiter Multiplexer verbindet den Messverstärker damit, dort bestimmen die
Widerstandswerte R4/R5/R6 den Messbereich (R4=23k, R5=2k2, R6=22k ergibt 21.5
GradC (0V) bis 586 GradC (2.5V) .
Als OpAmp an 5V tut es ein ultrapräziser single supply OpAmp wie LT1013.
ARef ---|+\
| >------+--------------------------------------------------+
+--|-/ | |
| | R4
+------------+ 74HC4051 74HC4051 |
| +------+ +------+ |
R1 | |------------------+--| | |
| | |------------+-----(--| | +---R6---+
+-----|+\ | |-------+----(-----(--| | | |
| | >--| |--+----(----(-----(--| |--(--|+\ |
| +--|-/ +------+ | | | | +------+ | | >--+--10k-- A/D
| | 100R 500R Pt100 Pt100 +--|-/
| | | | | | |
| +------------------+----+----+-----+ R5
| | ^ ^ |
R2 R3 Vishay Z Foil 0.2ppm 0.005% |
| | |
GND -----+--+-----------------------------------------------+
Für 0.1 GradC Genauigkeit und 0.01 GradC Auflösung von -200 bis +800 GradC:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/01154a.pdf (MCP3551)
http://pdfserv.maximintegrated.com/en/an/AN4875.pdf (MAX1403)
http://www.ti.com/lit/an/sbaa180/sbaa180.pdf (ADS1247 2, 3, 4-Leiter)
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN709_0.pdf
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/4875
http://www.analog.com/en/design-center/reference-designs/hardware-reference-design/circuits-from-the-lab/cn0164.html (Messen und per Funk senden)
Auch als ein IC: TSYS01
http://www.variohm.de/images/datasheets/Variohm_TSYS01_-_Digital_Temperature_sensor.pdf
Die http://www.pollin.de/shop/downloads/D810144B.PDF ist leider unsäglicher
Murks, da der Strom einer LM317L Stromquelle und die Spannung aus dem 7805
schon stärker mit der Temperatur schwanken, als der Pt1000 Widerstandswert,
und damit die Messwerte völlig ruiniert, zudem linearisiert sie nicht. Eine
Konstantstromversorgung ist nur dann notwendig, wenn der Sensor mit
Vierdrahtanschluss abgetastet werden soll. Aber auch in dem Fall bietet es
sich an, den Strom aus der Referenzspannung des ADC Wandlers abzuleiten.
Rt/Ct/Cx dienen der Filterung von Störeinflüssen und sind je nach Bedarf
auszulegen (ca. 10k für Rt, 1nF für Ct und 22nF für Cx). Leider liegt dabei
kein Anschluss des Pt100 auf Masse.
URef -----|+\ +---R----+
| >--+ +--Rt--+--+-----|+\ | |
+--|-/ \/ | | | >-+--R--+--|+\ |
| Pt100 Ct Cx +--|-/ | | >--+-- A/D
| /\ | | +-------+ +--|-/
+--------+ +--Rt--(--+-----|+\ | (oder Instrumentenverstärker)
| | | | >-+--R--+--R---+
Rm | Ct +--|-/ | |
| | | +-------+ |
GND GNDGND GND
Beim 3-Leiter-Anschluss dient die dritte Ader dazu, den Spannungsabfall durch
den Messstrom zu kompensieren, dazu muß sie aber von demselben Strom
durchflossen werden der auch den Pt100 durchfliesst. Ist die
Versorgungsspannung genau genug oder als Referenzbezug von A/D-Wandler und
Stromsenke verwendet, kann ISink der dritten Leitung auch durch einen
Festwiderstand erfolgen.
+---------------- Versorgungsspannung
|
| +-------+
\ / |
Pt100 +---o
| | Meßschaltung (380uV/GradC)
+-----+---(---o
| |
8 8 (zwei präzise 1mA Stromsenken)
| |
Masse
Stromsenke http://www.ti.com/lit/an/sbva001/sbva001.pdf Nicht so genau:
+Ub +Ub
| | senke 1mA
100k | v
| LM358 | |
+-------|+\ |
| | >--|I BS107 2N7000
| +--|-/ |S
| | | |
| +---(-----+
| | |
LM385-1.2----+ 1k24
| | |
+--------+-----+-- GND
Oder die dritte Leitung misst stromlos die Spannung und der Spannungsabfall
über die Stromleitung wird von ihr abgezogen (Rt/Ct wieder zur Filterung von
Störungen, auszulegen nach Bedarf).
|
8 (präzise 1mA Stromquelle, am Besten aus VRef der Messschaltung abgeleitet)
|
+--------+--------------+
| |
Pt100 +--o
/ \ Meßschaltung (380uV/GradC)
| +--Rt--+--------|+\ +--o
| | | >--+
| Ct +--|-/ |
| | | |
+----------+--R--+---R----+
|
Masse
http://www.sprut.de/electronic/temeratur/temp.htm
Wesentlich weniger Ärger macht man sich, in dem man einen Spannungsteiler aus
dem Pt100 und einem temperaturstabilen Präzisionswiderstand mit einem 24 bit
A/D-Wandler ratiometrisch ausmisst, dann geht nicht mal die Referenzspannung
in die Messung mit ein (Linear Technology AN78 LTC2400 Bonus Circuit #1) und
hinterher linearisiert.
http://www.nist.gov/calibrations/upload/sp250-81.pdf
http://www.dkd.eu/dokumente/Richtlinien/dkd_r_5_6.pdf
Die Kennlinien sind oft nach Callendar Van Dusen definiert.
http://de-de.wika.de/upload/DS_IN0029_en_co_59667.pdf
http://www.isotechna.com/MilliK-Precision-Thermometer-p/millik.htm (5mK Genauigkeit, 0.1mK Auflösung)
http://us.flukecal.com/products/temperature-calibration/its-90-temperature-standards/5698-25-working-standard-sprt-2?quicktabs_product_details=2
Schaltung für K-Type NiCr thermocouple Thermoelement siehe Datenblatt des
OP291, LT1014, LTC2485, LTC2984 und LTC6078+LT1025. Sekundenthermometer
ähnlich TM-902C Typ K mit ICL7106 siehe Elektor Oktober 1991.
Thermoelemente wie die üblichen Type K lassen sich einfach direkt an passende
uC anschliessen, weil deren interne Temperatursensoren eine Kompensation
erlauben und differentielle A/D Wandler mit PGA Verstärkung ATXmega (x64)
ATtiny25/45/85 (x20) ausreichen, allerdings müssen die Schaltungen kalibriert
werden weil weder die interne Referenz noch der Gain besonders genau sind.
http://www.ti.com/lit/an/slaa216/slaa216.pdf (K-Type an MSP430)
Muss man ohne Kalibrierung genau messen, baut man extern eine
Referenzspannungsquelle und einen Rail-To-Rail Präzisions-OpAmp
dran wie TLC2652 (1uV http://www.ebay.de/itm/TLC2652-Chopper-Amplifier-Module-DC-Signal-Amplifiers-Weak-Acquisition-Module-/191848843270 )
LTC2051HV/LTC2052HV (3uV zerodrift bis 12V Reichelt) LTC2057HV
(4uV zerodrift bis 60V) LMP2021 (5uV max) LTC1050/LTC1250 (5uV
chopperstabilisiert) MCP6V11 (8uV zerodrift 1.6-5.5V, Reichelt) TSZ121 (8uV,
ST, 1.8-5.5V) LTC1049/LTC1152 (10uV zerodrift, Ladungspumpe, Reichelt)
AD8551 (1uV typ 10uV max, zero drift, Reichelt 2.7-5.5V) AD8622 (10uV)
LMP2015/LMP2016 (800nV typ. 10uV max. 2.7..5.25V) AD8671 (20uV)
OPA177F/OPA188 (25uV max, 36V) OPA376/2376/4376 (5uV typ 25uV max 2.2-5.5V
R2R TI) LT1078 (35uV, 0.3mV max) OPA192 (5uV typ 75uV max, 36V) TSZ182 (R2R
#25uV typ 45uV max 2.2-5.5V) OP07 (nur als Vergleich 30uV typ. 75uV max. 36V,
kein Rail-To-Rail), AD8603/7/9 (50uV, 700uVmax, 1pA, 500pAmax, 2.8-5V, R2R)
AD820 (100uV typ 1.2mV max) TS507 (100uV, 0.4mV max), MCP616 (150uV 2.3-5.5V)
der die geringe Thermoelementspannung auf den Messbereich verstärkt, und
addiert die Temperatur der Klemmen dazu. Ist der Sensor kälter als die
Klemmen, werden negative Spannungen erzeugt. Ebenso einfach sind die anderen
Thermoelemente verwendbar. Aber Achtung, zwischen 200 und 600 GradC sind K Type
Thermoelemente ungenau.
+---------o------------|+\
Typ K Klemmen | >-+-- A/D (75uV/K * (R2+R1)/R1)
+---------o--+--R1--+--|-/ |
| | |
GND +--R2---+
Verwendet man zur Temperaturmessung den LM75 (3.3V oder 5V) oder LM76, so
sollte man einen Entkoppelkondensator (z.B. die üblichen 100nF) direkt über
die Versorgungsspannungsanschlüsse löten sonst zeigt er ggf. ein paar GradC
zu viel an, und einen 1k Widerstand in Reihe vor den SCL Eingang, sonst zeigt
das Teil eventuell falsche Temperaturen an (ggf. 120GradC statt 40GradC)
wenn Strom über die Eingangsschutzdiode fliesst.
Von: Stefan Us 29.01.2015
Zu Messung der Spannung auf einer potentialgetrennten Seite kann man einen
optokopplergesteuerten single slope converter nutzen. Hier schaltet der
TL431 den OK2 ein, sobald die Spannung an C1 2.5V übersteigt. Es wird die
Zeit gemessen, die nach Öffnen von OK1 dafür benötigt wird. Allerdings muss
In zumindest 2,.5V betragen und VCC darf nicht zu sehr schwanken (Strom der
LED des OK2), in der Realität sind also eventuell Apassungen nötig.
OK2
VCC o----R2-------|>|---+ +-----------R3--------o VCC (z.B. 5V)
| |
In o---+ | |
| | +---------------------o Feedback
| | |
R1 ___|___ / OK2
| | | |
+----+-------| TL431 | |
| | |_______| +---|<|-----R4--------o Entladen
C1 / OK1 | | OK1
| | | |
- o----+----+-----------+ +---------------------o GND
F.7.9. serielle Schnittstelle RS232
Auf der seriellen Schnittstelle werden digitale Signale mit (für Digitaltechnik)
hoher Spannung (LO = 3..15V, HI = -3..-15V) aber kurzschlusssicher mit
Strombegrenzung (10-20mA, so als ob ein 330 Ohm Widerstand in Reihe liegt)
übertragen, so dass sich die Schnittstelle eignet, um daraus Kleingeräte
(Computermaus) zu versorgen. Der Norm-Eingangswiderstand liegt bei
3 bis 7kOhm, ein RS232 Ausgang sollte auf 20mA und 30V/us Slew-Rate
begrenzt sein.
Auf Senderseite liegen die notwendigen Versorgungsspannungen (10..15,
-10..-15V) bei einfachen Geräten, die meist nur mit 5V versorgt werden, leider
nicht vor.
Es gibt deshalb den Klassiker MAX232 (auch ICL232, AD232, HIN232, ST232,
LT1x81...), der aus 5V per Kondensatorwandler selbst +10V und -10V macht.
Nimm Alu-Elkos, keine Tantalkondensatoren, der teurere MAX232CPE kommt
sogar mit noch kleineren Keramik-Kondensatoren aus.
Der LT1x81 ist wohl weniger ESD empfindlich, der HIN232 kritischer in
der Anwendung: Bei ihm darf beim Einschalten keine Last an V- hängen.
Siehe d.s.e Message-ID 3CC041A6.AECF9D43@ibl-automation.de .
Soll der Kondensator von V+ an VCC oder GND angeschlossen werden ? Es ist
bei Maxim egal, nach VCC braucht er weniger Spannungsfestigkeit, aber
ältere Sipex gingen wohl in den Latch-Up, wenn der Kondensator an GND
angeschlossen wurde. Siehe d.s.e Message-ID
4602d47d$0$6440$9b4e6d93@newsspool2.arcor-online.net .
Nachbauten, die mit VCC Probleme haben, sind mir nicht bekannt. Ein
universelles Layout sollte den Elko also an VCC legen, siehe
http://www.devicemart.co.kr/mart7/upload/pdf/20070110150145.pdf
Damit spart man sich den Aufwand, den man mit einem SN75185=GD75232, den
MC1488=SN75188/MC1489=SN75189 oder MAX202/AD202 hätte. Schliesst man auf
Empfängerseite einen (ausreichend schnellen !) Optokoppler mit Schutzdiode
(1N4148) an
+--470R-- +5V
+-----+ |
Signal ----1k--+--|A C|--+-------- Signalausgang
+-|>|-+ | B|
Masse --+--------|K E|----------- GND
1N4148 +-----+ 6N136
spart man sich die teure galvanische Trennung auf Senderseite (MAX250 mit
Trafo und Optokopplern), ausserdem ist das kompatibel mit einer 20mA
Stromschleife (HCPL4100/4200).
Da eine serielle Schnittstelle mehrere (Steuer-)leitungen hat, kann man,
wenn man softwareseitig dafür sorgt, das mindestens 2 Steuerleitungen
unterschiedlichen Pegel haben, auch die Spannungsversorgung vom
Muttergerät nehmen und einen RS232-kompatiblen Ausgang daraus ableiten.
Den Kurzschlussschutz liefert das Muttergerät.
+-|>|----+--+--+-- +10V --+----+
| | | | | |
| +-|>|-+ | |+ | |
| | | | | |
| | +-|>|-+ Elko | +---+ 1/4 LC4966
Steuer --+ | | | +--|A | oder OpAmp
| | | | | |
Signal --)--+--)--... Masse ...-----|S X|-- Ausgang
| | | | | |
Steuer --)--)--+ |+ +--|B |
| | +-|<|-+ Elko | +---+
| | | | | |
| +-|<|-+ | | | |
| | | | | |
+-|<|----+--+--+-- -10V --+----+
Ein anderer interessanter Weg findet sich hier http://www.oliverbetz.de/icl.htm
Den MAX232 kann man auch verwenden, wenn man in einer Digitalschaltung mal
eben wenige mA aus +10V/-10V zur Versorgung von Operationsverstärkern braucht.
Braucht man die serielle Schnittstelle nicht, oder hat man Angst das bei
Belastung der seriellen Schnittstelle die +10V/-10V zusammenbrechen, macht das
der LT1026 oder MAX680/681.
Aber besonders sauber ist die auf diese Art erzeugte Versorgungsspannung nicht.
Nun, eine per StepUp Schaltregler erzeugte Spannung wäre es ebenfalls nicht.
Also gut filtern.
F.7.10. Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS
Will man sich seine Steuerung nicht auf Basis eines Mikrocontrollers selber
bauen, gibt es fertige SPS von Siemens (Logo, S7), Moeller (Easy) oder
Beckhoff, zu Preisen, bei denen man hintenüberkippt, ob als Einzelstück
oder zum halben Preis für 1000 Stück. Ein Blick nach Asien hilft:
http://www.mitsubishi-automation.de/products/microcontrollers_ALPHAXL.html
Auch Theben Pharao kann eine Linderung sein weil das bei eBay keiner kennt.
Schon die Programmierkabel werden unverschämt teuer angeboten, bei Moeller
ist eine unbekannte Elektronik drin, das Siemens-Kabel ist in Elektor Juli
1999, LOGO!-Interface, beschrieben, aber der Stecker ist nicht erhältlich,
das Memory Modul 6ED1 056 kostet bei eBay manchmal 10 EUR, sonst 25 EUR.
Es gilt DIN IEC 61131-3 für eine normgerechte SPS.
http://www.mikrocontroller.net/topic/12192
http://www.muff-electronic.ch/ (ICs für S7 SPS-Steuerungen)
http://www.microsps.com/
Eingangsschaltkreise IEC 61131-2 Input Types 1, 2, 3
http://ftp.beckhoff.com/download/document/Application_Notes/DK9221-0909-0008.pdf
http://www.st.com/ PCLT-2A CLT3-4B CLT01-38S4 SCLT3-8BT8
http://datasheets.maximintegrated.com/ MAX31910 MAX31911 MAX31913
http://ichaus.biz/ iC-JX/JRX (auch Ausgang)
http://www.infineon.com/ ISOFACE (ISO1H801/811/812/815/816/1I811/813 8 isolierte I/O)
LabView zur Visualisierung bei der Home-Automation gibt es für nicht-kommerzielle
Anwendungen für ca. 50 EUR, mit dem gleichen Funktionsumfang der 6000 EUR teuren
kommerziellen Version.
http://www.digilentinc.com/Products/Detail.cfm?NavPath=2,719,1456&Prod=LABVIEW-HE
F.8. LEDs
Von: MaWin 30.4.2001
Das 'kalte', farbenreine Licht der Leuchtdioden fasziniert viele Leute. Als
einfache Kontrollanzeigen oder Hintergrundbeleuchtungen sind LEDs inzwischen
jedem bekannt. Aber ebenso ranken sich auch heute noch Mythen um die Dinger.
Schaut man direkt in eine LED, interessiert die Helligkeit, daher wird bei
LEDs, die als Kontrolllampen vorgesehen sind, die Helligkeit in Candela
angegeben, 1 Candela erscheint so hell wie eine Haushaltskerzenflamme. Möchte
man mit einer LED aber etwas beleuchten, interessiert die Lichtmenge, LEDs zu
Beleuchtungszwecken haben also eine Angabe in Lumen, eine Haushaltskerze
erzeugt 12 Lumen. Leider lassen sich beide Zahlen nicht ohne weiteres
ineinander umrechnen, siehe Beitrag von Rolf weiter unten.
Die Helligkeit von kleinen (5mm, 20mA) LEDs reicht von unter 1 Millicandela
bis über 1 Candela, die hellsten LEDs entsprechen also tausenden von
Billig-LEDs aus dem 'Sortimentsbeutel' (sprich Ausschuss), obwohl der
Strombedarf derselbe ist. Eine kleine LED braucht 3.6V@20mA=72mW und erzeugt
daraus 6mW optische Leistung (http://www.nichia.co.jp/). Daher kann eine
kleine LED nicht spürbar warm werden.
Der Wirkungsgrad der guten LEDs übertrifft inzwischen den Wirkungsgrad von
Halogenlampen und geht bei blauen Cree XT-E bis 53%.
http://www.leds.de/out/media/Cree_XT-E_Datenblatt.pdf
Allerdings liegen LEDs in einer kleineren Leistungsgröße als Halogenlampen,
man braucht also mehrere. Will man dieselbe Lichtmenge wie bei einer
Halogenlampe erzeugen, muss man viele LEDs verwenden, und dieses LED-Array
wird dann viel (Ab-)Wärme erzeugen, wie die Halogenlampe (wer ein Mal vor
einer LED-Videowand gestanden hat, weiss wie heiss LEDs strahlen können).
Dummerweise vertragen LEDs nicht so viel Wärme...
https://www.mikrocontroller.net/topic/392049 (50W und 100W LED ständig kaputt)
Die üblichen LED-Filament-Lampen und Multichip-Strahler arbeiten nach
gleichgerichteten und ungesiebten 230V~ (meist mit 74 LEDs in Reihe bei
unseren 230V~) mit Konstantstromsenken wie CYT1000 oder BP5132, flimmern also
heftig mit 100Hz und haben oftmals keinen VDR und keine Sicherung, obwohl die
230V~ direkt auf eine Alukern-Leiterplatte gehen.
https://www.youtube.com/watch?v=KKd2L9Exw0M
Halogen hat ausserdem auch nicht so eine grausam künstliche Lichtfarbe (CRI,
Cree XT-E bei kaltweiss 75 und bei warmweiss 80, Halogen 98, Glühlampe 100).
http://www.ld-didactic.de/fileadmin/_migrated/pics/Gluehlampe.JPG (Halogenlampenspektrum)
https://www.google.de/search?q=Spektrale+Verteilung+weisse+LEDs&tbm=isch&tbo=u&source=univ&sa=X&ved=0CCUQsARqFQoTCLqqrd6VmskCFSUQcgod5HMMuA&biw=1456&bih=816
http://www.taschenlampen-forum.de/beamshot-vergleiche/15300-nichia-219-high-cri-vergleich.html
https://www.kupferinstitut.de/en/materials/application/licht/led/led-effizienz.html
http://www.hereinspaziert.de/spektren/spektren.htm (Leuchtstoffröhrenspektren)
http://www.designingwithleds.com/measuring-light-quality-philips-cree-led-bulbs-spectrometer/ (LED Spektren)
http://www.designingwithleds.com/light-spectrum-charts-data/ (LED, LED-Filament, Glühlampe und Leuchtstoffröhrenspektren)
https://www.youtube.com/watch?v=-uG-YAW9io4 http://www.galileo.tv/science/pink-oder-blau-die-haarfarbe-dieses-maedchens-aendert-sich-direkt-vor-euren-augen/
http://fastvoice.net/2015/07/04/im-test-was-bei-philips-hue-spass-macht-und-was-nicht-so/
http://news.mit.edu/2016/nanophotonic-incandescent-light-bulbs-0111 (Glühbirne bis 40% Wirkunsgrad)
Warum haben manche Menschen keine Probleme mit dem schlechten Licht von LEDs
und Energiesparlampen ? Weil es durch genetische Unterschiede unterschiedlich
gut farbensehende Menschen gibt, und Dichromaten und Trichromaten können halt
nicht nachvollziehen, was Tetrachromaten (nur Frauen) sehen können:
http://www.galileo.tv/life/der-grosse-test-wie-viele-farben-koennt-ihr-erkennen/
Für wenig Licht (Taschenlampe, Fahrradlicht), tun es 1 oder 3 Watt
LEDs von http://www.luxeon.com/ http://www.cree.com/ http://www.nichia.com/
(NCCW002E) oder http://www.osram-os.com/ (LA W57B, LY W57B) oder ein paar
hocheffektive 5mm LEDs mit je z.B. 3 Lumen, um eine Glühbirne zu ersetzen.
100W 6500lm Hochleistungsleds von OptoFlash gibt es bei http://www.tme.eu/ .
Für Blitzlichter eignen sich Photoflash LED wie LXCL-PWF3.
(während richtige Xenon-Blitzlampen einmalig um den Faktor 200 überlastbar
sind https://www.mikrocontroller.net/topic/379671#4320713)
3200lm aus 50W macht die Edison Highpower Star, weisses Licht aus 4 Farben
macht beispielsweise die ACULED VHL RGBY von PerkinElmer von
http://www.pur-led.de/ oder die P5-III von Seoul, dort gibt es auch die P7
mit 900lm aus 7.2 Watt. Die Linienlampen von http://www.advancedillumination.com/
sind leider sauteuer, etwas günstiger von OptoFlash bei TME.
Wenn man farbenreines Licht haben will, das man aus einer weissen Lichtquelle
erst mühsam per Farbfilter erzeugen müsste, steht eine LED prinzipiell besser
da als eine Halogenlampe mit Farbfilter, das macht sie z.B. bei einer
Dunkelkammerleuchte effektiv (allerdings fällt mir nicht ein wozu man gerade
in dem Fall auf teure Art Strom sparen sollte). Immerhin kann man sie als
bunte, schnell ein- und ausschaltbare Effektbeleuchtung einsetzen, wie man
inzwischen auf der Bühne bei Musikveranstaltungen sehen kann.
Es bringt auch nichts, eine LED zur angeblichen Helligkeitssteigerung mit
Impulsen höheren Stroms zu betreiben, z.B. statt 20mA nur 10% der Zeit 200mA
zu verwenden. Die LED erscheint im Normalfall NICHT heller, da der mittlere
Strom und damit die mittlere Helligkeit gleich ist und das Auge den
Mittelwert bildet, stattdessen sind die Verluste minimal höher. Probiert's
einfach selber aus bzw. lest mal ein LED-Datenblatt.
http://www.ledsmagazine.com/articles/2008/05/pulse-driven-leds-have-higher-apparent-brightness.html
Bei einigen speziellen LEDs (Superlumineszensdioden, vor allem im IR-Bereich)
nimmt die Helligkeit zu hohen Strömen schneller zu, weil zusätzlich
stimulierte Emission wie beim Laser dazu kommt. Da kann ein Pulsbetrieb also
Strom sparen. Bei den allermeisten LEDs ist es aber umgekehrt.
Bei extremer Abkühlung steigt bei gleichem Strom die Flussspannung der LEDs
stark an, die Farbe wird bläulicher, die Helligkeit bleibt jedoch vergleichbar.
http://www.misty.com/people/don/led.html
http://blog.iao.fraunhofer.de/home/archives/1524.html (Das seltsame Licht der Energiesparlampe)
http://www.dieelektronikerseite.de/Datasheets/Optoelektronische%20Elemente/L-934%20(Kingbright).pdf https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A500/LED3MMSTGE_LED3MMSTGN_LED3MMSTRT%23KIN.pdf
(Bright Red LED mit extremem Helligkeitseinbruch, High Efficiency Red
und Pure Green LED mit Helligkeitssteigerung bei mehr Strom)
http://www.ledmuseum.org/
http://www.roithner-laser.com/ (LEDs in allen Wellenlängen)
http://www.toolshop.de/ (Taschenlampen)
http://homepage.bluewin.ch/bombach/ledtau.pdf Zeitkonstanten
Häufig hört man, LEDs sollte man besser mit PWM dimmen, weil ein reduzierter
Dauerstrom zu Farbverschiebungen führt und man diese stromabhängige
Farbverschiebung beim PWM Dimmen nicht hat. Das stimmt auch, ist aber nur die
halbe Wahrheit, denn die Farbe ändert sich auch mit der Temperatur und die
ändert sich beim Dimmen ja ebenfalls.
http://www.cree.com/~/media/files/cree/led%20components%20and%20modules/xlamp/data%20and%20binning/xlampxml.pdf (Lichtfarbe vs. Strom und Temp)
> Braucht eine LED einen Mindeststrom ?
Nun, sie braucht zumindest einen Strom um ausreichend hell zu sein, aber es
gibt nur ganz wenige LEDs bei denen der Hersteller einen Betrieb unterhalb
eines Mindeststromes verbietet "Do not use current below 100mA" (warum auch
immer):
https://ledlight.osram-os.com/wp-content/uploads/2010/10/LUW_CP7P_Pb_free.pdf
> Wie rechnet man Candela in Lux um ?
http://www.leds.de/Werkzeuge/
http://www.lumenrechner.de/ (Flash)
Von: Rolf Bombach
1 cd entspricht bei grün (555nm) ca. 1.46 mW/sr, bei anderen Farben mehr,
1 mW/sr entspricht bei grün (555nm) ca. 684 mcd, bei anderen Farben weniger,
siehe Augenempfindlichkeitskurve, DIN-mässig festgelegt ohne Rücksicht auf
dein individuelles Empfinden, die bei rot und blau nur die Hälfte hat.
1 cd in 1 m Entfernung macht 1 lux, also lumen pro Quadratmeter.
Die Beleuchtungsstärke nimmt mit der Entfernung quadratisch ab. Eine LED
von 1,7 cd hat 2,5mW/sr und produziert in 5 Meter Entfernung
1.7cd / (5m)^2 = 0.07 lux, und 10 davon 0.7 lux. 1 Lux = 0.5mW/cm2.
Wenn die Lampe gleichmässig rundrum strahlt, und in jeder Richtung eine
Helligkeit von 1 candela hat, liefert sie 4 * pi, also ca. 12.5 lumen.
Candela sagt also nur, wie hell du die LED empfindest und sagt nichts
über den abgegebenen Lichtstrom (Lumen) ab. Die Helligkeit in Candela
wird natürlich umso grösser, je besser man das abgestrahlte Licht bündelt.
Allerdings nur, wenn man genau geradeaus vor der LED steht.... Mit einer
Lupe betrachtet ist die LED dann noch heller, da sie die Lupengrösse nicht
ausfüllt. (Dein Bildschirm mit einer Lupe betrachtet wird *nicht* heller).
Mit einer Optik kannst du die Candelas nochmals massiv erhöhen, ohne das
ein einziges Photon mehr rauskommt. Zu Lasten des Abstrahlwinkels natürlich.
Kurzum, Candela-Angaben sind Angabe :-)) Die 150000000 km entfernte Sonne
hat 2000000000000000000000000000 Candela, für dieselbe Helligkeit müsste man
eine 1 Candela LED ca. 6mm vor das Auge halten.
http://www.ledshift.com/Lichtstrom%20German.html
Normalgluehlampe Osram CLAS A CL 15W 230V E27 FS1 230V/15W: 90 Lumen, 6 lm/W
Normal 2.5V/0.30A: 6 Lumen 8 lm/W
Krypton 2.4V/0.50A: 10 Lumen 8.3 lm/W
Halopin 25W/230V: 230 lm 9.2 lm/W Hochvolt-Halogen
Normalglühlampe Osram CLAS A CL 100W 230V E27 FS1 230V/100W: 1340 Lumen, 13.4 lm/W
Halogen 2.8V/0.85A: 35 Lumen 14.7 lm/W
Halolux Ceram 100W: 1470 Lumen 14.7 lm/W Hochvolt-Halogen
Normalglühlampe Osram CLAS A FR 200W 230V E27 FS1 230V/200W: 3040 Lumen, 15.2 lm/W
Halogen 12V/20W/1.67A: 350 Lumen 17.5 lm/W
Haloline 1000W/230V: 22000 Lumen 22lm/W
Halogen Osram 64447 ES 65W/12V: 1700 Lumen 26 lm/W (4000h Lebensdauer)
Halogen Projektorlampe 24V/250W/10.42A: 8000 Lumen 32 lm/W (50h Lebensdauer)
Philips MSA 2500DE 2500W: 260000 Lumen 104 lm/W (2000h Lebensdauer, 500 EUR)
WeisslichtLED Osram LW 541C-BW: 3.6V/0.02A: 1.7 Lumen 22 lm/W
WeisslichtLED Osram LW 541C-DW: 3.6V/0.02A: 2.8 Lumen 33 lm/W
LuxeonStar weiss LXHL-MW1C: 3.4V/0.35A typ 45 Lumen 37 lm/W
Osram OPAL OLED: <10W 500 Lumen 46 lm/W (5000h Lebensdauer)
Osram OStar LE W E3B: 20V/0.35A 50 lm/W 21V/0.7A 35 lm/W
http://www.luminus.com/products/Luminus_SST90_Datasheet.pdf 2700lm/35W 77lm/W
Seit dem angeblichen Glühlampenverbot, was aber nur ein Verbot uneffektiver
oder giftiger Leuchtmittel ist, haben Hersteller plötzlich Hochvolt-
Halogenlampen mit besserer Energieffizienzklasse erstmals zu sparsamen
Preisen (unter 2 EUR) im Angebot, sogar in klassischer Glühlampenform.
Offenbar haben die Hersteller aber aus dem Fiasko der Energiesparlampen
nichts gelernt, denn erneut betrügen sie in der Werbung den Kunden nach
Strich und Faden. Nicht nur weil bei Osram die Lampenkörper kleiner ist. So
soll die 42W Lampe eine 60W Lampe ersetzen, erzeugt aber nur 630 Lumen statt
710 Lumen. Da ist eine Energieeinsparung um 30% leicht möglich, kommen doch
12% schon mal durch die geringere Lichtmenge. Das war keine Einsparung. Daher
haben die ES Lampen inzwischen 46W. Die teurere Halogentechnik (1.99 EUR für
2000 Stunden Haltbarkeit) bringt gegenüber der billigeren Normalglühlampe
(0.34 ct für 1000 Stunden Haltbarkeit) nur 20% bessere Effizienz, spart bei
20ct/kWh im Lampenleben von 2000h 2*(0.34+1000*52.8)-1.99+2000*42 /1000*0.2 =
4.30 EUR ein. Na immerhin, die teurere Lampe für 1.99 kaufen und trotzdem
4.30 zu sparen als wenn man zur billigeren Lampe von 0.34 EUR gegriffen
hätte. Vorausgesetzt, die Lampe lebt tatsächlich 2000 Stunden. Die 10 EUR,
die bisher eine Hochvolt-Halogen gekostet hat, haben sich nämlich nie
gelohnt, zudem haben die Dinger keinerlei Energie gespart. Allerdings lässt
die IRC-Beschichtung der Energy Saver Lampe mit der Zeit nach und die
Lichtausbeute sinkt auf 80%, genau so schlecht wie Normalglühlampen die
keiner derartigen Alterung unterlagen. Es wird also immer dunkler, so wie bei
Energiesparlampen, und trotzdem wird mit der maximalen Helligkeit einer neuen
Lampe geworben.
Dummerweise gibt es keine matten Hochvolt-Halogen mehr, so daß man selbst den
Glaskörper mit Glasmattierungsmittel behandeln muss (Es ist das Zeug, mit dem
Kinder die U-Bahn-Scheiben verunstalten, keine reine Flusssäure, aber Achtung,
niemals an die Haut kommen lassen und nicht mit Wasser verdünnen, sonst bildet
sich doch Flusssäure und der Mattierungseffekt wird ruiniert).
http://anibeads.com/shop/product_info.php?products_id=2915
Da üblicherweise 500 Lux (=500 Lumen/m2) als Beleuchtungsstärke am
Arbeitsplatz angenommen werden, und diese mindestens 50 cm drumrum eingehalten
werden muss, ist eine Lampe mit 2000 Lumen zur (direkten, indirekt geht ja
noch mehr verloren, ein Alublechreflektor wirft nur 70% zurück) Beleuchtung
von 4m2 erforderlich, oder 120 1 Watt LuxeonStar-LEDs oder 8000 5mm LEDs oder
1500-4500 Watt LED Licht. LEDs sind zur ordentlichen Beleuchtung also völlig
ungeeignet, nur für Schummerlicht brauchbar, und dafür ist ihr Licht zu
ungemütlich. Denn gerade bei weniger Licht hat sich der Mensch wohl durch die
Abenddämmerung an rötlicheres Licht gewöhnt wie es Glühlampen aussenden, es
gilt die Kruithoff'sche Behaglichkeitskurve. Ich war gerade in einer Kneipe
mit gemütlich dämmrigen Licht, die verwendeten Kühlschrankglühbirnen in den
Lampen.
http://en.wikipedia.org/wiki/Kruithof_curve
http://www.wirsindheller.de/Was-ist-Licht.193.0.html (Tagsehen, Nachtsehen)
https://de.wikipedia.org/wiki/Photometrisches_Strahlungs%C3%A4quivalent
Da der LED Betriebsspannungsbedarf mit der Temperatur schwankt, darf man eine
LED nicht direkt (also ohne weitere Bauteile) an eine Spannungsquelle
anschliessen, nicht mal an den Ausgang eines ICs. Das kann sogar die Funktion
der Schaltung verhindern:
https://www.mikrocontroller.net/topic/398742
Die Helligkeit einer LED hängt vom durch sie hindurch fliessenden STROM ab,
sie benötigt also eine STROMquelle (meist von 20mA für volle Helligkeit), die
Spannung an der LED stellt sich dann schon passend ein. Wenn man nur eine
Gleichspannungsquelle hat, muss diese eine Spannung liefern, die grösser ist,
als die Spannung, die die LED unter ungünstigsten Umständen benötigt.
Zwischen LED und Spannungsquelle kommt dann ein Widerstand, der den Strom auf
die benötigten 20mA begrenzt. Für eine blaue LED (benötigt bis 4V) wäre also
eine 5V Spannungsquelle ausreichend, für eine hellrote LED (2.1V) reichen
schon 2 Alkali-Mangan-Batteriezellen aus, aber nicht mehr wenn sie leer
werden (1.8V).
Vorwiderstand = (Versorgungsspannung - LEDBetriebsspannung ) / 0.02
z.B. blaue LED mit 3.6V an 5V Quelle: (5-3.6)/0.02 = 70 Ohm (also 68 Ohm)
Wenn nun der Spannungsbedarf der LED wegen Temperaturänderungen von 3.2V bis
4V schwankt, ändert sich der Strom von 26mA bis 15mA und damit die Helligkeit
nicht mal um 1:2, was meist akzeptabel ist. Wenn zusätzlich auch noch die
Spannungsquelle nachlässt (Batterie statt Spannungsregler) sieht es schon
schlechter aus, dann muss die Spannung der Spannungsquelle noch deutlich
höher über dem Spannungsbedarf der LED liegen.
http://www.mikrocontroller.net/topic/237422
Bei den superbilligen Taschenlampen und Schlüsselfindern wie 'Photonenpumpe'
ist die LED manchmal ohne Vorwiderstand direkt an ein paar (Alkali-Mangan
oder Lithium) Knopfzellen angeschlossen. Das widerspricht scheinbar der oben
gemachten Aussage, daß man eine LED nicht direkt an eine Spannungsquelle
anschliessen darf. Es geht aber, weil die billigen Knopfzellen einen hohen
Innenwiderstand haben, der als Vorwiderstand wirkt. Gut ist die Konstruktion
dennoch nicht, weil die Helligkeitsänderung im Laufe der Batterielebensdauer
zu stark ist. Am Anfang (gut für den Anbieter beim Ausprobieren im Geschäft)
wird die LED massiv über ihren Grenzwerten betrieben, ist richtig hell, es
fliesst zu viel Strom. Die Batterie wird aber schnell leer, ihre Spannung
fällt und reicht eigentlich nicht mehr für die LED aus. Es kommt dann nur
noch Schummerlicht raus, bis man den Schrott endlich wegschmeisst, denn
Batterietausch lohnt meist nicht. Man darf bei den Lampen auch keine
qualitativ höherwertigen Batterien mit geringerem Innenwiderstand einsetzen,
weil sonst die LED noch mehr leidet.
Wenn man ganz knapp kalkuliert, und z.B. den LD39300-3.3 Spannungsregler mit
ausgemessener Ausgangsspannung von 3.30V hat, eine LED wie Cree XP-G so
montiert ist dass sie bei 3.2W ca. 40 GradC heisser wird und dann einen
ausgemessenen Spannungsabfall von 3.178V hat, dann kann man einen 0.12 Ohm
Widerstand an diesen Spannungsregler vor die LED hängen.
Die LED wird im Einschaltmoment, wo sie noch kalt ist, 84mV mehr Spannung
benötigen und damit nur mit 720mA betrieben, was deutlich dunkler ist.
Sie heizt sich aber auf und wird heller, was teilweise durch die geringere
Helligkeit bei steigender Temperatur kompensiert wird.
Sackt die Akkuspannung unter 3.35V, wird der Spannungsregler nicht mehr die
volle Spannung liefern und die LED nicht mehr mit vollem Strom betrieben,
sondern bei 2.8V (Abschaltspannung eines LiIon Akkus) auf 120mA zurückgehen.
Diese Schaltung ist möglich, und trotz linearem Spannungsregler mit 88% recht
effektiv, aber die Bauteile müssen ausgemessen werden, die Toleranzgrenzen
sind zu knapp. Man braucht nur 4 Bauteile.
http://microcontrollerslab.com/led-driver-using-uc3842/ (LEDs an UC3842)
Eine blaue/weisse LED (Spannungsbedarf 3.6-4V) an einer (0.9V-1.5V) oder zwei
(1.8V-3V) Batteriezellen erfordert einen Step-Up Spannungswandler. Es geht
der PR4401 von http://www.prema.com , ähnlich sind HT7727-7750 die geregelte
2.7 bis 5V liefern. In chinesischen Gartenleuchten ist der 4-polige ANA608
oder ZE002 verbaut der im Hellen auch gleich ausschaltet.
Effektiv aber ungeregelt ist der ZXSC300 von http://www.zetex.com/ .
Geregelter Output kommt aus Stromschaltreglern wie LT1073 oder LT1110 von
http://www.linear.com/ (aber nicht die -5 oder -12 Varianten). Sie sind
effektiv wegen einer Feedback-Spannung von bloss 0.2V, leider sind sie teuer
und liefern maximal 40mA (also maximal 4 LEDs in 2 Strängen a 2 LEDs), dafür
ist aber noch ein Batterie-Leer-Sensor drin. Ein NCP3066 hat 0.235V Feedback
und ähnelt ansonsten dem MC34063 mit PWM on/off Eingang, überlebt bis 40V.
+---+----+-L1-+-|>|-+---+ L1 = 120uH/>400mA/<0.5Ohm
| | |2 |3 |A | -|>|- = SB120 oder 1N5817, notfalls 1N4148
+| R1 +--------+8 LED | R1 = 130 Ohm
| | | | | |+
1.5V +--| LT1073 |---+ 47uF R2 = 10 Ohm (bei 20mA LED, 22 Ohm für 10mA LED)
| | | | |
| 1+--------+ R2 | LED = auch 2 LEDs in Reihe bei L1 = 68uH/>680mA/<0.25Ohm
| |4 |5 | |
+--------+----+-----+---+
+---L1----+---+
| | |
+---+----+--+ +-|<|-+ |A | Dimensionierung siehe Datenblatt
| | 2| 3| |5 | LED |
+| R1 +--------+8 | | |+
| | | | | | 47uF
9V +--| LT1073 |---)---+ |
| | | | | |
| 1+--------+ | R2 |
| |4 | | |
+-----------+-------+---+---+
Mit dieser Schaltung sind LEDs bis 1.5A zu versorgen, die
Versorgungsspannung muss grösser sein als die LED Spannung und
die SPule ausreichend gross um den Ripplestrom niedrig genug zu
halten damit sich ein Mittelwert bilden kann.
+--------------------------|<|-----+
| LEDs SB140 |
+12V ---+-0.22-+--|>|--|>|--|>|--100uH--+--+
| | | |
| | +---------------+
| +-------------|7 8 1 |
| | MC34063 5|-- PWM
+--------------------|6 3 2 4 |
+---------------+
| | |
Ct | |
| | |
GND -------------------------------+--+--+
Die TPS610xx-Serie von http://www.ti.com/ bietet 0.5V FeedBack Spannung und
wesentlich mehr Leistung, bei leider sehr geringer Spannungsfestigkeit. Der
MP1584 liefert 3A bis 28V bei 0.8V Feedback. Beim LT1932 wird der Strom
indirekt eingestellt, praktisch zum Dimmen per Poti. Allerdings ändern
Weisslicht LEDs und gelbe LEDs bei geringerem Strom ihre Farbe. Dimmen kann
man effektiver per PWM (schnellem ein/aus Schalten). Der LM2803 hat den dazu
nötigen on/off-Eingang, aber leider 1.23V Feedback, treibt aber 5 weisse
LEDs aus 2 Batteriezellen, da könnte man auch den LT1303 nehmen.
http://www.zetex.com/appnotes/apps/an33.pdf (LED an 1 Zelle mit ZXSC100)
http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/980
Für 1W Luxeon Stars wurde der ZXSC310/400 geschaffen, siehe Design Note DN61,
wenn man nicht einfach 4 NiCd-Zellen mit 3R9 Vorwiderstand nimmt. Der TPS61020
versorgt bei minimaler Bauteilanzahl eine 1W Star aus 1.8V bis 6.5V und
verbraucht nur 0.5V, er ist aber für Hobbyisten nicht lötbar. Der LTC3454 oder
LTC4390 geht da schon eher. Der ZD850 von Zywyn regelt die LEDs sogar an bis
zu 16V Wechselspannung. Der L6920 von http://www.st.com/ reicht wohl nicht
ganz. Bleibt nur der LT1305. Der TPS61030 schafft 5W Stars. Ebenso Linear's
LT1618 (http://darisusgmbh.de) mit bloss 50mV Feedback, zu dem verhindert er
gleichzeitig Überspannung. LM3404/3410 regelt bis 1A runter bei 0.2V Feedback.
Der MAX1763 unterstützt an/aus Taster, man muss bei ihm aber ebenso wie beim
LM2623 die Feedback-Spannung anheben, sonst hat man zu grosse Verluste. Die
Schwankungen einer Diode in der Feedback Leitung sind bei dieser Anwendung
gerade noch tolerierbar. Bis 6W step-up liefert CAT4240 (darisusgmbh.de), und
TS19371 (2.5-18V->30V/0.35A) und TS19377 (3.6-23V/2A) (Reichelt) noch mehr
bei nur 0.1V feddback-Spannung. Als StepDown taugt der ZXLD1362 von Zetex.
Der LT1961 hat einen ausreichend präzisen Unterspannungssensor um
Batterietiefentladungen zu verhindern.
-|>|-+-----+---+
| |A |
1k LED |
FB --+-|>|-+ 47uF
1N4148 R | R = 30 Ohm (20mA/LED) 1R8 (350mA/LED)
-----------+---+
Die Bauweise ist lustig http://www.emanator.demon.co.uk/bigclive/joule.htm
aber der Wirkungsgrad mies, ausserdem muss man an den Windungszahlen des
Trafos rumprobieren bis bei dieser Bastelei alles gut zusammenpasst. Ein
common mode choke eines kleinen Netzteils funktioniert aber gut.
Oft reicht eine simple (einstellbare) Konstantstromregelung, bei der man am
Strommesswiderstand aber möglichst weniger als 0.7V Spannung verlieren will:
--------+---+--+--|>|-+ Last, hier LED
| | | |
R | R |
| | | |
1N4148| | +-----|I NMOSFET (bei weniger als 9V Betriebsspannung nimm LogicLevel)
+-|<|-+ | | |S
| | | +--+ |
| | | | | |
| | >|-+-|< | 2 möglichst gleiche NPN (BC847BS, LM394N, CA3046)
| | |E E| |
| Poti--+ +---+
| | |
| | Shunt (für Spannungsabfall von 0.7V bei maximaler Potieinstellung)
| | |
--+-----+-------------+
leider ist die Schaltung etwas temperaturabhängig (-2mV/K am Shunt).
Der LM10=LT1635 ermöglicht 0.2V und hat einen geringen Eigenverbrauch, ist aber eher
teuer. Das Poti (250 Ohm bis 2k5 Ohm) regelt die Helligkeit. R und C müssen
angepasst werden damit es nicht schwingt aber noch ausreichend schnell regelt.
+--------+-- +4.5-7V
LM10C | |A
+-----+ Luxeon Star
+--|1 7 | |
| | 6|-+--|I LogicLevel NMOSFET mit RDSon (bei UGS 3V) um 0.2 Ohm
+--|8 | C |S
| | 2|-+-R-+
Poti-|3 4 | |
| +-----+ Shunt für 0.2V Spannungsabfall bei Nennstrom
| | |
+-----+--------+-- Masse
Will man immer volle Helligkeit, entfällt das Poti und 3 geht an 8. Verwendet
man einen NPN Bipolartransistor statt dem MOSFET kommt man ohne R und C aus.
+--------+-- +4.5-7V
LM10C | |A
+-----+ Luxeon Star
+--|1 7 | |
| | 6|----|< NPN wie BD135/2SD882
+--|8 | |E
| | 2|-----+
+--|3 4 | |
+-----+ Shunt für 0.2V Spannungsabfall bei Nennstrom
| |
+--------+-- Masse
Mit moderneren Chips in SMD und nur 0.1V am Shunt:
+-------------------------------+--o Akku
| |
| LMP7731 LED
MAX6120--12k--+-----|+\ |
| | | >--+-100R-|I IRLML6344
| | +--|-/ | |S
| | | 10n |
| | | | |
| | +--------+--10k--+
| | |
| 1k 0.27R
| | |
+-----------+-------------------+--o
etwas anspruchsvoller ist der Hystereseschaltregler
+----------------------------+----------o Akku
| |
| +--|+\ |S
| | | >--+--|I IRLML6401
TLV3012--12k--+---(--|-/ | |
| Ref | | | +--|<|--+ BAV100
| | | | | |
| | +--270k--+ LED |
| | | | |
| | | 100uH |
| | | | |
| 1k +----1k------+ |
| | | |
| | 0.27R |
| | | |
+-----------+----------------+-------+--o
Früher wurde ein JFET mit ca. 20mA bei 0V UGS wie BF254C eingesetzt, um vor
einer LED als Konstansttromquelle zu wirken, allerdings funktioniert das erst
bei einigen Volt mehr als die LED benötigt, und ist bei 20V mehr meist am
Ende weil die zulässige Verlustleistung des JFET erreicht wird. Heute ist der
BCR402 (Infineon, Conrad, -.25) besser geeignet die 20mA linear geregelt zu
liefern, BCR401 liefert 10mA, BCR321 10-250mA (Reichelt, -.39), TLE4309 bis
0.5A bei 24V (automotive) der AMC7135
von ADDtek ist ein 350mA Linearregler mit 0.12V drop out für 1 LED an 2.7 bis
6V, der AMC7150 1.5A, und AMC7140 liefert 700mA bis 50V bei 0.5V drop out und
NSI45020 20mA NSI45060 60mA bis 45V bei 1.8V drop out, andere Zahlen andere
Werte:
http://www.onsemi.com/PowerSolutions/parametrics.do?id=197
Soll mehr als eine LED parallel angeschlossen werden, braucht man
Stromverteilungswiderstände, und einer davon bildet dann den Shunt. Dann muss
aber ein PMOSFET oder PNP Transistor verwendet werden. Der soll Gesamtstrom
und Verlustleistung aushalten bei möglichst hoher Stromverstärkung da vom
LM10 nicht mehr als 20mA kommen und dennoch niedriger Sättigungsspannung
(also kein Darlington, sonst müsste man sich die Kosten des LM10 wegen der
0.2V niedrigem Referenzspannung nicht aufhalsen sondern hätte LM358 + LM385
oder TL103 nehmen können). Brauchen die LEDs mehr Spannung (5W Luxeon Star
oder mehrere pro Strang in Reihe) kann der LM10 bis 40V (statt 7V beim LM10L)
vertragen. Liegt die Betriebsspannung unter 9V braucht man einen seltenen
LogicLevel-Power-PMOSFET, liegt sie zwischen 10V und 20V reicht ein normaler
PMOSFET, über 20V muss man dessen Gate schützen.
+---------+-- +4.5-40V
LM10 | |E
+-----+ +--|< PNP oder PMOSFET
+--|1 7 | 470R |
| | 6|--+ +---+---+- ...
+--|8 | LED LED LED
| | 3|------+ | |K
+--|2 4 | | | |
+-----+ R R R (für 0.2V Spannungsabfall bei Nennstrom/LED)
| | | |
+---------+---+---+-- Masse
Chinesen kommen für viele LEDs auf solche Schaltungen:
LED LED LED LED
+--|<|--|<|--...--|<|--+--|<|--+-- +
| | |
NPN >|------+ | |
E| | | 180R
| | | |
180R | | |E
| | +------|< PNP
| | |
- --+--|<|--+--|<|--...--|<|--|<|--+
LED LED LED LED
F.8.0. LEDs an 230V~
An 230V~ sind normale 20mA-LEDs nur mit Aufwand anzuschliessen. Entweder man
begrenzt den Strom mit einem Vorwiderstand und lässt die negative Halbwelle
ungenutzt vorbei
LED
+--|>|--+
~ o--5k6/10W--+ +--o ~
+--|<|--+
1N4148
aber 10 Watt zu verheizen um eine Lichtleistung von weniger als 1 Milliwatt zu
bekommen ist ein wahrlich schlechter Wirkungsgrad, unendlich viel schlechter
als jede Glühlampe. Die negative Halbwelle nutzt ein Brückengleichrichter, der
weniger als 5V und weniger als 50mA aushalten muß, also ein B80C800 wäre schon
massiv überdimensioniert, man kann 4 einfache 1N4148 Dioden verwenden:
+--|>|--+--|<|--+
| |A |
~ o--12k/5W--+ LED +--o ~
| |K |
+--|<|--+--|>|--+ 4 x 1N4148
Das sind immer noch viel Verlust und damit viel Verlustwärme für ein kleines
Licht. Daher nimm besser eine 2mA low current LED in einer Gleichrichterbrücke
die über einen spannungsfesten (also 3 normale Widerstände in Reihe) 120k/0.5W
Vorwiderstand an 230V~ hängt:
+--|>|--+--|<|--+
| |A |
~ o--39k--39k--39k--+ 2mA LED +--o ~
| |K |
+--|<|--+--|>|--+ 4 x 1N4148
Besser nutzt man den Blindwiderstand eines Kondensators an Wechselstrom und
nimmt einen 270nF Kondensator (120nF für 10mA LED, 27nF für 2mA LED, 470nF
wenn eine 20mA LED antiparallel mit einer einzelnen Diode anstelle des
Brückengleichrichters verwendet wird) parallel zu 1M5/0.25W (damit er sich
beim Abschalten entlädt) und in Reihe mit 1k/0.6W Sicherungswiderstand (damit
beim ersten Einstecken und Netzstörungen der Ladestrom im Rahmen bleibt) an
einen Brückengleichrichter an dem die 20mA LED hängt. Auf diese Art braucht
die Schaltung nur ungefähr so viel Leistung wie die LED, sie ist also viel
effektiver als die zuvor gezeigten Vorwiderstände. Der parallelgeschaltete
1k Widerstand verhindert, daß die LED bei geringsten Strömen durch kapazitive
Kopplung leicht glimmt:
~ o--1k/0.6W--+--------270nF-------+--|>|--+----+--|<|--+--o ~
| | |A | |
| | LED 1k |
| | |K | |
+--470k--470k--470k--+--|<|--+----+--|>|--+ 4 x 1N4148
und sollte bei einer 2mA LED mit 27nF Vorkondensator auf 10k erhöht werden:
~ o--10k/0.25W--+-------27nF------+--|>|--+------+--|<|--+--o ~
| | |A | |
| | 2mA LED 10k |
| | |K | |
+--1M5--1M5--1M5--+--|<|--+------+--|>|--+ 4 x 1N4148
http://www.conrad.de/ 184870 184985, 725862, 725870, 725889
http://www.supertex.com/ (HV9904/HV9906)
Leider ist diese Schaltung empfindlich bei Hochfrequenzstörungen aus dem
Netz, wie sie durch Rundsteuerimpulse oder Powerline-Modems auftreten, und
man müsste sie durch eine Drossel abblocken. Die ist dann leider so gross
wie ein Trafo. Zudem fordert VDE eine zusätzliche Plastikabdeckung, da die
LED keine ausreichende Isolierwirkung hat. Nimm also gleich eine Glimmlampe
:-) die braucht nicht mal 1mA. Allerdings beträgt die mittlere Lebensdauer
einer Glimmlampe auch nur 10000 Stunden, was als Betriebsanzeige also ok,
als Dauerlicht aber eher nicht zu gebrauchen ist.
F.8.0.1. Wie schliesst man Optokoppler und Lichtschranken an ?
http://www.fairchildsemi.com/an/AN/AN-3001.pdf
LED Phototransistor
+-----+ +--2k2-- +5V (oft auch 470R (schneller) oder 10k (langsamer))
+5V ----------|A B| |
out --220Ohm--|K C|--+------- Signal
| E|---------- Masse
+-----+
Einen eventuell vorhandenen Basisanschluss lässt man offen. Legt man ihn über
einen Widerstand (1k-10k) an den Emitter, wird der Phototransistor
unempfindlicher, geht aber schneller wieder aus. Damit es deutlich schneller
geht (0.5us mit CNY17) kann man den Basisanschluss nutzen:
https://www.mikrocontroller.net/topic/218153
http://www.cel.com/pdf/appnotes/an3009.pdf
http://www.vishay.com/docs/83590/fastswit.pdf
Siemens VO610A = Vishays SFH6106 hat C und E im 4-poligen Gehäuse genau
vertauscht gegenüber allen anderen Herstellern, krank.
Will man den Eingangsspannungsbereich erweitern, sollte man eine Stromregelung
bauen. Der 150k Widerstand muß bei minimaler Spannung ausreichend Basisstrom
zulassen damit der BU805 bis 5mA erlaubt, und darf bei maximaler Spannung
nicht zu viel Leistung verbraten und Strom für den BC547 erlauben. Der
Transistor für die LED muß ausreichend (über)spannungsfest sein und falls ein
sehr weiter Bereich der Eingangsspannung gewünscht ist, fährt man mit einem
Darlington gut. Der 150R Widerstand bestimmt den Strom durch die LED und ist
auf 5mA ausgelegt. Legt man noch einen 4u7 Siebelko C hinter den
Gleichrichter, pulsiert der Ausgang bei 50Hz nicht mehr, er reagiert dann
träger.
4 x 1N4007 +----+
+----------+--|>|--+--+---------|A C|--+------- Signal
| | | | +--|K B| +--4k7-- +5V
| +--(--|>|--+ 150k | | E|---------- Masse
o | | : | | +----+
12V=..230V~ | | C +-----|< BU805
o | | : | |E
| | +--|<|--+ >|-----+ BC547
| | | E| 150R (Strom für 5mA)
+-------+-----|<|--+--+------+
Lichtschranken lassen sich durch Umgebungslicht stören, wenn man das Licht
nicht moduliert. Dafür eignet sich z.B. ein NE/LM567C oder KA567 (andere
Bauteilwerte) oder der neuere LMC567 (Bauteilewertanpassung nach Datenblatt)
als kombinierter Sender/Empfänger (aus Elektor 7/8 98), der Empfänger
reagiert dann nur auf Licht passender Frequenz.
Siehe auch: http://www.mikrocontroller.net/topic/297278 und
http://www.trigonal.de/sel/blobs/relisch.png
+---+--+----------------+------+--+-- +5V
| | | | | |
| 4k7 | +----+---+ 1M 220R
E| | | | 4 | | |
>|--+--(--4k7---+--|5 1|--+ |
|BC307 | 10k |LM/NE567| | |A
| | +--|6 | | LED
| | | | | | |
100R 10kPoti-22n-(--|3 2 7 8|--(--+-- kann bis 100mA nach Masse schalten
| | | +--+--+--+ |
A| C| | | | |
LED=PhotoTrans 22n 2u2 | 4u7
| | | | | |
+------+--------+-----+--+-----+----- GND
Um Fehlauswertungen durch hochreflektierende Oberflächen zu vermeiden,
arbeiten professionelle Lichtschranken übrigens mit Polarisationsfiltern
im Sende- und Empfangsweg.
Alternativ erzeugt man mit 2 Oszillatoren aus einem NE556 mit 50Hz
getastete 36kHz für die LED und nimmt als Empfänger einen der üblichen
IR Demodulations Empfänger für Fernbedienungen wie den TSOP1736, der
dann aber 50Hz am Ausgang produziert und sich von Fernbedienungen
stören lässt). Vollintegriert gibt es das als IS471F von Sharp.
> LED als Lichtsensor
Wer wissen will, ob es überhaupt dunkel genug ist, um LEDs einschalten zu
müssen, kann die LED auch als Lichtsensor nutzen:
http://www.merl.com/reports/docs/TR2003-35.pdf
http://electronicdesign.com/lighting/single-led-takes-both-light-emitting-and-detecting-duties
http://www.eeweb.com/blog/extreme_circuits/using-led-as-a-light-sensor (800MOhm/2V erfassen)
http://www.reaktivlicht.de/wp/ (Sperrschichtkapazität einer LED durch Photostrom entladen, funktioniert wohl nicht: http://www.mikrocontroller.net/topic/310351)
> Wie funktionieren eigentlich Glimmlampen ?
Die klassischen meist orange leuchtenden Glimmlampen kommen auf Grund
ihrer recht hohen Betriebsspannung von ca. 70V leider aus der Mode, dabei
sind es interessante Bauteile. Für den Betrieb reicht eine Spannungsquelle
ab 120V und ein Vorwiderstand von ca. 47k (bei 120V) bis 270k (an 230V~)
normaler Leistung (0.25W), weil eine Glimmlampe nur 0.5 bis 2.5mA benötigt.
Da eine Glimmlampe eine höhere Zündspannung (beispielsweise 100V) als
Brennspannung (z.B. 70V) besitzt, hat sie einen Betriebsbereich mit negativer
Widerstandskennlinie und kann deshalb als Oszillator (F.31.) und Speicher
(siehe F.28.) verwendet werden. Als Dauerbetriebsleuchten (Lichtschalter)
halten sie leider nur ein paar Jahre, als Betriebsanzeige (Waschmaschine)
aber i.A. das ganze Geräteleben lang.
230V~ L ---270k---(||)-- N
Ebenso funktionieren Nixie-Röhren. Jede Ziffer ist eine dort Glimmlampe. Die
Betriebsspannung muss über der Zündspannung (ca. 100V) liegen, also so bei
120 bis 160V. Vor jede Stelle muss ein Vorwiderstand, der den Strom auf den
Nennwert von meist so 2mA begrenzt, wenn man von der Betriebsspannung die
Brennspannung (meist so 70V) abzieht, also 33k bei 130V. Die Ansteuerung
erfolgt mit 7441 (70V) und 74141=K155D1 (60V) , jeweils die Brennspannung der
Nixie (ca. 70V) hinzuzählen für maximale Betriebsspannung, ergibt dann so
130V. Die übliche Schaltung ist also:
+130V
|
33k
|
+5V .---------------------------------------.
| ( Nixie )
7441 | `---------------------------------------´
+-----+ | | | | | | | | | |
| 0|---+ | | | | | | | | |
| 1|-------+ | | | | | | | |
--|A 2|-----------+ | | | | | | |
--|B 3|---------------+ | | | | | |
--|C 4|-------------------+ | | | | |
--|D 5|-----------------------+ | | | |
| 6|---------------------------+ | | |
| 7|-------------------------------+ | |
| 8|-----------------------------------+ |
| 9|---------------------------------------+
+-----+
|
GND --+
Leider ist der 74141/K1555D1 rar geworden, und man muss weniger spannungsfeste
IC Ausgänge (vom uC oder einem 1:10 Decoder) mit spannungsfesten Transistoren
verstärken, was viele Bauteile erfordert:
+130V
|
33k
|
+5V .----------------------------------------.
| ( Nixie )
CD4028| `----------------------------------------´
+-----+ | | | | | | | | | |
| 0|--10k--|< | | | | | | | | |
| 1|--10k---)--|< | | | | | | | |
--|A 2|--10k---)---)--|< | | | | | | |
--|B 3|--10k---)---)---)--|< | | | | | |
--|C 4|--10k---)---)---)---)--|< | | | | |
--|D 5|--10k---)---)---)---)---)--|< | | | |
| 6|--10k---)---)---)---)---)---)--|< | | |
| 7|--10k---)---)---)---)---)---)---)--|< | |
| 8|--10k---)---)---)---)---)---)---)---)--|< |
| 9|--10k---)---)---)---)---)---)---)---)---)--|< 2SA42/MPSA42/BF422 oder ULN2023
+-----+ | | | | | | | | | |E
| | | | | | | | | | |
GND --+-----------+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
Konstantstromansteuerung spart die Basisvorwiderstände und gibt
gleichmässigere Helligkeit, ist also geschickter (funktioniert in der Form
aber nur wenn zu einer Zeit nur maximal 1 Ausgang aktiv ist und die IC
Betriebspannung unter UBEreverse der Transistoren, also 6V, liegt):
+130V
|
+5V .----------------------------------------.
| ( Nixie )
CD4028| `----------------------------------------´
+-----+ | | | | | | | | | |
| 0|--|< | | | | | | | | |
| 1|---)--|< | | | | | | | |
--|A 2|---)---)--|< | | | | | | |
--|B 3|---)---)---)--|< | | | | | |
--|C 4|---)---)---)---)--|< | | | | |
--|D 5|---)---)---)---)---)--|< | | | |
| 6|---)---)---)---)---)---)--|< | | |
| 7|---)---)---)---)---)---)---)--|< | |
| 8|---)---)---)---)---)---)---)---)--|< |
| 9|---)---)---)---)---)---)---)---)---)--|< 2SA42/MPSA42/BF422
+-----+ | | | | | | | | | |E
| | | | | | | | | | |
GND --+--1k8-+---+---+---+---+---+---+---+---+---+
Bei Plasmaanzeigen ist jedes Segment eine Glimmlampe. Leuchtstoffröhren
(erzeugen mit Quecksilber UV Licht das der Leuchtstoff ins sichtbares
transformiert) und CCFL (Leuchtstofflampe ohne Heizwendeln) bis hin zum
Fernseherplasmaflachbildschirm (jeder Bildpunkt ist eine CCFL
Leuchtstofflampe) sind auch Glimmlampen.
http://www.electricstuff.co.uk/ (Nixie Uhren)
http://www.babcockinc.com/babcock/documents/doc_2662.html
F.8.1. Multiplexanzeigen
Wenn man mehrere Stellen von 7-Segment LED Anzeigen haben will, oder gar
alphanumerische 16-Segment Anzeigen ansteuern muss, bietet sich ebenso wie
bei Punktmatrix von Laufschriften das Multiplexverfahren an. Manchmal wird
es von mehrstelligen Modulen gar erzwungen, weil die Anschlüsse schon so
verschaltet sind:
(siehe Multiplexbetrieb von LCDs im Abschnitt F.11. LCD Flüssigkristallanzeigen,
Multplexbetrieb von Nixie-Röhren wird Lebensdauertechnisch nicht empfohlen)
Im Multiplexbetrieb ist zu einer Zeit nur eine Stelle (Digit, Reihe) an, also
leuchten nur dort die gewünschten Segmente/Bildpunkte. Da das bei einer
N-stelligen/N-reihigen Anzeige aber auch nur 1/N-tel der Zeit sein kann, muss
es derweil N mal heller strahlen, also der N-fache Strom fliessen (der bei
normalen 7-Segment Anzeigen und Maxtrixdisplays 10mA beträgt, also N*10mA).
Bei den Digitleitungen/Spaltenleitungen, über die bei 7-Segment Anzeigen ja
der gesamte Strom von den 7 Segmenten und dem Dezimalpunkt fliessen muss,
bei Punktmatrixanzeigen der ganze Strom aller x Bildpunkte dieser Reihe was
hunderte sein können, ist der Strom noch höher, nämlich x*N*10mA. Mehr als 10
Stellen sollte man nicht zusammen multiplexen, denn mehr als 100mA schadet
den meisten Leuchtdioden.
http://www.youtube.com/watch?v=I0sgqgUwIAQ
Das steuernde IC (meist ein Microcontroller) muss also ausreichend Strom
liefern können. Teste mal (mit einem 1k Poti), bei welchem Strom (bei Display
mit gemeinsamer Anode von +5V in einen auf LO geschalteten Ausgang und bei
Displays mit gemeinsamer Kathode von einem HI Ausgang nach GND) der Ausgang
auf 1V von seiner Versorgungsspannung weggezogen wird. Bei M Segmenten und N
Digits entsteht dabei schon alleine für die Segmente eine Verlustleistung von
M*N*10 [mW], also bei einer 4-stelligen 7-Segment Anzeige mit Dezimalpunkten
0.32W. Mehr Strom sollte man also nicht entnehmen, die IC-Hersteller werden
gar nur den Maximalstrom für 0.8V angeben.
Also muß man den Strom meist verstärken, dazu dienen externe Transistoren. Es
gibt mehrere Möglichkeiten:
1. bipolare Transistoren als Emitterfolger
Verringert die Strombelastung des IC-Ausgangs um den Stromverstärkungsfaktor
des Transistors (braucht also nur 1mA um 100mA schalten zu können), benötigt
keine zusätzlichen Bauteile (Basisvorwiderstände) kostet aber oft fast 1V
Spannungsabfall am Transistor (schau in Ubesat im Datenblatt deines
Transistor bei dem benötigten Strom) und bewirkt entsprechende
Verlustleistung (die allerdings meist kein Problem darstellt).
Blaue/weisse LEDs an 5V zu multiplexen ist damit nicht möglich, denn es
bleibt keine Spannung mehr übrig für den unbedingt notwendigen Widerstand der
den Strom definiert der durch die LED fliesst (5V-3.6V-1V-1V = unter 0V, er
bräuchte so 1V), die Schaltung taugt nur für rote bis grüne 2.1V LEDs oder
mehr Spannung (ab 6V). Allerdings eignen sich blaue/weisse LEDs wegen des
geringeren Verhältnisses von Dauerstrom zu Spitzenstrom eh nicht so gut zum
Multiplexen.
1.1. Strom in eine Anode
+5V
|
Pin ----|< NPN
|E
Anode der LED-Anzeige
1.2. Strom aus einer Kathode
Kathode der LED-Anzeige
|E
Pin ----|< PNP
|
GND
2. bipolare Transistoren in Emitterschaltung
Schalten einen etwa 5 bis 200 (schau im Datenblatt auf Ib/Ic für Sättigung)
mal höheren Strom als der IC-Ausgang liefern kann, R1 muss angepasst werden.
R2 ist nur nötig, wenn der IC-Ausgang nicht auf +5V bzw. auf Masse schaltet
(ein Ein-/Ausgangspin der nach Reset auch als Eingang geschaltet sein kann,
open collector Ausgang, seinerseits ein einzelner Transistor, ...). Man
benötigt also zusätzliche Bauteile (Widerstände), denn Digitaltransistoren
sind nicht einsetzbar weil deren bereits eingebaute Widerstände zu hohe
Werte haben. Am ehesten taugt noch DDTB122.
Vorteil: Der Transistor schaltet in Sättigung und insbesondere LowSat
Transistoren wie BC368/BC369/ZTX1047/ZTX1147/FMMT617/NSS20201 haben dabei
einen niedrigeren Spannungsabfall als beim Emitterfolger. Das bewirkt nicht
nur geringere Verlustleistung, sondern mehr Spannung für die LED, was
insbesondere bei blauen/weissen LEDs und niedriger Gesamtspannung (5V) eine
Notwendigkeit ist, um den Strom durch Vorwiderstände ausreichend genau
einstellen zu können. Ein ZTX1047 kann aus den 20mA eines uC-Ausgang immerhin
4A schalten, kurzzeitig.
Wählt man als Transistoren jedoch Darlingtontransistoren wie BC517 (NPN) oder
BC516 (PNP) in der Hoffnung auf höhere Stromverstärkung oder ICs mit
Darlingtonausgangsstufen wie ULN2803 (NPN) oder UDN2981/MIC2981 TD62783 (high
side), so ist der Vorteil des niedrigen Spannungsabfalls hinfällig, denn die
Darlingtons bewirken noch mehr Verluste als ein Emitterfolger. Man nimmt
besser saturated driver wie TD62381/2 (8*15V/500mA Toshiba) oder MOSFETs wie
TPIC2701 (CMOS ULN2003 7*500mA/60V TI) oder TPIC6273 (TI, mit Latch), der
LB1268 macht 1A, 1A und 2A, die high side switches STMPS2161 und AP22802 sind
für USB aber klein und schalten 0.5, 1 oder 2A.
2.1. Strom in eine Anode
+---+-- +5V
R2 |E
Pin --R1-+--|< PNP (z.B. BC369/BC328/FMMT617)
|
Anode der LED-Anzeige
2.2. Strom aus einer Kathode
Kathode der LED-Anzeige
|
Pin --R1-+--|< NPN
R2 |E
+---+-- GND
3. MOSFETs
MOSFETs wie IRF7401/IRF7314 lösen das Problem mit der Stromverstärkung, dem
Spannungsabfall und den zusätzlichen Bauteilen, sind aber baulich grösser und
teurer. Man braucht Typen mit niedriger Uth Schwellspannung (LogicLevel) weil
man ja i.A. nur mit 5V arbeitet. In vielen Fällen sind MOSFETs die beste
Lösung.
3.1. Strom in eine Anode
+5V
|
Pin ----|I PMOSFET
|S
Anode der LED-Anzeige
3.2. Strom aus einer Kathode
Kathode der LED-Anzeige
|S
Pin ----|I NMOSFET (z.B. BSP295, GF2304)
|
GND
Wenn die Betriebsspannung der Ansteuerschaltung nicht mehr ausreicht, um die
LEDs zu versorgen (weil im Display mehrere in Reihe geschaltet sind), sind die
Schaltungen nicht mehr geeignet. Man braucht Source Driver wie UDN2981 oder
TD62783. Die haben zwar einen noch grösseren Spannungsabfall, aber man hat
sowieso eine höhere Spannung zur Verfügung. Bei Spannungen unter 20V können
MOSFET-Treiber-ICs sinnvoll angewendet sein. Alternativ nimmt man integrierte
Treiber die nach Masse schalten wie ULN2803 oder gar strombegrenzte Treiber
wie MBI5016 (siehe unten) und muss nur noch einen diskreten PNP Transistor
nach Plus schalten, der dann als gesättigter Schalter agiert:
+---+-- +Ub (nach nach Treiber bis 17V oder 50V)
| 10k |E
ULN2803|---150R--+--|< PNP, z.B. BC368
| ^ |
angepasst an +Ub Anoden der LEDs
+---+-- +Ub (nach nach Treiber bis 17V oder 50V)
| 10k |E
MB5016 |---------+--|< PNP, z.B. BC368
| |
Anoden der LEDs
Diskret kann man das mit einem Haufen Widerständen und 2 bipolaren
Transistoren aufbauen:
+----+-- +Ub (z.B. 12V)
R4 |E R4 pull up, so 1k
+---|< PNP z.B. BC368 für 1A
| | R3 z.B. 120R für 100mA Basisstrom des PNP
R3 +-- Anoden der LEDs, Spitzenstrom z.B. 1A
| R1 z.B. 220R für 10mA Basisstrom den NPN
Pin --R1-+--|< NPN z.B. BC547 schaltet 100mA
R2 |E R2 überflüssig wenn Pin nie offen (Eingang) sein kann,
GND -----+---+
oder in Basisschaltung bei Pins die mehr Strom nach Masse ableiten können als
von VCC liefern können, wie beim 8051. Allerdings wirkt hier der NPN nicht
stromverstärkend so daß dieser einfachere Pegelwandler nur für geringe Lasten
taugt, wenn man nicht als PNP einen Darlington einsetzt.
+----+-- +Ub (z.B. 12V)
R1 |E R1 pull up, so 2k2
+---|< PNP z.B. BC338 bis 200mA, Darlington für mehr Strom
| |
| +-- Anoden der LEDs
VCC --------|< NPN z.B. BC547 schaltet 20mA
|E
R2 R2 legt Basisstrom fest, sollte 1/10 bis 1/20 des
| Ausgangsstroms sein, Berechnung (VCC-Ulo-0.7)/R2
Pin ---------+
Matrixanzeigen bei denen hunderte von LEDs, eventuell mehrfarbig, ein Bild
oder Laufschrift erzeugen können, sind einfach aufzubauen, solange man sich
über EMI-Störstrahlung keine Gedanken machen muss. Unterschätzt aber den
Verdrahtungsaufwand und Stromverbrauch nicht und nehmt nicht die billigsten
LEDs, sondern nach Helligkeit selektierte, oder noch besser fertige 7x5 oder
8x8 Anzeigeblöcke. Die sind zwar teuer, aber nicht bloss gleichmässig hell
sondern sogar von schräg betrachtet gleichmässig hell, was vor allem bei RGB
Farben Pflicht ist. Da die grossen Hersteller von Laufschriften irren
Mengenrabatt bekommen und selber selektieren, gibt es billige Laufschriften
mit geringwertigen LEDs für weniger Geld, als die LEDs alleine kosten (und
die von denen aussortierten LEDs landen dann im 1000er Pack).
Man kann die LEDs jeweils per Vorwiderstand an eine Kette von zig 74HC595
anschliessen, das erlaubt volle 20mA pro LED.
oder NLSF595 (74HC595 mit SPI von OnSemi) oder HEF4894 oder UCN6277 oder
UAA2022 (obsolet, 16, SPI) oder PCA9532D (16*25mA dimmbar I2C, Philips bei
Sander-Electronic), HM6276 (Hopefind) oder MBI5016 (Macroblock, 16*bis 90mA)
TB62706 (16 x PCA9626 24*100mA STB08C596 (8*120mA/16V)
bsi 40V (I2C, NXP). Oder M5450/5451 (ST, Micrel) / MM5450/5451 (NS) nehmen,
an den 34/35 15mA LEDs ohne Vorwiderstand passen (bei Farnell um 6 EUR).
Rohm hat BD7851FP, BU2092/F/FV, BU2098/F/FV, BU2099/F/FV, BD7871FP mit bis
zu 50mA Konstantstromtreibern, erhältlich bei http://www.weisbauer.de/ .
Im Multiplexbetrieb spart man Anschlüsse, aber der Strom summiert sich so
dass man entweder starke Treiber oder effektive 2mA LEDs verwenden muss oder
Schummerlicht in Kauf nimmt.
Der MC14489 schafft 25 Einzel LEDs mit 7mA. Oder, wenn 5mA pro LED ausreichen,
je 64 Stück an einen MAX7221 oder 128 an einen MAX6954/55/60-63. HT1632C für
8x32 oder 16x24 mit 100uA oder 10mA bei externen Spaltentransistoren. Oder den
billigeren und leichter beschaffbaren ICM7218A, der bringt aber nur 3.8mA/LED
und ist nicht wirklich seriell anschliessbar, auch MAX7219 oder AS1106.
SAA1064 geht notfalls auch. BD26502 (Rohm) versorgt 117 LEDs mit 2.85mA.
Billiger ist es, sich die Multiplexelektronik selber zu bauen: Bei 128 LEDs
in 8x16 Matrix und 20mA/LED sind das 2.56A aus 5V für den Spaltentreiber, der
an einem Decoder mit open collector Ausgängen wie 74141 hängt, und 160mA für
jeden Zeilentreiber, dafür gehen zwei 150mA TPIC6B595 (oder 350mA TPIC6A595)
sehr gut (http://www.ti.com/, 1.33 EUR bei http://www.elpro.org/).
+8V (je nach LED-Farbe) LED-Kathoden
|E |
Spalte --100R-|< BDX34C R für Spaltenanzahl*LED_Strom
| |
LED-Anoden Zeile aus TPIC6B595
http://www.crafted.de/photonenbanner.php (96x24)
http://www.woe.onlinehome.de/
http://www.elektor.de/ 2/2000 mit programmierten uC COP8782 für 19,- EUR
http://www.zilog.com/ AN0078 (210 LEDs)
http://www.zilog.com/ AN_MSGDISP (420 LEDs)
http://www.lecad.uni-lj.si/~leon/electronics/panel/index.html
http://www.funkamateur.de/ 3/2000 Matrixanzeige mit Leuchtdioden
http://www.mikrocontroller.net/topic/89563 9x9 RGB DMX512 mit FPGA
Verfügbare ICs:
Multiplex: MC14489/MC14499, ICM7218A/MAX7221, TB62709 (4 digits 40mA), TLC5920 (16*8 LEDs 30mA)
Konstantstrom: TB62715 (8*150mA/17V), TLC5916 (8*120mA/20V)
A6275=TB62705 (8*90mA/17V), TB62716 (16x150mA/17V), STP16CP05 (16*100mA
ST Segor), CAT4016 (16x100mA/5.5V OnSemi Darisus), A6276=TB62706=HM6276
(16*90mA eBay), TB62708 (16*90mA/17V), TLC5921 (16*80mA, Darisus), A6282
(16*50mA Allegro Darisus), MBI5030 (16x45mA), TLC5923 (16*45mA/20V),
SCT2024 (16*45mA/17V/99 ct bei ulrichradig.de), TB62717 (24*90mA Toshiba
Segor), TB62717 (3*8*30mA), MM5486 (33*15mA)
Philips I2C: ST2221A, STP08CDC596, PCA9922 (8*60mA)
PWM dimmbar: TLC5940=AS1112 (16*120mA/17V Konstantstrom, TI,
Darisus), MAX6966 (10, Maxim), PCA9626B (24*100mA 40V open drain, I2C,
Philips) WS2803 (18 x 30mA/30V eBay 1.-) PCA9532 (16*12.5mA, I2C,
Philips)
High-Side: TB62710 (8*90mA Konstantstrom) TD62706 (VFD 6*50mA 60V)
TD62708 (parallel 1.8A, bis 2.5V Einschaltverlust) TD62783, TD62785
(0.5A), UCN5891 UDN2981 UDN2540 UDN2987, LB1240 (VFD 32mA/50V)
LowSide: UDN2595/UDN2597 ULN2064 (4*1.5A 80V) ULN2803 TPL7407 (CMOS ULN2003 8x40V/0.6A) A6832 (32*100mA)
Graustufen: TB62718 LT8500 TLC5904 TLC5905 TLC5910 TLC5911
Textdisplay: TB62713 (4*5*7 ASCII decoder 50mA)
LCD Driver: STV7733 (320*0.5mA 90V low medium high Pegel)
Baut man eine Multiplexanzeige mit nicht strombegrenzten Treibern auf, muß
der Strom durch die LEDs durch Widerstände in den Zuleitungen definiert
werden. Dabei gibt es eine untere und eine obere Toleranz durch Streuungen
im Spannungsverlust an Transistoren und LEDs, für den meist in Datenblättern
nur typische Werte in Diagrammen angegeben werden die nicht mal bis zu den
Spitzenströmen reichen. Der Widerstand muss also so dimensioniert sein, dass
bei minimal möglichen Spannungsverlusten der maximal erlaubte Spitzenstrom
der LEDs nicht überschritten wird, und gleichzeitig bei maximal denkbaren
Spannungsverlusten immer noch ein ausreichend hoher Strom und damit eine
ausreichenden Helligkeit der Anzeige entsteht. Deswegen muss der
Spannungsabfall am Widerstand deutlich grösser sein als die Toleranz der
anderen Spannungsabfälle, man sollte so 2V am Widerstand erreichen. Damit
wird die Gesamtversorgungsspannung schon zu einem Problem. Glücklicherweise
eignen sich die weissen und blauen LEDs mit 3.6V nominellem spannungsabfall
eh nicht so zum Multiplexen, denn sie erlauben meist keine deutlich höheren
Pulsströme, so dass rote und grüne LEDs mit typ. 2.1V für Multplexanzeigen
besser passen. Da zum Schalten von Spitzenströmen auch ausreichende
Basisströme nötig sind, ist auch eine Kalkulation der Basisströme nötig, bei
der man schnell erkennt, daß der übliche Sättigungssgtrom von 1/10 Ic nicht
immer erreichbar ist, und man im Datenblatt des Transistors genauer hingucken
muss, welcher Strom wirklich nötig ist.
Segmentwiderstand:
(Ausgangsspannung - Spannungsabfall an der LED - Spannungsabfall am Transi) / (Nennstrom der LED * Stellenanzahl)
Bei einer 4-stelligen 7-Segment Anzeige mit 10mA/Segment für Normalhelligkeit
fliessen also 40mA pro Segment, und 320mA pro Digit (wenn alle Segmente der
Stelle AN sind). Bei 120 Ohm Basisvorwiderstand fliessen 32mA Basisstrom.
+---------------+
--56R--|a |
--56R--|b |
--56R--|c 4-stellige |
--56R--|d 7-Segment |
--56R--|e Anzeige |
--56R--|f mit 10mA |
--56R--|g |
--56R--|d.p. |
+---------------+
| | | |
--120R--|< | | |
|E | | |
--120R---(--|< | | PNPs bei Display mit gemeinsamer Anode,
| |E | |
--120R---(---(--|< | NPNs bei Display mit gemeinsamer Kathode.
| | |E |
--120R---(---(---(--|<
| | | |E Plus bei Display mit gemeinsamer Anode,
+---+---+---+-- Masse bei Display mit gemeinsamer Kathode.
Also noch mal zur Erinnerung: Bei obenstehender Schaltung werden ca. 40mA an
den Anschlüssen benötigt. Das ist mehr als die Datenblattangabe der meisten
uC erlaubt. Es kann sinnvoll sein, pro Anschluss 2 Ausgänge parallel zu
schalten. Oder man verstärkt die Stromlieferfähigkeit der Ausgänge mit einem
Emitterfolger durch den man allerdings weitere 0.7V verliert:
+--+--+--+--+--+--+--+-- +5V
| | | | | | | |
--(--(--(--(--(--(--(-|< NPN (BC547, BC337)
--(--(--(--(--(--(-|< E| +-------------------+
--(--(--(--(--(-|< E| +-15R--|a |
--(--(--(--(-|< E| +----15R--|b |
--(--(--(-|< E| +-------15R--|c 5 x 8 LED |
--(--(-|< E| +----------15R--|d Matrix |
--(-|< E| +-------------15R--|e mit 20mA |
-|< E| +----------------15R--|f (2.1V/LED) |
E| +-------------------15R--|g |
+----------------------15R--|h |
100mA Zeilenstrom +-------------------+
| | | | |
--120R-------------------------|< | | | |
|E | | | |
--120R--------------------------(--|< | | | 800mA Spaltenstrom
| |E | | |
--120R--------------------------(---(--|< | |
| | |E | |
--120R--------------------------(---(---(--|< |
| | | |E |
--120R--------------------------(---(---(---(--|< NPN (BC369, ZTX1048 high Beta Transistoren)
| | | | |E
GND --+---+---+---+---+
Besser funktioniert es mit PNP Transistoren in Sättigung,
die Spannung sollte auch für blaue/weisse LEDs ausreichen,
dazu brauchen die Transistoren aber Basisvorwiderstände:
+--+--+--+--+--+--+--+-- +5V
| | | | | | | |E
--120R--(--(--(--(--(--(--(-|< PNP (BC557, BC327)
--120R--(--(--(--(--(--(-|< | +-------------------+
--120R--(--(--(--(--(-|< | +-6R8--|a |
--120R--(--(--(--(-|< | +----6R8--|b |
--120R--(--(--(-|< | +-------6R8--|c 5 x 8 LED |
--120R--(--(-|< | +----------6R8--|d Matrix |
--120R--(-|< | +-------------6R8--|e mit 20mA |
--120R-|< | +----------------6R8--|f (3.6V/LED) |
| +-------------------6R8--|g |
+----------------------6R8--|h |
100mA Zeilenstrom +-------------------+
| | | | |
--120R-------------------------------|< | | | |
|E | | | |
--120R--------------------------------(--|< | | | 800mA Spaltenstrom
| |E | | |
--120R--------------------------------(---(--|< | |
| | |E | |
--120R--------------------------------(---(---(--|< |
| | | |E |
--120R--------------------------------(---(---(---(--|< NPN (BC369, ZTX1048 high Beta)
| | | | |E
GND --+---+---+---+---+
Bei mehr Strom und mehr LEDs sind kräftigere Treiber notwendig und wenn man
nur 5V zur Verfügung hat will man an ihnen nur eine möglichst geringen
Spannungsabfall damit an den Widerständen noch genug Spannung für eine
ausreichend genaue Strombegrenzung abfällt, daher sind MOSFETs eine gute
Wahl. Die gibt es in als Dual LogicLevel in SO8 von IRF (IRF7331/IRF7329)
oder Vishay (Si9926/Si9934) für beachtliche Ströme.
Wenn die LEDs eine hohe Kapazität haben, kann es bei schnellem Multiplexing
zu Nachleuchten kommen. Dann hilft ein Widerstand, die abgeschaltete Leitung
auch zu entladen, je nach Polarität als pull up oder pull down.
http://www.mikrocontroller.net/topic/294852
20mA pro LED bei 1:8 Multiplex braucht 160mA pro Spalte, 8 LEDs parallel
macht 1.28A pro Zeile. Ein helle rote LED mit 160mA Spitzenstrom kann schon
2.5V Spannungsabfall haben, an den MOSFETs fallen zusammen nicht mal 50mV ab,
bleiben 2.5V für den Widerstand für 160mA also 15 Ohm bei einer mittleren
Belastung von 0.05W.
+--+--+--+--+--+--+--+-- +5V/1.28A
| | | | | | | |S
--(--(--(--(--(--(--(-|I
--(--(--(--(--(--(-|I | +-------------------------------+
--(--(--(--(--(-|I | +---|a |
--(--(--(--(-|I | +------|b |
--(--(--(-|I | +---------|c 8 x 8 LED |
--(--(-|I | +------------|d Matrix |
--(-|I | +---------------|e mit 20mA |
-|I | +------------------|f |
| +---------------------|g |
+------------------------|h |
PMOSFETs +-------------------------------+
1.28A Zeilenstrom | | | | | | | |
15R 15R 15R 15R 15R 15R 15R 15R
| | | | | | | |
----------------------------|I | | | | | | |
|S | | | | | | |
-----------------------------(--|I | | | | | |
| |S | | | | | |
-----------------------------(---(--|I | | | | |
| | |S | | | | |
-----------------------------(---(---(--|I | | | | NMOSFETs
| | | |S | | | | 160mA Spaltenstrom
-----------------------------(---(---(---(--|I | | |
| | | | |S | | |
-----------------------------(---(---(---(---(--|I | |
| | | | | |S | |
-----------------------------(---(---(---(---(---(--|I |
| | | | | | |S |
-----------------------------(---(---(---(---(---(---(--|I
| | | | | | | |S
GND --+---+---+---+---+---+---+---+
Achtung bei RGB: Die meisten blauen (und weissen) LEDs erlauben gar keine
so hohen Spitzenströme wie für Multiplexbetrieb nötig sind. Man sieht das
Drama an solchen Multiplexanzeigen wie
http://www.watterott.com/download/2088RGBMatrix.pdf
die für 20mA spezifiziert sind, aber nur 70mA peak erlauben, wo die 20mA
also gar nicht genutzt werden können sondern maximal 8mA Durchschnittsstrom
bei eben nur 1/3 der angegebenen Helligkeit (die sowieso nicht so überragend
ist). Immerhin reduzieren solche Anzeigen die Anforderungen an die
Treiberschaltung :-)
100 LED Sternenhimmel:
http://www-user.tu-chemnitz.de/~heha/Mikrocontroller/Sternhimmel/
Hier ein 5 x 25 Multplexer für einen 5 x 5 x 5 LED Cube mit 20mA LEDs:
+--+--+--+--+-- +5V/2.5A
| | | | |S
--(--(--(--(-|I IRF7413
--(--(--(-|I | +--------------...--------------+
--(--(-|I | +--|A |
--(-|I | +-----|A 5 x 25 |
-|I | +--------|A rote, gelbe oder grüne |
| +-----------|A 20mA LEDs |
+--------------|A K K K K K K |
+--------------...--------------+
2.5A Zeilenstrom | | | | | |
27R 27R 27R ... 27R 27R 27R (18R bei weiss/blau)
| | | | | |
--470R-------------|< | | | | |
|E | | | | |
--470R--------------(--|< | | | |
| |E | | | |
--470R--------------(---(--|< | | | 100mA Spaltenstrom
| | |E | | |
: : : : : : :
| | | | | |
--470R--------------(---(---(-- -|< | |
| | | |E | |
--470R--------------(---(---(-- --(--|< |
| | | | |E |
--470R--------------(---(---(-- --(---(--|< BC547 (25 Stück)
10mA Basisstrom | | | | | |E
GND --+---+---+-- ... --+---+---+
Hier dasselbe mit LogicLevel NMOSFETs wie GF2304 (aktuell bei Pollin billig):
+--+--+--+--+-- +5V/2.5A
| | | | |S
--(--(--(--(-|I IRF7413
--(--(--(-|I | +--------------...--------------+
--(--(-|I | +--|A |
--(-|I | +-----|A 5 x 25 |
-|I | +--------|A rote, gelbe oder grüne |
| +-----------|A 20mA LEDs |
+--------------|A K K K K K K |
+--------------...--------------+
2.5A Zeilenstrom | | | | | |
27R 27R 27R ... 27R 27R 27R (18R bei weiss/blau)
| | | | | |
-------------------|I | | | | |
|S | | | | |
--------------------(--|I | | | |
| |S | | | |
--------------------(---(--|I | | | 100mA Spaltenstrom
| | |S | | |
: : : : : : :
| | | | | |
--------------------(---(---(-- -|I | |
| | | |S | |
--------------------(---(---(-- --(--|I |
| | | | |S |
--------------------(---(---(-- --(---(--|I GF2304 (25 Stück)
| | | | | |S
GND --+---+---+-- ... --+---+---+
Hier dasselbe mit Konstantstromsenken wie CAT4016, STP16CP05, PCA9626B:
+--+--+--+--+-- +5V/2.5A
| | | | |S
--(--(--(--(-|I IRF7413
--(--(--(-|I | +--------------...--------------+
--(--(-|I | +--|A |
--(-|I | +-----|A 5 x 25 |
-|I | +--------|A rote, gelbe oder grüne |
| +-----------|A 20mA LED Matrix |
+--------------|A K K K K K K |
+--------------...--------------+
2.5A Zeilenstrom | | | | | |
+-----------+ +-----------+
| | | | 100mA Spaltenstrom
Data -------------|Sin Sout|---- |Sin Sout|-
| CAT4016 | | CAT4016 |
+-----------+ +-----------+
| | | | | |
Latch --------------+---(---(---------+ | |
| | | |
Clock ------------------+---(-------------+ |
| |
680R 680R
| |
GND ----------+-- ... ----------+
Hier auch mit den Zeilentreibern als Schieberegister bei variabler LED
Versorgungsspannung, nach rechts erweiterbar auf mehr Spalten.
+-+-+-+-+-+-+-+--+--+--+--+--+--+--+--+-- +9V Batterie
| | | | | | | | | | | | | | | |
1k R R R R R R R R | | | | | | | |
| | | | | | | | | | | | | | | |S
+-(-(-(-(-(-(-(--(--(--(--(--(--(--(-|I
| +-(-(-(-(-(-(--(--(--(--(--(--(-|I | +-------------------------------+
| | +-(-(-(-(-(--(--(--(--(--(-|I | +--|a |
| | | +-(-(-(-(--(--(--(--(-|I | +-----|b |
| | | | +-(-(-(--(--(--(-|I | +--------|c 16 x 8 LED |
| | | | | +-(-(--(--(-|I | +-----------|d Matrix |
| | | | | | +-(--(-|I | +--------------|e |
| | | | | | | +-|I | +-----------------|f |
| | | | | | | | | +--------------------|g |
| | | | | | | | +-----------------------|h |
| | | | | | | | PMOSFETs +-------------------------------+
| | | | | | | | FDS6975 | | | | | | | | | | | | | | | |
+---------------+ +-------------------------------+
| | | |
Data --|Sin Sout|-------------------------|Sin Sout|-...
| TLC5916 | | TLC5921 |
+---------------+ +-------------------------------+
| | | | | |
Latch ----+---(-----(-------------------------------+---(---------------------(----...
| | | |
Clock --------+-----(-----------------------------------+---------------------(----...
| |
R R
| |
GND ----------------+---------------------------------------------------------+----...
Das bei vielen AppNotes z.B. AN529 "Multiplexing LED Drive and 4x4 Keypad
Sampling" von http://www.microchip.com/ oder AppNote AVR242 "Multiplexing
LED Drive & a 4x4 Keypad" von http://www.atmel.com/ die Anzeigen mit
weniger Strom versorgt werden, heisst nicht, das das oben Stehende falsch
ist, sondern daß die AppNote, weil die Microcontroller sonst überlastet
würden, Schummerlicht in Kauf nimmt oder hocheffiziente 7-Segmentanzeigen
http://www.kingbrightusa.com/images/catalog/SPEC/sc36-11srwa.pdf
voraussetzt mit 2mA statt 10mA, weil man den Leser nicht mit solchen
Schaltungsdetails abschrecken will. Hier eine Schaltung eines 4x4x4 LED
Würfels, die nur 5mA durch jede LED schickt, gerade noch am Rande des
brauchbaren:
http://www.instructables.com/id/LED-Cube-4x4x4/step7/The-controller/
Und hey: Wenn einem das Display bei Normalstrom zu hell erscheint: Man muss
ja die Stellen nicht jeweils 1/N-tel der Zeit anlassen :-)
Es wird eine Menge darüber erzählt, das schnell 'gepulstes' Licht (kein
Blinklicht) vom Auge besser wahrgenommen wird, aber das ist Unsinn. Kann
jeder selbst ganz leicht mit einer LED ausprobieren, bevor aus Halbwissen
wieder endlose Threads in d.s.e rumtheoretisieren.
http://members.misty.com/don/ledp.html . Standard-LEDs sind bei Nennstrom am
effektivsten, low current LEDs und high efficiency rote LEDs sind jedoch bei
höherem Strom, wie er sich z.B. bei Multiplexansteuerung ergibt, effektiver
als bei Nennstrom, siehe Datenblatt. Braucht man keine Multiplexansteuerung
könnten solche LEDs mit gepulstem Strom etwas effizienter betrieben werden,
aber die Effekte sind so klein, das sich keine zusätzlichen Strom
verbrauchende Pulsschaltung lohnt. Schon gar nicht darf man von einer LED auf
andere Typen verallgemeinern.
Wenn das Gerät mit Netzspannung betrieben wird, kann man auf besonders
einfache Art ein Display im Duplex-Multiplexbetrieb betreiben, um die Hälfte
der IC-Anschlüsse einzusparen und braucht dennoch keine leistungsstarken
Zeilentreiber: Es ergibt halt flimmrige 50Hz. Ein Trafo mit 2 Wicklungen in
Mittelpunktschaltung erlaubt:
+--|>|-- Zeile1 -----------------|>|--R--+
| 1N4148 LED |
+---R--------- Multiplexsyncsignal |
| 1N4148 |
o--+ +--+--|>|--+--+-- Betriebsspannung |
S|S | C Segmentausgang --+
S|+----------)--+-- Masse (20mA bei 10mA LED) |
S|S 1N4148| |
o--+ +--+--|>|--+ |
| 1N4148 LED |
+--|>|-- Zeile2 -----------------|>|--R--+
Fertige Module, meist mit 16x16, 16x32, 32x32, 32x64, 64x64 oder 128x64 LEDs
haben oft einen Hub75 In und Out Anschluss. Controller kommen z.B. von Onbon.
Mit genug Rechenleistung kann man dann Animationen laufen lassen:
http://hackaday.com/tag/hub75/
F.8.2. Complementary LED drive und Charlyplexing
Wie man 64 LEDs an 9 Leitungen hängt oder 56 an 8 zeigt
https://www.maximintegrated.com/en/app-notes/index.mvp/id/1880 (Don Lancaster's Charlyplexing, siehe Wikipedia)
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/91029a.pdf TB029 "Complementary LED Drive"
http://www.austriamicrosystems.com/Products/Lighting-Management/LED-Driver-ICs/AS1130 (11x12 an 12 Leitungen)
http://www.ibis-world.de/ http://cybox.ib-luehning.de/ibis/ibisdata.html (IBIS Protokoll von Laufschriften in Bus/Zug/Haltestellen)
leider ist der Aufwand, aus einem three state Ausgang einen mit Power zu
machen, eher hoch:
+5V -+----+----+-----+
| | | |
10k 10k | |
| +---|+\ |S
| | | >--|I LogicLevel PMOSFET wie IRF7307
+----(---|-/ |
| | |
uC --+ 10k +--- three state power Ausgang
| | |
+----(---|+} |
| | | >--|I LogicLevel NMOSFET wie IRF7307
| +---|-/ |S
10k 10k | |
| | | |
GND -+----+----+-----+
wenn man jedoch 3.6V LEDs mit 5V versorgt (oder 2.1V LEDs an 3.3V), so daß 2
in Reihe nicht leuchten können, und man Ausgänge hat die genug Strom für die
Spalten liefern, nur der Strom für die Zeilenansteuerung verstärkt werden
muss, geht folgendes (die 470 Ohm Widerstände kann man übrigens weglassen):
http://m.eet.com/media/1126085/11497-figure_1.pdf
Zur Tastaturabfrage kann eine Matrix in Frage kommen, hier 4 x 4
1 2 3 4
_ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | |
5-+-----(--+-----(--+-----(--+ |
_ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | |
6-+-----(--+-----(--+-----(--+ |
_ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | |
7-+-----(--+-----(--+-----(--+ |
_ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | |
8-+-----(--+-----(--+-----(--+
aber es gehen auch mehr Tasten an weniger Anschlüssen:
1 2 3 4 5 6
| _ | _ | _ | _ | _ |
+-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | | | |
+-----(--+-----(--+-----(--+-----(--+ |
| _ | _ | _ | _ |
| +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | | | |
+--+-----(--+-----(--+-----(--+ |
| _ | _ | _ | ...
| +-o o-+ +-o o-+ +-o o-+
| | | | | | |
+--+-----(--+-----(--+ |
| _ | _ |
| +-o o-+ +-o o-+
| | | | |
+--+-----(--+ |
| _ |
+----o o-+
> 99 Ausgänge mit 100 Leitungen an 8 PortPins schalten
100 Leitungen klingt nicht zu wenig, aber damit meine ich schon nach dem
Decodieren, also z.B. hinter einer Handvoll HEF4514, wo nur eine der 100
Leitungen high sein kann und man mit 7 bits und einem Enable auskommt.
Will man damit Lampen schalten und mehr als eine soll eingeschaltet sein,
dann braucht man Latches (74HC259), die allerdings ihrerseits meist nicht
den benötigten Strom oder die benötigte Spannung schalten können, also noch
mal Treiberstufen dahinter. Es kann einfacher sein, an jeden Ausgang einen
Thyristor zu klemmen, vom kleinen BRX49 für 500mA (aber immerhin 400V) bis
zu den dicken BTA139 der als TRIAC sogar negative Lasten mit positiven
Impuls einschalten kann. Bei Gleichspannung als Versorgungsspannung bleiben
diese eingeschaltet bis die Versorgungsspannung durch den 100ten Ausgang
kurz abgeschaltet wird (z.B. ein MOSFET in der Zuleitung oder ein
abschaltbarer Spannungsregler) so daß der Strom unter den Haltstrom fällt.
Dann kann man blitzschnell alle Ausgänge, die eigentlich an bleiben sollten
wieder einschalten ohne daß der Benutzer was merkt. Bei Spule (Relais) als
Last dauert das Abschalten leider zu lange, bei Glühlampen sieht man nicht
mal was flimmern. Allerdings kostet ein eingeschalteter Thyristor/TRIAC
meist 1.5V.
Und wenn man nur Ausgänge ohne TriState hat und nur 1 LED leuchten muss
kann man auch ein bischen mehr rausholen:
Q0----------+--+
| |
R R
LEDs | |
+--|>|--+ |
Q1--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q2--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q3--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q4--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q5--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q6--+--|<|--(--+
| |
+--|>|--+ |
Q7--+--|<|-----+
Wer einfach nur ein simples Lauflicht haben will, ohne dafür gleich einen
Microcontroller zu programmieren, muss wohl mindestens 2 ICs verwenden.
Entweder einen Oszillator (74HC14, TC4S584, NE555 oder ganz besonders
schlau eine Blink-LED am PullUp als Oszillator, den U880B gibt es ja leider
nicht mehr) und einen Zähler mit Decoder (CD4017, erlaubt auch weniger als 10
LEDs durch Rückführung eines Ausgangs an RST, CD4022) oder ein Oszillator mit
Zähler (CD4060) und Decoder (CD4028). An Q9 auch eine LED, Q1+Q8 parallel an
eine LED, ebenso Q7+Q2, Q6+Q3, Q5+Q4 für Knight Rider K.I.T.T. Lauflicht.
Geht der 270R Widerstand der LED nicht an GND sondern an den Ausgang des
NE555, blitzen die LEDs, vor allem wenn R1 gross im Vergleich zu R2 ist.
+-----+---+-----------+----- +5V bis 9V
| | | |
| | | +------(-----270R--+
| | | | | |
R1 | | | +-------+ LEDs |
| +-------+ | | Q0|--|>|--+
+---|DIS | | | Q1|--|>|--+
R2 | NE555 | | | Q2|--|>|--+
+---|TRG OUT|--+--|CLK Q3|--|>|--+
+---|THR | | Q4|--|>|--+
| +-------+ | Q5|--|>|--+
C | | Q6|--|>|--+
| +---------|/EN Q7|--|>|--+
| | | Q8|-----+
| | +--|RST Q9|-- |
| | | +-------+ |
| | | | |
| | +------(---------+
| | |
+-------+-------------+------ GND
Weitere in
http://ourworld.compuserve.com/homepages/Bill_Bowden/page5.htm
Es geht auch ganz analog mit einem Sinus- oder Dreieckoszillator (XR2206,
ICL/XR8038) und einer Leuchtpunktanzeige wie LM3914 (http://www.national.com/ ),
Berechnungstool:
http://www.electro-tech-online.com/blog-entries/single-and-dual-lm3914-v3-0-calculator.136/?page=1
aber obwohl der LM3914 mit 3V auskommt, brauchen die XR mindestens 10V.
Und wer einfach nur einen Zähler mit Grossanzeige will (oft gefragt) kann
aus mehreren LEDs in Reihe die Segmente bilden (oder fertige
Grossegmentanzeigen kaufen die auch oft mehrere LEDs in Reihe enthalten)
und einen mit bis zu 15V versorgten up/down-Zähler CD40110 nehmen. Reicht
der Strom nicht, kann ein ULN2003 nachgeschaltet werden.
+++++++---+++++++--GND
||||||| |||||||K
DDDDDDD DDDDDDD <- 1 - 6 LEDs
||||||| |||||||A in Reihe
||||||| |||||||
RRRRRRR RRRRRRR <- passender VCC
||||||| ||||||| Vorwiderstand |
||||||| ||||||| 4k7 (für 1mA Tastermindeststrom)
+-------+ +-------+ 40106 |
| 40110 |-| 40110 |--o<|--+--47k--+ (Entprellzeit 22ms)
+-------+ +-------+UP | |
RES| DWN| RES| DWN| 47n Taster hochzählen +1
| | | | | |
| | | | GND GND
| | | |
| | | +---o<|-- (wie oben) Taster runterzählen -1
| | |
| +----)--------o<|-- (wie oben) Taster runterzählen -10 (oder per BORROW der Einerstelle)
| |
+---------+--------o<|-- (wie oben) Reset / Null-0-stellen
oder den 4 stelligen ICM7217 oder 4-1/2 stellig ICM7224, ICM7225 oder 5-stellige
HEF4534B, MC14534, oder 8 stelligen ICM7226 in passender Variante (A/B/C/D),
beschaltet nach Datenblatt von http://www.intersil.com/ . Oder soll es gar eine
ganze Uhr sein ? Die findet sich auf http://www.microchip.com/ in AN590 "A
Clock Design Using the PIC16C54 for LED Displays and Switch Inputs" und
zig weiteren AppNotes von Microchip.
F.8.3. Infrarot Fernbedienungen
gehen manchmal kaputt und müssen ersetzt werden, oder man möchte eigene
Geräte bauen, und praktischerweise fertige Fernbedienungssender verwenden. Um
die Codes herauszufinden, klemmt man ein Oszilloskop an die Sende-LED einer
vorhandenen Fernbedienung und protokolliert die Impulse und deren
Trägerfrequenz. Es gibt viele verschiedene Sendeverfahren, eine gute Quelle
ist hier: http://www.mikrocontroller.net/articles/IRMP
Besonders einfach ist die Nutzung mit fertigen Arduino Libraries, die schon
selbst erkennen, welcher Code gesendet und demnach empfangen wurde.
http://z3t0.github.io/Arduino-IRremote/
Wenn man den üblich sparsambilligen HiFi-Geräten einige Tasten von der
Fernbedienung auf die Frontplatte bauen will, nimmt man eine zweite
Fernbedienung (oder zumindest deren Chip oder man programmiert einen uC
denselben Job zu tun), baut deren Tasten in die Frontplatte, entfernt die
Sende-LED und schliesst deren Zuleitung an den Ausgang des IR Empfängers des
Geräts per wired-or an (dabei muss man die Potentiale beachten, aber ihr
erkennt sicher das Prinzip).
Möchte man ein nicht-fernbedienbares Gerät fernsteuern, nimmt man eine
bestehende Fernbedienung und den dazu passenden Empfängerchip (oder
programmiert einen uC dasselbe zu tun), lässt von jedem dekodierten Ausgang
einen CD4066 Analogschalter schalten, der den jeweils gewünschten Taster im
Gerät überbrückt. VDD/VEE des CD4066 kommt an die höchste/niedrigste
Betriebsspannung des steuernden Geräteteils.
So muss man sich keine Gedanken machen um eine eventuelle Multiplexabfrage
der Tasten des Geräts. Potis muss man natürlich durch Motorpotis und
entsprechende Ansteuerung ersetzen.
Universell lernfähige Fernbedienung:
http://www.lochraster.org/unzap/?de
http://home1.stofanet.dk/hvaba/fprc5rx/
Empfänger:
http://www.atmel.com/ AVR410 "RC5 IR Remote Control Receiver"
http://www.microchip.com/ AN657 "Decoding an Infrared Remote Using a PIC16C5X"
Möchte man kein um die Trägerfrequenz gefiltertes Empfangssignal, sondern ein
mit der Trägerfrequenz moduliertes, wie es für Repeater oder selbstlernende
Fernbedienungen wichtig ist, dann geht SDR5601(20-40kHz), EAIRMAA0(30-56kHz),
TSMP1138(30-55kHz), TSMP4138, TSOP98138, TSOP98238(30-50kHz),
TSMP58138(30-55kHz) in dessen Datenblatt gleich die Schaltung einer einfachen
Fernbedienungsverlängerung ist
http://www.vishay.com/docs/82486/tsmp58138.pdf
IR-Einschalter fuer PC
http://www.atric.de/IR-Einschalter/index.php
Funkfernsteuerung 4 x analog 10 bit, 8 digital, mit Conrad-Modulen
http://www.ferromel.de/tronic_2805.htm
Ciseco XRF Module sind billigere XBEE Replikate mit grösserer Reichweite als
BlueTooth, WiFi oder ZigBee. Einfach Anschliessen an die serielle
Schnittstelle und fertig ist die Funkverbindung.
F.9. Netzteile
Von: MaWin 17.7.2000
Klassischerweise gehört zum ersten selbstgebauten Gerät ein einfaches
Netzteil mit integriertem Spannungsregler. Üblicherweise wird dieses erst mal
mit falscher Bauteiledimensionierung aufgebaut und hält dann keine Dauerlast
aus oder liefert keine saubere Ausgangsspannung bei Netzstörungen. Auch
Bauvorschläge aus Zeitschriften oder gekaufte Bausätze sind manchmal falsch
ausgelegt.
http://www.talkingelectronics.com/projects/SpotMistakes/SpotMistakesP14.html (fehlerhafte Schaltungen in Magazinen und WebSeiten)
Siehe Application Note 1707.pdf "Power Supply Design Basics" von
http://www.st.com/ und "Linear & Switching Voltage Regulator Handbook"
HB206/D von http://www.onsemi.com/ mit sehr detaillierter und begründeter
Siebkondensatorauswahl, Kühlkörperberechnung, Leiterplattenlayouttipps,
Transistorparallelschaltung, Schaltnetzteilauswahlkriterien, und allein 20
Seiten Erklärung wie man einen Transistor auf einen Kühlkörper schraubt.
Ebenso AN1040/D (z.B. in DL111-D enthalten) von Motorola mit seitenlangen
Montageanweisungen und Wärmewiderstandsberechnungen auch für exotische
Transistorgehäuse mit vielen Messwerten und Zahlenangaben zu Isolatoren.
http://www.aavidthermalloy.com/sites/default/files/technical/papers/how-to-select-heatsink.pdf
http://www.lairdtech.com/products/tflex-500 (Tflex 500 Thermal Gap Filler, isolierend)
http://www.lairdtech.com/products/tgon-9000 (Graphit, 4 x wärmeleitender als Kupfer)
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN1040-D.PDF
http://www.nxp.com/documents/application_note/AN11172.pdf (Montageanleitung für TO220/SOT186A für Isolation bis 1000V)
Alles was mit dem Stromnetz verbunden wird muss besonders sorgfältig
aufgebaut werden, damit auch beim mehrmaligen Runterfallen keine Gefahr
besteht. Bei Schutzklasse I ist ein Metallgehäuse mit dem Schutzleiter
verbunden. Geht innendrin ein Kabel ab, gibt es einen Kurzschluss mit dem
Gehäuse und die Sicherung fliegt raus, aber für den Menschen bestand keine
Gefahr. Schutzklasse II hat einen 2-poligen Eurostecker und Plastikgehäuse
und alles ist doppelt gesichert: Selbst wenn ein Draht abgeht oder eine
Isolation durchschmurgelt, darf damit keine Netzspannung an berührbare
Kontakte kommen.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/308603/Selbstbau_und_Sicherheit.pdf
Alles was per Batterie, Generator oder sicherer elektrischer Isolierung
galvanisch getrennt ist und maximal 25V~ oder 48V= (früher 60V=) bringt,
darf nach Schutzklasse III berührbar sein, bis 50V~ und 120V= gilt es als
Schutzklasse III. Eine Funksteckdose zu prüfen nach VDE 0620 hat einen
berührbaren Schutzleiterkontakt und ist daher Schutzklasse I und darf kein
Doppelquadrat tragen, ähnlich wie eine Master-Slave Steckdose. (Trenntrafos
haben daher keinen Schutzleiterkontakt http://www.elektroland24.de/Schalter-Steckdosen/Berker/Integro-Flow/grau-glaenzend/Berker-SCHUKO-Steckdose-ohne-Schutzkontakt.html )
"Geräte, welche teilweise nach Schutzklasse II, jedoch auch teilweise nach
Schutzklasse I gebaut sind, werden als Schutzklasse I eingestuft."
Siehe BGI 5090, Ausgabe 2006, Kapitel 7.2 . Bei Schutzklasse I muss laut DIN
EN 61439-1 (VDE 0660-600-1):2012-06 8.4.3.2.2 nicht jede Schraube geerdet
werden: "Dies gilt entweder, wenn sie nicht großflächig berührt oder mit der
Hand umfasst werden können oder wenn sie klein (ungefähr 50 mm x 50 mm) oder
so angeordnet sind dass ein Kontakt mit aktiven Teilen ausgeschlossen ist.
Dies gilt für Schrauben, Nieten und Typschilder. Dies gilt auch für
Elektromagnete von Schützen oder Relais, Magnetkerne von Transformatoren,
gewisse Teile von Auslösern usw. ohne Rücksicht auf ihre Größe im Inneren des
Geräts", aber besser wäre es doch, jedes berührbare nicht an den Schutzleiter
angeschlossene Teil wie Schutzklasse II zu isolieren. Im Medizinbereich gilt
die EN 60601-1
http://www.ele.uri.edu/courses/bme484/iec60601-1ed3.0_parts.pdf
wobei der Zielmarkt relevant ist, um zu entscheiden ob mit dem Release 2 oder
dem neueren Release 3. Nach der aktuellen Ausgabe sind immer 2
Schutzmaßnahmen erforderlich. Entweder Basisisolation plus
Schutzleiterverbindung oder zwei mal Basisisolation ( Doppelte isolation)
oder verstärkte Isolation. Insgesamt ist das Thema recht kompliziert, weil für
jede Isolationsstrecke auch noch die zugrundegelegte Betriebsspannung
berachtet werden muss. Das bedeutet, dass es durchaus leitfähige berührbare
Teile geben kann, die nicht mit dem Schutzleiter verbunden sind. Bei
Anwendungsteilen der Type BF bzw CF sogar durch mindestens 2 Schutzmaßnahmen
vom Schutzleiter getrennt sein müssen.
Nach DIN VDE 0100-410 ist die DAUERND zulässige Berührungsspannung bei DC
120V. Allerdings ist bereits ab 48V ein Basisschutz gefordert (z.B. ein
Gehäuse). Kondensatoren mit mehr als 1Ws Ladung müssen mit einem
Parallelwiderstand versehen sein der sie in weniger als 1 Minute entlädt (auf
unter 60V). Ein Teil ist nicht berührungsgefährlich wenn bei höheren
Spannungen als Kleinspannung der Strom durch einen nichtinduktiven 2k
Widerstand auf unter 2mA begrenzt ist und wenn ausserdem die Kapazität bis
450V maximal 0.1uF beträgt, Ladungen bis 45uC sind für Spannungen bis zu 15kV
erlaubt, gespeicherte Energie von 350mJ darüber.
Bei 100kV (Pulversprühpistolen) liegt Personengefährdung bei 50uC
350mJ und 200uA laut DIN EN 61140 (Schutz gegen elektrischen Schlag) bzw.
TRBS 2153, so lange 50uC unterschritten werden, also z.B. bei 800VDC ein
Kondensator nicht grösser als 56nF, darf so etwas berührbar sein, aber weil
das Pulver (ATEX Z21) explosionsgefährdet ist, liegt der Grenzwert bei 200nC
und 2mJ laut Norm für handgeführte elektrostatische Pulversprühgeräte (EN
50177) (RL94/9/EG ist die Explosionsschutzrichtlinie welche sich an den
Hersteller wendet), also 100kV und 200uA. Es ist aber nicht die
Hochspannungsquelle allein, der gesamte konstruktive Aufbau wird getestet
(durch Ladungsansammlung an der Oberfläche des Gerätes könnten die Werte
überschritten werden). In der Bauvorschrift steht u. a. auch, daß der
Handgriff geerdet sein muß, damit ein "aufgeladener" Mensch keine Spannung
hinzuaddiert.
http://www.mikrocontroller.net/attachment/170716/Selbstbau_und_Sicherheit.pdf
http://www.cui.com/catalog/resource/power-supply-safety-standards--agencies-and-marks
Merkwürdigerweise gibt es, seit dem sich Firmen mit CE Bapperl selbst die
Zulässigkeit ihrer Geräte zusprechen, Metallgehäuse ohne Schutzerde in
denen 230V an der Platine liegt, so dass schon eine abgefallene Schraube
an der falschen Stelle eingeklemmt zu einen 'heissen' Gehäuse führt. Solchen
Pfusch sollten Hobbybastler lieber lassen. Consumerschrott ist leider nicht
immer ein Vorbild für preiswerten, einfachen Aufbau (aber oftmals doch, dazu
muss nur eine Plastikkarte zwischen Platine und Gehäuse geschoben werden :-).
Lichterketten, bei denen nach Glasbruch der kleinen Lämpchen (und wem ist
das noch nicht passiert...) 230V offen rumliegen, weil sich der Hersteller
den Trenntrafo gespart hat, oder Toaster, die ein festgebackenes Toast
verbrennen, wenn man es nicht schnell - autsch - mit dem Frühstücksmesser
https://youtu.be/GyzzqtH_35I?t=136 https://www.youtube.com/watch?v=zPs6r5b0pmM
rauspult - wo die 230V an den Heizwendeln nicht mal 1 cm weit weg sind, weil
der Hersteller ein Ceranglas gespart hat, halte ich aber für vorsätzlichen
Mord, die Toaster sind übrigens nur durch eine Ausnahmeregelung zulässig bei
denen die Lobby bestimmt gejammert und bestochen hat.
EN 61010 (Sicherheitsbestimmungen für elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und
Laborgeräte, z.B. Schlagtest mit 5 Joule nach EN 61010-1, allgemein
IK-Stoßfestigkeitsgrad nach IEC 62262), EN 60335 (Sicherheit elektrischer
Geräte für den Hausgebrauch, enthält Prüfanweisungen für Schutzklasse I und
Schutzklasse II Geräte wie man Schutzleiter und Spannungsfestigkeit zu messen
hat, Glühdrahtprüfung für die verwendeten Gehäuse- und Isoliermaterialien,
etc. pp. für Hausgeräte) EN 60950 (Sicherheit von Einrichtungen der TK und
Informationstechnik), DIN EN 62368-1 (Niederspannungsrichtlinie), 2004/108/EC
(EMV-Richtlinie), 93/68/EEC (Richtlinie zur CE-Kennzeichnung), 85/374/EEC
(Produkthaftungsrichtlinie).
http://www.dihk-verlag.de/produkthaftung_und_produktsicherheit.html
Bei Telekommunikation, Aufzügen, Schienenfahrzeugen, Medizintechnik:
98/37/EC (Maschinenrichtlinie), EN 60601 (Medizinische elektrische Geräte) =
UL60601 (Medizin) http://www.psui.com/1upower/pdf/906_ref.pdf , 93/42/ECC
(Richtlinie für medizinische Geräte), 98/79/EC (Richtlinie für in-vitro
Diagnostik), 94/9/EC (ATEX-Richtlinie), 2001/95/EC
(Produktsicherheitsrichtlinie). http://www.bbr-service.de/umrichter.pdf
http://www.brand-rex.com/espana/getFile.php?fileType=TUTORIAL&id=238
EN 61000-4-5 beschreibt, welche Surges das Gerät überstehen muss,
(beispielsweise Einkopplung an 500V: an Leiter gegen Leiter über 2 Ohm 18µF,
an Leiter gegen Erde über 12 Ohm 9 µF)
EN 61000-3-2 beschreibt die zulässigen Oberwellen bei Netzversorgung,
ab wann ein Netzteil also eine PFC enthalten muss. Wenn man kein Netzkabel,
keine Datenleitungen über 3m hat und mit der Leistung unter 50W liegt sind
das schon mal gute Voraussetzungen die Norm einzuhalten.
http://www.pserc.wisc.edu/documents/publications/papers/2002_general_publications/atlantaworkshoppaper.pdf
Die Valley Fill Schaltung kann bei konventionellen Trafonetzteilen mittlerer
Leistung die PFC unnötig machen, in dem die Siebelkos zumindest die halbe
Spannung an die Last liefern.
http://en.wikipedia.org/wiki/Valley-fill_circuit
http://diodes.com/_files/products_appnote_pdfs/AN75_r0.pdf
http://www.infineon.com/dgdl/an-1074.pdf?fileId=5546d462533600a401535595529c1001 (IRF AN-1074)
Die üblichen Grundnormen bei Produkten für gewerbliche oder
nichtgewerbliche
Anwendungen:
Leitungsgebundene Störungen (EN 55016-2-1)
Strahlungsgebundene Störungen (EN 55016-2-3)
Oberwellen (??)
Störaussendungsprüfungen/Emission Störspannung auf Leitungen EN 55022
(8.3/8.4)
Störaussendungsprüfungen/Emission Störfeldstärke EN 55022 (8.2) z.B.
30MHz-1GHz Klasse B Wohnbereich
Störbeeinflussung durch Entladungen statischer Energie ESD (EN
61000-4-2) z.B. +/-8kV Luft +/-6kV Kontakt Schärfegrad 3 Kriterium B
Störbeeinflussung durch Elektromagnetische Felder eingestrahlte HF (EN
61000-4-3) z.B. 10 V/m Schärfegrad 3 Kriterium A
Störbeeinflussung durch Elektromagnetische Felder 1MHz – 1GHz PM 1kHz
(IEC 1000-4-3 / VdS 2834) z.B. 10 V/m
Störbeeinflussung durch Schnelle elektrische Transienten Bursts (EN
61000-4-4)
Störbeeinflussung durch Stoßspannungen Surges (EN 61000-4-5)
Störbeeinflussung durch Hochfrequente Spannungen eingeströme HF (EN
61000-4-6)
Störbeeinflussung durch Magnetfeld energietechnischer Frequenzen (EN
61000-4-8:1993 + A1:2000) z.B. Induktionsspule 50A/m Schärfegrad 4
Kriterium A
Störbeeinflussung durch Netzschwankungen (EN 61000-4-8)
Störbeeinflussung durch Netzunterbruch / Spannungsschwankungen (EN
61000-4-11)
EMV-Richtlinie (EMC) 89/336/EWG (EMV, Elektromagnetische
Verträglichkeit),
seit 19.7.2009 2004/108/EG, seit 20.04.2014 2014/30/EU
DIN EN 61000-4-x misst die Störfestigkeit bei 80-1000MHz mit 10V/m, oder
3V/m
bei 1,4 bis 2,7GHz und z.B. IEC61000-4-6 (leitungsgebundene
eingekoppelte
Störungen), Prüfschärfegrad wäre z.B. 30V, d.h. bei Deinem Gerät wird an
den
Anschlüssen durch z.B. eine Koppelzange auf der Leitung ein HF-Störpegel
im
Frequenzbereich 150kHz bis 80MHz (nacheinander in Frequenzschritten) mit
einer Amplitude von etwa 30V erzeugt.
Dazu kommen halt auch die Tests mit elektrostatischer Entladung gegen
das
Gehäuse mit +/- 4kV Kontaktentladung, sowie +/- 8kV Luftentladung. Dann
noch
die Surge-Tests auf den Netz- und Signalleitungen.
http://www.mikrocontroller.net/topic/322217#3505231 (Elektor Störfestigkeitsprüfer)
und EN 61000-3-3 die Spannungsschwankungen und Flicker, (EN 50081-2)
EN 61000-6-4 Funkstörungen im Industriebereich, (EN 50081-1) EN 61000-6-1
Störfestigkeit im Wohnbereich, Geschäfts- u. Gewerbebereich und in
Kleinbetrieben, EN 61000-6-3 Funkstörungen im Wohnbereich, (EN 50082-2),
EN 61000-6-2 Störfestigkeit im Industriebereich, (EN 50082-1).
Die EN61000-6-2 beinhaltet eigentlich nur eine Zusammenstellung von Normen
der EN61000-4-x Reihe, deswegen ist die 6-2 auch nur wenige Seiten stark.
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2004:390:0024:0037:de:PDF
http://www.clemens-berlin.de/Download/16_89_336_EWG.pdf (1996)
http://everyspec.com/ (für US-amerikanischen Markt zutreffende Normen)
https://www.evs.ee/Esileht/tabid/111/language/en-US/Default.aspx (EU Normen in Englisch günstig)
Für einfache ESD Prüfungen reicht erst mal ein Piezo-Feuerzeug/Gasanzünder.
Wenn das Gerät bei den Funken auf Gehäuse oder Masseanschluss aussteigt oder
gar beschädigt wird ist es schon mal schlecht.
ESD nach DIN IEC61000-4-2 lädt je nach severity level (1: 2kV, 2: 4kV, 3: 6kV,
4: 8kV bei contact discharge, 1: 2kV, 2: 4kV, 3: 8kV, 4: 15kV bei air gap
discharge) einen 150pF Kondensator über ca. 50 MegaOhm auf, und entlädt ihn
je nach Testlevel 2E, 12E, 42E über 330 Ohm auf das Testobjekt, der
Spannungsansteig erfolgt in Nanosekunden, also sehr kompakt aufbauen.
Störaussendungen für Beleuchtungseinrichtungen werden nach EN 55015 geprüft,
Störfestigkeit nach EN 61547. Für Automotive ESD Test gilt ISO 10605.
http://www.spectroscopic.com/Noiseken/ESS-2000_Datasheet.pdf
Schaffner NSG-431 Electrostatic Discharge Simulator 2 bis 21kV
EMV-Normen
http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=uriserv:OJ.C_.2016.249.01.0062.01.ENG (Niederspannungsrichtlinie)
http://www.muenchen.ihk.de/mike/ihk_geschaeftsfelder/innovation/Anhaenge/CE-Kennzeichnung-von-elektrischen-Betriebsmitteln.pdf (gute Zusammenfassung)
http://www.st.com/internet/com/TECHNICAL_RESOURCES/TECHNICAL_LITERATURE/APPLICATION_NOTE/CD00003939.pdf
http://www.xppower.com/pdfs/TechGuide2010.pdf (von Topologien bis gesetzliche Vorschriften)
http://web.archive.org/web/20081203051314/http://www.eichhoff.de/EMV-NORM-150404.pdf
Die Niederspannungsrichtlinie fordert, daß zu jedem Produkt eine technische
Dokumentation angelegt werden muss und legt in Anhang IV die Art der darin
enthaltenen Informationen und Dokumente fest. Sie dient dem Nachweis, dass
die Sicherheit eines Produktes richtig beurteilt wurde. Sie muss für 10 Jahre
nach der Herstellung des letzten Produkts unverändert aufbewahrt werden.
Ein Gerät, welches von 100-240V~ einsetzbar ist, muss wegen der Toleranzen
tatsächlich 90-265V aushalten, das darf aber nicht draufstehen, sondern nur
die 100-240V.
Nach EN 62368-1 sind Varistoren für 1,25 x maximale Nennspannung zu wählen,
bei 230V also 275V, bei 240V also 300V bei Ableitstrom von 100A (2 Ohm an
2000V für 50us), damit begrenzt er die Spannung auf 700V (690V-710V).
F.9.0. Netzteilbau:
Für bestimmte Ausgangsspannungen tun es Festspannungsregler-ICs sehr gut, der
bekannteste ist Fairchild's uA7805, auch als UA7805 von Texas Instruments,
LM7805 von National Semiconductors, L7805 von ST Microelectronics, IFX7805 von
Infineon, und unter ähnlichen Namen von anderen Herstellern angeboten, und
als 7812 und 7815 u.s.w. für andere Spannungen zu bekommen, vereinfacht
schreiben wir 78xx.
MC78LCxx für 80mA, 78Lxx für 0.1A, MC78FCxx für 120mA, TA78DLxx für 0.25A
low drop, AN78Nxx für 0.3A, 78Mxx für 0.5A, 78xx für 1A, 78Sxx für 2A
(KA278RxxC abschaltbar), 78Txx für 3A, 78Hxx für 5A, CS5207 für 7A, CS5208
für 8A, 78Pxx für 10A an einem Graetz-Brückengleichrichter.
Trafo Gleichr. +-----+
o--+ +-----+--|>|--+---+----+--|78?xx|--+-- OUT
| | | | | | +-----+ |
S:S +--(--|>|--+ | | | |
S:S | | Elko 330nF | 100nF
S:S | +--|<|--+ | | | |
| | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+---+----+-----+-----+-- GND
(Trafo, Gleichr. und Elko = Steckernetzteil)
Eine Rückstromdiode zur Reverse-Bias Protection ist nur bei mehr als 6V
Ausgangsspannung und einer Möglichkeit kräftig Strom vor dem Spannungsregler
abzuziehen erforderlich: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/ua7805.pdf
weitere 1N4001
Last +----|<|----+
^ | |
Trafo Gleichr. | | +-----+ |
o--+ +-----+--|>|--+---+----+--|78?xx|--+-- OUT
| | | | | | +-----+ |
S:S +--(--|>|--+ | | | |
S:S | | Elko 330nF | 100nF
S:S | +--|<|--+ | | | |
| | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+---+----+-----+-----+-- GND
Hat man aber eine ausreichend hohe Eingangsspannung (z.B. 18V vor einem 12V
Regler), ist eine Diode in Vorwärtsrichtung schlauer, dann entsteht erst gar
kein höherer Rückstrom sondern maximal die ca. 3mA Eigenbedarf des Reglers:
weitere
Last
^
Trafo Gleichr. | 1N4001 +-----+
o--+ +-----+--|>|--+---+--|>|--+--|78?xx|--+-- OUT
| | | | | | +-----+ |
S:S +--(--|>|--+ | | | |
S:S | | Elko 330nF | 100nF
S:S | +--|<|--+ | | | |
| | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+---+-------+-----+-----+-- GND
Eine Verpolschutzdiode ist nur erforderlich, wenn irgendwo eine negative
(bzw. bei negativen Reglern positive) Spannung herkommen kann, also z.B.
bei bipolaren symmetrischen Netzteilen. Sie verhindert, daß beim Einschalten
der später startende Spannungsregler in fold back Strombegrenzung stecken
bleibt.
Trafo Gleichr. +-----+
o--+ +-----+--|>|--+---+----+--|78?xx|--+---+----------- OUT
| | | | | | +-----+ | |
S:S +--(--|>|--+ | | | | | 1N4001
S:S | | Elko 330nF | 100nF +--|<|--+
S:S | +--|<|--+ | | | | |
| | | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+---+----+-----+-----+-----------+-- GND
Für krumme Ausgangsspannungen empfiehlt sich der LM317L bis 0.1A, LM317 bis
1A, LM350 bis 3A, LM338 bis 5A (alle http://www.national.com/ ), CS5207-1 bis
7A, CS5208-1 bis 8A (http://www.onsemi.com/ ) und PQ7DV10 oder LT1038 bis 10A
(http://www.linear.com/ ).
Schaltpläne findest du jeweils in den Datenblättern bei den Herstellern. Wenn
man eine definierte Strombegrenzung benötigt, kann das der L200 und LT3081.
AH-28 von http://www.micrel.com/ zeigt, wie man 4-beinige Spannungsregler
ab 0V verwendet. Aber achte auf den eingebauten SOA (save operating area)
Schutz dieser Chips. Ein LM317 wird z.B. keine 1.5V mit 1.5A liefern, wenn er
mit 30V versorgt wird, und 10A kommen aus dem LT1038 nur bei knappster
Eingangsspannung. Daher sind diese Chips für Labornetzteile (z.B. 1.2 bis
24V regelbar) nicht so geeignet, man nimmt dazu lieber diskret aufgebaute
Transistorschaltungen oder macht die Trafospannung umschaltbar. Da der LM317
auch nicht direkt als Stromquelle gebaut wurde, muss man sich nicht wundern,
wenn er in dieser Verwendung nicht bei jeder Last stabil bleibt, aus dem
L200 kann man beispielsweise keine Stromquelle bauen weil bei ihm foldback
ein Ansteigen des Stroms auf Nennwert verhindert.
Trafo 4*1N4001 +-----+
o--+ +-----+--|>|--+----+-----+--|LM317|--+---+-- OUT
| | | | | | +--+--+ | |
S:S +--(--|>|--+ | + | | 240R |
S:S | | Elko 330nF +-----+ 4u7
S:S | +--|<|--+ | | Poti5k |
| | | | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+----+-----+-----+---------+-- GND
Nein, der LM317 muss keine 240 Ohm bekommen, er funktioniert genau so gut mit
220 Ohm oder 270 Ohm, oder gar 470 Ohm, allerdings bewirken die 240 Ohm genau
die nötige Grundlast von 5mA. Bei 470 Ohm bräuchte man also eine zusätzliche
Grundlast.
LM317 mit slow turn on, als Diode tut es eine 1N4001, als PNP Transistor ein
2N2907 oder BC556:
+-----+
----|LM317|--+----+-----+
+-----+ | | |
| 240R 47k |
| | | |
+-----+ +-|>|-+
| E| | |
| PNP >|---+ |
Poti | | Last
| | 10uF |
| | | |
-------+-----+----+-----+
Amerikaner verwenden oft anders gewickelte Trafos in Mittelpunktschaltung und
kommen mit 2 Dioden aus. Wenn man dafür einen in Europa gefertigten Trafo mit
2 Wicklungen verwendet, bei dem beide Wicklungen für Dauerstrom und nicht nur
für 50%ige Nutzung ausgelegt sind, wodurch sich ein anderes Masseverhältnis
von Eisenkern zu Wicklungskupfer ergibt, kostet das nur unnötiges Geld für
den 1.4 mal dickeren Trafo. Als Hobbyist vielleicht egal, bei kommerzieller
Pfennigfuchserei aber wichtig. Im Umkehrschluss heisst das, das bei
amerikanischen Trafos nicht beide Wicklungen gleichzeitig voll belastet
werden dürfen, aber da der Trafo eh für 127V~ und 60Hz ausgelegt ist,
erübrigt sich dessen Verwendung meistens sowieso. Die Mittelpunktschaltung
hat nur 1 Diodenspannungsabfall, da aber bei gleichem Kern der
Wicklungswiderstand doppelt so hoch und damit der Spannungsabfall im
Belastungsfall höher ist, wird dieser Vorteil wieder aufgehoben.
Bei professioneller Auslegung wird der Trafoinnenwiderstand zwischen
Leerlaufspannung und Gleichrichterspitzenstrom eingepasst (Section 8 in
HB206 von OnSemi, auf gut Deutsch: Profis machen den Draht so dünn wie es
geht, es geht so lange die Elektronik die Effekte ausregeln kann, und
sparen damit Kupfer und senken die Spitzenstrombelastung der Bauteile),
als Bastler muss man nehmen was angeboten wird.
Trafo Gleichrichter +-----+
o--+ +-|>|-+------+----+--|78?xx|--+-- OUT
S:S | | | +-----+ |
S +-----(--+ Elko 330nF | 100nF
S:S | | | | | |
o--+ +-|>|-+ +---+----+-----+-----+-- GND
Bei Schaltnetzteilen kann die Mittelpunktgleichrichtung ein Vorteil sein,
weil sie die Sättigung des Trafokerns bei ungleichem Tastverhältnis in den
lückenden Phasen unterbindet:
http://solardirektladung.de/Masterarbeit_Johannes_Urban.pdf
Wenn man nur knapp mehr Eingangsspannung hat, als die Ausgangsspannung
betragen soll benötigt man einen teuren 'low drop' Regler. Z.B. für geregelte
5V aus einer 9V Blockbatterie die zum Ende hin ja nur noch 6V abgibt, oder
wie ein 2*6V Trafo, dessen 6*1.4=8.5V durch einfachen Gleichrichter (-1V)
und Siebelko (-10%) bei 10% Netzunterspannung gerade mal diese 6V abliefert.
Der MCP1825 braucht bei 0.1A nur 0.1V für sich und folgt auch einer zu
niedrigen Eingangsspannung bis herunter auf 2.2V, bevor er aufgibt zu regeln.
Schau bei http://www.st.com/ nach erschwinglichen Varianten wie L4940 und
LD1117, oder bei http://www.nsc.com/ nach LM1084/85/86-3.3/5 bevor du bei
http://www.linear.com/ Luxus einkaufst, und achte auf die Anschlussbelegung,
die sich meist von den 78xx-Typen unterscheidet, ebenso wie sich der negative
Regler 79xx vom 78xx unterscheidet. LowDrop/79xx haben auch andere
Spezifikationen. Manche brauchen eine Mindestlast (der 79xx liefert ohne Last
eine Spannung ca. 7V geringer als die Eingangsspannung), manche widerstehen
nur geringeren Eingangsspannungen als entsprechende 78xxer und manche
brauchen einen grösseren Kondensator (25uF) am Ausgang um ihre Schwingneigung
zu unterdrücken.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm7905.pdf (1uF Tantal, 2.2uF Elko)
Falls jemand meint, man könne die Kondensatoren ja weglassen, weil im
Datenblatt steht "No external Components required" und nur in der Fussnote
"All characteristics are measured with capacitor across the input of 0.22 uF,
and a capacitor across the output of 0.1uF."
http://www.mikrocontroller.net/attachment/97748/78XX_05_12_15.pdf
dann sollte er hier mal lesen http://www.mikrocontroller.net/topic/204263
und es gibt viele weitere solcher Erfahrungen.
http://www.ti.com/lit/wp/snoa842/snoa842.pdf (capacitors are key to voltage regulator design LP2980)
Von: Kai Klaas 13.05.2014
In manchen Datenblättern steht, daß der LM7805 und der LM317 eigentlich
keinen Kondensator am Ausgang brauchen. Das stimmt für eine perfekte rein
ohmsche Last. Sobald eine kleine kapazitive Last (so im 100pF Bereich) oder
induktive Last hinzukommt, werden sie instabil, um bei noch größeren
kapazitiven Lasten wieder stabil zu werden.
Da so ein Verhalten natürlich Murks ist, sollte man generell eine Kapazität
am Ausgang haben, die deutlich größer als die kritische kapazitive Last ist.
Dann kann keine unbestimmte kapazitive Last mehr den Regler instabil werden
lassen. Deswegen sollte man immer mindestens 100nF (oder was im Datenblatt
steht) am Ausgang haben.
3V Regler sind auch selten: HT7130 (Holtek, TO92), ebenso einstellbare
negative low drop Regler wie LM2991 und LT3015.
Wenn man genauere (LP2954, LP2986, LT1086) oder rauscharme (LT3042 0.8uVrms,
LP2985/3985, MAX8877/8878, TPS7A49xx/TPS79301, LT1761/LT1762/LT1763/LT1964,
LT3032 20uVrms pos+neg) Spannungsregler haben will, oder welche mit geringem
Eigenverbrauch (XC6206 (1uA/200mA/6V Torex), STLQ015M30R (1uA/150mA ST)
TPS79730 (5uA/10mA/5.5V TI), MCP1702/1703 (2uA/250mA/16V Microchip Reichelt),
LM2936, LP2950) oder rauscharm und sparsam zusammen (LT1763) oder welche die
Eingangsstörungen auch bis zu hohen Frequenzen noch gut bedämpfen (MCP1801)
kann man auch nach Alternativen anstelle der 78xx sehen, denn damit ein
Regler was regeln kann, muss ja erst eine Abweichung vom Sollwert vorliegen,
und bei universellen Bauteilen wie den 78xx darf die Verstärkung nicht zu
hoch sein, da sie sonst zu leicht ins Schwingen kommen, die anderen Regler
brauchen daher meist grössere Kondensatoren auf Lastseite.
Bei Spannungsreglern sind einige Dutzend Millivolt Regelabweichung also
normal. Aber selbst die 78xx unterscheiden sich bei verschiedenen Herstellern
und werden mit den Herstellungsjahren immer besser. Reicht ein integrierter
Regler nicht aus, z.B. weil man ultra low drop bei viel Strom haben will,
kann man einen IC mit externem Transistor einsetzen wie den LP2975. Oder es
diskret aufbauen:
http://tangentsoft.net/elec/opamp-linreg.html
http://www.diodes.com/_files/products_appnote_pdfs/zetex/an51.pdf (3uV/10Hz-22kHz)
http://electronicdesign.com/power/zero-drop-05-voltage-regulator-costs-under-1
http://www.maxim-ic.com/app-notes/index.mvp/id/3657 (6nV/sqrt(Hz), aber MOSFET mit unter 200pF nehmen, sonst schwingt's: http://www.mikrocontroller.net/topic/267892)
http://www.tnt-audio.com/clinica/regulators_noise2_e.html (Rauschen am LM317, die 20uVrms eines LT1763 bekommt man also auch mit eienm LM317 hin)
http://waltjung.org/PDFs/Regs_for_High_Perf_Audio_1.pdf
https://www.mikrocontroller.net/attachment/295647/Brummfreies_Netzteil.pdf
Wenn man aus einem Trafo mit 2 Wicklungen umschaltbar die einfache oder
doppelte Spannung erhalten möchte, geht diese Schaltung, die zwischen
Grätz-Brücke und Mittelpunktgleichrichtung umschaltet:
Trafo Gleichrichter
o--+ +--------+-|>|-+---------+-- +
| | | | |
S:S +-|>|-+ | |
S:S | | |
S +--(-----------(---+ Elko
S:S | | | |
S:S +-|>|-+ | | |
| | | | | | |
o--+ +--(-----+-|>|-+ o\ |
| \o--+-- GND
+---------------o
Wenn man eine positive und eine negative Versorgungsspannung braucht, reicht
ein Trafo. Wenn er 2 Wicklungen hat geht:
o--+ +-----+-|>|-+---+--- + (7805)
| | | | |
S:S +--(-|>|-+ |
S:S | | C1 (C1, C2: 4700uF ergibt 2V Ripple = 'Kondensatorverlust' bei 1A Belastung)
S:S | +-|<|-+ |
S:| | | |
S:+--+----|<|-+---+
S: +-- Masse
S:+-----+-|>|-+---+
S:| | | |
S:S +--(-|>|-+ |
S:S | | C2
S:S | +-|<|-+ |
| | | | |
o--+ +--+----|<|-+---+--- - (7905)
Die Schaltung eignet sich auch, wenn man nur 2 positive Spannungsregler hat,
aber eine stabilisierte negative und positive Spannung benötigt, es werden
aber Schhutzdioden am Ausgang gegen Verpolung der Spannungsregler benötigt:
+-----+
o--+ +-----+--|>|--+--|LM317|----+-- +
| | | | +--+--+ |
| | | | | |
| | +--(--|>|--+ +--R1---+
S:S | | | | |
S:S | | C1 R2 |
S:S | | | | |
S:| | +--|<|--+ +--|>|--+ (1N4001)
S:| | | | |
S:| | | | C3
S:| | | | |
S:+--+-----|<|--+-----+-------+
S: +-----+ +-- GND
S:+-----+--|>|--+--|LM317|----+
S:| | | +--+--+ |
S:| | | | |
S:| +--(--|>|--+ +--R3---+
S:S | | | | |
S:S | | C2 R4 |
S:S | | | | |
| | | +--|<|--+ +--|>|--+ (1N4001)
| | | | | |
| | | | | C4
| | | | | |
o--+ +--+-----|<|--+-----+-------+--- -
Bei exakt gleichen Trafoausgangsspannungen und auch für Trafos mit
Mittelanzapfung brauchbar ist diese Lösung:
o--+ +--+-----|>|--+---+-- + (7805)
S:S | | |
S:S | +--|>|--+ C1 (C1, C2: 4700uF ergibt 2V Ripple = 'Kondensatorverlust' bei 1A Belastung)
S:S | | |
S:+--)--)-----------+-- Masse
S:S | | |
S:S +--)--|<|--+ C2
S:S | | |
o--+ +-----+--|<|--+---+-- - (7905)
nicht nur weil eine Gleichrichterbrücke eingespart wird. Im Gegensatz zur
Mittelpunktschaltung mit 2 Dioden weiter oben wird hier der Vorteil, einen
Diodenspannungsabfall weniger zu haben, nicht aufgehoben durch einen trotz
Überdimensionierung mehr belasteten Trafo, sondern der Trafo wird genau so gut
genutzt wie bei 2 Brückengleichrichtern, die nutzbare Ausgangsspannung ist um
0.7V höher. Lediglich bei voneinander abweichenden Trafowechselspannungen
sollte man auf die Schaltung mit 2 Brückengleichrichtern zurückgreifen. Bei
Audioschaltungen wurde früher gerne der LM325 bzw. RC/XR4195 für +/-15V
eingesetzt, die nur bis 100mA liefern. So einen tracking regulator kann man
heute auch mit einem OpAmp aufbauen, der auch den Strom begrenzt:
+----+
o--+ +--+-----|>|--+---+--|7815|--+---+------ +15V
S:S | | | +----+ | |
S:S | +--|>|--+ C1 | | 100nF
S:S | | | | | |
S:+--)--)-----------+----+-----(---+------ 0V
S:S | | | 10k 30k |
S:S +--)--|<|--+ C2 +-----(--|+\ L272
S:S | | | | | | >-+-- -15V
o--+ +-----+--|<|--+---+ | +--|-/ |
| 10k 10k | |
| +-----+---(---+
| |
+--------------+
Die Schaltung taugt auch, wenn man doppelte und halbe Spannung aus einem Trafo
mit 2 Wickungen braucht:
2 x 9V~ +----+
o--+ +--+-----|>|--+---+--|7812|--+--------------- +12V
S:S | | | +----+ |
S:S | +--|>|--+ C1 | 100nF
S:S | | | | | +----+
S:+--)--)-----------+-----(----(----|7805|--+-- +5V
S:S | | | | | +----+ |
S:S +--)--|<|--+ C2 | | | 100nF
S:S | | | | | | |
o--+ +-----+--|<|--+---+-----+----+-------+----+-- GND
http://www.mikrocontroller.net/topic/272842#2861322
wobei C1 auch an GND gehen darf, wie hier für ungeregelte 24V:
2 x 9V~
o--+ +--+-----|>|--+-------+--------------- +24V unstabilisiert
S:S | | |
S:S | +--|>|--+ C1
S:S | | | +----+
S:+--)--)-----------+---(----|7805|--+-- +5V
S:S | | | | +----+ |
S:S +--)--|<|--+ C2 | | 100nF
S:S | | | | | |
o--+ +-----+--|<|--+---+---+-------+----+-- GND
Wenn der Trafo nur eine Wicklung hat (aber genug, um nicht zu sagen zu viel
VA Leistung), geht die Delon Schaltung
o--+ +--+--|>|--+-- + (7805)
S:S | |
S:S | C1 (C1, C2: 10000uF ergibt 2V Ripple = 'Kondensatorverlust' bei 1A Belastung)
S:S | |
o--+ +--)-------+-- Masse
| |
| C2
| |
+--|<|--+-- - (7905)
aber C1 und C2 müssen dann doppelt so gross sein wie in den Schaltungen zuvor.
Sogar eine Vervierfachung ist möglich, wie sie ohne Netztrennung (nur mit
strombegrenzenden Widerständen) gerne in billigsten Insektenvernichtern zur
Erzeugung von 1200V verwendet wird (allerdings stauben die Elektroden ein):
+--|>|--+--|>|--+--o
| | |
| 47n 47n
| | |
o--10k--10k--10k--+-------(-------+
| | |
230V~ | | | 4 x (Upeak - 0.7V)
| | |
o--10k--10k--10k--(-------+ |
| | |
| 47n 47n
| | |
+--|<|--+--|<|--+--o
Wenn jedoch eine negative Spannung mit nur wenigen mA benötigt wird, geht es
mit einer zusätzlichen Villard-Schaltung besser (C1 normal gross, C2 und C3
sind eh für wenig Strom):
o--+ +--+----------|>|--+-- + (7805)
| | | |
| | | +--|>|--+
S:S | | |
S:S | | C1
S:S | | |
| | +-------)--|<|--+
| | | | |
o--+ +--(-------+--|<|--+-- Masse
| | |
| C2 C3
| | |
+--|<|--+--|<|--+-- - (79L05)
Ähnlich kann man sich eine gering belastbare höhere Spannung basteln, siehe:
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/labnt1.htm
> 48V Phantomspeisung aus 2 * 18V Trafo
http://www.schoeps.de/D-2004/PDFs/Mikrofonbuch_Kap13.pdf
+--|>|--+--|>|-----+----- + (für LM317HV für 48V, 20mA Phantomspannung)
| | |
2x18V | C4 C3
| | |
o--+ +---+---(--|>|--+--)--+-- + (für 7815)
| | | | | | |
S:S | +--|>|--+ | C1
S:| | | | |
S:+---)---)----------+--+-- Masse
S:| | | |
S:S +---)--|<|--+ C2
| | | | |
o--+ +-------+--|<|--+-----+-- - (für 7915)
Doppelt so hohe Ausgangsspannung niedriger Belastung durch Spannungsverdoppler:
1N4148 +-----+
+--|>|--+--|>|----+--|78L12|--+-- 12V/10mA
| | | +-----+ |
| | 100uF | 100nF
| | | | |
| 100uF +-----+-----+
| | |
9V/3A | | | +-----+
o--+ +--(----+--+--|>|--+---+---(---+--|78S05|--+-- +5V/1.5A
| | | | | | | | +-----+ |
S:S +----(-----|>|--+ | | | | |
S:S | | 10000uF| 330nF | 100nF
S:S | +-----|<|--+ | | | | |
| | | | | | | | |
o--+ +--+----------|<|--+---+---+---+-----+-----+-- GND
Wenn die Eingangsspannung immer mehr als 4.5V über der gewünschten
Ausgangsspannung liegt, kann man einen Standardfestspannungsregler wie
78xx mit einem externen PNP Transistor passender Leistungsfähigkeit
verstärken, ohne den Kurzschlussschutz zu verlieren. Man verliert jedoch die
Übertemperatursicherung und den SOA-Schutz. R1= 1/(Ioutmax-1) bei
entsprechender Wattzahl. Der 1R muss 2 Watt aushalten. Leider führen diese
zumindest 4.5V Spannungsverlust gerade bei hohem Ausgangsstrom zu
immensen Verlusten im externen Transistor, so dass ein Schaltregler (F.24.)
dann die bessere Wahl ist.
in --+---R1---+----------+
| | |
| 10R |
| | |E
1R +---------|< PNP-Leistungstransistor (kein Darlington)
| | |
| 1N5401 | +----+ |
+---|>|--+--|78xx|--+-- out
| +----+ |
330nF | 100nF
| | |
GND ----------+----+-----+-- GND
> Dimensionierungshinweise:
Der Trafo muss auch bei 10% Netzunterspannung (0.9) nach Gleichrichtung (1.4)
eine Spannung liefern, die die gewünschte maximale Ausgangsspannung um die
Verluste des Spannungsreglers (2.5V drop out), der Gleichrichterdioden (2*1V)
und dem Elko (0.8 = 80% gehalten = 20% Ripple) übersteigt.
Trafospannung=(((Ausgangsspannung+2.5V)/0.8)+2V)/(1.4*0.9),
also für ein 5V/1A Netzteil mit 7805 als Regler: 9V Trafo.
Der Elko soll bei Maximalstrom die Spannung nach dem Gleichrichter auf < 20%
glätten, bei 9V Trafospannung und 1 Ampere Maximallast also 4700uF. Für 10%
Ripple wären schon satte 10000uF notwendig (<10% Ripple ist eher unüblich,
der kleinere Stromflusswinkel führt dann zu verstärkten Verlusten im Trafo,
für die er nicht berechnet ist). Bei 50Hz nach Vollwellengleichrichtung, also
100Hz Ripple oder 0.01s, ist die Formel ganz einfach:
Ripplespannung [in V] = Volllaststrom [in A] x 0.01 / Siebelkogrösse [in Farad]
Volllaststrom
Siebelkogrösse [in Farad] = -----------------------------------------
(Trafospannung * 1.4 - 2) * (Ripple in %)
Tietze-Schenk schreibt mit Ri=Innenwiderstand der Quelle und Rv=Lastwiderstand
Volllaststrom * (1 - (Ri/(2*Rv))^(1/4))
Siebelkogrösse = -----------------------------------------------
2 * Ripplespannung * Wechselspannungsfrequenz
http://www.tangentsoft.net/elec/ps-est.html
http://www.duncanamps.com/psud2/index.html
Hat man keinen als konstant angenommenen Laststrom, sondern eine konstante
Lieferleistung P wie bei einem nachfolgenden Schaltregler, so lautet die
exaktere Formel für Kapazität C und Stromflusswinkel TCH/T:
VDCmin = sqrt(2*VACmin^2-2*P*(1/2-(TCH/T)/(C*100)) [Fairchild AN-4159]
Wenn das Netzteil sich nicht durch den Ausfall von ein paar Halbwellen des
230V~ Netzes stören lassen soll, wie es beim Anlaufen von schweren Maschinen
der Fall sein kann, muss der Elko grösser gewählt werden. Bei 1 Halbwelle
also doppelt so gross, bei 3 Halbwellen 4 mal so gross. Zu Hause testet man
das, in dem der Staubsauger in derselben Steckdose eingeschaltet wird, und
ein RESET-Controller den Spannungsregler-Ausgang unter Nennlast prüft. Im
EMV Test nach DIN/EN 61000-4-11 wird u. a. 161V für 500ms und 92V für 200ms
abgeprüft.
http://www.block.eu/de_DE/inlinelexicon/79143/
Es gibt auch neben den sich durch steigende Verlusten im Trafo nachteilig
auswirkenden kleineren Stromflusswinkel ein oberes Limit für die
Siebelkogrösse, durch den Gleichrichter und dessen Spitzenstrom vorgegeben,
z.B, im Diotec Datenblatt des B..C3700/2200:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/134/232987_DS.pdf
Der Elko muss dabei die gleichgerichtete (+41% = *1.4) Leerlaufspannung
(ca. +15% = *1.15) des Netztrafos bei 10% Überspannung (*1.1) im Netz
aushalten, also in unserem Fall:
1.4*1.15*1.1*Trafospannung = 1.78*Trafospannung = 16V
Kleine Trafos produzieren oft hohe Leerlaufspannungen, also im Notfall messen:
Trafo+Gleichrichter+spannungsfesten Elko fast beliebiger Kapazität dran, keine
Last und dann messen und zur Sicherheit *1.1 (=10% Netzüberspannung) nehmen.
Aber bereits eine geringe Last (LED als Kontrollleuchte) bringt die Spannung
meist in akzeptable Regionen, weil sich ganz schnell der Diodenspannungsabfall
einstellt. Und Trafos mit grossem Leerlaufspannung/Nennspannung Quotienten
haben einen hohen Innenwiderstand und belasten somit die Gleichrichterdioden
viel weniger, weil der Stromflusswinkel viel grösser ist als bei Trafos mit
niedrigem Innenwiderstand. Beispielwerte für Leerlaufspannungsüberhöhung
handelsüblicher Trafos:
vergossen Flachtrafo offene Bauweise
2VA +35% 3.5VA +35% 12VA +34%
3.2VA +32% 7VA +38% 24VA +23%
5VA +32% 14VA +30% 36VA +18%
10VA +28% 30VA +14% 48VA +16%
16VA +22% 72VA +14%
108VA +11%
150VA +10%
Wenn man ein Netzteil Surge und Burst Tests unterwirft, kann die
Wicklungskapazität des Trafos hohe Spannungen auf Sekundärseite übertragen,
die die Sperrspannung der Dioden des Brückengleichrichters überschreiten
können. 10 bis 100 nF parallel zu jeder Diode koppeln diese auf den Ladeelko,
so dass die Dioden überleben. Die Kondensatoren bekämpfen auch die Störungen,
die entstehen, weil die Diode nicht sofort sperrt, wenn die Trafospannung die
Elkospannung unterschreitet, sondern erst Strom in Gegenrichtung fliessen
lassen, der dann abrupt gestoppt wird, was Nadelimpulse erzeugt, die über den
Siebelko hinweg die Schaltung stören können. Zudem verhindern sie die
Gleichrichtung hochfrequenter Einstreuungen.
Der Chip des Spannungsreglers darf bei der anfallenden Verlustleistung von
Maximalstrom*(1.57*Trafospannung-2-minimaleAusgangsspannung) Watt (hier
7.13 Watt) nicht über 150 Grad heiss werden (Tj im Datenblatt), also braucht
er einen Kühlkörper dessen Wärmewiderstand bei 40 Grad Umgebungstemperatur
zusammen mit dem Wärmewiderstand des Gehäuses (TO220: 3 bis 5 K/W) nicht über
(150-40) / 7.13 - 5 liegt, also hier 10 Kelvin/Watt. Da Kühlkörper selten so
optimal eingebaut sind, das ihre Werbe-Datenblattwerte erreicht werden, nimm
ruhig einen dickeren Kühlkörper von 5 K/W. Ein TO220 leitet ohne Kühlkörper
senkrecht montiert nur 1 Watt ab (85 K/W, experimentell ermittelt,
Datenblätter reden von 19 K/W bis 65 K/W). Immerhin enthalten die 78xx eine
Übertemperaturschutzschaltung. Fehlt diese, muss man mal einen Dauerlauftest
unter den ungünstigsten Bedingungen machen und bei Überhitzungsgefahr
eine Temperatursicherung dranschrauben. Ist ein geschlossenes Gehäuse drumrum
ist die Umgebungstemperatur der Bauelemente in diesem Gehäuse natürlich höher
als draussen. Wenn der Wärmewiderstand des Gehäusematerials vernachlässigbar
ist und nur der Wärmeübergang der Oberflächen zählt, kann man von 3W/(m²K)
ausgehen, ein 10x10x10cm3 Gehäuse wird bei 10 Watt innen also um 60K wärmer.
Für quadratisches 2mm starkes Alublech bei senkrechter Montage, freier
Luftzirkulation und mittiger Montage der Wärmequelle gilt in etwa:
Seitenlänge (mm) Wärmewiderstand (K/W)
25 100
30 60
40 40
55 20
80 10
100 7
120 5,5
150 4
200 3
Schwarz eloxiert reichen 70% dieser Werte.
Der Trafo muss die LEISTUNG liefern können, den die Schaltung maximal
benötigt, hier 5 Watt Ausgangsleistung + 7.13 Watt für den Regler + 1.4 Watt
für den Gleichrichter ergeben ~14 Watt. Also 14VA, das sind bei 9V ca. 1.6A.
Diesen meist so 1.4 bis 1.8 mal höheren Strom am Trafo vergessen die meisten.
Da der Strom im Trafo in Pulsen fliesst (90% der Zeit gar nicht, 10% der Zeit
läd der 10fache Nominalstrom den Elko auf) und die Verlustleistung durch den
Widerstand des Kupferdrahtes quadratisch vom Strom abhängt, also (10% von
10*10) = 10 mal höher ist als bei Gleichstrom (den's beim Trafo nicht gibt,
aber RMS), ist der benötigte Trafo sogar noch grösser.
Folgende Korrekturfaktoren nennen Trafohersteller, um vom Strom, den man dem
Ladeelko entnehmen will, auf den Strom zu kommen, den der Trafo nach Aufdruck
(also als RMS-Wert) liefern können muss, wenn man nicht exakt ausrechnen will
oder am lebenden Objekt ausmessen will, sondern immer auf der sicheren Seite
sein will:
1 Wicklung 1 Diode Halbwellengleichrichter: Trafo Strom = 2.3 * Last Strom
1 Wicklung mit Mittenanzapfung 2 Dioden: Faktor 1.2 pro Wicklung
1 Wicklung 4 Dioden Graetz Brückengleichrichter: Faktor 1.8
1 Wicklung 2 Dioden Villard Spannungsverdoppler: Faktor 4
Diese Faktoren kann man übrigens ignorieren, wenn man ein Netzteil mit PFC,
power factor correction, aufbaut. CE Richtlinie 2004/108/EWG DIN EN 61000-3-2
fordert bei Geräten grösserer Leistung bestimmte gute PFC-Werte, die bei
konventionellen Netzteilen mit Siebelko überschritten werden. Die notwendige
PFC spart durch den kleineren Trafo letztlich Geld.
Wie gross muss so ein Trafo sein ? Bei normalen Verhältnissen bzw. unbekannten
Trafos reicht eine Tabelle, in Katalogen wird manchmal nach oben geschummelt:
M55/20: 11VA
EI84/28: 50VA
UI70/20: 70VA
UI75/25: 100VA
Unser 9V Trafo muss also 1.8A aufgedruckt haben, also 16.2VA liefern können,
um nach Regelung 5V/1A zu liefern.
http://www.atc-frost.com/products/design/va.htm
Trafos dürfen im Kurzzeitbetrieb stärker belastet werden, beispielsweise alle
10 Minuten für 30 Sekunden mit dem doppelten oder 1 Sekunde mit dem 10-fachen
Strom.
Trafos gibt es mit maximaler Innentemperatur von 130, 155 oder 180 GradC, die
halten bei der Temperatur dann im Mittel 10 Jahre. 10 GradC weniger
verdoppelt die Lebensdauer, es lohnt sich also, sie nicht voll auszulasten.
Grössere Trafos übertragen bei 50Hz so 70W/kg, kleinere deutlich weniger.
Kleinere Trafos haben auch einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad, unter
10VA problemlos unter 50%, während grosse Trafos über 1000VA oft über 99%
kommen.
Temperaturklassen der Isolationsmaterialien gemäss IEC 85
Temperaturklasse Max. Temperatur (C°)
Y 90
A 105
E 120
B 130
F 155
H 180
200 200
220 220
250 250
Reichelt's Ringkerntrafo zeigt mal ordentliche Daten:
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C500/80VAEconomySeries.pdf
Der Draht ist also bis 180 GradC isoliert, die Temperatursicherung löst bei
125 GradC aus weil die Isolierfolien nur 130 GradC aushalten, der Trafo soll
in Betrieb nicht über 90 GradC bekommen (40 + 50) weil die Anschlussdrähte
(PVC Isolation) nur 105 GradC vertragen, wobei die Verluste zum grossen Teil
aus dem dünnen Draht stammen (8.95W) und nicht vom Kern (0.781W).
Besser ist immer eine im Trafo eingewicklete Temperatursicherung, aber wenn
der Trafo keine besitzt, wie bei vielen aus dem Versandhandel, dann muss man
wohl oder übel eine Feinsicherung anbringen. Die primäre Sicherung probiert
man am besten aus: Netzteil anschliessen, voll belasten und Primärstrom
messen. Eine träge Sicherung mit 1.25 bis 2 fachem Strom nehmen. Sie darf
beim Einschalten des voll belasteten Netzteils noch nicht durchbrennen.
Wenn man aber den Elko auf Sekundärseite kurzschliesst, und dann das Gerät
einschaltet, sollte sofort die Sicherung durchbrennen. Hat der Trafo mehrere
Sekundärwicklungen, muss die primäre Sicherung ja bei Kurzschluss jeder
einzelnen durchbrennen. Tut sie dies nicht, sind auch Sicherungen sekundär
angezeigt. Bei kleinen Trafos (unter 10VA) ist der Draht der primären
Wicklung so dünn, daß er selbst als Sicherung im Falles eines wegen
Überhitzung schmelzenden Trafos fungiert, eine extra Sicherung ist nicht
notwendig.
Der Nennstrom (rated current) ist der Strom den eine Sicherung unbegrenzt
lange leiten kann, der fusing current der Strom, bei dem sie sicher
auslöst, wird als Schelzintegral I*I genannt, weil sie bei höherem Strom
schneller unterbricht als bei knapperem.
Wenn man die Bauteile (Trafo, Kühlkörper) unterdimensioniert, sollte man
Temperatursicherungen (meist 105 Grad) einbauen. Ein Netzteil ist
unterdimensioniert, wenn es keinen Dauerkurzschluss aushält, also zählt
nicht der Nennausgangsstrom (hier 1A), sondern die Strombegrenzung des
Spannungsreglers (hier 1.5A). Man kann auch einen PTC (z.B. Polyfuse)
verwenden, um eine unkaputtbare Strombegrenzung zu erreichen.
Also kauft Steckernetzteile, so lange die möglich sind, bei FRIWO, die
28% aller weltweiten Handyladenetzteile produzieren, z.B. kosten die im
Schnitt 1.13 EUR und bringen 3 ct Gewinn lt. Geschäftsbericht.
Ab 75W gilt EN61000-3-2, und deren Grenzwerte für Oberschwingungsströme
lassen sich mit einem einfachen Netztrafo nur schwer erfüllen, so bald ihm
eine klassische Gleichrichterschaltung folgt.
F.9.1. Labornetzteile
Ein Labornetzteil sollte als Spannungsquelle und als Stromquelle einsetzbar
sein und demnach neben der Spannungseinstellung eine regelbare Strombegrenzung
haben, die die Spannung nicht weiter erhöht, wenn schon bei niedrigerer
Spannung so viel Strom fliesst wie eingestellt. In Einzelfällen kann an Stelle
der Strombegrenzung auch eine abschaltende Sicherung zum Schutz des
angeschlossenen Geräts sinnvoll sein, die sollte aber eine umschaltbare
Trägheit haben.
http://www.slack.com/pdf/HP-AN90B.pdf http://www.mikrocontroller.net/attachment/188853/HP5989-6288EN.pdf
Ansonsten wird jeder seine eigenen Anforderungen an so ein Netzteil haben.
Spannungsbereich (der eine will 0-30V, der andere 0-300V), Strom (je mehr je
besser aber auch teuer), Genauigkeit (normalerweise nicht besonders hoch, aber
es gibt Ausnahmen), Ausregelgeschwindigkeit (es gibt furchtbar langsame
Netzteile), beständig gegen induktive (Überspannung durch Zündfunke beim
Abschalten einer Spule, abgefangen durch rückwärtsleitende Diode über dem
Regeltransistor) und hochfrequente (Drossel am Ausgang soll verhindern
das Hf hoher Leistung ins Gerät zurückfliesst) Lasten, digital einstellbar per
RS232/IEEE488, eventuell mit Zurückübermittlung der aktuellen Messwerte.
Auch interessant ist der Fall, in dem an den Ausgang eines auf 30V und 350mA
eingestellten Labornetzteils eine 1W LED angeschlossen wird. Wenn dabei das
Netzteil am Ausgang einen dicken Elko hat, der eine zu langsame Regelschaltung
kaschieren soll, brennt die LED trotz der eingestellten Strombegrenzung durch,
weil sich erst mal der Elko mit weit mehr als den eingestellten 350mA entlädt.
Also auf einen möglichst kleinen Elko direkt am Ausgang des Netzgeräts achten.
Beim Preisvergleich (boh sind fertige Labornetzteile teuer, ähm die Bauteile
alleine kosten auch so viel, es sei denn man schlachtet einen dicken
HiFi-Verstärker, von dem meist Gehäuse, Trafo, Gleichrichter, Elkos,
Leistungstransistoren, Potis, Knöpfe, Kühlkörper und OpAmps zu verwenden
sind, insbesondere für ein Netzteil mit positivem und negativem Ausgang,
aber Achtung: Aus einen 4*120-Watt Verstaerker wird kein 2*30V/8A Netzteil,
Verstärker-Angaben sind durch RMS-Angaben nach oben geschönt, nachrechnen)
sollte man die verbilligenden Tricks der Hersteller kennen: Ich habe hier
z.B. die Wuchtbrumme PS2403D von Conrad. Aus der Referenz LM336 regelt
Strom und Spannung ein RC1458 über LEDs verodert per TIP31C einen 2N3773
auf SK02/100mm Kühlkörper. Das geht nur, weil der 2*160VA Trafo per Relais
in 3 Stufen umgeschaltet wird, ansonsten könnte weder der Kühlkörper noch
der Transistor die Leistung aushalten. Dafür merkt man schon beim Drehen am
Spannungsknopf, wie das Gerät beim Umschalten aus der Regelung fällt. Und
wenn ein 12V Akku dranhängt, leuchtet eine LED auch, wenn der Netzstecker
draussen ist. Schliesst man eine Dauerlast bei ungünstiger Spannung an, so
das am 2N3773 eine hohe Verlustleistung abfällt, reicht trotz
Trafoumschaltung der Kühlkörper nicht und es nützt nichts das auf ihm ein
Thermoschalter als Übertemperaturschutz geschraubt ist: Der Transistor
legiert wegen Überhitzung zuerst durch, und nimmt den OpAmp gleich mit,
wenn man dann den Spannungsreglerknopf auf 0V stellt. So was kann man
natürlich billiger bauen, als ein Gerät, das bei geringer Ausgangsspannung
die volle Trafospannung am Ladeelko hält, um in Mikrosekunden nach
Belastungsende auf volle Ausgangsspannung kommen zu können (was man aber
auch nur selten braucht). Aber teure Netzteile sind nicht unbedingt besser,
das Philips PE1542 geht einfach mal kaputt wenn man ein Relais ausschaltet
https://www.mikrocontroller.net/topic/387211 immerhin findet sich in der
Bedienungsanleitung noch der Schaltplan, ein simpler uA723 Regler,
http://www.de-wolff.eu/download/electronics/service-manual/philips-pe1542/summary/download.html
das Hameg HM7042-5 macht z.B. Überspannungsspitzen von ca. 5% beim Ein- und
Ausschalten, wie auch die Präzisions-Labor-Netzgeräte NGRU 45 und NGSM 32/10
von Rhode & Schwarz, das HMC8043 macht aus 3.3V 4.2V wenn die 230V ausfallen
(https://www.elektormagazine.de/articles/RS-HMC8043) so etwas ist natürlich
unbrauchbar. Billige (Wentronic LN103Pro) natürlich auch
https://www.mikrocontroller.net/topic/387037
Einfaches elektronisch leidlich stabilisiertes und auf einen festen Wert
weich kurzschlussschutz-strombegrenztes Netzteil von 0-12V bis 1A wie man es
früher gebaut hat als es noch keine integrierten Spannungsregler gab. Der
2N3055 reicht auch für 24V/2A, aber die dazu nötige ZD27 braucht deutlich
mehr als 30V für einen halbwegs konstanten Z-Dioden-Strom per Vorwiderstand,
also müsste ein 30V~ Trafo davor, der wiederum im Leerlauf bis 50V liefert.
+-----+--|>|--+------------------------------+---+
| | | | |
| +--(--|>|--+------390R-------+--------+ 15R |
/ | | | | | | | |
o---o/ o---+--+ | | | | | Poti1k--|< | BD135 auf Kühlkörper/2N3053 mit Kühlstern
| | | | | | + | | |E |
Glimmlampe(X) S:S | | 2200uF/35V | | +--|< BD241/2N3055 auf Kühlkörper 5K/W
| | | | | | | | |E
o---Sich---+--+ | | | | | | | oder ein Leistungsdarlington
| | | | +-------------+----+ | +---+---o
Trafo 15V~ 24VA | | | | | BD135 | | | | |
| | +--|<|--+ >|--100R--+ ZF13 47uF | 1k 1u Ausgang
| | 4*1N4004 | E| | | | | | |
+--+-----|<|--+---+--0.68R--+---+----+---+---+---+---o
Etwas aufwändiger ein 0-20V/0-2A Netzteil mit open collector OpAmps und
Dioden gegen Verpolung (einen verpolt angeschlossenen Akku hält es trotzdem
nicht aus) und Rückstrom, 8k Grundlast, je nach Aufbau sind noch kleine
Kompensationskondensatoren nötig.
+-----+--|>|--+---------+------------------------+----+------------+---+
| | | | | | PNP |E | 1N5404
| +--(--|>|--+ 10k | +--100R--+--|< +--|<|--+
| | | | + | | | | | |
| | | 4700uF/40V +---12k--+----+---------|-\ rot | +--|< 2N3055| auf Kühlkörper 1K/W
/ | | | | | | 1k| | >--1k--|<|--+ |E |
o---o/ o---+--+ | | | | +----+-----+ +--ISoll +-----|+/ | | |
| | | | | | | | 10k| | | TAE2453 | | |
Glimmlampe(X) S:S | | | +--TL431 USoll--+--(---(-----|-\ grün | +---+-------+--o
| | | | | | | | | | | | | >--1k--|<|--+ | | |
o---Sich---+--+ | | | | 4u7 | | | | | +--|+/ 7k | |
| | | | | | | | | | | | | 10uF |
Trafo 22V~ 72VA | | | | +----+ | 1uF | | +---(-----------------+ | | Ausgang
| | | | | | | | | | | | |
| | +--|<|--+---------(-----(----(--+---(------+ 1k +--|>|--+
| | 4*1N5404 | | | | | | | 1N5404
+--+-----|<|--+--0.1R---+-----+----+------+------------------------+---+-----------o
leider ist so ein open collector OpAmp selten und er hält nur 36V aus, der
TAA2761 (DDR: B2761) ist wegen seiner Schwingneigung bei kleinen
Kreisverstärkungen überhaupt nicht empfehlenswert sagt Henrik Haftmann.
Dieselbe Schaltung, nur moderner, findet sich im Datenblatt des AP4305, mit
einer Strom- und Spannungsregelung für Schaltregler, inklusive Kompensation
beider Zweige, leider geht der nur bis 20V.
Hier ein kommerzielles 20V/2A Netzteil mit Trafoumschaltung. Mir fehlt aber
die Kompensation bei der Stromregelung, offenbar ist der LM324 langsam genug.
Mit einem TL431 könnte man sich die mit 470k gebootstrappte
Konstantstromversorgung der Z-Diodenregelung sparen, und hätte einen OpAmp
übrig zur U/I-LED-Anzeige. Eine Verpolschutzdiode und eine Rückstromdiode hat
das kommerzielle Billignetzteil nicht, könnte man aber nachrüsten.
+--|>|--+-----+-----+--------------+------------------------------------+----------------+---+---+
| | | | |
| | | |
+--(--|>|--+ Relais | 470k
| | | |
| | | | | |
8.62V | 1k | |
/ | | | +-|>|-+
+----+-----------+ | | |E |
o---o/ o---+--+ | | | |1N4148 | |
| +-------------|+\ 1N4148 +--|< |
| | | | | + | | 220R
470 | | >--|<|-----+ |PNP| |
| | | | 4700uF | | |
| | +---------|-/ | | +--|< 2N3055
| | | | | | +---1M---+ |
+--34k------)----+ | LM324 | | |E
| | +--+ | | | | | | | |
| | | | | |
| | | o\ | | | | |
/+|--+--(----(-----------(----(---(-------10k-------------(---(---+---+---o
Ausgang
| S:S \o--(--+ | >|--5k6--+--< | |
| Usoll Poti5k--(---(---+-----|+\ | | | |
| S:| o | | | E|
\-|-----+----(--------+ | | | | | >--+--10k--+--|< |
|
Glimmlampe(X) S:+--+ | | | | | |
| | | | | +--|-/ | NPN |E | |
| S:| | | | | 1k5
+--|+\ | | | | | | 1nF | 11k |
| S:S | | | | | | |
>--+ | | | | | | | | |
| | | | | | |
+----(--|-/ | | 100 | +--------+-----------(---+ 100uF
o---Sich---+--+ | | | | | | |
| | | | | | | |
Trafo | | | | | 5k6 ZD6V8
| | | | 100nF 1k5 6k8 |
12V+9V | | | | | | |
| | | | | | | |
3.2A | | +--|<|--+ |
+--0.6R--+----+---(-------+----(---+---+-----------------------+---+---+---o
| | 4*1N5404 | | |
| |
+--------+-----|<|--+-----+-----------+-----------------+---Poti5k---+
Isoll
Die moderne Konstruktionsweise von diskreten linearen Labornetzteilen regelt
vor der Last (wie ein 7805, also keine Stabilitätsprobleme). Es profitiert
von einem Hilfstrafo der nach Gleichrichtung und Siebung eine potentialfreie
Hilfsspannung für den Regelteil liefert, die zur besseren Brummunterdrückung
mit einem Festspannungsregler geregelt werden kann, aber nicht muss.
Über R1 wird eine Referenz Ref versorgt, wenn man nicht gleich die
Hilfsspannung als genau genug annimmt. Die Hilfsspannung fliesst
über R2 in die Basis der NPN Ausgangsleistungstransistoren T1 und T2 und
steuert diese durch. R2 muss also klein genug sein, damit multipliziert mit
der Stromverstärkung der Transistoren der maximale Ausgangsstrom erreicht
werden kann. Damit R2 nicht zu klein und die Stromlieferfähigkeit der
Hilfsspannung zu gross werden muß, bietet es sich an, für die
Ausgangsleistungstransistoren eine Darlingtonschaltung einzusetzen, die
allerdings langsamer ist als bloss ein Transistor.
Übersteigt der maximale Strom und Spannung des Netzteils den sicheren
Arbeitsbereich SOA und die Kühlfähigkeit eines Transistors, sind mehrere
parallel zu schalten, was hier mit T1 und T2 angedeutet wurde, aber natürlich
an die Bedürfnisse angepasst werden kann.
Die halbwegs gleichmässige Verteilung des Stroms durch die Transistoren
bewirken die Rs. Ein Spannungsabfall von 2 * 0.6V = 1.2V ist ausreichend für
bipolare Transistoren in Darlingtonschaltung und hält die Verlustleistung in
den Rs in verträglichem Rahmen um 5 Watt, da mehr als 2A pro Transistor kaum
realistisch sein werden. Bei MOSFETs muß man eher 5V ansetzen, es sei denn
man verwendet laterale MOSFETs oder LogicLevel Typen, wo es auch 2.5V tun
sollten. OpAmp V regelt die mit DAC_U oder einem Poti eingestellte Spannung,
dabei reicht der Regelbereich der Ausgangsspannung bis R4/R3*Referenzspannung.
OpAmp A begrenzt den Strom der als über die R zum Mittelwert summierter
Spannungsabfall über den Rs gemessen werde. C3 dient der Kompensation der
Regelschleife. Die Dioden D1 und D2 zur ODER-Verknüpfung kann man sich
sparen, (wenn der V-OpAmp ODER der A-OpAmp den über R2 fliessenden Basisstrom
von den Ausgangstransistoren nach Masse der Hilfsspannung ableitet, regelt
das Netzteil runter) wenn man OpAmps mit Open Collector Ausgang verwendet wie
den TAE2453. Die gesparten 0.7V an den Dioden erlauben es in dem Fall, daß am
Ausgang keine Darlingtons notwendig sind, dennoch mit single supply für die
OpAmps auszukommen.
Der Ausgangskondensator C wird ermittelt, in dem das Netzteil mit wiederholt
schlagartig wechselnder Belastung geprüft wird und C auf minimalen
Spannungseinbruch und maximale Nachregelgeschwindigkeit eingepasst wird. Im
Spannungsbegrenzungsbetrieb in dem der V-OpAmp aktiv ist, wird C1 auf
optimale Regeleigenschaften ohne Neigung zum Schwingverhalten bei reelen und
komplexen Lasten ausgelegt, C2 wird angepasst im Strombegrenzungsbetrieb bei
dem der A-OpAmp aktiv ist.
Da die Regelung über eine Hilfsspannung versorgt wird und nichts mit der
Leistungsspannnung zu tun hat (und falls im Fehlerfall doch, sind die
Ströme durch R3, R4 und die R begrenzt, ich empfehle daher ab 10k für diese
Widerstandswerte), kann das Netzteil recht weit dimensioniert werden, bis zu
hunderten von Volt. Die Spannung des Leistungstrafos und Strombelastbarkeit
des Netzteils wird nur durch die Ausgangsleistungstransistoren begrenzt.
Der Strom durch R2 muß von jedem OpAmp einzeln nach Masse abgeleitet werden
können. Man will einerseits einen möglichst hohen Basisstrom für die
Ausgangstransistoren da dann nicht 3 hintereinandergeschaltet werden müssen
sondern ein Darlington oder bei Kleinleistungsnetzteilen gar ein einzelner
Transistor ausreicht, weil die schneller sind. Allerdings wird der
Ansteuerstrom mitgemessen. Das heisst, daß normale OpAmps mit nur 20mA
Ausgangsstrom ein eher niedriges Limit setzen. Auch das spricht für solche
OpAmps wie den TAE2453.
.
+--+-----|>|--+------------------------------------------------------------------+------+
| | | | |
| | +--|>|--+ +VCC +------(-----|< T2
| | | | | ´VReg? | | |E
| | | | +--+-----|>|--+-------------+---R2---+--+-------------+-----|< T1 |
| | | | | | | | C1 C2 | |E |
| | | | | | +--|>|--+ + R1 | +-------------(--+---(--+ |
S | | + | S | | | | | | | | | | |
S | | Elko S | | Elko +---+---+ | +--|-\ D1 | +-R-+ +-R-+
S | | | S | | | | | | | |A >--|<|--+ | |
S | | | | +--(--|<|--+ +--DAC_U Ref DAC_I-(-----|+/ | Rs Rs
S | | | | | | | | | | | | x | |
S | | | +-----+--|<|--+---(-----+---+---+----(----------------(------+------+--o
| | | | Hilfstrafo | | >Z | | | |
| | | | -VCC R3 +--10k---+-----|-\ D2 | |
| | | | | |V >--|<|--+ |
| | | | +--+---------------------|+/ C Ausgang
| | | | | | |
| +--(--|<|--+ R4 1n |
| | | | | |
+-----+--|<|--+-----------------------+--+---------------------------------------+---------o
Leistungstrafo
Viele Benutzer möchten eine Anzeige per Leuchtdiode, ob sich das Netzteil im
Spannungsbetrieb oder in Strombegrenzung befindet. Die sich offensichtlich
anbietenden D1 und D2 durch LEDs zu ersetzen und R2 (und damit den maximalen
Leistungstransistorbasisstrom) auf den maximalen LED-Strom auszulegen, ist
aber nur möglich, wenn der OpAmp so weit herunterregeln kann, daß der Strom
von den Leistungstransistoren auch abgezogen werden kann, was ohne negative
Betriebsspannung -VCC der OpAmps kaum gelingen dürfte.
Glücklicherweise ist eine negative Hilfsspannung leicht erzeugbar in dem an
Position >Z eine Z-Diode eingebaut wird, z.B. 4V7 (der eventuell ein kleiner
Kerko parallel geschaltet wird um ihre dynamische Impedanz zu verringern).
Dann liegt bei -VCC eine Spannung von -4.7V an, Masse vom Spannungsregler ist
Masse und +VCC liefert die positive Versorgungsspannung für die OpAmps.
Verwendet man keine single supply OpAmps ist so eine negative Hilfsspannung
sowieso notwendig. Benötigt man eine bessere Stabilität, kann man natürlich
ein split power supply mit 2 Spannungsreglern für die Hilfsspannung aufbauen,
fängt sich damit aber eventuell Probleme ein, wenn die negative Spannung vor
der positiven zusammenbricht, weil der Regler dann nicht mehr den Strom aus
den Leistungstransistoren abziehen kann, und die Ausgangsspannung hochläuft.
An Punkt x sind Hilfsspannung und Leistungsstromkreis verbunden. Der in die
Basis der Leistungstransistoren fliessende Strom fliesst hier wieder in den
Hilfsspannungstrafo zurück und nicht in die Last, wurde aber an den Rs
mitgemessen.
Da selbst gesperrte Ausgangstransistoren noch immer etwas Strom durchlassen
ist es notwendig, den Ausgang zu Belasten. Entweder durch Widerstände
von Basis zu Emitter und einer Ansteuerspannung unter 0, oder durch einen
Widerstand vom positiven Ausgang zum negativen Ausgang oder durch einen
Widerstand von den Emittern vor dem Rs damit der Strom nicht mitgemessen
wird zur negativen Hilfsspannung.
Legt man von aussen eine Ausgangsspannung an das Netzteil die höher ist als
die eingestellte Spannung, werden die Transistoren verpolt belastet. Oftmals
ist eine Diode in Rückwärtsrichtung in den Transistoren eingebaut oder von
aussen dazugeschaltet, damit zumindest der BE-Durchbruch bei 7V verhindert
wird. Allerdings lädt dann die Ausgangsspannung die Siebelkos im Netzteil und
versorgt es selbst dann, wenn dessen Netzschalter ausgeschaltet wird, mit dem
Risiko die maximale Spannung der Bauteile zu übrschreiten. Daher kann es
sinnvoll sein, hinter die Ausgangstransistoren noch Dioden in Flussrichtung
mit einer ausreichendes Sperrspannung einzufügen.
Schaltet man mehrere Netzteile in Reihe, kann es passieren, daß ein Netzteil
dem anderen eine verpolte Ausgangsspannung verpasst. Dazu sollte eine
Leistungsdiode in Sperrichtung an den Ausgang, damit nicht mehr als ca. 1V
verpolt entstehen kann. Gegen einen Akku hilft das nicht, weil der keine
Strombegrenzung hat. Eine Schmelzsicherung im Ausgangskreis mit einem
Schmelzintegral welches kleiner ist als das der Diode kann das verhindern,
http://www.littelfuse.com/data/en/Data_Sheets/218P.pdf (Schmelzintegral, Widerstand und Spannungsabfall von Feinsicherungen)
http://eska-fuses.de/fileadmin/produkte/datenblatt/G-Sicherungen_01042013.pdf (z.B. Spannungsabfall bis 3.5V bei 200mAflink)
die Verbindung zu R4 muss aber näher an der Ausgangsklemme sitzen damit
der Spannungsabfall an der Sicherung bei hohem Strom nicht mitgemessen wird
(Nennstrom 3A, Absicherung 3.15A flink, Diode BY550 für 5A).
--------------------------------------------------+------+
| |
+-------(-----|< T2
| | |E
----------+------|< T1 |
|E |
+--4k7--+ |
| | |
+--4k7--(------+
| |A |A
| Diode Diode
| |K |K
---------(---+---(--+ |
| | | | |
| +-R-+ +-R-+
| | |
| Rs Rs
| | |
--+-|<|--+---(--+----+---(--+-------------(---+---+------+--o
| | | | |K
+---------------------------------------+ C Diode Ausgang
-VCC R4 | |A
-------------(--------------------------------+---+-Sich-+--o
| |
+-------------------------------------------+
Eine andere Aufbaumöglichkeit für Labornetzteile regeln nach der Last (wie
negative Regler oder low drop Regler, mit bekannten Stabilitätsproblemen
bei schwierigen Lasten). Statt die Ausgangsspannung mit einer zweiten
Referenz an der positiven Versorgungsspannung mit einem OpAmp zu messen,
dessen Eingangsspannungsbereich die positive Versorgung mit einschliesst,
könnte man auch einen Instrumentenverstärker benutzen. Dann sind Strom- und
Spannungsvorgabe massebezogen und könnten problemlos aus einen D/A-Wandler
stammen um das Netzteil digital zu steuern. Leider erfordern
Instrumentenverstärker hochpräzise Widerstände. Immerhin gibt es welche die
auch mit Eingangsspannungen oberhalb der Versorgungsspannung klarkommen, so
daß sich die Regelschaltung mit einer kleineren Hilfsspannung versorgen
lässt, die sich hier sehr einfach mit einem Spannungsregler aus der
Hauptversorgungsspannung erzeugen lässt. Statt mit einem
Instrumentenverstärker lässt sich auch ein Spannungsspiegel aufbauen,
der kommt mit normal präzisen Bauteilen aus, benötigt aber auch einen
Operationsverstärker der an der positiven Versorgungsspannung messen kann,
und hat danach erst die Spannung auf Massebezug gespiegelt, erfordert dort
also einen zweiten nachgeschalteten Regelverstärker und ist somit langsamer.
Immerhin sind dann beide Steuerspannungen aus einer Referenz erzeugbar,
gegebenenfalls mit D/A Wandlern zur digitalen Steuerung des Netzteils,
und wenn die Spannung reicht um T1 zu öffnen, reicht sie normalerweise auch
um die Regelelektronik zu versorgen, ein unkontrolliertes Ansteigen der
Ausgangsspannung beim Ein- und Ausschalten ist also leichter zu verhindern.
+--+-----|>|--+---+----+------------------------+----+---o
| | | | | R4 |
| | +--|>|--+ Ref Upoti--+ +---------------+ C Ausgang
| | | | | | | | R3 |
| | | | +----+ | | +----+---o
| | | | | R5 | |
| | | | | | +--|+\ D2 |
| | | | | | |V >--|<|--+ |
| | | | | +---+--|-/ | |
S | | | | C1 | |
S | | +---(-----R2------+-------------+-----|I T1
S | | | | C2 | |E
S | | | R1 +-------------(---R--+
S | | Elko | | | |
| | | | +----+ +--|-\ D1 | |
| | | | | | |A >--|<|--+ |
| +--(--|<|--+ Ref IPoti---------|+/ Rs
| | | | | |
+-----+--|<|--+---+----+-----------------------------+
nochmal prinzipielle Beschriebung der Varianten:
https://www-user.tu-chemnitz.de/~ygu/bastelecke/Konsumg%C3%BCter-Bastelei/Statron/
http://www.national.com/ LB28 (0-25V/0-10A) nennt Beachtenswertes bei Labornetzteilen
http://www.elv-downloads.de/Assets/Produkte/2/225/22532/Downloads/22532_Universelle_Netzteilplatine_um.pdf (Grundschaltung mit Strom- und Spannungs-OpAmp, leider schwingfreudig)
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/100000-124999/115967-as-01-de-Netzteil_LM_317.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/100000-124999/116661-as-01-de-Universal_Netzgeraet_30V_3A.pdf (Grundschaltung mit Strom- und Spannungs-OpAmp, uA723 nur als Referenzspannungsquelle)
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/175000-199999/190180-as-01-de-Hochleistungsnetzplatine_Bausatz.pdf (0-30V/0-10A, instabil bei anderem Aufbau, siehe die vielen xxx pF-Kondensatoren)
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/510114-sp-01-en-Labornetzgeraet_EA_PS_2032_025.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/510122-sp-01-en-Labornetzgeraet_EA_PS_2032_050.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/512982-sp-01-en-Netzteil_Digi_35_CPU.pdf
http://www.elektronik-kompendium.de/forum/forum_entry.php?id=139305&page=0&category=all&order=time (Digi35 mit TAA2761 und ZD12 aber 1uF Rückkopplung und 100uF Ausgangselko)
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/511142-sp-01-en-Labornetzgeraet_VSP2405HE.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/511400-sp-01-en-Labornetzteil_VLP_1302A.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/511401-sp-01-en-Labornetzteil_VLP_1303_Pro.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/511402-sp-01-en-LIN_LABORNETZGERAET_VLP_1602_PRO.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/511403-sp-01-en-Labornetzteil_VLP_1405_Pro.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/511405-sp-01-en-Labornetzteil_VLP_2403.pdf (alle gleich)
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/511406-sp-01-en-Labornetzteil_VLP_2403_Pro.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/518433-sp-01-de-Labornetzgeraet_TNG_235.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/510929-sp-01-en-Hochstr_Schaltnetzteil_SPS12_120.pdf
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/510063-sp-01-en-Regelb_Schaltnetzteil_SPS1560PFC.pdf
https://www.mikrocontroller.net/attachment/88079/labornetzgeraet_sk-1730-1.pdf (0-30V/0.01-3A bzw. 5A aus TL431 mit 2 uA741, ein LM324 zur Trafoumschaltung, Analoginstrumente)
https://store.donanimhaber.com/b7/c5/c1/b7c5c1bfe8abcc0e996fcd0ea028f4e9.png (0-30V/2A mit uA723 und 2 uA741 und 3 2N3055 = ELV 2/79 = Powertronic Lab 3222, anfällig für Störungen von außen)
http://www.gb97816.homepage.t-online.de/40a_snt.htm (Projekt Stromquelle 0-24V/0-80A/900W)
http://www.hameg.com/manuals.0.html?&no_cache=1&L=1&tx_hmdownloads_pi1[mode]=download&tx_hmdownloads_pi1[uid]=794 (0-20V/200mA TL431+LM358)
http://www.hparchive.com/Manuals/HP-6960A-Manual.pdf (0-18V/600mA oder 0.36V/300mA nur Transistoren, Analoginstrumente)
https://www.mikrocontroller.net/attachment/292750/schaltplan.png (0-30V/2A mit 11 Transistoren Funkschau 1976 Heft 23)
https://www.mikrocontroller.net/attachment/318838/Labornetztgeraet_0-30V_3A-01.png
(Electronic Actuell 0-30V/3A mit 9 Transistoren der MJ3001
unterdimensioniert, Version von 1992 mit zwei TIP3055 und ein BD675 als
Treiber ist besser)
http://www.sentex.ca/~mec1995/circ/ps3010/ps3010a.html (30V~ in 723...)
http://www.joretronik.de/Web_NT_Buch/Kap3/Kapitel3_2.html#3.2.6 (37V/2A mit uA723/2N3055 und einfacher Strombegrenzung, die 37V werden aber nie erreicht)
https://www.mikrocontroller.net/attachment/256611/LTJournal-V24N2-02-df-BenchSupply-Szolusha.pdf (0-24V/0-3A Schaltregler + nachgeschalteter Linearregler von LT)
http://www.heise.de/ct/artikel/Kleinkraftwerk-291224.html http://www.thoralt.de/wiki/index.php/DCG (30V/1A digital einstellbar)
http://www.mikrocontroller.net/attachment/56486/elv.pdf (Spannung schnellt beim Auschalten auf 34V hoch, Stromanzeige geht erst am 100mA)
http://www.electronics-lab.com/project/0-30-vdc-stabilized-power-supply-with-current-control-0-002-3-a/ http://img.banggood.com/file/products/201505080459530-30Vinstall.pdf (unbrauchbar, liefert keine 30V, OpAmp zu hohe Spannung, Transistor zu warm)
http://apps.fz-juelich.de/pax/paxwiki/images/1/10/Lng32.pdf (Heinziger Electronic LNG Economy, Thyristorvorregler, z.B. 16V/12A in der 200W Version, bis 350V 500W)
http://www0.fh-trier.de/~berres/ (Labornetzteil)
http://elektrotanya.com/hameg_hm7042-5_power_supply_sm.pdf/download.html
HM7042 (2 x 0-32V/2A+0-5.5V/5A per LM2576 Vorregler und TIP147 mit
LTC2051 Nachregler-OpAmps analog eingestellt mit AT90S2313+LTC1236
Referenz MCP3202 gemessen)
http://www.mikrocontroller.net/attachment/144963/03100203.pdf (32V/5A, ohne Bauteilangaben)
http://avrs-at-leipzig.de/dokuwiki/projekte/labornetzteil (digital kontrolliert: 10nF an Q4 sicher falsch, D3/D4 als 1N4004 fehldimensioniert)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5959-5329.pdf (0-20V, nicht regelbare Strombegrenzung 0.5A)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5964-8275.pdf (zeigt Schaltplan und Nachregelgeschwindigkeit eines digital einstellbaren Labornetzteils)
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5959-5304.pdf (30V 2A 15W simpel aber MOSFETs parallel)
http://www.sentex.ca/~mec1995/circ/ps3010/ps3010a.html
(30V/10A aus 500VA Trafo, aber die 10000uF dürfen 22000uF sein, und ob
es deutlich unter 2V kommt ist Glückssache, die Stromregelung ist eher
ungenau, Q1 darf auch ein normaler Transistor gleicher Leistung sein,
der LM723 bekommt mehr als 40V an Pin 11 man sollte einen L165 nehmen)
http://stegem.de/Elektronik/Labornetzgeraet/ (40V/10A)
http://circuitslab.case.edu/manuals/Agilent_E3631_Power_Supply_Service_Guide.pdf (+/-25V/1A digital kontrolliert)
https://www.mikrocontroller.net/topic/364091 (Schaltnetzteile gehen oft kaputt)
http://www.onsemi.com/pub_link/Collateral/LM350-D.PDF (Figure 21, 0-25V/0-1.5A, Q1 JFET 50V/5mA, Q2 JFET 25V/10mA bei UGS=0V)
http://www.spaennare.se/psupply.html (uA723 2-30V, 15A ab über 24V)
http://hpm-elektronik.de/nt30-4-netzteil.htm (0-30V/4A regelt langsam)
http://www.fritzler-avr.de/HP/120nt.php (statt TL072 muß ein single supply OpAmp wie LM358/LT1013 verwendet werden)
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXyyzuq.pdf (APPLICATION NOTE TSM101 USED IN A LINEAR BATTERY CHARGER, letztlich ein modernes Labornetzteil)
http://www.eleccircuit.com/power-supply-regulator-0-50v-2a-by-ic-lm723-transistor-2n3055-bd140-a671/ (Spannungseinstellung ab 0V bei 723, aber Stromlimit ist Murks)
http://www.mikrocontroller.net/topic/247587 (uA723)
http://bama.edebris.com/manuals/astron/all (Netzteile von Astron mit uA723)
http://www.hobby-bastelecke.de/projekte/netzteil_lm723.htm (zeigt, wie man beim 723 eine einstellbare Strombegrenzung in den Massezweig legt, aber Spannungseinstellung ist Murks)
http://www.sorensen.com/ (Ametek, Hersteller von Labornetzteilen)
Labornetzteil 24V/2A mit uA723 aus einem 24V/72VA Trafo
uA723 mit per 470 Ohm Poti einstellbarer Strombegrenzung ohne den beim uA723
üblichen Foldback und mit Sziklai-Darlington, damit der Spannungsverlust ab der
Trafospannung nicht so gross wird, mit ab 0 einstellbarer Ausgangsspannung per
5k Poti. Ziel war, keine zusätzlichen OpAmps verwenden zu müssen, denn sonst
hätte man den uA723 auch gleich ersetzen können. Da der uA723 maximal 660mW
verträgt, sind bei 40V nur 15mA durch den inneren Transistor erlaubt (das
passt auch zu den 25mA der Z-Diode an Pin 9) und der BD138 verträgt laut SOA
auch nur 150mA bei 40V was mit 6 W aber schon einen Kühlkörper verlangt. Der
2N3055 verträgt 2A bei 40V und die 80 Watt sind Dank der 200 GradC maximal
erlaubten Temperatur des TO3 Gehäuses mit einem 0.4K/W Kühlkörper abführbar,
also einem üblichen CPU-Kühlkörper mit Lüfter, die Bauteile sind also gerade
ausreichend um aus einem 24V~/72VA Trafo ein 24V 2A Netzteil zu bauen. Braucht
man weniger Spannung, reicht ein 18V~ Trafo für 3A mit dem 2N3055.
Die Parallelschaltung von 2 oder mehr Transistoren erleichtert die Kühlung
und ist notwendig bei Plastiktransistoren wie BD249 oder noch mehr dem
schnelleren 2SD1047 der zwar 2A bei 50V aushält wenn man das Gehäuse auf 25
GradC hält, aber das wird eher 75 GradC warm, also braucht man zwei.
Die Parallelschaltung erfordert Stromverteilungswiderstände an den Emittern.
Die Ansteuerung muss nicht verändert oder neu berechnet werden, denn der
Strom bleibt gleich, er teilt sich nur auf mehrere Transistoren auf.
Leider gibt es keine LED, die den Eintritt des Strombegrenzungsmodus anzeigt,
und bevor nun jemand auf die Idee kommt, diese per extra OpAmp nachzurüsten:
Dann kann man gleich die richtige Labornetzteilschaltung mit präziser
Stromregelung von oben nehmen.
+Ub --+--+--------------------------------------+---+---+
| | | | |
| | +--------------------------------+ 470R | |
| +--12----+-----------+ uA723 | | |E |
| | | | +---11--+--|< |
| | +--(--+ +----|+\ | | BD138| |
10000uF/40V | Z | | | | >---+--|< | +--|< 2N3055 oder besser MJ4502
| | +-|>--+ | +-|-/ | +-+-10 | |E
| | 8 | | | | | +--+ Z | 68R |
| +--7--+--+--(--(--(--+ | >|-+ +--9--+ | |
| | | | | | | E| | | | +---+
| | +--------6--5--4----13--3--2-----+ | |
| | | | | | | | | |
| | +---+---+ | +--1n-+ | | | |
| | | | 10k | | | | 4k7 |
| | 4k7 | +--+ | | | | |
| | | | | | | | | |
| | | P5k-10k-(--+--100k--(--(--------(---+---+--o
| | | | 100k | | | | | +
| | P470-(------(-----470R--(--+ | 3k3 47uF Ausgang
| | | | | | | | | -
| +---+---+------+-----------(-----------(---(---+--o
| | | | R22 (0.65V @ Maximalstrom)
GND --+-----------------------------+-----------+---+---+
Conrad spendiert, weil Plastiktransistoren nicht 200 GradC heiss werden
dürfen, einen weiteren Leistungstransistor parallel:
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/100000-124999/116661-as-01-de-Universal_Netzgeraet_30V_3A.pdf
aber am Diagramm "Maximal entnehmbarer Strom in Abhängigkeit von der
eingestellten Ausgangsspannung" sieht man, daß der Bausatz untauglich ist,
weil der Kühlkörper viel zu klein ist und die Spannung 30V~ AC übertrieben
ist (der uA723 hält nur 40V aus, 30V~ ergeben gleichgerichtet aber 42V, bei
10% Netzüberspannung und 112% Spannung im Leerlauf noch deutlich mehr, ein
24V~ Trafo wäre passender erzeugt aber schlechtenfalls nur 20V= am Ausgang,
für 30V~ bräuchte man einen L146 statt dem uA723).
http://www.energie.ch/at/trafo/dimensionierung.htm
Hier ein trotz 10nF MOSFET schnell regelndes diskretes Netzteil von Björn,
das aber 3 galvanisch unabhängige Spannungsquellen benötigt:
http://www.fingers-welt.de/phpBB/viewtopic.php?f=14&t=669#p11149
Die OpAmps OPA548 und OPA549 zeigen in ihren Datenblättern Labornetzteile
bis 25V/5A manuell oder digital einstellbar, die besonders einfach aufzubauen
sind, man muß nur die maximal per Kühlkörper erreichbare Verlustleitung von
50 bzw. 90 Watt beachten, immerhin schützen sich die Bauteile vor Überhitzung.
Bei regelbaren Labornetzteilen kann man die Spannung am Elko vorregeln.
Allerdings verringert sich die Nachregelgeschwindigkeit dadurch drastisch.
Siehe AN32 von http://www.linear.com/ . Der MOSFET in folgender Schaltung von
Winfield Hill aus s.e.d. arbeitet als Schalter der nur am Anfang jeder
Halbwelle den Ladekondensator C2 niederohmig an den Trafo koppelt.
rectified
ac in p-channel
Q1 FET +38V
--|>|---+----+-------+---+-- s d ----+----+---o 4A
| | | \_|_ g | |
--|>|---+ | R2 /_\ | IRF9Z | | C2
| | | | D2 | 34N | ===
C1 | | +---+-----' | |
=== R1 | ,--------+ gnd
| | | | |
| | Q2 | Q3 | R5 R1 12k
gnd | 5V c c | R2 12k
+---- b b ------+ R3 4.7k
\_|_ e --+-- e | R4 2.49k
D1 /_\ | R4 R5 16.2k
| LM336- R3 | C1 100uF
| 5.0 | gnd C2 10,000uF
gnd gnd
Um die maximale Verlustleistung eines regelbaren Labornetzteils zu halbieren,
kann man einen Trafo mit Mittelanzapfung (oder 2 Wicklungen) so verschalten,
daß er auch die halbe Spannung liefert, und dann 2 Leistungstransistoren so
einsetzen, daß geringe Ausgangsspannungen aus der halben Trafospannung
gewonnen werden, ohne ein Relais verwenden zu müssen. Beide Transistoren und
die Diode müssen den vollen Strom vertragen, der NPN sogar als Basisstrom, da
sie aber jeweils maximal die halbe Spannung unter vollem Strom tragen müssen
ist ihr SOA Bereich wesentlich besser ausnutzbar und man spart sich neben 50%
der Kühlkörpergrösse die Parallelschaltung mit der leidigen Stromverteilung.
o--+ +--+---|>|-+---+------------+---+
S:S | | | E| 100R
S:S | +-|>|-+ C1 2N6134PNP >|--+-- Regelspannung, nach Masse ableiten
S:S | | | |
S:+--)-)---------+--|>|---+ |
S:S | | | 1N5401 | |
S:S +-)-|<|-+ C2 NPN >|--+
S:S | | | 2N3055 |E 10R
o--+ +----+-|<|-+---+ +---+--o
| Ausgangsspannung
+---------------o
> Stromsenke als Belastung für ein Labornetzteil
Diese Schaltung hat den Vorteil, eine maximale Verlustleistung für den
MOSFET (relativ ungenau) zu regeln, und bei niedriger Spannung mit 0.5
Ohm zu belasten:
>12V
|
2k7 BC337 +--7k5---+-- zu belastender Labornetzteilausgang
| | |
+---+---+---(-------|I BUZ72
| | | | |S
| 22n >|--+--100R--+ I*0.5R+U*100.5/7600.5 = Ube(BC337)
ZD12 | E| |
| | | 0.5R
| | | |
+---+---+------------+-- GND
einstellbare elektronische Stromsenke
+---+--R--------------+--o
| | |
| | Last
| Poti---|+\ |
| | | >-+--Rb--|< NPN oder MOSFET
VRef | +-|-/ | |E oder S
| | | Ci |
| | | | |
| | | Rp |
| | | | |
| | +------+--Rx---+
| | |
| | Shunt
| | |
+---+-----------------+--o
R dient als Vorwiderstand für die stabile Referenzspannung VRef, Poti zum
Einstellen des Nennstroms, Rb kann das Regelverhalten bei bipolaren
Transistoren verbessern und ist bei MOSFETs zur Verhinderung des Oszillierens
der Gate-Leitung im Analogbetrieb sinnvoll. Der Shunt wird so ausgelegt, daß
bei voller Einstellung des Poti der maximale Strom fliesst, üblich sind
Spannungen unter 1V. Rx, Ci, Rp kompensieren eventuelle Instabilitäten obwohl
der Transistor eigentlich nur ein Spannungsfolger ist. Rx kann mit 10k
angesetzt werden, Ci muss man ausprobieren bis die Schaltung schnell regelt
ohne zu schwingen. Als OpAmp reicht ein single supply OpAmp wie LM324 bei
geringen Genauigkeits- und Geschwindigkeitsanforderungen. Bei MOSFETs sind
OpAmps von Vorteil, die hohe kapazitive Lasten treiben können, wie MC34074.
Bei OpAmps, die nicht nahe an ihrer negativen Versorgungsspannung messen
können, wie uA741 und TL074, ist eine zusätzliche negative
Versorgungsspannung notwendig. Und bei Bipolartransistoren sollte zumindest
ein single supply OpAmp verwendet werden der unter 0.7V am Ausgang kommt.
> Wie schliesse ich digitale Einbauinstrumente (wie das DVM210 126594
> von www.conrad.de, aber auch alle anderen mit ICL7xx6 aufgebauten)
> an mein Netzgerät an ?
Die Panelmeter benötigen, ausser den teuren DPM951/952/961/962 197564 von
http://www.conrad.de/ (die durch den verwendeten MAX138 letztlich nichts
anderes enthalten als das unten mit ICL7660 zusammengebaute), eine
potenzialgetrennte Versorgungsspannung von 9-12V, die man im Netzteil
normalerweise nicht hat, es sei denn man klaut aus einer alten
Ethernetkarte den 5V->9V Wandler oder baut die Schaltung aus dem Februar
1997 Magazin ltm9702.pdf von http://www.linear.com/ nach oder portiert die
Messspannung mit einem LTC1043. Es funktioniert NICHT, aus dem Ladeelko mit
einem 78L09 eine Betriebsspannung herzustellen, und dann eine Spannung ab 0V
oder gar darunter zu messen. Es ergeben sich zwar Messwerte, aber die stimmen
überhaupt nicht und schwanken stark mit der Versorgungsspannnung.
http://www.hestore.hu/files/pm438.pdf (Schaltung Seite 1)
Man kann einen extra 6.3V-Trafo per Einweggleichrichtung ungeregelt, oder
einen 12V/0.33VA Trafo mit Brückengleichrichter, Elko und 78L09
Spannungsregler spendieren. Wenn man die in den meisten Modulen intern
verbundenen Anschlüsse COM und INLO (Pin 30 und 32 des ICL7106) trennen kann
(das geht beim DVM210 von Conrad NICHT) oder mit dem ICL7106 ein Messgerät
selbst gebaut hat, geht es, mit einem 78L05 erst 5V herzustellen, und dann
aus den 5V mit einem ICL7660 -5V zu erzeugen und dann das Messgerät zwischen
5V und -5V anzuschliessen. Dann kann es Spannungen um 0V messen, also mit
Spannungsteiler R1/R2 oder Stromshunt R auf Masse bezogene 200mV.
+Ub --+---------Hauptregler-------+------ out
| | R1
78L05-+---+------)---------+ +---+
| | | | | R2 |
GND --+---)---)--+-R-+---------)--+---)-- GND
| | | | | | | |
ICL7660--)--)---)--+------)--)---)--+
| | | | | | | |
+-------------+ +-------------+
|+B -In +In -B| |+B -In +In -B|
|Ampereanzeige| | Voltanzeige |
+-------------+ +-------------+
INLO und COMMON getrennt !
Elektor Juni 2005 zeigt auch eine Lösung, um Spannungen um den Nullpunkt
messen zu können, ohne eine galvanisch getrennte Versorgungsspannung zu
benötigen. Die Abweichung des Messergebnisses liegt im Rahmen der
Offsetspannung des OpAmps (OP07 etc. verwendbar).
+5V (mindestens 3V+Drop-Out Spannung des OpAmps über GND und In)
|
GND --|+\
| >---+
+-|-/ | B+
| | +-----+
+--(--|InLo | Panel
In ----(--|InHi | Meter
| +-----+
| | B-
-5V ---+-----+
Kapazitive Isolation aus einem per 12V versorgten CD40106:
+----------|>o--100pF--+--|>|----+---+-----+
| +--|<|--+ | | | +
| CD40106 | | 100nF Panelmeter
+--|>o---+--|>o--+--|>o--100pF--+--|>|--(-+ | | -
| | | +--|<|--+-----+-----+
+--100R--+ | 1N4148
| | +--|>o--100pF--+--|>|----+---+-----+
100pF | +--|<|--+ | | | +
| | | | 100nF Panelmeter
GND +----------|>o--100pF--+--|>|--(-+ | | -
+--|<|--+-----+-----+
Wer den ICL7106 gegen uC ersetzt, kann massebezogen zumindest 3 Stellen
(10 bit A/D) messen http://electro-hobby.ucoz.com/blog/3_digits_digital_volt_meter/2012-07-10-235 ,
solche Panelmeter werden auch über eBay aus China angeboten und messen
teilweise mit 8 bit noch ungenauer, die Anzeige springt dann jeweils um
3er bis 4er Einheiten.
Genau geht's auch: http://forum.arduino.cc/index.php?topic=191964.0
(5.5 Digit DVM - LTC2400 + LTC6655)
Bei Schaltungen für tragbare Messgeräte sollte man die Batterieanschlüsse
als +Ub und -Ub eventuell benötigter OpAmps hernehmen und COM liefert dann
problemlos einen Bezugspunkt ca. 2.8V unter +Ub. Bei Widerstandsmessung,
einfachen NTC Sensoren oder Brücken (KMZ10 Magnetfeldsensor) kann man
beim ICL7xx6 sogar ratiometrisch ohne irgendwelche Verstärker und
Referenzspannungsquellen messen. Ein passender AC/DC-Wandler zur
Wechselspannungsmessung ist in Datenblatt des ICL7611 beschrieben.
Strommessung mit Differenzverstärkern
--+--SHUNT--+--
| |
| | +---20k--+
| | | |
| +--1k--+--|-\ |
| | >--+--
+------------1k--+--|+/
|
20k
|
GND
hat schnell ein Genauigkeitsproblem
http://electronicdesign.com/power/whats-all-error-budget-stuff-anyhow
welche Widerstände besser 0.1% benötigen würde, ausserdem kommen selbst
Rail-To-Rail OpAmps mit dem über Widerstände nach plus gezogenen Ausgang
nicht bis exakt 0V herunter.
Besser ist es, man spiegelt den Strom nach Masse, wie es der ZXCT1009 tut,
--+--Shunt--+--
| |
100R |
E| |E
PNP >|----+--|< PNP
| | |
+---+ +---+ (Alle Transistoren auf demselben Chip)
| | |
NPN >|--+----|< NPN
E| |E
| |
+---------(-- Vout
| |
100R 100R
| |
--+---------+-- GND
oder mir einem OpAmp und MOSFET:
--+---SHUNT----+--
| |
1k |
| |
+---------+ |
| | |
S| /-|--+ |
BS250 I|--< | |
o.ä. | \+|-----+
|
+--------------- Spannungsabfall am SHUNT * 20
|
20k
|
GND
Der OpAmp muß dabei aber an der positiven Versorgungsspannung messen können,
das können JFET OpAmps wie LF356, TL071. Aber die Spannung am SHUNT muss
immer deutlich über (10V) liegen damit die Schaltung funktionieren kann.
Fertig und präzise gibt es das in LT1787 und LTC6101 uva.
Ein ZXCT1030 enthält nach dem high side Stromsensor gar noch einen Komparator
zur Erkennung von Überstrom.
F.9.2. Symmetrische Versorgungsspannung für OpAmps
Wer einen Wechselspannungs-Netztrafo hat, kann immer irgendwie zur normalen
positiven Versorgungsspannung noch eine negative Versorgungsspannung
hinzuzaubern (siehe F.9. Netzteile), aber ungewöhnlich oft wird danach
gefragt, wie man aus einer 'einfachen' Gleichspannungsquelle (sei es eine 9V
Batterie oder ein 12V= Steckernetzteil) eine symmetrische Spannungsversorgung
macht, wie sie von OpAmp Schaltungen benötigt wird (obwohl man dann eigentlich
zwei 9V Batterien oder ein Wechselstromnetzteil nehmen sollte). Aber es gibt
dennoch Möglichkeiten:
Begriffsklärung: Virtuelle Masse ist ein Punkt, der schaltungstechnisch
Massepotential (0V) hat, aber nicht mit Masse verbunden ist, beispielsweise
dieser Punkt am invertierenden Verstärker:
0V ---|+\
| >--+--- output
virt GND -> +--|-/ |
| |
input --10k--+---10k--+
Insofern bringen Schaltungen, die den Bezugpunkt verschieben, keine virtuelle
Masse, sondern den Bezugspunkt für die nachfolgende Schaltung, eine echte 0V
Masse. Trotzdem nennen viele Leute das virtuelle Masse.
Wenn die Spannung U doppelt so hoch ist wie benötigt und 'halbiert' werden
kann, nimm einen Spannungsteiler mit ausreichend kleinen Widerstandswerten
+---+-- U/2
| |
| 1k
(+) |
U +-- GND (belastbar mit 4k7 bei 10% tolerierbarem Spannungseinbruch)
(-) |
| 1k
| |
+---+-- -U/2
oder grösseren Widerstandswerten für Gleichstrom aber Elkos zur Verringerung
des dynamischen Widerstandes bei geringen Frequenzen
+---+----+-- U/2 (diese Schaltung wird verwendet, wenn man GND)
| | | (als Bezugspunkt für alles verwendet und + und 0 nur)
| 100k 1000uF (die ankommende Versorgungsspanung darstellen)
(+) | |
U +----+-- GND (belastbar mit Tonfrequenz bis wenige Ohm)
(-) | |
| 100k 1000uF
| | |
+---+----+-- -U/2
dabei ist die Schaltung geschickter als die einseitige Abstützung nach Masse
+---+------- U/2 (diese Schaltung wird verwendet, wenn man Störungen)
| | (vom positiven Pol der Spannungsversorgung nicht auf)
| 10k (GND übertragen will, aber den negativen Pol der)
(+) | (Spannungsversorgung als gute Masse ansieht die auch)
U +----+-- GND (woanders verwendet wird)
(-) | |
| 10k 10uF
| | |
+---+----+-- -U/2
denn die führt zu einer langen Stabilisierungsphase nach dem Einschalten der
zu einem Einschalt-Plopp führt und benötigt oft doch einen Elko um die
positive Spannung zu stützen
+---+-----+------- U/2
| | |
| | 100k
(+) | |
U 470uF +----+-- GND (unsinnig)
(-) | | |
| | 100k 1000uF
| | | |
+---+-----+----+-- -U/2
oder schalte einen OpAmp als Puffer (Spannungsfolger, Buffer) dahinter
+---+------+------- U/2
| | |
| 100k |
| | |
(+) +-----|+\
U | | >--+-- GND
(-) | +--|-/ |
| 100k | | |
| | +---(----+
| | |
+---+------+------- -U/2
etwas besser reagiert diese Schaltung auf Belastungsschwankungen
+---+------+-----------------+-- U/2
| | | |
| 100k | 47uF
| | | L272 |
(+) +-----|+\ |
U | | >--10R--+--10R--+-- GND
(-) | +--|-/ | |
| 100k | | | |
| | +---(---------+ 47uF
| | | |
+---+------+-----------------+-- -U/2
oder als Puffer einer (Referenz-)Spannung nach GND (siehe TLE2425/TLE2426 von
TI). C2 und R1/R3 verhindern ein Schwingen und sollen so ausgelegt werden, daß
die Reaktion des OpAmps auf Belastungsschwankungen optimal wird.
+---+----------+-------------- U/2
| | |
| 100k |
| | |
| +---+-----|+\
| | | | >--+--R1--+-- GND
(+) | | +--|-/ | |
U | | | | |
(-) | | +---C2---+ |
| | | | |
| | | +---R3----------+
| | | |
| 100k C1 C3
| | | |
+---+---+------------------+-- -U(2
L165 und LM675 sind nicht unity gain stabil, deren Datenblätter zeigen wie
man solche dennoch einsetzen kann. Der OPA569 wäre unity gain stabil bis 2A
bei 5V, der BUF634 schafft 250mA bis +/-18V. Der OpAmp muss i.A. nur wenig
Strom liefern können, weil meist sowieso nur ein paar Widerstände an der
GND hängen (in Gedanken einfach alle Ausgänge voll auf + und Strom
berechnen), und selbst wenn ein anderer OpAmp vollen Strom nach Masse
ableitet, hat er meist eine Strombegrenzung von 20mA. In ungewöhnlich
kritischen Fällen schalte über einen Vorwiderstand noch 2 Elkos zur
Entkopplung dahinter, oder verwende Figure 5 aus dem LMV321 Datenblatt.
http://www.circuit-fantasia.com/circuit_stories/inventing_circuits/virtual_ground/virtual_ground.htm
Wenn zur positiven Spannung eine gleich grosse negative Spannung hinzukommen
soll, die nur wenig belastet wird, nimm einen der üblichen Ladungspumpen
Spannungsverdoppler ICL7660/LTC1044/MAX1044 (5V/10mA), LT1026/MAX680,
LTC1044A (12V/10mA) ICL7662 (15V/10mA), MAX619/LTC1046 (5V/50mA) LTC1144
(15V/50mA) LTC/MAX660 (5V/100mA) MAX665 (8V/100mA) MAX889 (5V/200mA)
(Intersil/Linear/Maxim). Schaltplan jeweils im Datenblatt. Effizienz einer
Ladungspumpe:
http://powerelectronics.com/passive_components_packaging_interconnects/capacitors/power_calculating_chargepump_circuits/
Reicht der Strom nicht aus, bleibt nur ein Schaltregler wie MC34063 oder die
ähnlichen: L5973D (2.5A 36V 250kHz SO8 Comp) APE1707 (2A 150kHz SO8) AP5101
(1.4MHz 1.5A 4.75-22V SO8) SC4520 (3A 100kHz 600kHz) TPS54332 (1MHz 3.5A 28V
SO8) MP1584 (3A SO8 340kHz) ST1S10 (18V 3A SO8 ab 0.8V) MP2493 (2A 36V SO8
mit Ilimit) AOZ1021 (3A 16V SO8 s) MP2307 (3A 23V SO8 s) APE3502 (2A 4.5-18V
SO8 s) APE1581 (3A 44.75-23V SO8 s) AIC2857 (2A 23V SO8 s) s=sychronous=kommt
ohne externe Diode aus.
Siehe AN-1118 von http://www.national.com/ wie ein LM2595 5V zu +/-12V macht,
oder nimm gleich den MAX743 oder TPS65130, TPS65131.
http://www.mikrocontroller.net/attachment/88213/Sperrwandler_4x5V.png (MC34063 macht 4 x 5V galvanisch getrennt)
Aber Vorsicht: Die höherfrequenten Störungen auf der Versorgungsspannung, die
Ladungspumpen oder Schaltregler liefern, werden von OpAmps VIEL schlechter
unterdrückt, als 50Hz oder 100Hz Störungen, für die der PSRR Wert angegeben
wird. Also immer gut filtern, das geht bei höherer Frequenz ja auch leichter
(also bleibt der Bauteileplatzbedarf etwa gleich gross). Natürlich geht auch
ein (meist ungeregelter) Spannungswandler mit potentialfreiem Ausgang, dessen
positiven Anschluss man mit Masse der Schaltung verbindet, aber solche Module
sind meist zu teuer.
http://tangentsoft.net/elec/vgrounds.html
Bei allen bipolaren Versorgungen gibt es das Problem, daß beide Spannungen
nicht zur gleichen Zeit eingeschaltet werden, also gibt es eventuell ein
Problem mit der Ausgangsspannung, vor allem wenn als OpAmps keine R2R Typen
eingesetzt werden. Da sollte man, so lange nicht beide Spannungen stabil
sind, den Ausgang auf Mute schalten.
F.9.3. Kleinnetzteil ohne Trafo
> Wie kann ich ohne Trafo aus 230V~ z.B. 24V mit ein paar mA erzeugen ?
Wenn man ohne Potenzialtrennung auskommt, gibt es mehrere Möglichkeiten:
Mit Kondensatoren in Form eines kapazitiven Netzteils wie in TB008/AN954 von
http://www.microchip.com/ gezeigt (der dortige X2 Kondensator ist nicht aus
Sicherheitsgründen erforderlich, er liegt nicht direkt zwischen L und N oder
PE, sondern wegen der Belastung. Ein Kondensatornetzteilkondensator wird mit
70mA/uF genau so belastet wie ein Motorkondensator, und das sind bekanntlich
besonders belastbare Metallpapier-Kondensatoren, die man mit kleinen
Kapazitätswerten eben als X2 findet) oder mit ICs http://www.intersil.com/
(HIP5600), http://www.st.com/ (VB408 für 5V)
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/cpowsup.htm
http://www.powerint.com/PDFFiles/di11.pdf
http://de.tdk.eu/tdk-de/190976/tech-library/artikel/applications---cases/applications---cases/alles-aus-einer-hand-fuer-kapazitive-stromversorgungen/1381218
http://www.daycounter.com/Circuits/Transformerless-Power-Supplies/Transformerless-Power-Supplies.phtml (Online-Berechnung)
ABER: Die ICs sind teurer und nicht ausreichend robust gegen die Widrigkeiten
eines realen Stromnetzes und alle Varianten reagieren sauer auf hochfrequente
Signale im Netz (Surge-Test, Rundsteuersignale, Powerlinemodems) und sollten
daher eigentlich eine Drossel vorgeschaltet bekommen, die ab 60Hz zu dämpfen
anfängt und leider ebenso gross wie ein Trafo wäre. Ich hab hier ein Gerät
von Sigma, welches trotz 15V 0.6W Z-Diode reproduzierbar seinen 78L05 und
dann die nachfolgende Schaltung himmelt, wenn der Stecker kurz nacheinander
eingesteckt wird, weil das Kondensatornetzteil mit 1.5uF ausgerüstet werden
musste, da die Schaltung viel Strom brauchte. Nimm also doch besser einen
kleinen Trafo, der ist nicht nur wesentlich billiger, sondern auch sicherer
und unterdrückt noch kostenlos Netzstörungen, oder ein Schaltnetzteil:
HLK-PM01 5V/0.6A HLK-PM03 3.3V über eBay http://lygte-info.dk/review/Power%20Mains%20to%205V%200.6A%20Hi-Link%20HLK-PM01%20UK.html (sollte mit Feinsicherung und VDR angesichert werden)
+--------+
o---Sicherung---+-----|~ |--
| | |
230V~ VDR250V~ |HLK-PM01|
| | |
o--TempSich98C--+-----|~ |--
+--------+
https://www.conrad.de/de/recom-rac03-05scr277-netzteilmodul-401800.html (1.3 Mio Stunden MTBF)
Im Kondensatornetzteil fliesst primär ein Effektivstrom entsprechend dem
Blindwiderstand 0.157/(C*f) des Kondensators, bei 230V/50Hz und 270nF also
ca. 20mA, aber wenn man den durch einen Verbraucher nahezu konstanter
Spannung (LED oder Z-Dioden geschützter Elko am Ausgang) leitet, bildet man
den Mittelwert und der liegt bei nur 0.909 des Effektivwerts (wie beim
Mittelwert der sich einstellt, wenn man eine Sinushalbwelle per RC Glied
glättet, da werden aus 230Vrms auch nur 209VDC), also braucht man einen
höherkapazitiven Kondensator, für 20mA Verbraucher also beispielsweise ein
Kondensator mit 300nF der 22mA effektiv durchfliessen lässt.
Wer trotzdem ein Kondensatornetzteil bauen will, sollte mal berechnen, was
mit dem passiert, wenn auf dem Netz ein Rundsteuerssignal liegt:
http://www.mikrocontroller.net/topic/198729#1949590
In http://www.microchip.com/ DD1002 findet man noch eine lustige Variante mit
LEDs + Photozellen.
> grössere Leistungen ?
http://www.linear.com/ AN32 "High Efficiency Linear Regulators"
> Und die Gegenrichtung ?
http://www.atmel.com/ AppNote AVR182 "Zero Cross Detector"
http://www.microchip.com/ AN521 "Interfacing to AC Power Lines"
Wenig Bauteilaufwand und wenig Verlust am Vorwiderstand (0.325W) benötigt
diese Schaltung, deren Ausgang aber nicht gleich nach dem Nulldurchgang
einschaltet, sondern später. Man muss programmtechnisch die Mitte des (HI/LO)
Impulses rausfinden um den Zeitpunkt des (Spannungsmaximum/Nulldurchgang) zu
erfahren mit dem Wechselspannungs-Optokoppler PC/KB/LTV 814/824/844.
230V~ +----+
o--330k--|A C|---------- +5V
o--------|K E|--+------- out (an Eingang von uC)
+----+ +--10k-- GND
Interessiert man sich nicht für die Phasenlage sondern bloss die Anwesenheit
der 230V~, benötigt ein Wechselstromoptokoppler mit Kondensatornetzteil bei
1.5mA Optokopplerstrom bloss 12mW:
+---3k3--2k2---+ +--4k7--- +5V
| | +-----+ |
o +--| |-----+-------> 230V liegen an
230V~ |PC814| |
o +--| |--+ 4u7
| | +-----+ | |
+--470k--470k--+ +--+-------- GND
| |
+-----22nF-----+
Mit einem Kondensatornetzteil, welches Dank Phasenverschiebung einen Elko
rechtzeitig aufgeladen hat, kann ein MOSFET die LED auch exakt synchron zur
Phase einschalten, hier für ca. 1mA LED-Strom dimensioniert:
+-4M7-+
| | 1N4148
+----+-1k-+-22n-+-|>|-+-1k-+
| | | | |
| 470k | | LED des Optokopplers
o | | | |
230V~ +----------(-----(---|I MOSFET (z.B. BS170)
o | | | + |S
| ZD5V1 ZD5V1 10uF |
| | | | |
+----+----------+-----+----+
https://www.mikrocontroller.net/articles/230V#Galvanisch_getrenntes_Abfragen_von_230V_Wechselspannung
Mit nur 50mW viel weniger Energie benötigt eine Schaltung die nur exakt im
Nulldurchgang die LED des Optokopplers für 100us einschaltet:
+---+-----|>|--+--2M2--+----------------+
| | | | LED |
| | +--|>|--+---+ 100k +--2k2--|<|--+
| | | | | | |
o | | 4M7 +--|< 2*2N3904 |
230V~ | | 1N4007 | | |E |
o | | +--|< | +-----+
| | | | |E | | |
| +--(--|<|--+ 470k | | ZD12 47nF
| | | | | | | |
+------+--|<|--+---+---+---+------+-----+
oder man nimmt http://www.dextrel.net/diyzerocrosser.htm (man sagt die würde
dem Impuls 1msec vor dem Nulldurchgang liefern und nicht stabil) oder
http://www.edn.com/design/analog/4368740/Mains-driven-zero-crossing-detector-uses-only-a-few-high-voltage-parts
Ebenfalls möglich und seit dem sie bei Reichelt halbwegs preiswert sind
lässt sich vielleicht mit dem zweiten Kanal etwas anfangen. Leider erzeugen
die ADUM eventuell Hf-Probleme beim EMV-Test.
+---+--1k--47nF--+--|>|--+---+ ADUM1200/1201
| | | | | +-----+
o | ZD5V6 1uF +--|1 8|-- +5V
230V~ | | | |2 7|
o +---1M-------(-------(------|3 6|-- Signal
| | | +--|4 5|-- GND
+----------------+-------+---+ +-----+
F.9.4. Einschaltstrombegrenzung
Von: MaWin 29.8.2001, Ralf Kusmierz 22.9.2004
Grosse Trafos (so ab 500 VA) und Motoren brauchen eine Begrenzung des Stromes
beim Einschalten, sonst leidet der Netzschalter und es donnert ggf. die
Haushaltssicherung raus.
Zum Einen braucht das Gerät im Einschaltmoment mehr Strom, weil erst die
Siebelkos im Netzteil aufgeladen werden müssen. Zum Anderen fliesst im Trafo
durch dessen parasitäre Induktivität um 90 Grad der Spannung nacheilender
Wechselstrom. Dieser Strom wäre, wenn der Trafo nicht im Spannungsmaximum
eingeschaltet wurde, im Einschaltmoment nicht 0 gewesen. Er muss jedoch beim
Einschalten bei 0 beginnen. Der Wechselstrom ist daher mit einer abklingenden
Gleichstromkomponente überlagert. Das erste Strommaximum kann durchaus beim
Doppelten des üblichen Werts liegen. Es dauert nun etwas, bis diese
Gleichstromkomponente verschwindet. Zeitkonstante L/R, mit L von mehreren
Henry bei grossen Trafos und R Wicklungsdrahtwiderstand und Impedanz des
Stromnetzes, also einige Ohm.
http://sedlbauer.de/files/datenblatt_einschaltstrombegrenzer.pdf
(mit temperaturgesichertem (weil NTC und TempSicherung zusammen in
einem Silikonschlauch stecken) abgeschalteten SCK current inrush limiter
NTC)
http://www.ismet.de/de/produkte/einschaltstrombegrenzer/einphasen-einschaltstrombegrenzer/esb-s (ähnlich aber kürzere Schaltzeit)
Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Einschaltstromes ist ein Vorwiderstand
der in Reihe zur Primärwicklung liegt. Statron verwendete einfach einen
Drehschalter als Einschalter dessen Mittelstellung "Vormagnetisierung" über
einen hochohmigen Widerstand führt der nur die Restremanenz aus dem Kern
holt, automatisiert kann man ihn von einem (230V) Wechselstromrelais
überbrücken lassen, das einfach parallel zur Primärwicklung angeschlossen
wird. Etwas unzuverlässiger ist ein Gleichstromrelais am Siebelko.
Allerdings wird man den Widerstand von der Wattzahl und Grösse her so auslegen
müssen, das er nicht länger als eine Sekunde den Strom durchhält, und bekommt
daher ein Problem, wenn das Relais mal ausfällt. Ein Widerstand mit
Rücklötauslöser (ein am Widerstand festgelöteter federnder Draht, der abgeht,
wenn der Widerstand so heiss wird, das das Lötzinn schmilzt, weil er nicht
schnell genug vom Relais überbrückt wird, http://www.krah-rwi.de/d_fth.pdf ,
Vitrohm KF oder KT Serie, TOKEN FKU/FRU) oder ähnlicher
Überlastungssicherungseinrichtung ist erforderlich.
Statt dem Widerstand kann man einen NTC ('Anlaufheissleiter', current inrush
limiter, http://www.thinking.com.tw/, http://www.epcos.com/) nehmen. Den legt
man auf den maximalen Dauerstrom des Gerätes aus.
http://www.murata.com/~/media/webrenewal/support/library/catalog/products/thermistor/ntc/r44e.ashx?la=en-gb
Murata http://www.murata.com/thermis/index.html sagte, welcher NTC bei 240V~
zu welchem primären Siebelko passt: Bis 69uF: 16R/9mm, bis 99uF: 8R/9mm, bis
122uF: 4R/9mm, bis 139uF: 11mm, bis 243uF: 12mm, bis 469uF: 16mm, bis 868uF:
20mm, bis 1493uF: 23mm. So spart man sich das Relais, allerdings ist der NTC
noch heiss, wenn man das Gerät nur kurz ausschaltet. Vielleicht ist so lange
aber auch der Elko noch voll, vor allem wenn der Netzschalter kurz vorher
auch sekundär den Verbraucher trennt. Noch eine Dimensionierung:
http://www.ametherm.com/inrush-current/transformer-inrush-current.html
Und dann kann man elektronisch verzögert den NTC überbrücken, sobald die
Ausgangsspannung stabil ist. Dann kühlt der NTC ab, während das Gerät an ist,
und man kann das Gerät auch mal kurz aus- und wieder einschalten. Für eine
Schaltung siehe
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/onilim.htm
http://www.call-n-deal.de/uwe/elrad/sanft_geschaltet/
und ein weiterer Ansatz in http://www.fsm.ag/pdf/GeraetebeschreibungTSR01_160707.pdf
Kühlschrankkompressoren haben dafür übrigens eine simple Kapsel drin, beim
Klixon heizt ein Widerstand einen Bimetall, um die Kurzschlusswicklung des
Spaltpolmotors nach dem Anlaufen zur Wirkungsgradverbesserung abzutrennen.
Nicht wirklich hi tech, braucht aber auch einen Moment zum Abkühlen.
http://www.sensata.com/support/klixon-motor.htm
Bei Glühlampen ist der Einschaltstromstoss noch höher, eine 12V/8W Wolfram
Lampe hat 18 Ohm bei 2600 GradC, aber nur 1.3 Ohm bei 20 GradC, da Wolfram
ein Alpha von 0.0048 hat ist R20 = R2600/(1+0.0048*(2600-20)). Schaltet man
diese Halogenlampe in Reihe mit einer 666mA Stromquelle, kann es sein, daß
sie nie leuchtet, weil der Stom am Kaltwiderstand 0.66A^2*1.3 = 0.577W nicht
ausreicht, um die Lampe auf Betriebstemperatur zu bringen.
F.9.4.1. MOV Überspannungsschutz Varistoren
Metalloxidvaristoren (MOVs, VDRs, Varistoren) bieten Überspannungsschutz, in
dem sie bei Überschreiten einer bestimmten (aber nicht besonders genau
festlegbaren) Spannung zu leiten anfangen, ähnlich wie Z-Dioden aber
bidirektional, aber anders als die alten Modelle aus Siliziumcarbid SiC
halten die modernen aus Zinkoxid ZnO nicht ewig:
http://surgex.com/pdf/surgex12001.pdf
Of prime concern is the fact that MOVs have a lifetime "joule" rating. The
joule is an engineering term for energy (energy can be measured in joules).
The joule rating for an MOV means that when a particular MOV has received the
specified amount of energy, it no longer works! This could be the result of
one or two large surges or several small surges. Therefore, for MOVs to be
used reliably, a strict replacement schedule is necessary. It is like not
having a gas gauge in your car - you never know when you are going to run out
of gas so you have to keep putting more gas in your car! Lack of replacement
can have very serious results - MOVs have been known to cause fires.
Ein Varistor für 230V~ und 300V= leitet bei 360V 1mA und bei 595V 50A ab.
VDR werden entweder mit Nennwechselspannung und Aussendurchmesser bezeichnet
(vor allem in Europa üblich, TDK Epcos S14K230 Spannung nicht mit Nullenanzahl)
und MOV mit Keramikscheibendurchmesser und Varistorspannung bei 1mA (vor
allem in Fernost üblich, Panasonic ERZV14D361 Spannung mit Nullenanzahl)
und AVX liefert gar beide Varianten aber Spannung immer mit Nullenanzahl:
http://www.sphere.bc.ca/test/production-parts/avx-ve-vfm.pdf
Eine sinnvolle Schaltung besteht aus 2 MOVs VDR140 für 140V~ in Reihe, deren
Verbindungspunkt per Gasableiter mit Schutzerde verbunden wird, wobei jeder
MOV mit einer drangeklemmten Temperatursicherung für 98 GradC auf Überlastung
und Alterung kontrolliert wird, und eine Kontrolllampe (entweder Glimmlampe
mit Vorwiderstand oder LED mit Schaltung für 230V~, siehe F.8. LEDs an 230V~)
signalisiert, ob die Schaltung nicht schon lange beschädigt ist:
N --TS98--+--VDR140--+
| |
Kontrolle +--GAS600-- PE
| |
L --TS98--+--VDR140--+
Die einfachen Varistoren ohne Übertemperatur und Explosionsschutz sind auf
230V-Anschlüssen nach der aktuellen EN62368-1 (früher EN60950-1) nicht mehr
erlaubt. Dafür gibt es inzwischen VDR und Thermosicherung in einem Gehäuse
damit man sie nicht mehr mit Schrumpfschlauch zusammenhalten muss.
http://de.tdk.eu/inf/70/db/var_11/SIOV_Housed_ETFV20.pdf
Kann man auch aus handelsüblichem VDR und Thermosicherung in einem
Schumpfschlauch selbst bauen, sogar inklusive Funktionsüberwachungslampe:
L --Gerätesicherung--+--
|
Thermosicherung
|
+--Glimmlampe--+
| |
VDR 270k
| |
N -------------------+--------------+--
Statt ungenauer aber robuster MOVs verwendet man in Niederspannungsschaltungen
meist genauere aber schwächere TRANSILs (arbeiten wie eine Z-Diode) und
TRISILs (arbeiten wie eine CrowBar bzw. Gasableiter).
http://www.brieselang.net/ueberspannungsschutz-adapter-geraeteaufbau.php
oder baut sich eine Crowbar:
http://forum.electronicwerkstatt.de/phpBB/topic90210_f26_bxtopic_timexDESC_by1_bz0_bs0.html
Achtung, der Thyristor muss nicht nur ein grösseres Schmelzintegral aushalten
als die Sicherung, sondern auch das dI/dt aushalten, sonst legt er nach der
ersten Aktion das Netzteil für immer lahm. Also nicht den dicksten aber dafür
langsamsten Thyristor nehmen, sondern so was wie 2N6505 .
F.9.5. Solarladeregler
>Wie funktioniert eigentlich ein Shunt-Solarladeregler?
Einfaches Ding:
Das Solarmodul ist über eine Diode, welche u.A. verhindern soll, dass sich
Nachts die Batterie in das Modul entlädt (die bei hoher Differenz zwischen
Leerlaufspannung und Akkunennspannung nicht nötig wäre aber gerade in dem
Fall auch nicht stört, bei kleiner Differenz gäbe es einen hohen
Nachtentladestrom so dass sie nötig wird aber sich leider mit ihrem
Spannungsabfall störend bemerkbar macht und Schottky-Dioden haben oft hohe
Rückströme nicht geringer als die Nachtentladeströme, sind also auch keine
Lösung) an den Akku angeschlossen. Über dem Modul ist ein LeistungsMOSFET
angeordnet, der bei Erreichen der Ladeschlussspannung des Akkus das Modul
kurzschliesst. Da bei Spannung=0 der Strom fast egal ist, entsteht dadurch
keine nennenswerte Verlustleistung, weder im Solarmodul noch im MOSFET.
Angesteuert wird der MOSFET von einem Komparator, der die gemessene
Batteriespannung mit einer Referenz vergleicht, z.B. in Form des fertigen
Überspannungssensor ICL7665 eingestellt auf 13.8V. Der Komparator schaltet
bei einer höheren Spannung den MOSFET ein und erst bei einer niedrigeren
Spannung wieder aus (Hysterese), dadurch wird verhindert das der MOSFET im
Analogbetrieb 'halbdurchlässig' wird. Die dabei entstehende Verlustleistung
hält er nämlich nicht aus. Die Hysterese darf durchaus klein sein (also z.B.
0.1V und nicht 1V, aber zumindest so gross wie der Spannungsabfall bei
maximalem Ladestrom am Akkuinnenwiderstand), so dass der MOSFET auch bei
vollem Akku immer wieder kurz eingeschaltet wird, das führt zur
Erhaltungsladung. That´s it. Wahlweise kann man den MOSFET mit konstanter
Frequenz ansteuern und bei Annäherung von 13.7V an 13.8V die relative
Einschaltdauer von 100% auf 0% zurücknehmen (PWM).
Weiteres unter F.21.2. Bleiakkus.
Diode
+------+--|>|------+----------+--------+---+---+-----+
| | | | | | | |
| | R12 | R23 10k | |
| | | +---------+ | | | |S
| | +-R13-|Out2 Out1|---)---+---(----|I P-MOSFET
| | N-MOSFET | | | | | |
+ | I|----+-----(-----|Hys2 Hys1|---+ | |
Solarmodul S| | | | | | | + |
- | | | | | ICL7665 | R22 Akku |
| | | | | | | | - |
| | 10k +-----|Set2 Set1|---+ | |
| | | | +---------+ | | | +
| | | R11 | R21 | Verbraucher
| | | | | | | | -
+------+-----+-----+----------+--------+-------+-----+
Der ICL7665 enthält einen zweiten Komparator und kann damit gleichzeitig
einen Tiefentladeschutz für den Akku durch Lastabwurf mit einem P-MOSFET
liefern, oder als Oszillator eine LED blitzen lassen. Wer an LEDs zur
Kontrolle interessiert ist, kann die 10k durch 2mA LED mit passendem
Vorwiderstand in Reihe ersetzen, die dann bei vollem Akku oder normalem
Betrieb leuchten (bei Unterspannung ist alles aus). Die MOSFET
Gate-Schaltspannungen müssen zur Akkuspannung passen, also IRF7413
etc. bei 1 LiIon Zelle (Spannungsgrenzen müssen bei LiIon an den bis 2%
ungenauen ICL7665A mit Trimmpotis angepasst werden), und nicht über 16V
Akkuspannung wegen dem ICL7665. Der MCP65R41/6 (Reichelt) geht von 1.8V bis
5.5V bei 3uA, der TPS3701 geht bis 36V, braucht 7uA, der TPS3847085 schaltet
bei 8.5V und der TPS3847108 bei 10.8V, beide halten bis 18V aus und brauchen
nur 380nA und besitzen einen push pull Ausgang.
Bei einem (Wasser-/Wind-)Generator möchte man nicht kurzschliessen,
sondern die überschüssige Energie verheizen. Also schliesst du deinen
Heizwiderstand einfach in die Drainleitung des N-MOSFETs.
Möchte man bei vollem Akku den Generator abklemmen, kann man das über eine
gesteuerte Thyristorbrücke machen.
BT169
+--|>|----+--------------------+-----+
| \ | | |
+--1k-+---(--|>|--+ | |
| | 1N4148| | |
| 1N4004 | | | |
+--|<|--+ | | | |
| | | | | + |
Dynamo | | +-------+ | Akku
| BT169 | | | ´ | 113k |
+--|>|--)-+ | | | |
| \ | | TL431--+ |
+--1k-+-(----|>|--+ | | |
| | 1N4148 | 25k |
| | | | |
+--|<|--+-----------------+----+-----+
1N4004
Die besseren Solarladeregler verwenden einen Schaltregler und arbeiten im
maximum power point (MPP tracking, man entnimmt also der Solarzelle so viel
Strom, das ihre Spannung nur so weit zusammenbricht, das die entnommene
Leistung gerade maximal ist, SM3320, LT3652 (zieht bis 2.5mA aus dem Akku
bevor SHDN verlassen wird), LTM8062, BQ25504, SPV1040) so lange der
Akku noch nicht seine Ladeschlusspannung erreicht hat, und wandelt die
Spannung (meist per StepUp) in die gerade aktuelle Akkuspannung um. Normale
Schaltregler eignen sich nicht an Solarzellen, weil sie, so lange noch wenig
Leistung aus der Zelle kommt, besonders viel Strom ziehen, und damit kommt
die Solarzelle nie auf ihr Leistungshoch (deadlock). Man braucht zumindest
eine Anlaufschaltung.
Wenn der Verbraucher nicht alle Energie aufnehmen kann die die MPP Schaltung
liefert (ein Akku könnte, ein Radio nicht), macht eine MPP Schaltung auch nur
wenig Sinn. Will man bloss die Solarzellenspannung heruntertransformieren,
tut es eine per PWM mit festem Tastverhältnis geschaltete Spule, also ein
tstep down Regler ohne Regelung. Bei 50% Tastverhältnis reduziert er
beispielsweise die Spannung auf die Hälfte.
http://innovexpo.itee.uq.edu.au/2001/projects/s369584/thesis.pdf
http://electronicdesign.com/article/power/maximum-power-point-tracking-solar-battery-charger.aspx
http://www.zabex.de/site/mpptracker.html
http://www.ebay.de/itm/171864582846 (3A MPPT Modul bis 36V)
http://www.ing-büro-junge.de/html/photovoltaik.html
http://www.ti.com/lit/an/slva345b/slva345b.pdf (step up MPP Beschaltung eines normalen FB Eingangs)
Braucht man nur die Unterspannungsabschaltung als Tiefentladeschutz tut es:
Akku --+---+-----+
| | |
60k 10k |
| | |S
| +----|I PMOSFET wie IRF9530
| | |
+---(-4M7-+
| | |
+-TL431 +-- Lampe
| |
20k |
| |
Masse -+---+-------- Masse
Bei niedrigeren Spannungen von 1.6 bis 5V geht MCP6541 oder TLC3011 mit unter
1uA Stromaufnahme:
+----+----------+---------+
| | | |
| | +-10M-(-----+ Verbraucher
| 3M3 | |VCC | |
| | | +-----+ | |
Bat +----+--|+ Out|--+--|I DMN1019
| | | | |S
| 4M7 +--|- Ref|--+ |
| | | +-----+ | |
| | | |GND | |
| | +-----(-----+ |
| | | |
+----+----------+---------+
Oder so, da klemmt sich sogar die Uuterspannungsabschaltung komplett ab und
die Schaltung kommt nur wieder auf die Füsse, in dem über die interne Diode
des MOSFETs geladen wird. Keine Hysterese nötig weil sich die Schaltung
selbst vom Akku abklemmt.
+---|<|--+ (Diode im MOSFET)
| |
+--+-MOSFET-+---+-- Verbraucher und Ladeschaltung
| | |
| +--10k--+
| | |
+ | 22k 285k (für 31V berechnet)
Akku | |
- | TL431------+
| | |
| | 25k
| | |
+-------+-------+---
Tiefentladeschutz mit BTS55. Wird an den Verbraucher eine Spannung angelegt
die höher als die Tiefentladespannung ist, wird der Akku über die interne
Diode des BTS555 geladen, kommt er dadurch über die Hysterese schaltet er
wieder ein, damit kann der Akku niederohmig ohne Diodenspannungsverlust bis
zu Ende geladen werden. Der Chip bietet allerdings keinen Überladeschutz.
+----------+--------+---------+
| | | |
| | R23 |
| +---------+ | |
| --|Out2 Out1|---)-------BTS555
| | | | |
+ | --|Hys2 Hys1|---+ |
Akku | | | |
- | | ICL7665 | R22 |
| | | | +-- Ladegerät
+-----|Set2 Set1|---+ |
| +---------+ | | +
| | R21 Verbraucher
| | | | -
+----------+--------+---------+
Diese Schaltung signalisiert das 30 Sekunden vor dem Abschalten:
+------+------------------------------+----+-- +Bat
| | | |
| | +--100k------+ ICL7665 | |
R23 +------+ | | +------+ 10k |
+--|HYST2 | | +-22uF-+-|HYST1 | | |S
R22 | OUT2|--+-1M--+ | OUT1|--+---|I P-Kanal MOSFET
+--|SET2 | | +-10k----|SET1 | |
R21 +------+ | +------+ +-- Last
| | +-------------------------------- Signal power off in 30 sec
+------+-------------------------------------- GND
F.9.5.1. Energy Harvesting
Energy Harvesting ist heute in Mode, ebenso wie Elektromobilität. Wer sich um
Energy Harvesting kümmert, sollte erst mal (sinnvolle) Beispiele kennenlernen:
http://www.seiko.de/technologien/spring-drive/
http://www.enocean.com/
http://www.algra.ch/content.php?MAIN_RUB_ID=8&subcatid=76&content=cms
http://www.powercastco.com/products/powerharvester-receivers/
http://www.linear.com/products/energy_harvesting (LT3108 etc.)
http://www.micropelt.de/thermogenerator.php (3.3 x 2.4 x 1.1 mm Peltier, 3mW)
F.9.6. Spannungsreferenzen
Um für irgendwas (Messschaltung, Netzteil) eine genaue Spannung zu bekommen,
gibt es reihenweise Chips. Ein paar ausgesuchte:
TL431: einstellbar, besser als jede Z-Diode, billig, sollte mit 4u7 abgeblockt werden
weil er bei 100nF schwingt. Weniger Strom: TLV/MVV431. LIA130=TL431+OptoKoppler.
Achtung: RC0431 und TLV431 mit 1.24V in SOT23 haben ebensow wie TL432 mit 2.495V eine
andere Anschlussbelegung als der TL431 in SOT23.
http://www.righto.com/2014/05/reverse-engineering-tl431-most-common.html
Der TLV431 kommt mit 100uA aus regelt aber nur 16V, der FHR1200 mit 10uA bis 120V.
ATL431 braucht nur 35uA für 2.5V.
LM385/LM336: 1.2/2.5/5V billig, aber besser als jeder Spannungsregler, 150ppm.
Nimmt man solange nichts besonderes nötig ist Immer wenn in einer Bauanleitung also
LM385/LM336 steht, könnt ihr jede Referenzspannungsquelle gleicher Voltzahl nehmen.
MC1403: 2.5V billig, 10ppm Nimmt man, wenn es ziemlich tempstabil sein soll. DIL8/SO8
MCP1525 (2.5V) MCP1541 (4.096) 1%, bis 12 bit A/D, sonst zu instabil und rauschend.
LP2951/LP2950A: 3V 3.3V 5V, 0.5% (Achtung: Reichelt liefert viel schlechtere!)
REF02: Eher missglückt, weil Spannung zu sehr von Eingangsspannung abhängt
LM4120A (1.8/2.0/2.5/5V, 0.2%, 50ppm) und LP3964EMP-ADJ: (2.0V, 0.1%, 20ppm)
REF5050I: (2.048/2.5/3/4.096/4.5/5/10V) high grade 3ppm 0.05% normal 8ppm 0.1%
alle drei nimmt man wenn man eine präzise Spannung ohne Abgleich braucht.
LT1021C 0.05% buried zener 0.05% (10V Version trimmbar, 7V Version langzeitstabiler)
LM4140-1.024, ADR510 1.0V, NCP100 0.9V, CAT102 0.6V, ZXRE060 0.6V, TS12011 0.58V,
wenn man eine Referenzspannung unter 1V benötigt.
ADR420/421/423/425 (2.048/2.53/5V 0.04% 3ppm/10ppm)
MAX6018/6029/6129 1.25 bis 5V wenn man mit 5uA Versorgungsstrom auskommen muss,
REF1112 wenn man mit 1uA auskommen muss und ISL60002 mit 350nA
MCP1710 (1.2,1.5,1.8,2.0,2.5,3.0,3.3,4.2) wenn man mit 20nA auskommen muss,
dafür +/-4% und: Der Regler hat bei Lastsprüngen an einer Batteriequelle
(wohlgemerkt: innerhalb der zulässigen Parameter) gelegentlich einen
Eigenbedarf von 3-4mA. Und davon kommt er von selber nicht mehr herunter.
Erst wenn wieder Lastsprünge verursacht werden kann er gelegentlich wieder
in Normalbetrieb gehen. Die Lastsprünge sind durch aufwachen eines uCs
verursacht uC war ausreichend (100u) gepuffert. Seit dem abgekündigt.
TS14001 Semtech (1.2 bis 4.2V, 20nA), Ersatz für MCP1710
ZSPM4141 IDT ZMDI (1.2 bis 4.2V, 20nA), Ersatz für MCP1710
LTC6655 0.025% initial accuracy, mit 620nVpp wenn es sehr rauscharm sein soll,
mit typ 1ppm/GradC (max 2ppm oder 5ppm) auch recht stabil, mit 10 EUR noch
erschwinglich aber Hysterese von 120uV bei Temperaturschwankungen.
LM199 (2ppm aber 6.95V und hohe Alterung, Spannung lageabhängig (über Kopf ist
der Heizstrom am geringsten) heizt auf 60 GradC, als LM299/LM399 verwendet im
Keithley 2000 und Prema 5000 und 7 1/2 stelligen 5017/8017 und Prema DMM 6000
= Hameg HM 8112-2.
AD586LQ AD587UQ AD588 (3ppm und 10V) sind teuer und weil buried Zener
rauschfreier und stabiler als Bandgap (sie gehören zu den stabilsten
ungeheizten Referenzen und die genannten sind für bis zu 14 bit Genauigkeit
ausreichend). Im Gegensatz zur MAX6350 ohne Spannungssprünge
1N829=BYV14 (5ppm bei ca. 6.2V, verwendet in 6 1/2 digit Multimeter PM2534/2535,
Eine gute 1N829A ist im 0.1-10 Hz Rauschen vergleichbar mit einem MAX6350,
also < 0.6uVpp, schlechte aber bis 26uVpp also selektieren in dem durch
tausende 1 Jahr lang 50mA geschickt werden, dann Rauschen ausmessen und bei
welchem Strom sich der minimale Temperaturkoeffizient ergibt und so verwenden.
Und auch Exemplare mit sehr hohem Popcorn-Rauschen. Es sind auch keine
"buried Zener" sondern nur normale temperaturkompensierte Z-Dioden.
ISL21007B/ISL21009B/ISL21090B (3ppm und 0.5mV genau, aber Einschaltdrift von
einigen hundert uV, und empfindlich auf Röntgenstrahlung wegen analog floating
gate Technik, C (5ppm 1mV) und D (10ppm 2mV) Typen handelsüblicher)
LT1027 5V 2ppm, unter 1ppm Rauschen, sogar bei Conrad aber nur die 3ppm Version
MAX6350 1ppm 0.02% buried zener Alterung aber 10 ppm/Jahr und Spannungssprünge
einige umgelabelte Bandgap-Referenzen gesehen die als MAX6350 verkauft wurden.
Bei mir driften 2 MAX6350 (DIP8) bei 50 Grad +/-0.2K beheizt gemessen
nach 900 Tagen immer noch wie am ersten Tag.
MAX6325AASA 2.048/2.5/2.8/4.096/5V 0.02% 0.5ppm. Noch besser und 10 EUR teuer,
aber Langzeitstabilität 20 mal schlechter als LTZ1000A.
LTZ1000 (0.05ppm, in Datron 4910 (60 GradC) und HP3458A (95 GradC) verwendet),
Die LTZ1000 ist nicht das teuerste an der Schaltung. Man vergesse nicht die 5
Stück VHP100 / VHP101 Widerstände im ölgefüllten hermetisch dichtem Gehäuse
für 40-80 EUR/Stück die die LTZ1000 für den ihre Kennwerte erhaltenden Betrieb
braucht. Und den LT1013A sollte man auch nicht im billigen Plastik-Gehäuse
nehmen. Schädlich ist der Feuchtigkeitseinfluß (Luftfeuchtigkeit) auf das
Kunststoffgehäuse und die Leiterplatte. Man braucht ein IC im Metall oder
Keramik-Gehäuse das von der Leiterplatte mechanisch entkoppelt ist.
SMD-Gehäuse sind übrigens noch schlechter als DIP8-Gehäuse.
Wenn es wirklich genau sein soll müssen die Referenzen noch nach
Alterungsdrift selektiert werden.
Was mag wohl im Datron 1071 7 1/2 digit 3ppm/24h Multimeter verwendet worden sein?
Nun ja, 7 1/2 nur im averaging Mode, normal nur 6 1/2. Wahrscheinlich eine selektierte 1N829A.
Gossen METRAHIT 30M 6 1/2 Stellen Handmultimeter.
https://www.mikrocontroller.net/topic/354595 Stabilitätsbetrachtungen
LTFLU-1ACH (ähnlich Motorola SZA263 speziell für Fluke) Keithley DMM7510 Fluke 732 Fluke 8842A
http://www.eevblog.com/forum/metrology/the-ltflu-(aka-sza263)-reference-zener-diode-circuit/
Cirrus Apex VRE100CA, extrem genau 0.01% und rauscharm
Weston Normalelement 1.01864V 4nV/sqrt(Hz)
http://www.hypres.com/products/voltage-standard/
http://www.voltagestandard.com/New_Products.html (5V 0.0025%)
http://rohmfs.rohm.com/en/products/databook/datasheet/discrete/diode/zener/edz3.6b.pdf (Z-Dioden bei niedrigem Strom)
http://www.vishay.com/docs/85607/bzx85.pdf (Z-Dioden unter 6V2 können bei niedrigem Strom auch schlecht sein)
http://www.mikrocontroller.net/topic/264631#2753196
http://www.amplifier.cd/Technische_Berichte/Spannungsreferenzen/Spannungsreferenz.html (biegen der Leiterplatte beeinflusst Wert)
http://www.ti.com/lit/an/slyt183/slyt183.pdf Precision voltage references vergleicht VRE3050, MAX6250, ADR293, allerdings ist XFET schlechter als die 0.2ppm Werbeaussage
http://www.ti.com/lit/an/snva510b/snva510b.pdf AN-184 References for A/D Converters (Approaching the Ultimate Drift) Bauteileauswahl und Einfluss der Bauelemente
http://arxiv.org/pdf/1312.5101v1.pdf
(Long term characterization of voltage references AD587UQ ADR445BRZ
ADR435BRZ MAX6126AASA50 LTC6655BHMS8-5 MAX6350CSA+ LT1021BCN8-5
VRE305AD)
http://www.eevblog.com/forum/metrology/building-your-own-voltage-reference-the-jvr/ (LH0070 + JFET eingestellt auf beste Temperaturstabilität)
F.10. Schrittmotoren
Von: MaWin 17.7.2000
Ein Bauteil allgemeinen Interesses sind die Schrittmotore aus alten Druckern
und Floppylaufwerken. Es gibt unipolare Motoren, bei denen jeweils 2
gegenläufige Wicklungen (S) pro Magnetfeld (:) vorhanden sind, von denen nur
eine von Strom durchflossen wird, die benötigen 5 Anschlüsse
+--- 2
S:
+---+:
| S:
| +--- 3
1 --+
| +--- 4
| S:
+---+:
S:
+--- 5
oder haben 6 Anschlüsse damit sie sich auch bipolar verwenden lassen
+--- 3
S:
1 ---+:
S:
+--- 4
+--- 5
S:
2 ---+:
S:
+--- 6
obwohl für bipolare Motoren, bei denen der Strom in den Wicklungen umgepolt
werden muss, was eine aufwändigere Steuertechnik erfordert aber bessere
Ausnutzung ermöglicht, eigentlich 4 Anschlüsse ausreichen
+--- 1
:S
:S
:S
+--- 2
+--- 3
:S
:S
:S
+--- 4
und universell verwendbare Motoren mit 8 Anschlüssen, die durch Parallel-
oder Reihenschaltung der Spulen das Tempo bremsende Induktivität vs. nötigen
Strombedarf angepasst werden können, oder auch unipolar einsetzbar sind
+--- 1
:S:
:+--- 2
:
:+--- 3
:S:
+--- 4
+--- 5
:S:
:+--- 6
:
:+--- 7
:S:
+--- 8
Man kann jeweils nur ein Magnetfeld einer Spule mit dem 1.4-fachem Strom der
rms Datenblattangabe versorgen und bekommt bei gleicher Erwärmung den
schwächeren Wave Betrieb (0.7 faches Drehmoment), oder man versorgt im
Vollschrittbetrieb 2 Phasen für 1-fache Kraft mit jeweils 1-fachem Strom, die
Kombination von beiden ergibt den Halbschrittbetrieb. Hier gut erklärt:
http://www.ostermann-net.de/electronic/i_schritt.htm
http://de.nanotec.com/support/tutorials/schrittmotor-und-bldc-motoren-animation/ (Schrittmotore und BLCD Animation)
Datenblatt zum L6208 von ST
http://ww1.microchip.com/downloads/en/AppNotes/00907a.pdf (AN907)
Weicher laufen die Motoren im Mikroschrittbetrieb, der Spitzenstrom den der
Treiber liefern darf ist dabei durch die angenäherte Sinusform das 1.4-fache
des rms Nennstroms aus dem Datenblatt, der in Halbschrittposititon (andere
Spule 0) durch den Motor geschickt wird, in Vollschrittposition fliesst dann
0.7 x 1.4 = normaler Nennstrom durch beide Spulen. Allerdings kann
Mikroschritt nicht feiner auflösen als das Verhältnis von Haltemoment zu
Rastmoment, oft so 1:10. Und wer mit Mikroschritt die exakte Positionierung
vervielfachen will, muss beachten, daß die immer kleineren Winkel natürlich
immer schwerer einzuhalten sind, die Kraft eines Schrittmotors zum Halten der
Mikroschrittposion lässt je nach Modell nach, hier ein Beispiel:
http://hackaday.com/2016/08/29/how-accurate-is-microstepping-really/
1/1 100 %
1/2 70.71 %
1/4 38.27 %
1/8 19.51 %
1/16 9.80 %
1/32 4.91 %
1/64 2.45 %
1/128 1.23 %
1/256 0.61 %
Motoren gibt es als Variable Reluctance (Weicheisenkern) oder Permanentmagnet
(meist im Blechfingerkäfig) oder Hybrid (beides zusammen, die üblichste
Bauform).
Regelmässig bauen Leute erst die Teile aus, und fragen dann, wie man sie
ansteuert. Leute, messt VOR dem Ausbauen, und nehmt die Ansteuerschaltung
gleich mit, die braucht ihr nämlich.
Schrittmotoren sollte man nicht auseinanderbauen, es kann sonst sein, daß sie
nach dem Zusammenbau teilweise magnetisiert bzw. entmagnetisiert sind.
https://de.wikipedia.org/wiki/Scherung_(Magnet)
Schiebe vorher ein (passend dünnwandiges) Eisenrohr über den Rotor.
Schrittmotoren haben, vor allem bei simpler Ansteuerung (UCN5804, SAA1027)
einen schlechten Wirkungsgrad und kommen ohne Bremsresonatorplatte schnell
an ihre Eigenresonanzgrenze. Ein Floppymotor muss halt nur den Kopf verschieben
können. Wie viel sind die xx Nm (Newton-Meter) Drehmoment bzw. Haltemoment
des Motors eigentlich ? 1 N ist die Erdanziehung von 102 Gramm. Baut man an den
Motor eine Seilrolle von 1 Meter Radius, kann ein Motor mit 1 Nm also ein
Gewicht von 102 Gramm anheben, oder 10kg bei einer Rolle von 2cm Durchmesser.
Kein Wunder, das Floppyschrittmotoren bloss milliNewtonMeter (ab 0.001 Nm)
haben. Bei Nenndaten (z.B. 6V/1A pro Spule, also 12W) wird der Motor innendrin
je nach Modell 65 oder 80 GradC wärmer als die Umgebung, kühlt man ihn aktiv
verträgt er mehr Leistung als aufgedruckt. Will man einen Motor voll ausnutzen,
benötigt man eine mehrfach überhöhte Betriebsspannung und Ansteuerung per
Stromchopper oder gleich Mikroschritt. Die Drehzahlkurven im Datenblatt wurden
zur Erreichung werbewirksam hoher Werte meist mit Schwingungsdämpfern gemessen
(z.B. die gelben Vexta Smart Damper), in besseren Datenblättern ist das
wenigstens erwähnt. Also etwas Grundlagen zum Schrittmotor:
http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/
http://www.baur-motion-control.de/Applikation_Faq_sm.pdf
http://www.schrittmotor-blog.de/ (Stromregelung, Decay, Auswahl ICs)
https://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/an155.pdf (unipolar vs. bipolar etc.)
http://www.orientalmotor.com/technology/articles/stepper-motor-overview.html
http://eetimes.com/design/embedded/4006438/Generate-stepper-motor-speed-profiles-in-real-time (Beschleunigungsrampen)
Grundschaltung für unipolare Schrittmotoren ( _ aus, - an) ohne Stromregelung.
Phase 1 ----____----
Phase 2 ____----____
Phase 3 __----____--
Phase 4 --____----__
+------|<|---------+ (mehr als Betriebsspannung, geht weil im ULN noch eine Diode in Reihe liegt)
COM| ` ZD6V2 |
+----+ |
| |--Phase1--+ |
| | | |
| ULN|--Phase2--+--+ |
|2003| | |
|o.ä.|--Phase3--+--+--+-- +5V (weniger als halb so viel Spannung wie der Treiber verträgt)
| | |
| |--Phase4--+
+----+
Die Freilaufdioden über COM dürfen nicht direkt an +5V weil ein unipolarer
Schrittmotor eine Trafofunktion hat und die unbenutze Spule eine Spannung
in entgegengesetzer Polarität erzeugt, die auf +5V draufgesetzt wird, also
doppelt so hoch ist. Es geht statt der ZD6V2 gegen +5V auch eine ZD12 gegen
Masse, die dann aber die doppelte Leistung haben muss. Der ULN2803 kann also
Motoren bis 25V versorgen, der ULN2823 bis 46V.
Eine einfache Methode, um Motoren etwas leistungssteigernd zu betreiben, ist
eine niedrigere Spannung bei Stillstand, und eine für Dauerstillstand zu hohe,
wegen der Spuleninduktivität im Betrieb aber tolerable Spannung beim Bewegen,
wie in folgender Schaltung für 6V Spulen, früher in Floppys eingesetzt:
+--R--+------- +12V
| |E
Stillst --R--+----|< PNP
+----+ | ZD27
| |--Phase1--+ +--|<|-- GND
| | | | `
| ULN|--Phase2--+--+
|2003| |
|o.ä.|--Phase3--+--+--|<|-- +5V
| | |
| |--Phase4--+
+----+
Und wenn ihr einen bipolern Schrittmotor findet, nehmt gleich einen
ordentlichen IC mit Takt- und Richtungssignal (A3977, MC3479, SAA1042, L297
(Achtung: Geht gerne von Rückwirkungen des Motortreibers in Latch-Up und
wenn man mal aus Versehen Vref an 5V anlegte ist er kaputt) +L298,
L6506+L6501/2/3, L6208/6209/6219, TA8435) oder 2 Vollbrücken vom uC
aus (L293=SN754410, LB1930 (2.2-10.8V 1*0.5A PNP+NPN), LB1836M (2.5-9V 2*0.4A
PNP+NPN), BA6845FS (2.7-9V 2*0.4A NPN+PNP), LB1909 (2.5-16V 2*0.4A PNP+NPN)
L298, L6201/2/3 (Ladungspumpe für 100% Einschaltzeit schon eingebaut),
DRV8800 (1ch, 8-36V 2.8A, Ladungspumpe eingebaut, current sense möglich)
LMD18200 (Ladungspumpe eingebaut), LMD18245 (current sense und Chopper
eingebaut), BD622x, TLE4205/5204/5205/6209) und steuert sie direkt, mit
Stromreglung (L297, L6506, TLE4728/TLE5250, TEA3718, LMD18245) oder im
Mikroschritt (PBL3717, TMC236, A3955/57/72/73/77, L6258, M54640/670/679,
MB86521, LB1847/11847, NJM3772+NJU39610, LV8772 (32V 2.5A) TA8435 (24V 1.5A
5kHz Toshiba) = IMT901, TB6560AHQ (34V 3.5A 15kHz, Achtung Eagle Library
verkehrt, ausgeschaltet Motor drehen erzeugt durch Rückspeisung VBA/VBB und
wenn daraus VDD erzeugt wird ist er wegen falscher Reihenfolge kaputt),
TB6564=THB6064 (42V 4A 200kHz) TB6600 (42V 4.5A 200kHz), oder TMC249
(Trinamic, externe MOSFETs, StallGuard) und TMC5072 (Rampensteuerung,
zeigt ESD/EMI Beschaltung des Schrittmotorausgangs) und A4989/A3986 (50V externe
MOSFETs, Mikroschritt), TC4469 (300mA oder externe MOSFETs, Beispiele im
Datenblatt, Conrad), TMC262/AMIS30522/DRV8711 (elektronische
Blockiererkennung).
Wave Betrieb (1.4-facher Strom erlaubt, damit trotzdem aber nur
0.7-fache Abgabeleistung gegenüber Vollschritt bei gleicher
Verlustleistung)
Phase 1 +o-o
Phase 2 o+o-
Vollschritt (in diesen Schritten wird der Schrittmotor gezählt, pro
Umdrehung 200 Schritte heisst diese 4 Schritte 50 mal wiederholt)
Phase 1 ++--
Phase 2 -++-
mit Halbschritten
+ - (in den Halbschrittpositionen darf)
Phase 1 +++o---o
Phase 2 -o+++o--
+ - (der Strom 1.4 mal so gross sein)
(das ergibt dieselbe Wärme)
(und reduziert Drehmomentverlust)
Mikroschritt
Phase 1 sinus
Phase 2 cosinus
Grundschaltung für bipolare Schrittmotoren (skizzierter
Halbschrittbetrieb,
jede Leitung muss eine Diode nach Masse und eine Diode nach VCC besitzen
um die Gegen-EMK abbauen zu können, im L293D sind die schon enthalten,
Chips ohne eingebaute Dioden benötigen 8 schnelle externe Dioden)
+-----+
| |----+ +++o---o+++o (+ = verbunden mit positiver Spannung)
| | Phase1 (o = Ausgang offen oder Ausgang hat
| |----+ ---o+++o---o (o = dieselbe Spannung wie der andere)
|L293D| (- = verbunden mit negativer Spannung)
|o.ä. |----+ -o+++o---o++
| | Phase2
| |----+ +o---o+++o--
+-----+
Es gibt auch Motoren mit 3 Phasen
https://www.mikrocontroller.net/attachment/299639/KT60LM06-552.pdf
Berger Lahr baute Schrittmotore mit 5 Spulen, für 500 Vollschritte bzw. 1000
Halbschritte pro Umdrehung, heute von anderen Herstellern lieferbar, die dann
so angesteuert werden:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/316089/Stepper_5Phase.jpg
http://www.mikrocontroller.net/attachment/158780/5_mot-rdm_d-ds350d.pdf
http://berger-positec.at/61-0-WDx-WPx-D9xx-5.html
Mikroschritte sind eine feine Sache, auch um Resonanzen zu vermeiden, bei
denen der Schrittmotor schon bei geringen Umdrehungszahlen ausser Takt
kommt. Wenn man allerdings mit Stromregelung hohe Geschwindigkeiten an der
oberen Grenze des Datenblatts fährt, dann wird der Nennstrom in einem
Schritt gar nicht mehr erreicht, also kann die Mikroschritt-Stromregelung
gar keine Sinusform mehr erzeugen. Wenn das Drehmoment bei langsamer Fahrt
locker reicht, kann es daher sinnvoll sein, den Nennstrom etwas geringer
einzustellen, dann bleibt auch noch bei höheren Drehzahlen der Kurvenverlauf
des Stromes sinusförmiger.
Moderne Schrittmotortreiber bieten 2 Bremsmethoden: Slow decay und fast decay.
Im slow decay wird die Wicklung über die Brücke kurzgeschlossen, dann wird
die Energie im Motor "verheizt". Beim Fast-Decay wird dagegen in die
Versorgungsspannung zurück gespeist. Das kann kritisch werden wenn die
mechanische Last groß ist, weil dann u.U. die Versorgungsspannung soweit
ansteigen kann, dass die Treiberstufe zerstört wird. Slow decay baut aber
bei schneller Bewegung den Strom eventuell nicht schnell genug ab.
http://www.trinamic.com/ baut ganze Servo-ICs (regelt Schrittmotor per Encoder
auf Sollposition, inklusive Mikroschritt, jedoch eher nicht geeignet wenn man
mit 2 Motoren Kreise fahren will).
Schrittmotoransteuerung
A2919S A3957S A3962S A3964S A3966S A3972SB A3955 Allegro
AN6664S AN6668NS AN8208S Matsushita Panasonic
BA6343 BA6845FS BA6846FS BA6846FV Rohm Co Ltd
CS279 CS293DN16BW CS3710M15 CS3717 CS3770 CS4161 CS8441N8 CS8442N8
Cherry Semiconductor
HA13421A HA13475P Hitachi
IP293 Semelab
KA2820 KA3100D Fairchild
L293 L297 L6219 L6223 L6506 L9925 L9935 ST Microelectronics
LB11946, LB11945H, LB11847, LB1946, LB1945H, LB1945D, LB1847, LB1845,
LB1924, LB1923M, LB1823, LB1823M, LB1838M Sanyo Semiconductor Corp
M54640P M54646AP M54670P M54671SP M54672SP M54676P M54677FP M54678FP
Mitsubishi
MC33192DW Motorola
MC3479 ST Microelectronics Motorola ON Semiconductor
MTD1110 MTD1120 MTD2001 MTD2003 MTD2005 MTD2007F MTD2009J Shindengen
Electric
PBL3717A ST Microelectronics
SAA1027, SAA1042 Philips
SDK03M SI7230M SI7500A SLA7020M SLA7021M SLA7022MU SLA7024M SLA7026M
SLA7027MU SLA7029M
SLA7042M SLA7044M SMA7022MU SMA7029M Allegro
http://www.allegromicro.com/ic/motor.asp
SN754410NE Texas Instruments
STK6713 STK672 Sanyo
TA7289 TA7774 TA8068L TA8415P TA8430AF TA8435H TA8529F TB62200 TB6504F TB6512AF TB6528P TB6560 Toshiba
TCA3727 Infineon
TD6330BP Toshiba
TEA3717DP TEF3718 ST Microelectronics
TLE4726G TLE4727 TLE4728G TLE4729G TLE5250 Infineon
UC1517 UC1717J UC3517 UC3717 UC3770 Unitrode
UCN5804B UCN5804LB UDN2916 UDN2917EB UDQ2916 Allegro
uPD16803GS uPD16808GS uPD16813GS uPD16814GS uPD16818 uPD16833 uPD16835 NEC
Das nötige Netzteil zur Versorgung eines stromgeregelten Schrittmotors im
Mikroschrittbetrieb berechnet sich durch folgende Rechenschritte:
Maximaler effektiver Motorstrom I, Innenwiderstand der Motorwicklung R,
Widerstand des oberen und unteren Schalttransistors der Endstufe (angenommen
synchrone Gleichrichtung, also derselbe Spannungsabfall in der Freilaufzeit),
Faktor F (im Vollschrittbetrieb 2, im Mikroschrittbetrieb 1.4),
erzeugtes Drehmoment M in Nm laut Motordiagramm bei Drehzahl n in upm.
P(Netzteil) = (R(Motor) + R(Endstufe)) * I^2 * F + M*2*3.14*n/60
Beispielsweise Nanotec Nema23 ST5709X2508 mit 3.5A 0.42Ohm und 0.5Nm bei
300upm im Mikroschrittbetrieb an einem TB6560 mit 0.4 Ohm und 0.5 Ohm:
(0.42 + 0.4+0.5) * 3.5*3.5 * 1.4 + 0.5*2*3.14*300/60 = 38.33W
http://de.nanotec.com/support/faq/ (Plug & Drive Motore und Motorcontroller:Welches Netzteil ist erforderlich ?)
http://de.nanotec.com/support/motorassistent/ (zeigt welche Leistung für Drehzahl und Drehmoment erforderlich ist und welche Motoren passen)
http://www.torcbrain.de/drehmoment-und-leistung/ (Nm und upm in Watt)
Und wenn ihr zwar Schritt und Richtungssignal bekommt, aber
Gleichstrommmotoren mit Encoder per PID Regler damit steuern müsst,
passt vielleicht der Rutex, Gecko oder UHU, man sollte aber eine
Motorübertemperatursicherung auf alle Fälle einbauen.
http://www.uhu-servo.de/servo_de/
http://elm-chan.org/works/smc/report_e.html (serielle G Kommandos)
Die benötigte Motorleistung berechnet sich so:
http://rn-wissen.de/wiki/index.php?title=Motorkraft_berechnen
Auswahlbeispiele für Kugelgewindetriebe, von Motorleistung bis Lebensdauer:
https://tech.thk.com/de/products/pdf/de_b15_069.pdf
http://www.nadella.de/fileadmin/nadella/downloads/kgt/KGT_Grundlagen.pdf
F.10.1. BLDC brushless direct current bürstenlose Gleichstrommotore
Vom Aufbau her ähnelt ein BLDC einem Drehstrom-Synchronmotor, jedoch mit
einem Permanentmagnet statt der elektrisch erregten Läuferwicklung. Damit
fehlt ihm die Möglichkeit der Drehmomentanpassung an die Last, die beim
Drehstrommotor über die unterschiedliche Stromaufnahme erfolgt. Es gibt
allerdings BLDC auch mit 2 (in Ventilatoren und einfachen Pumpen) und mehr
als 3 Polen. Der BLDC dreht sich synchron mit dem umlaufenden Magnetfeld,
allerdings folgt nicht der Rotor dem Magnetfeld, sondern das Magnetfeld muss
mit dem Rotor passend umgeschaltet (kommutiert) werden. Das macht ein
konventioneller Permanentmagnet-Gleichstrommotor mechanisch mit den Bürsten
am Kollektor, und der BLCD muss es elektronisch lösen. Dazu muss die
Elektronik die aktuelle Position des Rotors erfahren, oftmals über
Hallsensoren, oder ohne Sensoren über die Rückmeldung der BackEMF ermitteln.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/331040/Screen_Shot_2017-05-22_at_20.21.01.png
Die Phasenverschiebung beträgt für optimale Leistung meist 30 Grad.
DIE ZEITPUNKTE AN DENEN MAN DIE PHASEN TAKTET BESTIMMEN ALSO NICHT DIE
DREHZAHL, SONDERN HÄNGEN VON IHR AB. Die Drehzahl ergibt sich aus der
effektiv angelegten Spannung, die man per PWM aus einer festen
Betriebsspannung erzeugen kann, die über den von ihr erzeugten Strom zum
Drehmoment führt, welcher an der aktuellen Last die Drehzahl ergibt.
Im Gegensatz zum asynchronen Drehstrommotor, der sein Magnetfeld und damit
seine Kraft erst aus dem Schlupf erzeugt, wird ein BLDC ähnlich einem
Drehstrom-Synchronmotor nicht einfach anlaufen wenn man an ihn ein Drehfeld
einer festen Frequenz legt.
Drehstrom-Synchronmotore müssen mit anderen Mitteln beschleunigt werden, bis
ihre Drehzahl dem Drehfeld entspricht, und werden dann durch Einschalten der
Erregerleistung eingekuppelt. Folgende kleine Abweichungen der Drehzahl von
der Frequenz führen beim Drehstrom-Synchronmotor zu einer veränderten
Stromaufnahme je nach Kraft die er mechanisch erbringen muss um die Drehzahl
des Drehfeldes zu halten, und damit passt sich ein Drehstrom-Synchronmotor
von selbst an die Belastung an.
Das ist dem Permanentmagnet BLDC nicht möglich, daher ist er inhärent
instabil und muss von der Elektronik geführt werden, so wie ein PMSM
Permanent Magnet Synchon Motor.
Man kann das mit Hallsensoren diskret aufbauen:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/177797/Bildschirmfoto_vom_2013-05-01_18_24_06.png
https://www.mikrocontroller.net/attachment/210394/Schaltplan_Dual_721.jpg
oder fertige Ansteuerchips verwenden wie z.B. L6234 (52V/5A ST, uC Steuerung)
und DRV8332 (TI) oder TB6588 (50V/2.5A, Toshiba, sensorless, Drehzahl
abhängig von Steuereingangsspannung), TB6551 oder TB6556 mit externem Treiber
(LM5107) und Hallsensoren, LB11920 (35V/3.5A, Hallsensoren, Forward/Reverse,
Bremseingang und PWM Eingang für relative Spannung als Geschwindigkeit).
Schaltet man die Spannungen der Phasen nur zeitversetzt ein, Rechtecksignale,
nennt man das Blockkommutierung, vergleichbar einem bürstenbehafteten
Gleichstrommotor. Regelt man den Strom so dass eine Sinuspannung an den
Wicklungen anliegt, bekommt man den besseren Motorlauf eines Drehstrommotors.
Bei Dreieckverschaltung der Motorwicklungen verläuft der Strom pro
Wicklungsnaschluss dann in Form einer Popokurve, mit 2 Buckeln und einem
lokalen Minimum https://www.mikrocontroller.net/topic/415707
Von: Bernd Rüter 13.1.2012
Prinzipiell stellt sich zu jeder Speisespannung eine ideale Schrittfrequenz
also Drehzahl ein. Ideal heißt in dem Falle, dass die Phasenlage genau zur
Rotorlage passt. Der stepping Modus zeichnet sich aber dadurch aus, dass man
die Rotorposition nicht kennt. Dadurch wird der Rotor bei einem
Schrittwechsel erst auf die neue Position beschleunigt und dann, weil das
timing nicht stimmt, wieder abgebremst, bis der nächste Schritt erfolgt.
Daher kommen die Vibrationen. Das geht schnell so weit, dass es erst zu
unrundem Laufverhalten kommt und dann die Kommutierung ganz versagt, obwohl
man nur ein paar Prozent neben der Phase liegt. Das liegt daran, dass der
Rotor beim erreichen des nächsten Schrittpunktes nicht einfach stehen bleibt,
sondern überschwingt und sich dort erst einpendeln muss. Das heißt, dass der
Motor unter Umständen noch pendelt, wenn der nächste Schritt kommt. Das führt
zu instabilen Startbedinungen für den nächsten Schritt und wird den Motor in
Summe bei unpassendem timing aus dem Tritt bringen.
Wenn es um das Gewinnen der BEMF Spannungen geht, würde ich (ausgehend von
einem AVR) die Komparator Methode empfehlen. Die ADCs sind erfahrungsgemäß
nicht schnell und genau genug. Die Komparatoren sind bei gutem Design gut
genug, um schon nach einem kräftigen Schritt ein verwertbares Signal zu
liefern. Bei ADCs mit 12bit und um die 100kS/s ist diese Auswertung natürlich
eleganter, besonders weil sie eine zuverlässige Sinuskommutierung ermöglicht.
Ich stimme übrigens zu, dass das filtern des PWMs eine nicht ganz triviale
Angelegenheit ist. Das Resümee meiner Tests ist, was die PWM Frequenz angeht:
Um so höher um so besser. Scheiß auf die Umschaltverluste, denn du musst
entweder einen riesen Aufwand für das timing machen und im richtigen Moment
die BEMF Auswertung abschalten, um nicht auf das eigene PWM zu triggern oder
man muss einen Tiefpass vorschalten. Das Problem beim Tiefpass ist aber, dass
er auch einen Phasenversatz mit sich bringt, den man berücksichtigen muss.
Daher: Um so höher die Differenz zwischen Schrittfrequenz und PWM-Frequenz um
so höher kann der Tiefpass angesetzt werden und um so kleiner ist auch der
verursachte Phasenversatz.
http://www.gaw.ru/pdf/Atmel/app/avr/AVR444.pdf (sensorless)
http://rbsfm.org/am/index.php?option=com_content&task=view&id=427&Itemid=27 (MC33033 Applikationen für BLDC mit Hallsensoren)
http://www.mikrokopter.de/ucwiki/BrushlessCtrl
UC3625 (28V Hall PWM DIR current sense)
LB1842 (bis 30V/2.5A BLDC Hall Treiber für quartzkonstante Geschwindigkeit)
L6234 (Treiber bis 50V/2.8A BLDC) L6235 (derselbe mit Hallsensorauswertung)
F.11. LCD Flüssigkristallanzeigen
Von: MaWin 17.7.2000
Eine weiteres Bauteil allgemeinen Interesses sind die LC-Displays. Dabei gilt
es 4 Varianten zu unterscheiden:
a) einfache Gläser aus Uhren und Taschenrechnern oder von http://orientdisplay.com/
http://fluessigkristalle.com/selbstbau.htm (selber bauen)
https://www.youtube.com/watch?v=d4QFNWBSZYg (LCD Selbstbau)
https://www.youtube.com/watch?v=_zoeeR3geTA (LCD Selbstbau inkl. Sputtering, nicht verklebt)
http://www.teralab.co.uk/Experiments/Conductive_Glass/Conductive_Glass_Page1.htm (schlecht leitfähiges Glas selber machen)
http://www.fujipoly.com/usa/design-guidelines/89.html (Zebra Kontaktierungen)
http://www.sigmaaldrich.com/materials-science/material-science-products.html?TablePage=16378837 (Flüssigkristalle)
werden mit Rechteckwechselspannung von ca. 5V angesteuert (die
Mindestspannung hängt vom verwendeten Flüssigkristall ab, aber 5V reicht
eigentlich immer). Das ist einfach bei direkt angesteuerten (siehe AN563 von
http://www.microchip.com/ , http://www.atmel.com/Images/doc2569.pdf), geht
noch bei 2-fach gemultiplexten (http://www.zilog.com/ Z8 Appnote lcd_apnt.pdf
und auch AN563) und sollte bei mehrfach gemultiplexten mit speziellen
LCD-Treiberchips wie PCE85133(1:4) PCF211x(1:2)/8577(1:2)/8566(1:4) von
http://www.nxp.com/ uPD7225 (mit 7/14 Segment Decoder, aber wohl nicht mehr
beschaffbar) von http://www.nec.co.jp/ oder LC7582(1:2)/75821/75823/75850 von
http://www.sanyo.co.jp/ erfolgen. Sonst siehe AN786 von
http://www.national.com/ mit variabler Betriebsspannung zur Kontrastregelung,
nicht jedermanns Sache. Ein uC mit eingebauter direkter Ansteuerung ist der
ATmega169A oder PIC16F1947.
http://www.atmel.com/images/doc8103.pdf (AVR340 Direct Driving of LCD Using General Purpose IO)
http://awawa.hariko.com/avr_lcd_drive_en.html
http://www.tstonramp.com/~pddwebacc/lcd_ics.htm
b) Punktmatrixanzeigen aus FAX-Geräten und Kartenlesern sind fast alle gleich,
basierend auf Hitachi's HD44780 oder kompatiblen wie Samsungs KS0066 oder
Sunplus SPLC780 oder Sanyo LC7965
http://www.datasheetarchive.com/pdf-datasheets/Datasheets-13/DSA-247674.html
http://www.datasheetarchive.com/pdf-datasheets/Datasheets-312/159663.html
http://www.datasheetarchive.com/pdf-datasheets/Datasheets-29/DSA-571983.html
Aber fast alle Leute haben Probleme damit, weil sie keine negative
Kontrastspannung bei Typen mit erweitertem Temperaturbereich anlegen oder das
Timing bei der Initialisierung nicht einhalten. Es wird manchmal behauptet,
dass die Controller unterschiedliche Initialisiserungssequenzen brauchen,
weil unterschiedliche im Datenblatt stehen, aber das ist falsch, sie sind nur
verschieden angeordnet.
Unterlängen bei 11-pixeligen Displays sieht man nur nach function set
Umschaltung und bei bestimmten (anderen) Zeichencodes. Zum Umschalten in den
4-bit Modus verwendet man am besten 3 mal 0x20. Das geht auch, wenn das
Display schon im 4-bit Modus war. Dann kommt ein 0x01 (in 2 Nibbles).
Einzeilige Displays mit 16 Zeichen (1*16) sind als 2-zeilige zu initialisieren
und zu behandeln als ob 2 mal 8 Zeichen hintereinander stehen. Das Timing
sollte nicht zu knapp sein, schliesslich fährt nicht jeder Hersteller sein
Display mit derselben Taktfrequenz wie Hitachi in seinem Datenblatt, und das
Originaldatenblatt hat man ja meist nicht.
Von: Thomas Just 18.8.2014
Die DOG Displays von EA brauchen aber zusätzliche Initialisierungsschritte
und ziehen im Einschaltmoment viel mehr Strom als die genannten 100uA.
http://www.sprut.de/electronic/lcd/
http://elm-chan.org/docs/lcd/lcd3v.html (welche laufen mit 3V ?)
Und wer nach seriell (I2C) ansteuerbaren LCD-Modulen fragt: PCF8574 (LCD
im 4 bit Modus) davorlöten statt teuer fertig kaufen ?
http://www.rasmicro.com/projects.htm SPI2LCD
oder die 110 x 80 Pixel transluzente MFA aus dem VW Kombiinstrument verwenden
http://www.mikrocontroller.net/topic/267065#2786493
oder aus Nokia 3310 ausbauen wie es unter anderem im Olimex LPC-P1227 ARM Board
eingebaut ist. Der Controller
http://www.nxp.com/acrobat/datasheets/pcd8544_1.pdf
ist per SPI ansteuerbar:
Pin Signal Erklärung
1 VDD Betriebsspannung (2,7…3,3 V)
2 SCK Serial Clock Input
3 SDIN Serial Data Input
4 D/C Data/Command
5 SCE Chip Enable
6 GND Masse (Ground)
7 VOUT Òutput voltage
8 RES External Reset Input
http://www.module.ro/lph7366.html
c) Die digitalen TFT-Displays aus Laptops etc. verwenden oft den Flat Panel
Display Link (FPD-Link) http://www.national.com/ AN-1032 aber die Stecker
sind nicht genormt, man muss Kabel mit Adaptern zusammenfummeln. Neue
Grossdisplays haben http://en.wikipedia.org/wiki/OpenLDI .
Ältere Displays sind nicht standardisiert, man kommt nicht drumrum das
Datenblatt zu besorgen. Nur leider gibt es kaum Datenblätter. Mit Glück
findet man die Ansteuerung in der Beschreibung eines LCD-Grafikcontrollers
von Samsung, Oki, Epson (SED1335, S1D1370x) oder Toshiba. Bei den meisten
gibt es mehr oder weniger nur eine Taktleitung und n Datenleitungen (Pixel).
Zudem eine Leitung die das erste Pixel pro Zeile markiert und eine die die
erste Zeile des Bilds markiert. Die Alternating Line bei DSTN-Displays muss
bei jedem Bild den Zustand wechseln. Die Signale müssen mit stabilem Timing
generiert werden, bevor die LCD Spannung aufgebaut wird, und beim Abschalten
auch erhalten bleiben bis die LCD Spannung wieder komplett weg ist. Also
sollte man tunlichst die 'Grafikkarte' aus dem Laptop mit ausbauen, denn an
eine normale Grafikkarte für VGAs passen die nicht. Brauchbarer sind da schon
die Typen aus CamCordern mit Videosignal Eingang. Bei der Ansteuerung per EVE
von FDTI sollte man beachten, daß er keine Umlaute im Zeichensatz kennt und
keine CLUT color lookup table wie STM32F429 und STM32F7xx.
Schaue dir auch mal den TFP401 von TI an. http://www.ti.com/product/TFP401
Der macht DVI zu parallel und den gibt es auch als günstiges Board:
Ebay-Artikel Nr. 151763757417*
* Supports Pixel Rates up to 165 MHz (Including 1080p and WUXGA at 60 Hz)
* Digital Visual Interface (DVI) Specification Compliant(1)
* True-Color, 24-Bit/Pixel, 16.7M Colors at 1 or 2 Pixels per Clock
Es gibt auch kleine DSTN Displays mit Treibern aber ohne GPU, z.B. im GameBoy
(160 x 160 Pixel 4 Graustufen) oder 320 x 200 in 4 Graustufen die man so
ansteuert:
https://www.mikrocontroller.net/topic/98321
Von: Andreas Schwarz 11.8.2000
d) Die meisten kleinen Grafik-LCDs (128x32) haben den HD61830 als Controller,
die grösseren (240x128) oft den T6963C, die ganz grossen (320x240) den
SED1330. Das dumme am SED1330 ist, dass er AFAIK keinen Zeichengenerator
eingebaut hat, ansonsten gibt's keine grossen Unterschiede, und an einen
uC-Bus hängen kannst du sie alle. Aber wenn man sich ein LCD in einer
bestimmten Grösse rausgesucht hat, hat man meistens keine Wahl mehr, welchen
Controller man bekommt.
http://www.eio.com/datashet.htm (viele Datenblaetter)
http://home.iae.nl/users/pouweha/lcd/lcd.shtml
Chips&Technologies AppNote zu 6555x Anschluesse Grafikdisplays vieler Hersteller
http://www.dbit.com/~lansie/CUJ/Hardware.htm (T6963)
http://www.nbb.cornell.edu/neurobio/land/STUDENTPROJ/1999to2000/gurnee/index.htm#lcddisp
http://www.actron.de/ (Daten CD)
http://www.genesis-microchip.com/ (Ansteuerung)
http://www.lcd-module.de/
> Woher bekommt man eigentlich die für LCD Hintergrundbeleuchtung bei Laptops oder
> in Scannern verwendeten CCFL (Kaltkathodenfluoreszenz) Leuchtstoffröhern her ?
CCFL sind Leuchtstofflampen ohne Heizung, in denen wenige Milligramm Quecksilber
UV-Licht aussenden, das vom Leuchtstoff in sichtbares Licht konvertiert wird. Bei
40 GradC sind sie am hellsten, bei 0 GradC kommen nur noch 25% der Helligkeit
wie bei 25 GradC heraus, bei 1,5-fachem Spannungsbedarf. Erst nach 30 Sekunden
erreicht die Helligkeit ca. 90%, von 70% direkt nach dem Zünden.
http://www.iccfl.com/ (CCFL, Platinen, Polarisatorfolien, Chips, ...)
http://www.backlight4you.com/
http://www.ccflwarehouse.com>
http://www.farnell.de/ (Kaltkathoden-Leuchtröhren)
passender IC: MB3776A
F.12. VFD Vakuumfluoreszenzanzeigen
Von: MaWin 15.5.2001
Das sind die meist blaugrün leuchtenden Anzeigen in HiFi-Geräten. Das sind
noch echte Röhren mit Heizung, Anode und Kathoden und einem Leuchtstoff
wie in der Fernseherbildröhre, sie sind aber Dank Niederspannung einfach
anzusteuern. Datenblätter sind oft nicht zu bekommen, da die Anzeigen meist
kundenspezifisch hergestellt werden, also sollte man vor dem Ausbauen mal
nachmessen.
http://www.noritake-itron.com/SubPages/ApplicNotesE/vfdoperapn.htm https://www.noritake-elec.com/display/vfd_operation.html
Die Heizung benötigt Wechselspannung, aufdrehen bis die Heizdrähte bei meist
4V im Dunklen dunkelrot glühen, die Segmente eine positive Spannung gegenüber
der Heizung von ca. 26V (von 6V bis 40V aufdrehen) bei weniger als 1mA pro
Segment. Für Multiplexbetrieb liegt zwischen den Heizdrähten und den
Segmenten noch ein Gitter. Ist das Gitter mit der Heizung (oder ein bischen
negativer) verbunden, sind die dahinterliegenden Segmente aus, ist es mit
der Segmentspannung (oder ein bischen weniger) verbunden, sind sie an.
http://www.futaba.com/products/displays/app_notes/index.asp
http://www.itron-ise.co.jp/
http://www.noritake-elec.com/
http://www.allegromicro.com/ (MUX Treiber A581x/A681x)
http://www.maxim-ic.com/ (MUX Treiber MAX6920/21/22/31/32)
http://www.princeton.com.tw/ (MUX Treiber PT6311)
http://www.okisemi.com/ (Treiber-IC MSC1162/1163/7162)
http://www.seiko.com/ (Epson Treiber-IC SED2000/2020/2032/2040/2800)
http://www.onsemi.com/ (Treiber-IC CS1087/1088/1089, Mask ROM)
http://www.ti.com/ (Treiber-IC SN755721/755731)
http://www.sanyo.co.jp/ (Treiber-IC LB1240)
http://www.mitsubishichips.com/ (Treiber-IC M56692/56693/56694)
http://www.nec.co.cp/ (Treiber-IC uPD16305/16306/16326)
http://www.toshiba.co.jp/ (Treiber-IC TD62C949/950)
http://www.maxim-ic.com/ (Controller-IC MAX6850-6853)
http://www.national.com/ (LM9022 Rechteckwechselspannung für Heizdraht)
F.13. Bauteile prüfen
Von: MaWin 17.7.2000
Das häufigste Problem beim Reparieren von Geräten ist das Prüfen von
Bauteilen. Es geht um das Prüfen der Grundfunktion, dann aber auch um das
vollständige Prüfen. Je nach Schaltung kann es notwendig sein, das Bauteil
abzuklemmen, um es ausmessen zu können. Daher lohnt sich ein Verständnis der
Schaltung (oder gar ein Schaltplan, in dem meist auch Sollspannungsangaben
drin sind) beim Messen. Manchmal hat man Glück, und hat ein vergleichbares
heiles Bauteil da, das ersatzweise eingelötet wird (es kann aber die Schaltung
so weit kaputt sein, daß dieses heile Bauteil beim Test zerstört wird, aber
bei Zeilentrafos ist dieses Vorgehen der einfachste Weg)
Für das Prüfen der Grundfunktion gibt es Messgeräte. Einen Ohmbereich,
Diodentest und Transistortest hat schon das 5 EUR Vielfachmessinstrument,
ein LRC-Meter (wie 122211 für 40 EUR von http://www.conrad.de/ oder selber
bauen siehe unter "Kapazitätsmessgerät / Induktivitätsmessgerät") ist nützlich
damit man auch Kondensatoren und Spulen bestimmen kann. Was dann meist
fehlt, sind Messgeräte für hochkapazitive Elkos und MOSFETs, IGBTs,
Thyristoren, TRIACs. Bei ICs hilft meist nur, sich das Verhalten des Chips in
der Schaltung anzusehen und mit den Datenblattangaben zu vergleichen, z.B.
die Stromaufnahme.
Dieser simple Durchgangstester aus einem OpAmp mit Offsetabgleich hat einen
besonderen Vorteil: Er wird so eingestellt, das er nur unter 0.1 Ohm anschlägt
und man kann dadurch tatsächlich durch Leitungen verbundene Stellen von
solchen unterscheiden, bei denen Bauteile dazwischenliegen. Die Messspannung
von 2 Millivolt reicht nämlich nicht aus, ausreichend Strom durch die Bauteile
fliessen zu lassen (bis auf den 0.01 Ohm Shunt, aber den wird man auch so finden).
+---+-----------------+----+
| | | |
10k | Summer |
| | | |
o--+--|+\-------------+ | | +
10R | >------------)--+ Batterie
o--+--|-/--TrimmPoti--+ | -
| | | |
10k | | Schalter |
| | | / |
+---+------+-----o/ o------+
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/175000-199999/199842-as-01-de-Durchgangspruefer.pdf
http://kripton2035.free.fr/continuity-repos.html (weitere Durchgangsprüfer)
Ein 4-Draht Milliohmmeter lässt sich mit einem 200mV Panelmeter so aufbauen:
+-----+-------------+---------+ +----+ +--------+
| | | \ / | + | | +
| R1 | Rx 200mV-Panelmeter 9V Batterie
| | 0.1V | / \ | - | | -
| +--R2--+-----|+\ | +----+ +--------+
+ | | | | >--+---|I NMOSFET
9V | | +--|-/ | |S
- | | | | | Cx |
| Ref R3 +---(----+-Rx-+
| | | | |
| | | | Rs (0.1/1/10 Ohm je nach Messbereich)
| | | | |
+-----+------+------+---------+
je nach Genauigkeit benutzt man dann eine Referenz wie REF5025, einen OpAmp wie
OPA192, einen LogicLevel NMOSFET wie IRLZ34 und einen 0.1% Shunt Rs, verwendet
man eine 9V Spannungsquelle geht auch ein normaler MOSFET wie BUZ10 und mit
Rx/Cx stellt man die Schaltung so ein daß sie nicht schwingt, z.B. 10nF/10k.
http://www.mikrocontroller.net/attachment/230259/Isabellenhuette_A25.pdf
Ein genial einfacher Transistortester von Erich Schock ist mit einer
Piezoscheibe mit 3 Anschlüssen aufgebaut, wie sie in manchen Rauchmeldern
eingesetzt werden (Conrad 712930 hat nach Bild im Katalog auch einen dritten
Anschluss, aber nicht nach Masszeichnung, also kann man sich wohl nicht
darauf verlassen, daß Conrad was geeignetes liefert), und bildet einen
Oszillator der automatisch auf der Frequenz der Piezoscheibe schwingt, mit
einem Umschalter ausgestattet um NPN und PNP Transistoren testen zu können.
/o-----+-----+---------+
+ --o/ | 220k 510R
: o--+ | +--+ +--+
: | | | | | |
: | | | Piezo |
3..15V : | | | | |
: +--)--+--(----+ |
: | | | | |
:/o--+ | | +---10k--|< <-- zu prüfender Transistor
- --o/ | | |E
o-----+ +------------+
http://web.archive.org/web/20050212160036/http://de.geocities.com/xantia99at/tr_pruef.pdf
ABER: Selbst wenn ein Bauteil den Grundfunktionstest besteht, kann es dennoch
in der Schaltung der Grund des Ausfalls sein. Ein Bauteil kann z.B. erst bei
hoher Spannung oder Wärmebelastung sein Fehlverhalten zeigen, daher ist
Kältspray ein übliches Mittel in Werkstätten. Und die ganzen Daten eines
Bauteils (z.B. Güte von Spulen, ESR von Elkos) kann nur ein Komponententester
ermitteln.
Den ESR von Elkos und Spulen kann man messen, wenn einem das Datenblatt fehlt:
http://ludens.cl/Electron/esr/esr.html
http://www.mario001.de/analog/2012/12/29/esr-meter/
http://www.qsl.net/iz7ath/web/02_brew/15_lab/06_esr/
http://members.ozemail.com.au/~bobpar/k7214.pdf
http://www.sprut.de/electronic/switch/lc/lc.html#esr
http://www.anatekcorp.com/ttg/tiptrick.htm#Scope%20ESR (Scope ESR)
Elkos sind bei älteren Geräten ein häufiger Ausfallgrund. Man könnte sie pro
forma gleich ersetzen. Aber Vorsicht: 105 Grad Typen sollte man nicht durch
85 Grad Typen ersetzen, sonst hat man das Problem in kurzer Zeit wieder, und
low-ESR Elkos nicht durch normale Elkos (und machmal nicht umgekehrt).
Und da man die spezielleren Elkos selten da hat, lässt man die alten besser
drin, solange sie noch gehen.
F.13.1. MOSFET-Transistoren und TRIACS/Thyristoren prüfen
Von: MaWin 17.7.2000
NPN/NMOSFET/TRIAC+THYRISTOR
ein/ /o-----+-------+-----------------+
+--o/ o--o/ | | |
| : o--+ | (X) Glühlampe |
| + : | | | |
9V : | | +---D S G--180R--250R Poti
| - : | | | | |
| :/o--+--(--+ Taster | |
+--------o/ | | | | |
o-----+ +----+-----+-----------+
PNP/PMOSFET/TRIAC
Man nimmt eine 9V Batterie, hängt den N-Kanal Anreicherungs/enhancement
MOSFET mit D über eine Glühlampe 12V/50mA an + und S an - der Batterie, und
das Gate über einen 180 Ohm Widerstand an ein 250 Ohm Poti, das mit + und -
verbunden ist. Ein Aufdrehen des Potis sollte den MOSFET zum Leiten bringen.
Bei P-Kanal Anreicherungs/enhancement MOSFET Batterie verpolen (besonders
elegant durch einen 2 poligen EIN-AUS-EIN Umschalter dessen Nullstellung
gleich die Schaltung ausschaltet), ist die Batterie verpolt leuchtet die
Lampe wegen der Body-Diode dauernd.
Ein Thyristor oder TRIAC hat einen Zündstrom und einen Haltestrom (maximal
50mA bei kleinen Modellen, daher der Glühlampenwert). Man schliesst A (A2)
über eine ca. 12V/50mA Glühlampe an + und K (A1) an - einer 9V Batterie an.
Die Lampe bleibt aus. Verbindet man G über 180 Ohm mit + der Batterie, geht
die Lampe an und bleibt an, auch wenn man G wieder abtrennt oder mit -
verbindet. Sie geht erst aus, wenn die Lampe kurz abgeklemmt wird oder
(trickreicher) der TRIAC mit einem Taster (der eignet sich dann auch zum
Lampentest) überbrückt wird.
Beim TRIAC funktioniert das auch, wenn die Batterie verpolt wird, beim
Thyristor nicht.
NJFET sind meist selbstleitend, wenn also das Poti mit S verbunden ist
fliesst trotzdem Strom, teilweise bis 100mA, und mit der Schaltung kann man
keine negative Spannung erzeugen um den NJFET zu sperren, ebenso wie bei
N/P-Kanal Depletion MOSFETs. Hat man jedoch in Reihe zur Glühlampe ein
Milliamperemeter drin, kann man überprüfen, ob der Strom passt, wenn er
deutlich unter 100mA liegt, so bis zu 10 verändert die Glühlampe den Strom
nicht zu sehr, darüber wirkt die als Kurzschlusschutz. Dreht man das Poti
auf, fliesst mehr Strom, bis zu dem Moment an dem das Gate leitet, mehr als
0.5V sollte man also vermeiden.
> Wie schliesse ich einen TRIAC richtig an ?
A1 (auch MT1 genannt) ist der Bezugspunkt, sozusagen der Emitter. Ein
verkehrt eingebauter TRIAC (A1 und A2 vertauscht) geht kaputt und nimmt die
Schaltung mit. Die meisten TRIACs zünden in allen 4 Quadranten, also sowohl
wenn A2 (auch MT2 genannt) in Bezug zu A1 positiv als auch negativ ist und
sowohl wenn in G Strom nach A1 hineinfliesst als auch aus G herausfliesst.
Nur die moderneren 'snubberless' TRIACs zünden nicht in Quadrant IV. Da
manchmal statt dem Quadranten auch die Triggerart genannt wird, hier eine
Tabelle:
Quadrant A2 Gate Triggerart
I positiv gegenüber A1 positiv gegenüber A1 I+
II positiv gegenüber A1 negativ gegenüber A1 I-
III negativ gegenüber A1 negativ gegenüber A1 III-
IV negativ gegenüber A1 positiv gegenüber A1 III+
http://educypedia.karadimov.info/library/AN_3Q_TRIACS.pdf
F.13.2. SMD-Codes und Farbcodes
SMD codes für Halbleiter lassen sich hier finden:
http://www.ti.com/packaging/docs/partlookup.tsp (Texas Instruments/TI/National Semiconductors/NS/Burr Brown/BB marking suche)
https://www.fairchildsemi.com/get-help/top-mark-search (Fairchild SMD markings)
http://www.s-manuals.com/smd (Datenbank inkl. Datenblätter, anders als die üblichen Listen)
http://chip.tomsk.ru/chip/chipdoc.nsf
http://www.dl7avf.info/charts/smdcode/index.html
http://www.ecadata.de/suchneu/smdsuch.html
http://de.slideshare.net/kvas85/markirovka (auch osteuropäische)
Farbcodes wurden in der IEC 62 festgelegt, in der auch Bezeichnungen wie 3k3
oder 4n7 (damals noch in Grossbuchstaben) zu finden sind, heute DIN EN 60062,
Toleranzen in DIN 41429.
http://www.vishay.com/docs/20020/smdmark.pdf
http://en.wikibooks.org/wiki/Electronics/Component_Identification
http://www.ventronicsinc.com/images/smcolorchart.jpg
http://docs-europe.electrocomponents.com/webdocs/0da5/0900766b80da5538.pdf
http://my.execpc.com/~endlr/markings.html
http://www.token.com.tw/resistor/resistor-color-code.htm
Der erste Ring liegt oft näher am Rand als der letzte Ring, der letzte
Ring
ist oft abgesetzt von den anderen. Jeder kennt sie, aber kennt ihr auch
die ?
Kohlemassewiderstände (Gehäusefarbe meist phenolharzbraun, manchmal
lackbeige, an den Enden keine Kappen, wenn die Gehäusefarbe hellgrün ist
könnten es auch (Keramik-)Kondensatoren (im Glasrohr) sein)
induktionsarm und impulsbelastbar, aber deutlich höheres Stromrauschen
und
Wackelkontakt bei Alterung weil in ein Isolierstoffröhrchen gefüllt mit
Kohlegemisch die Anschlussdrähte nur eingepresst wurden bis der
Widerstandswert stimmte. Durch aufgenommene/abgegebene Feuchtigkeit kann
sich
der Widerstandswert um bis zu +/-15% verändern.
Kohleschichtwiderstände (beige oder rotbraun lackiert, an den Enden
erkennbare Kappen)
Die ersten beiden Farbringe sind die Ziffern, der dritte Farbring die
Anzahl
der Nullen, der vierte die Toleranz und der nur selten vorhandene fünfte
die
maximale Betriebsspannung.
Ring 1 2 3 4 5
schwarz 0 *1
braun 1 1 *10 100V
rot 2 2 *100 200V
orange 3 3 *1000 300V
gelb 4 4 *10000 5% 400V
grün 5 5 *100000 500V
blau 6 6 *1000000 600V
violett 7 7 *10000000 700V
grau 8 8 *100000000 800V
weiß 9 9
gold *0,1 5% 1000V
silber *0,01 10% 2000V
ohne 20% 500V
lachsfarben 20%
Ein schwarzer Ring: 0 Ohm Widerstand als Drahtbrücke
Drei weisse Ringe: Nicht 99GOhm sondern keine Verbindung, als Codierbrücke
Drahtwiderstände (oft grün glasiert, manchmal zementfarben oder unlackiert)
Hohe Induktivität aber geringes Rauschen, meist für niederohmige hochbelastbare
Widerstände verwendet und oft mit Ziffernaufdruck statt Farbringen, auch sehr
präzisse Widerstände sind verfügbar.
Metallschichtwiderstände (meist hellblaue Gehäusefarbe, selten beige oder rotbraun)
ab 47k geringeres Stromrauschen als Kohleschichtwiderstände. Je kleiner ein SMD
Widerstand ist, um so grösser ist die Current Noise Voltage Ratio.
http://www.vishay.com/docs/28700/mcx0x0xpre.pdf
Die ersten drei Farbringe sind die Ziffern, der vierte Farbring die Anzahl
der Nullen, der fünfte die Toleranz und der nur selten vorhandenen sechste
die Betriebsspannung.
Ring 1 2 3 4 5 6
schwarz 0 0 *1
braun 1 1 1 *10 1% 100V
rot 2 2 2 *100 2% 200V
orange 3 3 3 *1000 300V
gelb 4 4 4 *10000 5% 400V
grün 5 5 5 *100000 0,5% 500V
blau 6 6 6 *1000000 0,25% 600V
violett 7 7 7 *10000000 0,1% 700V
grau 8 8 8 *100000000 0,05% 800V (auch grau für 10% bei Hochspannungswiderständen HVR25/37/68 SVR52)
weiß 9 9 9
gold *0,1 5% 1000V
silber *0,01 10% 2000V
ohne 20% 500V
lachsfarben 20%
MMB Beyschlag macht noch gepunktete Ringe dazwischen:
http://www.vishay.com/docs/49617/mi0008.pdf
fusible resistor Sicherungswiderstand (jede Gehäusefarbe vertreten)
Sicherungswiderstände sind Kohleschicht-, Metallschicht- oder
Drahtwiderstände, die bei Überlastung definiert durchbrennen, normalerweise
bei 10-facher Überlast innerhalb von 1 Minute, und haben selten einen sonst
ungültigen schwarzen Ring als allerersten Ring oder häufiger einen schwarzen,
blauen, violetten oder weissen letzten Farbring und ein Ausrufungszeichen
auf der Platine.
+-- Allererster Ring schwarz ist auch ein
Sicherheitswiderstand, hat dann keinen 5. Ring mehr
|
Ring 1 2 3 4 5
schwarz 0 0 *1 Yaego NKN nichtinduktiv, Token
wirewound, SinLoon FR, MQEC FRN/FKN normal size grau, Sanyo Sannohm
RNF/RNFM , Vishay PR02-FS rotbraun http://www.vishay.com/docs/28915/pr02fs.pdf
braun 1 1 *10 TOKEN FKN grau
rot 2 2 *100
orange 3 3 *1000
gelb 4 4 *10000 5% http://www.ttelectronicsresistors.com/datasheets/EMC.pdf http://www.ttelectronicsresistors.com/datasheets/ULW.pdf
grün 5 5 *100000 Kamaye KMY safety resistor http://www.kamaya.co.jp/pdf_en/catalog-rc12.pdf
blau 6 6 *1000000 Vitrohm BWF "failsave", TT SPH/SPF flameproof http://www.mouser.com/ds/2/414/SPh-3418.pdf
violett 7 7 *10000000 Yaego PNP V grün, Vishay NFR25 grau http://www.vishay.com/docs/28737/nfr25.pdf
grau 8 8 *100000000
weiß 9 9 Token fusible, Vishay NRF25H grau http://www.vishay.com/docs/28737/nfr25.pdf TOKEN rotbraun, SinLoon FR wire wound http://www.yageo.com/documents/recent/Yageo%20LR_FKN_2013.pdf
gold *0,1 5% SinLoon FR, MQEC FRN/FKN small size rosa, Draloric LCA-NE flameproof beige
silber *0,01 10%
ohne 20%
lachsfarben 20%
Meßwiderstände (oft hellblaue Gehäusefarbe weil Metallschicht)
haben als sechten Ring eine Angabe des Temperaturkoeffizienten nach DIN41429
IEC 115-1-4.5.
schwarz 0 0 *1 250ppm oder 200ppm
braun 1 1 1 *10 1% 100ppm
rot 2 2 2 *100 2% 50ppm
orange 3 3 3 *1000 15ppm
gelb 4 4 4 *10000 5% 25ppm
grün 5 5 5 *100000 0,5% 20ppm oder 10oom
blau 6 6 6 *1000000 0,25% 10ppm oder 5ppm
violett 7 7 7 *10000000 0,1% 5ppm oder 1ppm
grau 8 8 8 *100000000 0,05% 1ppm
weiß 9 9 9
gold *0,1 5%
silber *0,01 10%
ohne 20%
Militärische Widerstände
Der 5. Ring kennzeichnet die prozentuale Ausfallwahrscheinlichkeit in 1000 Betriebstunden.
http://techsci.msun.edu/strizich/EET_110/Labs/Labs2-2and2-3.pdf
http://wps.prenhall.com/wps/media/objects/4045/4142137/Appendices/Hambley_EE_4e_App_B.pdf
oder ebenfalls fusible=solderable resistor Sicherungswiderstand
http://www.dscc.dla.mil/Downloads/MilSpec/Docs/MIL-PRF-22684/prf22684.pdf
Ein unterbrochener violetter Ring zwischen 1. und 2. Band kennzeichnet bei Beyschlag
MBA/SMA 0204 VG06, MBB/SMA 0207 VG06, MBE/SMA 0414 VG06 eine Ausfallwahrscheinlichkeit E7,
ein unterbrochener oranger Ring zwischen 4. und 5. Band einen Temperaturkoeffizint von 15ppm/K
http://images.vishay.com/books/VSE-DB0007-0805_Leaded%20Fixed%20Film%20Resistors_INTERACTIVE.pdf
ein zusätzlicher oranger Punkt vor dem 1. Band einen Draloric HMA0207
Anforderungen der US Militärs an (SMD) Dickfilmwiderstände mit Prüfmethoden:
http://www.dscc.dla.mil/Downloads/MilSpec/Docs/MIL-PRF-55342/prf55342.pdf
Normale SMD Widerstände werden mit 3 oder 4 Ziffern bedruckt. Bei denen steht
die letzte Ziffer als Multiplikator 1, 2, 3, ... Nullen bedeutet, bei 9 keine
Null, 8 bedeutet *0.1, und 7 bedeutet *0.01 . Widerstandswerte unter 10 Ohm
werden auch gerne mit einem R statt dem Komma aufgedruckt, oder gar mit einem
Punkt https://www.mikrocontroller.net/topic/376711
Drei-Zeichen-EIA96-Kodierung - Widerstands-Wertkennzeichnung (meist auf SMD)
mit 2 Ziffern und 1 Buchstaben. Diese Tabelle zeigt die ersten zwei Ziffern:
01=100 13=133 25=178 37=237 49=316 61=422 73 562 85 750
02=102 14=137 26=182 38=243 50=324 62=432 74 576 86 768
03=105 15=140 27=187 39=249 51=332 63=442 75 590 87 787
04=107 16=143 28=191 40=255 52=340 64=453 76 605 88 806
05=110 17=147 29=196 41=261 53=348 65=464 77 619 89 825
06=113 18=150 30=200 42=267 54=357 66=475 78 634 90 845
07=115 19=154 31=205 43=274 55=365 67=487 79 649 91 866
08=118 20=158 32=210 44=280 56=374 68=499 80 665 92 887
09=121 21=162 33=215 45=287 57=383 69=511 81 681 93 909
10=124 22=165 34=221 46=294 58=392 70=523 82 698 94 931
11=127 23=169 35=226 47=301 59=402 71=536 83 715 95 953
12=130 24=174 36=232 48=309 60=412 72=549 84 732 96 976
Der folgende Buchstabe ist ein Multiplikator:
Y (alt: S)=0.01 X (alt: R)=0.1 A=1 B=10 C=100 D=1000 E=10000 F=100000
NTC-Widerstände (Widerstandswert bei t=25°C) bei radialen: erster Ring bei
den Anschlüssen, letzter Ring an der Kappe.
schwarz 0 0 *1
braun 1 1 *10
rot 2 2 *100 2%
orange 3 3 *1000
gelb 4 4 *10000
grün 5 5 *100000
blau 6 6 *1000000
violett 7 7
grau 8 8
weiß 9 9
gold 5%
silber 10%
ohne 20%
VDR-Widerstände nach Valvo/Philips
http://www.rainers-elektronikpage.de/Tech_-Notes/COVDR.pdf
Stabförmige VDR 0,8 Watt, 1 Farbpunkt
Grün 470V 10% 10mA
Blau 560V 10% 10mA
Violett 680V 10% 10mA
Weiß 910V 10% 10mA
Grau 1200V 20% 10mA
Rot 1300V 10% 10mA
Gelb 300V 20% 1mA
Orange 425V 0,5mA
Scheibenförmige VDR, Körper beige, 3 Farbstreifen, Kappe zuerst:
7,5mm Durchmesser 0.5 Watt
Or-gn-rt 270V 20% 1mA
Or-ge-sw 82V 20% 1mA
12,5mm Durchmesser 0,8 Watt
Br-br-bl 8V 100mA
Br-br-gr 10V 10% 100mA
Br-rt-sw 12V 100mA
Rt-br-bl 8V 10mA
Rt-br-gr 10V 10mA
Rt-rt-sw 12V 20% 10mA
Rt-rt-rt 15V 10mA
Rt-rt-ge 18V 20% 10mA
Rt-rt-bl 22V 10mA
Rt-rt-gr 33V 10mA
Rt-or-rt 39V 20% 10mA
Rt-or-ge 47V 10mA
Rt-or-bl 56V 10mA
Rt-or-gr 68V 10mA
Or-or-bl 56V 1mA
Or-or-gr 68V 20% 1mA
Or-ge-rt 100V 10% 1mA
Or-ge-ge 120V 1mA
Or-ge-gr 180V 1mA
Or-gn-sw 220V 1mA
Or-gn-ge 330V 20% 1mA
Scheibenförmige 17,5mm Durchmesser 1 Watt
Or-ge-bl 150V 20% 1mA
Sw-br-bl 530V 0,6-1,25mA
Scheibenförmige 25mm Durchmesser 2 Watt
Sw-bl-gr
Scheibenförmige 40mm Durchmesser 3 Watt
> Farbcodes von Kondensatoren
(Toleranz absolut bei <10pF, relativ bei >=10pF)
schwarz 0 0 *1pF 20%
braun 1 1 *10pF 0,1pF/1% 100V
rot 2 2 *100pF 0,25pF/2% 200V
orange 3 3 *1nF 300V
gelb 4 4 *10nF 400V
grün 5 5 *100nF 0,5pF/5% 500V
blau 6 6 600V
violett 7 7 700V
grau 8 8 *0,01pF 800V
weiß 9 9 *0,1pF 1pF/10% 900V
gold 0,5pF/5% 1000V
silber 1pF/10% 2000V
ohne 20% 500V
Ist der erste Ring breiter, kann das ein Temperaturkoeffizient in ppm/GradC
sein, danach folgen die üblichen Codes von oben.
schwarz 0
braun -30
rot -80
orange -150
gelb -220
grün -330
blau -470
violett -750
grau +30
weiß +120..-750 (EIA) +500..-300 (JAN)
silber +100
http://www.tpub.com/neets/book2/3g.htm
> Ich habe hier einen Scheibenkondensator mit folgender Aufschrift: 241K
> Könnte mir jemand mal erklären, wie man diese Angaben entschlüsselt?
241 ist die Kapazität in pF, wobei die letzte Ziffer die Anzahl der Nullen
angibt, also 240pF. Also vergleichbar mit SMD-Widerstandsmarkierungen oder
den Widerstandsfarbringen. Da 240 entweder als 240pF oder 24pF verstanden
werden könnte, lässt man die 0 oft weg.
Kondensatoren im Nanofaradbereich haben ein n an Stelle des Dezimalpunktes,
2n7 sind also 2.7nF wenn sie nicht mit 2700p oder 272 beschriftet sind.
Grössere Folienkondensatoren werden mit Dezimalpunkt in uF gekennzeichnet,
.33K63 heisst also 0.33uF +/-10% 63V, .1 heisst 100nF und 1.5 eben 1.5uF.
Der Buchstabe ist nämlich die Toleranz:
A=Sondertoleranz, B=0,1pF, C=0,25pF, D=0,5pF/0.5%, E=0.25%, F=1pF/1%, G=2pF/2%,
H=2,5%, J=5%, K=10%, L=15%, M=20%, P=+100%/-0%, R=+30%/-20%, S=+50%/-20%,
W=+40%/-20% Z=+80%/-20%, X = GMV (was auch immer GMV heisst).
Ein zweiter Buchstabe kann die Spannungsfestigkeit nach DIN41930 angeben:
a=50V, (Kapazitätswert unterstrichen)=63V, (Kapazitätswert doppelt
unterstrichen)=100V, b=125V, c=160V, d=250V, e=350V, (keine Angabe)=400V,
f=500V, g=700V, h=1000V. Heute relevanter: Z=30V, Y=63V, ohne=100V, X=160V,
V=400V, U=630V so dass ein 2A104K ein 100nF 100V 10% Kondensator ist, oder
eine vorangestellte Kombination:
Thomson hat Folienkondensatoren "D332K" mit vorangestellten Buchstaben zur
Spannungsfestigkeit versehen D=250V, I=400V, J=550V, Q=600V, E=630V, A=700V,
B=800V, C=900V, K=1000V, L=1100V, P=1200V, U=1250V, M=1600V, N=2000V
https://www.mikrocontroller.net/attachment/301628/CSF-Film.png
Electronic Industries Alliance (EIA) – voltage code table mit 2 Zeichen:
0G=4.0VDC, 0L=5.5VDC, 0J=6.3VDC, 1A=10VDC, 1C=16VDC, 1E=25VDC, 1H=50VDC,
1J=63VDC, 1K=80VDC, 2A=100VDC, 2Q=110VDC, 2B=125VDC, 2C=160VDC, 2Z=180VDC,
2D=200VDC, 2P=220VDC, 2E=250VDC, 2F=315VDC, 2V=350VDC, 2G=400VDC, 2W=450VDC,
2H=500VDC, 2J=630VDC, 3A=1000VDC
http://kaizerpowerelectronics.dk/theory/capacitor-code-table/
Bei DDR Polyesterkondensatoren zeigt ein Farbfleck an der Seite die
Spannungsfestigkeit: blau 25V, gelb 63V, rot 160V, grün 250V, braun 400V,
schwarz 630V, orange 1000V, bei Styroflex ist eine Seite so eingefärbt.
Einige Polyesterkondensatoren sind z.B. mit UNL7W4P7 beschriftet und haben
keine 4p7 sondern 4u7 bei 750V: http://www.cde.com/catalogs/UNL.pdf
> Was heisst X7R oder Z5U ?
Die Mindest- und Maximaltemperatur und Abweichung dazwischen nach EIA 384:
Mindesttemperatur Z=+10 Y=-30 X=-55 GradC
Maximaltemperatur 2=+45 4=+65 5=+85 6=+105 7=+125 8=+150 9=+200 GradC
Abweichung A=1% B=1.5% C=2.2% D=3.3% E=4.7% F=7.5% P=10% R=15% S=22% T=+22/-33% U=+22/-56% V=+22/-82%
Z5U heisst also bis zu -56% Abweichung zwischen +10 und +85 GradC und
X7R sind 15% Abweichung zwischen -55 und +125 GradC, deutlich besser.
ppm/GradC: C=0 B=0.3 L=0.8 A=0.9 M=1 P=1.5 R=2.2 S=3.3 T=4.7 V=5.6 U=7.5
Multiplikator: o=-1 1=-10 w=-100 3=-1000 4=1 6=10 7=100 8=1000
Toleranz (-25..+85 GradC): G=+/-30, H=+/-60, J=+/-120, K=+/-250, L=+/-500, M=+/-1000, N=+/-2500
M7G=P100 C0G=NP0, B2G=N030, U1G=N075, P2G=N150, R2G=N220, S2H=N330, T2H=N470, U2J=N750, P3K=N1500, R3L=N2200
http://wiki.xtronics.com/index.php/Capacitor_Codes
http://my.execpc.com/~endlr/markings.html (Striche am Wert sagen welches Dielektrium)
axiale DDR Kunststofwickelkondensatoren erkennt man an der Transparenzfarbe
blau 25V~
gelb 63V
rot 160V
grün 250V
braun 400V
schwarz 630V
orange 1000V
KT Polyesterfolie
MKL metallisierter Lackkondensator
KS Polystyrol (Styroflex)
d dämpfungsarm
https://www.mikrocontroller.net/attachment/309371/C_FarbeSpannung.png
> Kleine Keramik-Scheibenkondensatoren tragen nur einen eine farbige Kappe
> und Buchstaben
Die Grundkörperfarbe sagt nach IEC und EIA aus welchem Material sie sind,
die farbige Kappe welche Temperaturabhängigkeit sie haben, der Buchstabe die
Kapazität, üblicherweise vertragen sie 100V
https://www.mikrocontroller.net/attachment/53055/KerKo_Farbcode.gif
Klasse 1B (Körper grau):
Schwarz (NP0 -55 to +125 GradC C0G) F=10pF G=12pF H=15pF S=20pF K=22pF L=27pF ohne=33pF
Braun N033
Rot N075
Orange (N150 -55 to +85 GradC P2G) J=180pF K=220pF, L=270pF M=330pF N=390oF A=470pF Q=560pF R=680pF
Gelb N220
Grün N330
Blau N470
Violett (N750 -55 to +85 GradC U2J) P=47pF Q=56pF S=82pF ohne=100pF 150pF
Grau N1500
Orange/orange (N1500 -55 to +125 GradC P3K) F=1nF ohne=1,5nF
Rot/violett (P100 -55 to +125 GradC M7G)
Klasse 2 (Z5U, Körper beige):
Rot: K700
Gelb: K2000 ab 680pF,
Blau: K5000 ab 6.8nF
Grün: K10000 ab 22nF
und N12 heisst 120pF und 2P2 heisst 2.2pF und 47µµF sind 47pF
> Auf einem SMD-Keramikkondensator steht S4. Was bedeutet das ?
Der Buchstabe steht nach EIA für die Kapazität in pF
A=1.0, B=1.1, C=1.2, D=1.3, E=1.5, F=1.6, G=1.8, H=2.0, J=2.2, K=2.4, a=2.5,
L=2.7, M=3.0, N=3.3, b=3.5, P=3.6, Q=3.9, d=4.0, R=4.3, S=4.7, f=5.0, T=5.1,
U=5.6, m=6.0, V=6.2, W=6.8, n=7.0, X=7.4, t=8.0, Y=8.2, y=9.0, Z=9.1
und die Ziffer gibt den Exponenten an. S4 ist also 47nF, eine 9 bezeichnet den
Exponenten -1 (also pF-Angabe mal 0.1). Ein vorangestellter weiterer Buchstabe
kennzeichnet den Hersteller. http://www.farnell.com/datasheets/1929483.pdf
> Auf einem SMD Elko steht 470 jFK 4k3 oder 22 VFC 4R2 oder 47 HFK 6V5,
> der hat wohl 470uF/22uF/47uF, aber welche Spannungsfestigkeit ?
Das wird ein Panasonic FK bzw. FC Elko sein, der Buchstabe vor FK/FC sagt:
g=4V, j=6.3V, A=10V, C=16V, E=25V, V=35V, H=50V, J=63V, K=80V, 2A=100V
Trifft auch für andere Elkoserien zu, wie TG, HA, HB, aber Serie S verwendet
Ziffern 4=4V, 6=6.3V, 10=10V, ....
> auf einem Elko steht 1MFD und 360WV, was sind das für Volt ?
WV steht für englisch Working Voltage, also nichts schlimmes.
Und mF, MF, MFD und mfd stehen alle für Mikrofarad, nicht Millifarad.
Von welchem Hersteller stammt ein Kondensator ?
http://capacitor.web.fc2.com/
> Sicherungen
http://highfields-arc.co.uk/constructors/info/fusecolours.htm
1 Punkt:
lachsfarben: 50mA
schwarz 60mA
gray 100mA
rot 150mA
braun 250mA
gelb 500mA
grün 750mA
blau 1A
hellblau 1.5A
lila 2A
weiss 3A
orange 7A
2 Punkte:
schwarz weiss 5A
orange schwarz 10A
orange grau 12A
orange grün 15A
orange lila 20A
orange weiss 25A
2 Ringe
Erster Ring
schmal rot 1A
schmal lila 1.25A
schmal orange 1.6A
schmal blau 2A
schmal gelb 2.5A
schmal schwarz 3.15A
schmal braun 4A
schmal weiss 5A
schmal grün 6.3A
breit rot 10A
breit lila 12.5A
breit orange 16A
breit blau 20A
breit gelb 25A
Zweiter Ring breit und näher am Ende
gelb superflink
rot flink
blau mittelträge
grün träge
schwarz superträge
3 Ringe
Erste beide Ringe schmal
rot rot 100mA
lila lila 125mA
orange orange 160mA
blau blau 200mA
gelb geld 250mA
schwarz schwarz 315mA
braun braun 400mA
weiss weiss 500mA
grün grün 630mA
grau grau 800mA
Dritter Ring breit abgesetzt und näher am Ende
gelb superflink
rot flink
blau mittelträge
grün träge
schwarz superträge
4 Ringe
Drei schmale Ringe
schwarz schwarz schwarz 32mA
braun braun braun 40mA
weiss weiss weiss 50mA
grün grün grün 63mA
grau grau grau 80mA
braun schwarz braun 100mA
braun blau braun 160mA
rot schwarz braun 200mA
rot grün braun 250mA
orange braun braun 315mA
gelb schwarz braun 400mA
grün schwarz braun 500mA
blau orange braun 630mA
grau schwarz braun 800mA
braun schwarz rot 1A
braun rot rot 1.25A
braun blau ror 1.6A
rot schwarz rot 2A
rot grün rot 2.5mA
gelb schwarz rot 4A
blau orange rot 6.3A
Vierter Ring breit abgesetzt und näher am Ende
gelb superflink
rot flink
blau mittelträge
grün träge
schwarz superträge
Sieht das Bauteil wie ein SMD Widerstand aus, aber 2.54mm x 1.27mm gross
und mit einem der Buchstaben LPQRSTUVWXY oder Ziffer 1 oder 2 beschriftet,
kann es eine http://www.ncc-matsuo.co.jp/pdf_e/kah.pdf Sicherung sein.
Manche 7.5 x 4.2mm SMD Sicherungen sind aber auch vernünftig beschriftet:
http://www.daitotusin.co.jp/contents/c_j/Daito_J.pdf/CMF.pdf
Die Buchstaben BCDEFXGHJKLNOPST könnten eine Sicherung von 0.125 bis 5A von
http://www.matronic.com/pdf/herstellerkataloge/littelfuse_katalog/Chapter10SurfaceMountFuses.pdf
sein, auch Doppelbuchstaben FB, FC, FD, FE, FF, FG, FH, FU, TF, TH, TK, TN,
TP oder 7 , .6 und .8 kommen von Littelfuse. Schurter nutzt neben diesen
http://www.schurter.de/var/schurter/storage/ilcatalogue/files/document/datasheet/de/pdf/typ_USF_1206.pdf
auch Kleinbuchstaben efghikmnprst
http://www.schurter.de/var/schurter/storage/ilcatalogue/files/document/datasheet/de/pdf/typ_USI_1206.pdf
und mm, nn, oo, pp, qq, rr, ss
http://www.schurter.de/var/schurter/storage/ilcatalogue/files/document/datasheet/de/pdf/typ_UST_1206.pdf
> Wie werden Spulen beschriftet
Wie Kohleschichtwiderstände in uH. Oder Induktivität in uH mit goldenem Ring
an Stelle des Kommas. Militärisch spezifizierte Spulen beginnen mit einem
breiten silbernen Ring, dann die 3 Widerstandsfarbringe, dann der
Toleranzring von 1%, 2%, 3% bis 4% (braun, rot, orange, gelb) zusätzlich zu
5%, 10% und 20%.
z.B. blau grau gold silber 68uH +/-10%
z.B. rot gold violett braun 2.7uH +/-1%
z.B. silber(breit) blau grau braun orange 680uH +/-3% mil
http://www.elektron-bbs.de/elektronik/farbcode/l.htm
Steht 3R3 auf der Spule, sind das keine 3.3 Ohm, sondern 3.3uH, 10R sind 10uH
und 331 sind 330uH
> Dioden
Im bedrahteten Glasgehäuse gibt es Farbringe als Ziffern von 1Nxxxx,
beginnend beim dicken Ring, der die Kathode kennzeichnet
z.B. weiss braun gelb = 1N914, gelb braun gelb grau = 1N4148
oder,
wenn sie mit rot oder seltener braun beginnt eventuell nach Pro Elektron
schwarz X 0 0
braun AA 1 1
rot BA 2 2
orange S 3 3
gelb T 4 4
grün V 5 5
blau W 6 6
violett 7 7
grau Y 8 8
weiß Z 9 9
z.B. rot blau violett grün = BAW75
Ein paar Farben für DO35/LL-34 Dioden von National Semiconductors
Diode 1. breiterer Ring 2. schmalerer Ring
FDLL456 BROWN WHITE
FDLL456A BROWN WHITE
FDLL457 RED BLACK
FDLL457A RED BLACK
FDLL458 RED BROWN
FDLL458A RED BROWN
FDLL459 RED RED
FDLL459A RED RED
und bei Melf/MiniMelf/LL-34 von anderen Herstellern
Black MiniMelf Vishay General Purpose
Black MELF Vishay Zeneer
Black BAS32, BAS45, BAV105, LL4148, LL4150, LL4151, LL4153, LL4448, BB241, BB249, BAT42, BAT43
Black Brown LL4148, LL914
Black Orange LL4150, BB219
Brown Green LL300
Brown Black LL4448
Red BA682
Red Orange BA683
Red Green BA423L
Red White LL600
Orange Yellow LL3595
Yellow BZV55,BZV80,BZV81 series zeners
Yellow Mini Melf Vishay Switching
Green BAV105, BB240
Green MiniMelf Vishay Schottky
Green MELF Vishay Schottky
Green Black BAV100
Green Brown BAV101
Green Red BAV102
Green Orange BAV103
Blue MiniMelf Vishay Zener
Grey BAS81, 82, 83, 85, 86
White BB219
White Green BB215
und von anderen Herstellern
http://www.marsport.org.uk/smd/sod80.htm
http://www.datasheetarchive.com/dl/Datasheet-023/DSA00398557.pdf (Rohm RLZ Zener Diode 3 Ringe letzter grün)
https://4donline.ihs.com/images/VipMasterIC/IC/NECE/NECED061/NECED061-633.pdf?hkey=EF798316E3902B6ED9A73243A3159BB0 (NEC Z-Dioden 3 Ringe auf LL34)
Ring 1 breit 1er Ring 2 1/10er Ring 3 braun, rot, orange für B1 B2 B3 Toleranz
Ring 1 breit 10er Ring 2 1er Ring 3 blau violett grau weiss für B1 B2 B3 B4 Toleranz
http://www.datasheetarchive.com/dl/Scans-063/DSA2IH00127159.pdf (Renesas RD2.0L..RD39L Z-Dioden in LL-34, 3 Farbringe)
RLZ3.6B Black Purple Green
RLZ12B Red Black Green
RLZ3.9B Black Gray Green
RLZ13B Red Brown Green
RLZ4.3B Brown White Green
RLZ15B Red Red Green
RLZ4.7B Brown Black Green
RLZ16B Red Orange Green
RLZ5.1B Brown Brown Green
RLZ18B Red Yellow Green
RLZ5.6B Brown Red Green
RLZ20B Red Green Green
RLZ6.2B Brown Orange Green
RLZ22B Red Blue Green
RLZ6.8B Brown Yellow Green
RLZ24B Red Purple Green
RLZ7.5B Brown Green Green
RLZ27B Red Gray Green
RLZ8.2B Brown Blue Green
RLZ30B Red White Green
RLZ9.1B Black Purple Green
RLZ33B Orange Black Green
RLZ10B Black Gray Green
RLZ36B Orange Brown Green
RLZ11B Black White Green
RLZ39B Orange Red Green
bei SMD Gehäusen hat Vishay seine eigene Codierung
http://www.vishay.com/docs/88912/diodesgroupbodymarking.pdf
und
1. Ring
weiss BYM10 series
weiss GL41 series
rot BYM11 series
rot RGL41 series
grün BYM12 series
grün EGL41 series
2. Ring
grau 50V
rot 100V
orange 200V
gelb 400V
grün 600V
blau 800V
violett 1000V
weiss 1200V
braun 1600V
1. Ring
orange BYM13 series
orange SGL41 series
2. Ring
grau 20V
rot 30V
orange 40V
gelb 50V
grün 60V
1. Ring
blau TGL41 series
rot ZGL41 series
und in MINIMELF DO-213AA GL34
1. Ring
weiss BYM07 series
weiss GL34 series
rot RGL43 series
grün EGL43 series
2. Ring
grau 50V
rot 100V
pink 150V
orange 200V
braucn 300V
gelb 400V
grün 600V
blau 800V
und Tektronix versucht es so:
1. Ring
blau oder violett = Tektronix
2. bis 4. Ring = xxx in 152-0xxx-00 Typennummer
ITT ZTE Stabilisierungsdioden
ZTE1.4 und ZTE2: cathode ring zum negativen Spannungsanschluss (weil es 2 oder 3 normale Siliziumdioden in Reihe sind)
ZTE2.4 - ZTE5.1: anode ring zum negativen Spannungnsanschluss (weil es Zenerdioden sind)
Stabistoren (Dioden in Leitrichtung, meist bei 10mA spezifiziert)
0.7V 1N816 1N3896 BZ102/0V7 G129 G130 ST22 ST23 ST37 STB-1 BZX62 MD1 PLE0,7 BZY83/D1 BZY85/D1 (5mA)
1.4V AP3897 BZ102/1V4 BZX75C1V4 ST38 STB-2 AP2361 APD-200 APD4156 MD2 ESM369-1,5V PLE1,5
2.1V AP3898 AP4829 BZ102/2V1 BZX75C2V1 APD-300 APD4157 ESM369-2V MD3 PLE2
2.8V AP4830 BZ102/2V8 BZX75C2V8 ST39 STB-4 APD-400 APD5179 MD4
3.5V BZ102/3V4 BZX75C3V6 ST41
F.13.3. linear oder logarithmisch ?
Bei Potis verwenden manche statt lin und log einen angehängten Kennbuchstaben
A oder B, wobei nicht standardisiert ist, was A oder B bedeutet, also muss
man nachmessen, ob das Poti bei halber Stellung halben Widerstandswert hat
oder eben nicht. Japanisch eher A = log und B = lin, europäisch eher A = lin
und B = log, in älteren Produkten findet man auch gelegentlich A = lin taper,
C = log. for audio taper, F = antilog taper. Habe auch M- bzw. S-Type
gefunden.
F.14. Kondensatoren
Von: Ing. Franz Glaser 1999
> Wie hart ist die Grenze der Spannungsfestigkeit von Becherelkos ?
> Ich habe unlängst eine Schaltung gesehen, in der ein
> 2x45V-Trafo-Netzteil mit zwei 63V-Elkos versehen war. Wenn man es
> genau nimmte wäre das eine Leerlaufspg. (beim Nennwert der Netzspg.)
> von (90*sqrt(2)-2)/2=62.6V an den Elkos und das würde ich hinsichtlich
> der Toleranz der Netzspannung als reichlich knapp dimensioniert
> bezeichnen.
Das ist einfach eine Frage der Lebensdauer der Elkos. Die Grenze ist ja nicht
eine harte Kante, sondern ab der Nennspannung gibt es zunehmend Durchschläge,
die allerdings selbstheilend sind.
Meine Erfahrung zeigt, dass das nicht so schlimm ist, wenn der Elko nicht auf
hoher Temperatur betrieben wird, z.B. mit hohem Ripplestrom. Und es kommt auch
auf das Fabrikat an. Ein guter Industrie-Elko verträgt viel mehr Spannung als
aufgestempelt ist unter normalen Umgebungsbedingungen. Das lässt sich ungefähr
mit dem Verhältnis Volumen (mechanisch) zu Coulomb ausdrücken.
Ich habe vor vielen Jahren einen Siemens Elko der professionellen Baureihe mit
einem halb so voluminösen einer anderen Firma in diesem Zusammenhang
verglichen. Der 40V-Elko von Siemens gab die ersten hörbaren Knacker bei über
80V von sich, der andere bei 46V. Beide waren 470uF / 40V.
An den Elkos erkennt man übrigens sehr schnell, wes Geistes Kind der
Hersteller / Entwickler ist!
Elkos lassen sich behutsam hochformieren. Das heisst, dass man sie zu etwas
höheren Spannungen hin "erziehen" kann, wenn man die Spannung eine Zeitlang
über einen Widerstand anlegt. Aber ich habe einfach vergessen, wie der
dimensioniert sein soll :-)) Sie verlieren dabei aber entsprechend an
Kapazität.
Von: U. B. (pasewalker) 9.2.2015
Elkos vertragen zum Teil 2 Volt 'falsch herum', steht gelegentlich im
Datenblatt:
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/400000-424999/422819-da-01-en-Kondensatoren.pdf
http://www.mouser.com/pdfDocs/UCC_ElectrolyticCapacitorTechnicalNotes.pdf (und hier 0.5V)
Von: MaWin 7.11.2000
http://www.cde.com/life-temperature-calculators/screw-terminal-applet/ (Elkolebensdauerberechnung)
http://www.mikrocontroller.net/attachment/190869/Whitepaper_-_Dauerhaft_zuverlaessige_Entstoerung_mit_X-_und_ (X2 MKP Kondensator Lebensdauer)
http://www.mikrocontroller.net/topic/230611#2329091 (Diagramm im Datenblatt des CD287 von Jianghai)
http://www.elektronikinfo.de/strom/kondensatortypen.htm
http://www.epcos.de/web/generator/Web/Sections/ProductCatalog/Capacitors/AluminumElectrolytic/PDF/PDF__GeneralTechnicalInformation,property=Data__nn.pdf;/PDF_GeneralTechnicalInformation.pdf
http://www.kemet.com/ (Kemet
Spice Simulation Software Modeling the frequency behavior of aluminum,
ceramic, and tantalum, surface mount capacitors manufactured by KEMET
Electronics)
http://stephan.win31.de/capdist.htm (Übersicht Kondensatoren in Audioanwendungen)
http://www.mouser.com/ds/2/88/FCA-12870.pdf
(FCA Kondensatoren SMD 0.1uF-1uF/16V mit THD und ERS Diagramm, auch als
Schaltnetzteilsiebkondensator benutzbar aber dort nicht besser als
MLCC)
http://waltjung.org/PDFs/Picking_Capacitors_1.pdf
http://waltjung.org/PDFs/Picking_Capacitors_2.pdf
http://conradhoffman.com/cap_measurements_100606.html
http://www.waynekirkwood.com/Images/pdf/Cyril_Bateman/Bateman_Notes_Cap_Sound_1.pdf (capacitor sound electronics world)
http://www.waynekirkwood.com/Images/pdf/Cyril_Bateman/Bateman_Notes_Cap_Sound_2.pdf
http://www.waynekirkwood.com/Images/pdf/Cyril_Bateman/Bateman_Notes_Cap_Sound_3.pdf
http://www.waynekirkwood.com/Images/pdf/Cyril_Bateman/Bateman_Notes_Cap_Sound_4.pdf
http://www.waynekirkwood.com/Images/pdf/Cyril_Bateman/Bateman_Notes_Cap_Sound_5.pdf
http://www.waynekirkwood.com/Images/pdf/Cyril_Bateman/Bateman_Notes_Cap_Sound_6.pdf
http://psykok.dyndns.org/diy/UP/Youpi/PCBs/Capas/EW-WW_CapsSound_Part1.pdf (und hier als scan)
http://psykok.dyndns.org/diy/UP/Youpi/PCBs/Capas/EW-WW_CapsSound_Part2.pdf
http://psykok.dyndns.org/diy/UP/Youpi/PCBs/Capas/EW-WW_CapsSound_Part3.pdf
http://psykok.dyndns.org/diy/UP/Youpi/PCBs/Capas/EW-WW_CapsSound_Part4.pdf
http://psykok.dyndns.org/diy/UP/Youpi/PCBs/Capas/EW-WW_CapsSound_Part5.pdf
http://psykok.dyndns.org/diy/UP/Youpi/PCBs/Capas/EW-WW_CapsSound_Part6.pdf
http://www.humblehomemadehifi.com/Cap.html (und hier gequirlte Scheisse)
http://www.aikenamps.com/ResistorNoise.htm (und für Widerstände)
Beim Einsatz von Elkos sollte man sich noch Gedanken machen, WELCHE Elkos
man verwendet. Siehe "power supply noise reduction and filtering" in
"mixed-signal and DSP design techniques" section 10 von
http://www.analog.com/ "Training and Events"
Vergleichsliste Aluminium-Elektrolytkondensatoren, nur um mal zu zeigen wie
viele verschiedene es gibt, die alle gleich aussehen:
Hersteller Elna Illinois Mallory Marcon Nichicon Panasonic Richey Rubycon Sanyo Tecate TF UCC
Chip Electrolytics WX CD50
General Purpose, Axial-Leaded TTA TC/TCG/ TVX SU MDI 701 SME-T, 53D
Low Leakage, Axial-Leaded TLS Z MDIL 714
Hi Temp/-40+105 C. TCX HFA 715E KME-T
Low ESR/-55+105 C. HF, HFS, NHE PZA
Non-Polar, Axial-Leaded SU-NP NA
Non-Polar SU-NP MDIN
NP Speaker Crossover Y MDIN(L)
NP Speaker Crossover Y NA(L) TN
General Purpose RE2 CKR SKR CESEM UVX SU LC TWSS, YK 711 SME-VB
Low Profile RC RSS UVS LP 730 SRG
Hi Temp/-40+105C RJ4 RMR TKR CEUSM UVZ NHE HFR SSP, YXA 725E CD26L KME-VB
Super Miniature RC2 PUM SSR CESSM USA, USL KA SM MS7 724S CD11CX SRAC
Hi Temp SM RC2S PGM CEASM RZ HSM MH7 724SE KMA
Low Leak RB(LL) RLR CE04W-MD KL Z LCL TWL 724E LLA
Three-leaded LC RP2 LCT
Low ESR/-55+105 C. RSE RZM VPR CESFM UPR HFQ PZ TRZ LXF
Low ESR/Hi Rip/Hi Frequency RSH RZS WGR UPL HF/HFU PZ(L)
Non-polar RBP2 BPS CEBPM UVP Bi-Polar SU NC NW RNB CD71 SME-BP
7mm Non-Polarized NS CD71C
NP Speaker Crossover UKZ NC(L) BIW
TV Deflection NC(TV) RNH CDSH KSA-BP
Standard LH2 LBA LPW CEAWF LQ TS TR USP LG SMH
Hi Temp/-40+105° C. LP3J LMU LP CEAUF GQ TRH MXR LGE CD294 KMH
Computer Grade CGS NR CT LSQ CD13N
Es lohnt also, sich auch mal Datenblätter von so profanem Zeugs wie Elkos
anzusehen, z.B. bei Panasonic oder Rubycon
http://www.rubycon.co.jp/de/notes/index.html
http://www.arktwn.com.tw/table.htm
http://www.wincap.com.my/ (auch bipolare Elkos mit 105 GradC)
Elektronenmikroskopaufnahmen einer weggeätzten Elko-Alufolie (nur die
Oxidschicht bleibt übrig):
http://www.cde.com/tech/strobe.pdf
http://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/RDE0000/DME0000COL8.pdf (auch Aufnahmen und weitere Hinweise)
Elkos ohne Spannung gelagert sollten nach spätestens 2-3 Jahren neu formiert
werden, auch wenn man also korrodierte Anschlussdrähte umgangen hat durch
fertig verlötete Platinen verbietet sich eine Ersatzteillagerhaltung über 10
Jahre.
http://industrial.panasonic.com/cdbs/www-data/pdf/RDE0000/DME0000COL8.pdf (2 Jahre)
http://de.tdk.eu/blob/185386/download/5/pdf-generaltechnicalinformation.pdf (2 Jahre, 15 Jahre für SIKOREL)
http://www.datasheet.support/datasheets/epcos/B43793A1476Q000.pdf (15 Jahre für SIKOREL B41607 bei maximal 40 GradC, manche nur 10 Jahre)
http://www.kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/235/F3304.pdf (einige Serien unter 40 GradC bis 10 Jahre)
https://www.digikey.com/Web%20Export/Supplier%20Content/CDE_338/PDF/CDE_CapCapability.pdf?redirected=1 (obwohl nur 500h shelf life garantiert sollen Cornell-Dubilier MLP/MLS 50 Jahre halten)
http://images.vishay.com/books/VSE-DB0030-1112_Wet%20Tantalum%20Capacitors_INTERACTIVE.pdf (wet tantalum wie Vishay 109D CL64/65 M3964/3965 769D halten mehr als 10 Jahre, CH2 sogar 20 Jahre)
Und auch in Betrieb sind Elkos lebensdauerbegrenzt: Beispiele zur Haltbarkeit
bei Maximaltemperatur (Verdopplung alle 10 GradC weniger):
Rubycon LLE: 105 GradC, 12000-20000h
Kemet ALS30: 85 GradC, 20000h http://www.kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/389/KEM_A4031_ALS30_31.pdf
Kemet ALC10: 85 GradC, 18000h http://www.kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/387/KEM_A4020_ALC10.pdf
Rubycon ZLH: 105 GradC, 6000-10000h
Kemet ALC40: 105 GradC, je nach Durchmesser bis 9000h http://www.kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/395/KEM_A4026_ALC40.pdf
Kemet ALS40: 105 GradC, je nach Durchmesser bis 9000h oder 15000h http://www.kemet.com/Lists/ProductCatalog/Attachments/386/KEM_A4036_ALS40_41.pdf (shelf life bis 40 GradC: 30000h)
http://www.faradnet.com/deeley/book_toc.htm
http://www.arcotronics.com/ aec_gen_info.pdf (Elko Grundlagenerklärung)
> Lebensdauer nach Temperatur und Ripplestrom
Die Lebensdauer bei Höchsttemperatur, z.B. 1000 Stunden bei 85 GradC, gilt
für den zulässigen Ripplestrom. Ist die Umgebungstemperatur geringer, darf
der Ripplestrom höher sein. Ist die Frequenz höher, darf der Ripplestrom
ebenfalls höher sein.
http://www.mouser.com/ds/2/88/CG-23208.pdf
Es gibt
1. die Aluminiumfolienelkos
Haben hohe Toleranzen und trocknen mit der Zeit aus. Isolator ist Aluminumoxid
mit Dielektrizitätskonstante von ca. 7 und einer Durchschlagspannung von
800000V/mm. Die Kapazitäten werden mit Gleichspannung (G-Kapazität) oder 100Hz
Wechselspannung (W-Kapazität, ca. 1.1 bis 1.5 kleiner), gemessen. Elkos die
nur für Zeitgeber gedacht sind haben also die G-Kapazität aufgedruckt, andere
Elkos die W-Kapazität. Bei tiefen Temperaturen (z.B. -40 Grad) haben Elkos
insbesondere bei hoher Frequenz (z.B. 16kHz) eine wesentlich grössere Impedanz
(*100) als bei hohen Temperaturen, z.B. 85 Grad. Hochvolttypen, die lange
gelagert wurden, sollte man vor der ersten Verwendung vorsichtig formieren,
d.h. über einen Widerstand an Formierungsspannung (meist 1.5 * Nennspannung)
legen, damit er sich langsam in ein paar Sekunden aufladen kann, und dann noch
eine Zeit dranlassen. Vor dem Abklemmen entladen! Sonst gibt's einen gewischt.
https://www.mikrocontroller.net/attachment/265701/Auszug_SINAMICS_G110.pdf
Es gibt verschiedene Typen:
1.1. die normalen 'Elko rauh'
Nimmt man, solange nichts besseres notwendig ist. Sind verhältnismässig
klein in der Bauform. 'Schaltfest' sind heute eigentlich alle, d.h. sie dürfen
durch einen Kurzschluss entladen werden ohne das sie dabei gleich sterben.
Aber dennoch sollte man z.B. für Blitzgeräte passende Elkos verwenden, auch
in dicken 50Hz Netzteilen lohnt sich ein 'besserer' Elko zur Siebung oder die
Parallelschaltung mehrerer Elkos. Denn wenn man den Wechselstrom durch
einen Elko mit dessen ESR-Widerstand betrachtet, so führt die entstehende
Verlustleistung von I*I*R zu einer Erwärmung des Elkos von innen, und so
was verkürzt die Lebensdauer ungemein.
1.2. glatte Elkos
Sind für ganz spezielle Anwendungsfälle im Audiobereich geeignet, da sich die
Kapazität mit steigender Frequenz nicht so ändert wie das bei den 'rauhen'
Elkos der Fall ist. Allerdings passt es bei vielen Audioanwendungen, wie bei
Koppelkondensatoren, eher, wenn die Kapazität mit steigender Frequenz sinkt.
Die 'Audio-Caps' z.B. von Elna sind nicht wirklich glatt, sondern nur nicht so
rauh. Reichelt hat Visaton Spezial als glatte Elkos. Ich habe hier noch einen
alten Glattelko von 15000uF/16V in der Grösse einer Bierdose.
http://www.ftcap.de/tl_files/ftcap/datenblaetter/elektrolyt/ATBIG%202012.pdf
1.3. low ESR Elkos
Haben einen geringen Innenwiderstand und möglichst geringe parasitäre
Induktivität. Gut zur Filterung von Schaltreglern geeignet. (Klassischerweise
gilt: Je mehr Volumen ein Elko bei ansonsten gleichen Daten hat, je geringer
ist sein ESR. Widersteht der Elko mehr Spannung als nötig, hat er auch mehr
Volumen. Die Parallelschaltung von 2 Elkos ist nur ganz wenig besser als
einer mit doppelter Kapazität, aber montagetechnisch oft günstig). LowESR
wird bei hohem Ripplestrom benötigt, damit dieser am Innenwiderstand
möglichst nicht zu mehr als 20 K Temperaturerhöhung im Inneren des Elkos
führt. Besonders niederohmig sind organische Elektrolyte wie in OS-CON und
Poscap. http://www.saga-sanyo.co.jp/oscon/cgi-bin/e_sizecode.cgi?id=SEPC
und http://www.apaq.com.tw/images/Product/4136667498_SE.pdf halten hohe
Ströme aus.
1.4. 105 GradC Elkos
Das sind die 'länger haltbaren' Elkos. Sie sind notwendig, wenn sich der Elko
durch hohe Rippleströme und deren ohmsche Verluste zwangsweise stärker
erwärmt, wie es in Schaltreglern der Fall ist. Die Gradangaben sind ziemlich
übertrieben, ein 85 GradC Elko hält nur 1000 bis 5000 Stunden bei dieser
Temperatur durch, ein 105 GradC Elko ebensowenig bei seiner Temperatur,
aber laut Arrhenius wird pro 10 K geringerer Temperatur die Lebensdauer
verdoppelt, also Elkos immer schön kühl halten und nicht direkt neben
Kühlkörpern plazieren. Noch länger halten OsCon oder Rubycon RX30 (130 GradC).
1.5. bipolare Elkos
Bestehen aus 2 gegeneinander verpolten Elkos doppelter Kapazität in Reihe.
Oft in Tonfrequenzweichen verwendet, obwohl man die Dinger eigentlich meiden
sollte. Denn an der inneren Verbindung sollte sich ja /eigentlich/ eine
Spannung einstellen, die grösser (oder kleiner, je nach Polung) ist als die
Spannung an jedem einzelnen Anschluss, sonst wäre ja ein Elko verpolt.
Allerdings arbeitet der endliche Widerstand des Dielektrikums
(Spannungsteiler) dagegen an und es funktioniert nur, weil gelegentlich
einer der beiden durchschlägt. Hat man eine Spannung, die nie positiver
(oder nie negativer) ist, als beide Elkoanschlüsse (des benötigten bipolaren
Elkos), baut man lieber 2 normale Elkos in Reihe und legt die Verbindungsstelle
mit einem hochohmigen Widerstand an die Spannung.
1.6. Blitzelkos
Sind extra für die gelegentliche starke Entladung ausgelegt und sauklein.
Normale Elkos passen als Ersatz nicht rein, Blitzelkos gibt es aber kaum bei
den Versendern.
http://www.ftcap.de/tl_files/ftcap/datenblaetter/elektrolyt/LFH2012.pdf
2. Tantalelkos
Gesintertes Tantal mit trockenem Mangandioxid als Elektrolyt und
Tantalpentoxid mit Dielektrizitätskonstante 30 als Isolator. Wegen ihrem
geringem Reststrom gut für Langzeitgeber geeignet, haben aber hohe Toleranz.
Werden gerne bei SMD verarbeitet, als Entkoppelkondensatoren. Vertragen
aber keine hohen Ladeströme, z.B. das direkte Anlegen der Nennspannung über
einen Schalter. Daher nicht geeignet in Schaltreglern zur Siebung, dabei
explodieren sie gerne. Man sollte die Spannungsfestigkeit bei Tantal immer
deutlich (*2..*4) höher wählen, damit die Dinger ausreichend zuverlässig
werden. Tantalelkos trocken nicht aus, halten aber auch nicht ewig. Eine ganze
Platine voller 20 Jahre alten Tantalperlen ist mir beim ersten Anlegen der
Betriebsspannung einfach explodiert, also lösen die sich auch innerlich
irgendwie auf und halten nur 80 GradC aus.
3. Doppelschichtkondensatoren (Goldcaps, UltraCaps)
Bestehen nicht aus Gold, sondern haben ihre hohe Kapazität im Faradbreich
weil sich auf den beiden Kohlenstoffelektroden in schwefeliger Säure jeweils
eine superdünne Isolierschicht bildet, die leider nur 2.3V aushält (höhere
Spannung nur durch interne Reihenschaltung). Haben aber auch einen relativ
hohen Innenwiderstand. Bessere SuperCaps sind Alufolienwickel mit
Graphitlagen dazwischen. Sind als Ersatz für Akkus zur Pufferung von
CMOS-RAM zu verwenden, weil sie keine besondere Ladeschaltung benötigen.
Reparaturbetriebe berichten aber, das sie nicht zuverlässiger als Akkus sind.
Siehe auch: http://www.abcde.de/solaruhren_ersatzteile_citizen.html (nicht
die einzigen Lieferanten für MT Lithium Titanium Akkus in Deutschland).
Mehr Strom können die Ultracaps von http://www.maxwell.com/ultracapacitors/
Nicht mehr erhältlich sind 2700F/2.3V und 470F/13.8V von http://www.epcos.com/
. Bei Panasonic SD zeigt die Spitze der Dreiecke auf den Minuspol.
3.1. Sharp MD1B2/MD2B2A Memoriode
Ist ein hochkapazitiver Kondensator 1984 von Sharp tauglich bis +/-0.12V,
extrem geringe Selbstentladung, verwendet in Akkuladern (-DeltaU),
Dosimetern, Temperaturreglern als Integratorbauelement, also der noch nicht
so spannungsfeste Vorläufer des Doppelschichtkondensators.
3.2. Lithium-Ionen Kondensatoren
ähneln Lithium-Ionen Akkus, dürfen z.B. nicht unter 2.2V entladen werden,
und vereinen die Nachteile von Doppelschichtkondensatoren und LiIoN Akkus.
http://www.yuden.co.jp/ut/product/category/energy_device/list47#!c:47
4. Folienkondensatoren
Gelten als stabil und zuverlässig, gerne verwendet in Filterschaltungen und
Schwingkreisen, und als belastbare Motorkondensatoren. Es gibt
unterschiedliche Dielektrika für verschiedene Anwendungen.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0026271411004768 (Lebensdauer von Folienkondensatoren)
Ölpapier (MP) für Motorkondensatoren.
Polyester haben eine Kapazitätsabhängikeit von der Frequenz, bei 20kHz
gegenüber 1kHz kannd der Abfall immerhin 1,5% betragen. Wenn das stört,
nimmt man besser Polypropylen oder Styroflex.
Für höhere Ansprüche an die Zuverlässigkeit, weil Ausfälle tödlich sein
könnten, gibt es Kondensatorklassen (EN60950):
X2: Verwendung zwischen 230V Phase und Null (Kurzschluss löst Sicherung aus, 2.5kV Test)
X1: Zwischen 400V Drehstromphasen (Kurzschluss löst Sicherung aus, 4kV Test)
Y2: Zwischen 230V Phase und berührbaren aber geerdeten Geräteteilen (Kurzschluss tödlich wenn Erdung defekt, 5kV Test)
Y1: Verwendung zwischen Phase und berührbar nicht geerdeten Geräteteilen (Kurzschluss wäre tödlich, 8kV Test, 2 * X1 in Reihe)
http://www.vishay.com/docs/26529/gentecin.pdf
Formal gibt es eine DIN zur Kennzeichnung von Folienkondensatoren:
DIN Code :
F = Metallfolie -----------|
M = metallbedampft ------- M K S
K = Plastik ----------------------| |
Dielektrikum ------------------------|
S = Polystyrol (MKS = MKY)
P = Polypropylen (MKP)
C = Polycarbonat (MKC = MKM)
T = Polyethereftalate (MKT = MKH)
U = Zelluloid (MKU = MKL)
Real:
Epcos Vishay MKT metallisierte Polyester
Epcos Vishay MKP " Polypropylene
Vishay MKC " Polycarbonat
http://www.wima.de hat für Polyester geringfügig andere Bezeichnung:
Polyester : MKS FKS
Polypropylen : MKP FKP
Polycarbonat : MKC FKC
WIMA MKS2 metallisierte Polyester miniaturisiert
WIMA MKS4 " " für erhöhte Anforderungen, grösser
5. Keramikkondensatoren
altern auch, insbesondere Y5V erheblich
http://www.zvei.org/Publikationen/Lagerfaehigkeit-Bauelemente-Baugruppen-Geraete.pdf
Besonders die höherkapazitiven neigen zu Ausfällen per Kurzschluss, dagegen kann
man 2 in Reihe schalten, und noch auf der Platine orthogonal zueinander anordnen,
dann wird bei einem Ausfall nicht gleich die Stromversorgung kurzgeschlossen.
> Ich suche engtolerierte und temperaturstabile Kondensatoren
Im KFZ Bereich sollte man besser automotive Keramikkondensatoren wie Flexiterm
von AVX einsetzen, mit X8R halten die auch höhere Temperaturen aus.
C0G (temperaturstabile Keramik +/-30ppm), Glimmer (Mica): 0..+70 ppm,
Polycarbonat, Polystyrol (Styroflex): -50..-250 ppm, Polysulfon
http://info.tactnet.co.jp/cgi-bin/soshin/eprodetl.cgi?pf=0401&pm=0401&pn=UC55
http://www.national.com/rap/Application/0,1570,28,00.html
HF-Kondensatoren geringer Toleranz und hoher Güte
Accu-P von Kyocera/AVX
gespeicherte Energie in Kondensatoren hängt quadratisch von der Spannung ab:
W [Joule] = 0.5 * C [Farad] * U [V] ^ 2
und führt zum Kondensatorproblem: http://www.hcrs.at/KOND.HTM
Von: Christian Almeder 1999
> Wie testet man, ob son Ding noch in Ordnung ist ? Mit ´nem Standard-
> Multimeter mit Kapazitätsmessung bis 20uF, das dann ca. 11uF anzeigt wohl
> eher nicht ;)
Oje, wenns 11uF angezeigt hat, geht er wahrscheinlich nicht mehr...
Trotzdem eine Methode:
Auf eine bekannte Spannung U aufladen (ein paar Volt reichen, aber
Nennspannung wäre gut zum Testen der Spannungsfestigkeit), einen Widerstand
R anschliessen und tau stoppen (die Zeit, bis nur noch 37% der Spannung
anliegen). tau ist die sog. Zeitkonstante: Mit u=U*e^(-t/tau) und tau=R*C
ist dann C=(-t/ln(u/U))/R=tau/R Ich würde ca. 10s messen wollen, 30uF also
mit R=tau/C=10s/30uF=ca. 330k Ohm
Kapazitätsmessgerät / Induktivitätsmessgerät:
http://www.engcyclopedia.de/lcmeter.html
http://ironbark.bendigo.latrobe.edu.au/~rice/lc/
http://nov55.com/cap/cap1.htm
http://elm-chan.org/works/cmc/report.html
http://www.klausrohwer.de/privat/hobbies/elektro/cmess/index.htm
http://xavier.fenard.free.fr/LCMeter.htm
http://www.aade.com/lcm2binst/LC2Binst.htm http://my.integritynet.com.au/purdic/lc-meter-project.htm http://www.aade.com/lcmeter.htm
http://www.circuitcellar.com/library/print/0605/Popov179/index.htm
http://www.hw.cz/constrc/lc_metr/lc_metr_2051.html
http://www.pic101.com/mcgahee/cmeter.zip
http://www.talkingelectronics.com/html/CapMeter.html
http://www.mario001.de/elektronik/schaltungen/esrmeter.html
http://www.peakelec.co.uk/ (Atlas LCR Passive Component Analyser)
F.14.1. Abblockkondensatoren Stützkondensatoren
Von: MaWin 1999
> Wo findet man ein paar Daumenregeln für sowas?
Bei TTL/LS/HC: 100nF Keramik Z5U, möglichst SMD
Bei S/F/AC: eher 10nF Keramik Z5U SMD
Was bedeutet X7R oder Z5U ?
http://www.edn.com/design/analog/4402049/Temperature-and-voltage-variation-of-ceramic-capacitors--or-why-your-4-7--F-capacitor-becomes-a-0-33--F-capacitor
Siehe DECOUPLE.PDF von http://www.cypress.com/
http://focus.ti.com/lit/an/scba007a/scba007a.pdf
Siehe Software Silent http://www.emv.biz/software/beschreibung/
http://www.unitel.at/de/leistungen1.html
http://www.emv.biz/downloads/fachartikel/get/
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/14-Entkopplung
http://www.youtube.com/watch?v=G7ULnQ9i7H0 (was passiert wenn sie fehlen)
So ein Kondensator muss den Strom liefern können, den der Chip beim
Umschalten zieht, BEVOR (aufgrund ihrer Induktivität) die Zuleitung den
Strom nachliefern kann, ohne dass der zwischenzeitliche
Versorgungsspannungsabfall eine Fehlfunktion provoziert. Ein CMOS-IC ohne
Takt zieht fast keinen Strom, nur beim Schalten, was je nach Taktfrequenz
zigmillionenmal pro Sekunde passiert. Die grössten Umschaltimpulse gibt
es, wenn ein Ausgang mit kapazitiver Last umschaltet. 100nF ist
normalerweise viel grösser als alle kapazitiven Lasten zusammen (und das
sollte er auch um mehr als den Faktor 25 sein), aber dicke FPGAs brauchen
ganze Batterieen von Kondensatoren. Ist der Kondensator zu gross, kann er
nicht schnell genug reagieren (Streuinduktivität) und hilft nicht am
Impulsanfang. Braucht man grosse Kondensatoren (1uF Tantal oder so), muss
ein kleiner (27nF oder so) dazu, um erstmal am Anfang eines jeden Impulses
den Strom liefern zu können. Es spielt keine Rolle, wie oft der IC
schaltet (1 mal pro Sekunde oder 1 Mrd mal pro Sekunde), sondern wie
schnell er schaltet (langsames CD4xxx oder schnelle AHC)
Das Keramikmaterial Z5U ist superbillig und speziell dafür gemacht (vermeidet
Resonanz durch Kapazitätsänderung in Abhängigkeit von der Spannung, für
andere Anwendungen taugt es nicht), leider fallen sie öfters mal mit Kurzschluss
aus.
http://www.samsungsem.com/kr/front/downloadcms.do?path=/kr/support/product-search/mlcc/__icsFiles/afieldfile/2014/11/05&fileName=C_CL21F106ZPFNNNE.pdf (nur noch 10% Kapazität bei 5V)
Sitzen auf einer Platine viele 100nF Abblockkondensatoren, sollten auch noch
einige normale 10uF Elkos dazu, die durch ihren Serienwiderstand die
Schwingneigung dämpfen, die sonst das Board irgendwo zwischen 5 und 20MHz hätte.
Bedrahtete 100nF Keramikkondensatoren verlieren oberhalb 7MHz ihre Wirkung
SMD 100nF Keramikkondensatoren verlieren oberhalb von 17MHz ihre Wirkung
100nF in Präsisionsfassungen schon oberhalb von 3MHz
Je nach Kapazität haben sie ihr Impedanzminimum bei unterschiedlichen
Frequenzen, aber bei 1GHz sind alle wirkungslos:
https://www.mikrocontroller.net/attachment/262288/Z.jpg
Lasst euch von den hohen Kapazitäten von Z5u Keramikkondensatoren nicht
täuschen, die lässt mit steigender Spannung drastisch nach, ein 22uF/25V Z5U
Keramikkondenstaor hat bei 25V nur noch 5% seiner Kapaziät, nur noch 2uF,
also 90% seiner Kapazität verloren, Modelle anderer Hersteller sind nicht
besser:
http://www.farnell.com/datasheets/1747471.pdf
Von: Thomas Rehm 2.2002
Bei 1 GHz (nochmal angemerkt, das es hier um die Flankensteilheit und nicht
unbedingt die Impulswiederholrate geht) sind Kondensatoren größer 1nF schlicht
unwirksam.
Beispiel: 10nF-Kondensator in SMD-Technik, Bauform 0805, also
etwa 2mm lang. Als Faustformel sagt man haben 1cm Leitungslänge
etwa 10nH Induktivität. Der 10nF-Kondensator hat also etwa
2nH Induktivitätsbelag, dazu kommen noch Leiterbahnlängen.
Im bestmöglichsten Falle (2nH) wird der 10nF-Kondensator also
eine Serienresonanzfrequenz von 37 MHz(!) besitzen (Thomsonsche
Schwingungsformel). Oberhalb von 37 MHz wird der Kondensator
zu höheren Frequenzen hin mehr und mehr induktiv, also hochohmiger.
Du siehst also nun, warum du bei 1 GHz keine "Probleme" mit
Kondensatoren 20n..100n hast? ;-)
Für optimale, breitbandige Abblockung bis 1GHz müßte man eigentlich
eine Kondensatorbatterie zusammenschalten: 10pF, 100pF, 1nF, 10nF.
Bei zu groß gewähltem Abstand der Werte kann es jedoch zu
Parallel-Resonanzen kommen, wodurch es erst Recht Probleme gibt.
Wenn man also tatsächlich bis 1GHz abblocken muß, wird man nicht
drumherum kommen, Layout und Abblockmassnahmen sinnvoll zu kombinieren
(Ground und Power als eigene Planes z.B., und Leiterbahnen zuerst an
die Abblockmaßnahmen heranführen, nicht zunächst an die abzublockenden
Bauteile etc.).
Von: Robert Hoffmann
Die Dinger nennt man meist "Stützkondensatoren" bei Digitalschaltungen bzw.
"Bypass-Kondensatoren" bei Analogschaltungen. Sie sollen für die
hochfrequenten Anteile des Stroms, den der Baustein zieht, einen möglichst
niederohmigen und bei sehr schnellen Schaltungen auch einen möglichst
niederinduktiven (d.h. Kondensator sehr nahe ans IC) Pfad darstellen. Damit
erreicht man, dass Bezugspotenziale (insbesondere Masse) möglichst "rein"
bleiben.
siehe: AN-202 von http://www.analog.com/
http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/AN-202.pdf
http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-101.pdf
Z.B. benötigen CMOS-Bausteine statisch praktisch keinen Strom, während sie
im Umschaltvorgang Strom ziehen. Die entsprechende Energie kommt aus dem
Stützkondensator und kann insbesondere in den Schaltpausen von der externen
Versorgung relativ langsam "nachgefüllt" werden.
Prinzipiell hängt die Grösse des Kondensators davon ab, wie gross diese
Stromspitzen sind, wie oft sie auftreten und wie gut die externe Quelle den
Kondensator aufpäppeln kann. Bei den meisten Digitalschaltungen werden so typ.
47nF bis 100nF KERKOS (am besten Vielschichtvarianten wenn nicht ohnehin SMD)
verwendet. Bei Bausteinen mit sehr grossem Stromverbrauch z.B. grosse FPGAs
soll man dann noch zusätzlich einen Tantal-Elko hinzufügen, dabei sollte der
Kerko aber näher beim IC sitzen, als der Ta-Elko.
Übrigens: wenn die Kondensatoren irgendwo anders sitzen, dann bilden sie mit
der Zuleitung zum Verbraucher einen Schwingkreis (1nH/mm als Faustregel pro
Hin- bzw. Rückleitung) und erzeugen dann ein sog. "Klingeln" auf der Leitung,
das erstens auf andere Leitungen überkoppeln kann => Störung, bzw. die
Versorgung, die der IC an seinen Anschlüssen sieht wird verhunzt. Das kann
dann heissen, dass er Digitalpegel nicht mehr richtig erkennen kann. Ähnlich
dramatische Auswirkungen auf eine Analogschaltung kannst du dir ja dann
vorstellen.
F.15. VA = W?
Von: Ing. Franz Glaser 1999
In der Wirklichkeit ist es aber so, dass viele Laien und Halbfachleute
überhaupt nicht daran denken, dass die Watt-Angabe von elektrischen Geräten
was ganz Anderes besagt als die U*I - Formel vermuten liesse.
Ein typisches Beispiel ist ein Kühlschrankmotor. Ich nehme den hier deswegen,
weil er ein 230V - Verbraucher ist. Der hat zwar laut Typenschild eine
Nennleistung von z.B. 500W, aber das ist die Leistung an der Welle, nicht die
vom Netz aufgenommene ! Und die Angabe besagt auch überhaupt nicht, dass er
500W abgibt, sondern das ist nur eine Angabe, die sich auf seine BELASTBARKEIT
bezieht. So, dass er nicht durchbrennt. Ein Motor nimmt immer so viel Saft
aus dem Netz, wie er an der Welle gerade abgeben muss, im Gegensatz zu einem
Heizkörper.
So ein Motor hat einen Wirkungsgrad von angenommen 75% und einen cos_phi von
0,7 womit sich eine Scheinleistung von 952 VA ergibt. Die Stromstärke wäre
daher ca. 4,33A. Und das ist nur der Nennwert. Bei einem Kühlschrank wird der
nur beim Einschalten überschritten, und zwar um ein Vielfaches, weshalb
Gefriertruhen und Kühlschränke erfahrungsgemäss nicht an 10A - Sicherungen
hängen können. Andere Antriebe können repetitive Stossbelastungen erzeugen,
die weit höher sind als die Motor-Nennleistung. Da kann man sich zwar mit
trägen Sicherungen oder Schutzschaltern abhelfen, aber es ist in jedem Fall
zuerst die Sicherung zu dimensionieren und darauf aufbauend die Belastbarkeit
zu ermitteln.
Oder umgekehrt: Die Stromaufnahme der Verbraucher bestimmt, welche Sicherung
eingesetzt werden muss und daraus ergibt sich die nötige Draht-Dimensionierung.
Und deswegen habe ich mich dagegen gesträubt, mich auf die Watt einzulassen
und stattdessen die Ampere-Betrachtung eingeführt.
F.16. Welche Sendefrequenzen für Bastler?
Von: Oliver Bartels 1999
> Frage: Darf ich in Deutschland überhaupt mit etwas selbstgebasteltem
> auf irgendeiner Frequenz senden? Gibt es vielleicht so etwas wie eine
> "Bastlerfrequenz"?
Es gibt die ISM Bänder (27MHz, 40MHz, 434MHz, 2,45GHz, 5,8GHz, 24GHz, also
für jeden etwas ...) sowie das SRD Band (868MHz mit sehr genauen
Nutzungsvorgaben), auf denen Geräte mit begrenzter Sendeleistung unter einer
allgemeinen Frequenzzuteilung (d.h. ohne "Anmeldung") arbeiten können.
Desweiteren besteht im Bereich von 9kHz bis 30MHz eine Allgemeinzuteilung für
induktive Funkanwendungen mit niedrigen Sendeleistungen (-15 dBµA/m bei MW).
Voraussetzung ist die Einhaltung der einschlägigen Normen (ETS 300 220, ETS
300 440, ETS 300 328 für erhöhte Leistung mit Frequency Hopping im 2,4GHz
Bereich), diese begrenzen im allgemeinen die Leistung auf 10mW (im GHz-
Bereich teilweise mehr). Noch ein paar mehr je nach Anwendung:
http://www.bundesnetzagentur.de/cln_1912/DE/Sachgebiete/Telekommunikation/Unternehmen_Institutionen/Frequenzen/Allgemeinzuteilungen/allgemeinzuteilungen-node.html
Wenn ein Gerät zu mehr als nur Testzwecken genutzt und insbesondere in
Stückzahlen produziert werden soll, braucht es für die Nutzung dieser Bänder
eine EU Baumusterbescheinigung. Die gibt es entgegen landläufiger Meinung von
vielen Stellen, nur nicht von der Post (der Begriff "Postzulassung" ist daher
schlicht Quatsch), in Deutschland sind (m.W. nach) derzeit acht Testhäuser
als benannte Stelle beliehen, die so etwas ausstellen. Allerdings wird man die
EU Baumusterbescheinigung nur dann beauftragen, wenn die Entwicklung
abgeschlossen ist. Auf deren Basis schreibt dann der Hersteller selber die EG
Konformitätserklärung für das ce-Zeichen. (Der Test vorher ist nach dem EMVG
ausdrücklich zugelassen, sofern niemand gestört wird. Auf Messen dürfen mit
Hinweisschild auch Geräte noch ohne Zulassung gezeigt werden, auch solange
niemand gestört wird.)
Es gibt auch die Möglichkeit, einzeln höhere Leistungen und spezielle
Frequenzen zugestanden zu bekommen, im Extremfall für kurze Zeit sogar breite
Bänder (was meinst du wohl, wieviel von dem bei F1-Rennen genutzten Equipment,
das irgendwo herumfunkt, zertifiziert ist, das geht alles über spezielle
Zuteilungen ... Soviele Kanäle für On Board Kameras gibt es nornalerweise gar
nicht ;-)
Der Knackpunkt für den "Bastler" ist nur das Einhalten der Vorgaben z.B. nach
den ETS-Normen. Ohne Geräte wie Spektrumanalyser oder Messempfänger ist das
sehr schwierig, die Wahrscheinlichkeit, das irgendwelche Nebenwellen jemanden
stören, ist recht gross.
Im Grunde gilt das auch für viele Amateurfunker, nur nutzen die (wegduck ;-)
sowieso bloss wieder fertige Kisten, die dann auch wieder zertifiziert sind.
Daneben ist gerade bei Bastlern und hohen Frequenzen die Wahrscheinlichkeit
eh' recht gross, dass der Sender infolge Konstruktionsfehler gar nichts
sendet, bei 2,4GHz reichen da z.B. 5..10mm (!) Draht anstelle einer
impedanzrichtigen Leitung an manchen Stellen völlig aus. Ohne
Netzwerkanalysator (noch so eine Kiste, hat mit dem Spektrumanalysator wenig
gemein und dient zum Bestimmen der sogenannten s-Parameter, welche u.a. etwas
über die Anpassung aussagen) schaut man da recht alt aus. Die Störfestigkeit
ist daneben bei der ce auch ein Thema, hier sind u.a. Signalgeneratoren recht
nützlich ...
Ein Beispiel: 434MHz Modul mit PLL.
Problematik: Störstrahlung, Nebenwellen in ca. 13 MHz Abstand links und rechts
vom Träger.
Ursache: Einstreuung einer Teilerfrequenz der PLL, Mischung, festgestellt
mittels Spektrumanalyser und Probe.
Abhilfe: Layoutänderung und eine Massnahme im Signalpfad.
Folge: Neue Leiterkarte, neue Bestückung ...
Problematik: Grosssignalfestigkeit, SAW Filter notwendig,
Kunde baut ihn testweise ein, nach Einbau geht nichts mehr.
Ursache: Fehler in der 50 Ohm-Anpassung des Filters.
Messung mittels Netzwerkanalysator.
Nach Messung, Berechnung und Realisierung eines Anpassungs-
netzwerks geht es besser als vorher ;-)
So, und nun wünsche ich unserem Bastler mit dem 250 EUR
Conrad-Skop (wenn überhaupt) viel Glück, er wird es brauchen.
Um einen Preiseindruck zu geben:
- Messtechnik:
Spektrumanalyser brauchbar so ab 10000-15000 EUR
Networkanalyser dto., wobei gut da eher bei 30000-40000 EUR liegt
Signalgenerator ca. 5000-25000 EUR je nach Modulationsart.
Probe für HF so um die 2500 EUR
achja, es gibt auch DSOs, Programmer, Counter, Multimeter,
Netzteile usw.
- Entwicklung, Test:
Leiterkarten : etwa zwei bis vier Durchgänge (je einige Tausend EUR,
insbesondere bei anderem Basismaterial als FR4, oder wenn
man nicht auf den Pool warten will, Bestückung der bei hohen
Frequenzen nötigen SMDs nicht zu vergessen).
Testhauskosten : realistisch 5000-15000 EUR je nach Schwierigkeit.
... und nicht zu vergessen: einige Mannmonate Zeitaufwand für
die reine Entwicklung.
All das macht die Sache für ein Bastelprojekt nicht gerade einfach.
Darum war das klassische Bastelprojekt früher die 27MHz/40MHz
Fernsteuerung (LM1871) für Modelle aller Art, weil da die Anforderungen
an den Schaltungsaufbau eher gering sind. Bei 434MHz wird es schon
sehr schwierig (ich kenne einige Leute bei Fahrzeugherstellern,
denen bestimmte Zähne fehlen, weil sie sich diese daran ausgebissen
haben ;-), darüber hinaus sieht es ohne Messmittel eher nach
Glücksspiel aus ...
Das ist auch der Grund, warum Anfragen nach Schaltbildern hier
regelmässig Freude und Heiterkeit auslösen. Jeder, der sich auch nur
ein bisschen mit HF auskennt, weiss, das ein einfaches Verdrahten der
Bauteile nach Schaltplan ohne geeignete Leiterplattenkonstruktion und
ohne Auswahl der richtigen Bauteile (gilt selbst für simple Kondensatoren)
schlicht nicht funktioniert, von der Einhaltung der ETS-Normen einmal
ganz zu schweigen. Wer das weiss, fragt nicht nach Schaltbildern, wer
das konstruieren kann, macht sich auch das Schaltbild schnell selber.
Und wer's nicht lassen kann: Schaltungen und Platinenlayouts in den
Datenblättern und AppNotes von Atmel Chips T5754, U2741, U2745,
T5743, T5744, U3741, U3742, U3745, Mono-FM-UKW-Sender MAX2606,
und dazu zeigt AN192 von Philips ein UKW Radio mit TDA7000.
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/125000-149999/130428-sp-01-en-Sender_Empfaenger_Modul_Set_433MHz.pdf
http://www.speedy-bl.com/empf.htm (Modellbau-Empfänger mit MC3363)
http://www.radioforen.de/index.php?threads/piratensender-und-regtp-eine-sachliche-betrachtung.8485/ (Einleitungsartikel hierherkopiert falls die Seite verschwindet:)
Von: Der Schwabe, 8.6.2004
Erlaubt: Besitz eines Senders
Erlaubt: Aufbau einer funktionsfähigen Sendeanlage, egal ob genehmigungsfähig
Erlaubt: Import und Export von Sendern.
Ordnungswidrig: Nutzen einer nicht genehmigten Frequenz
Was heißt Ordnungswidrig? Ein Verstoß ist keine Straftat, man kann also
dadurch nicht vorbestraft werden. Die Verwaltungsbehörde, in diesem Falle die
RegTP, kann (muß nicht!) ein Bußgeld festsetzen. Erst wenn dagegen Einspruch
erhoben wird, geht die Sache vor Gericht. Die RegTP kann dem Funker ihre
Kosten für den Verwaltungsakt, dazu gehören auch Peilung und Aushebung, in
Rechnung stellen. Der Aufwand für den Verwaltungsakt muss im Verhältnis zur
Ordnungswidrigkeit stehen.
Wann kommt die RegTP?
Die RegTP kommt immer dann, wenn Störungen von Betroffenen gemeldet werden.
Wichtig dabei: "Eine Störung!" sowie "Ein Betroffener!" "Da sendet jemand
schwarz auf einer freien Frequenz" ist noch kein Grund für die Herren tätig
zu werden! Eine Ausnahme in Deutschland bildet die RegTP Krefeld, die
aufgrund der Nähe zu den Niederlanden und der existierenden
Amtshilfevereinbarung auch ohne Störmeldung aktiv werden kann. Krefeld ist
zuständig für NRW. Störungen treten z. B. dann auf, wenn Oberwellen durch
minderwertiges Equipment erzeugt werden oder belegte Frequenzen genutzt
werden. Fazit: Keine Störung - kein Besuch
Wie geht das dann vor sich?
Die RegTP misst und ermittelt den Störer. Dies dauert je nach Senderstandort
und Leistung zwischen 15 Minuten und mehreren Tagen. Bei geringfügigen
Verstößen klingelt die RegTP beim Störer und weist auf den Verstoß hin bzw.
bittet um Aushändigung des Störers. Ohne Durchsuchungsbefehl darf die RegTP
nicht in die Wohnung oder in ein Ladengeschäft. Beim typischen Schwarzsenden
mit höherer Reichweite (mehrere Kilometer) wird bei der zuständigen
Staatsanwaltschaft ein Durchsuchungsbefehl erwirkt. (Dauert ca. 3-7 Tage).
Danach wird geklingelt, eingetreten und die Anlage beschlagnahmt. Die Anlage
verbleibt jedoch im Eigentum des Besitzers und muß nach der Prüfung
zurückgegeben werden. Bei gravierenden Verstößen, es verwendet z. B. jemand die
Frequenz eines örtlichen Senders, ist kein Durchsuchungsbefehl notwendig. Es
gilt "Gefahr im Verzug". Nach ca. vier Wochen kommt dann das Ticket mit der
Strafe.
Wie hoch ist die Strafe?
Die RegTP kann Strafen zwischen 0 und 2 Mio. Euro verhängen zzgl. des
Verwaltungsaufwandes. Real richtet sich die Strafe nach Alter, vermutetem
Einkommen und Art des Verstoßes. Man kann bei Normalverdienern etwa mit
folgendem Rahmen rechnen: Illegaler Hausrundfunk: 0-500 Euro Dorfsender;
großflächige AM-Sender: 1000-3000 Euro. SWR3 Ortssender großflächig
überlagern: 10000-2 Mio. Euro. Schüler und Studenten bekommen "Rabatt",
Amateurfunker u. ä. zahlen mehr, da die RegTP automatisch von Vorsatz
ausgeht. Ratenzahlung ist möglich. Mehrfaches Erwischtwerden kostet immer
gleich. Gleiche Verstöße kosten bei einer Ordnungswidrigkeit immer gleiches
Geld.
Bekomme ich meinen Haussender auch legal?
Ja! Es ist bei der RegTP eine Genehmigung einer UKW-Frequenz für
"nichtöffentlichen Rundfunk" möglich. Dies ist UKW-Rundunk innerhalb eines
Grundstückes. Es wird genau, die Sendeleistung genehmigt die notwendig ist
um ein Grundstück 100%ig nach Norm (60dB yV) zu versorgen, also auch den
Keller! Gibt natürlich leichten Overspill, aber was solls. Die Kosten für die
Genehmigung betragen einmalig rund 500
Antennen auf Platine:
http://www.numatechnologies.com/pdf/foilantennas.pdf
Von: MaWin am 20.8.02
Grenzwerte für Feldstärken im Bereich 10-400MHz:
Consumer-Elektronik: 3V/m
Industriegeräte (darunter Medizintechnik): 10V/m = D2-Handy in 1 Meter Entfernung
Mensch: 27.5V/m
Automobiltechnik: 30V/m, im Test bei 200-400V/m darf
Komfortelektronik vorübergehend gestört werden, Sicherheitselektronik
nicht.
EMP einer Atombombe in ca. 400km Höhe: 50kV/m 133A/m
F.16.1. Schädlichkeit von elektrischen Feldern und elektromagnetischen Wellen
Von: MaWin 2002
Funk, also elektromagnetische Wellen, und elektrische Felder, sind ebenso
wie magnetische Felder seit Anbeginn der Welt um uns und um alle Tiere und
Pflanzen herum. Sie stammen aus dem Weltall, von Blitzen, und vom Magnetfeld
der Erde. Sie sind sogar recht stark im Vergleich mit den technisch erzeugten,
beispielsweise ist die Erde gegenüber den Wolken so stark negativ geladen,
das dein Kopf in einer Gegend ist, die ca. 200 Volt positiver ist, als deine
Füsse (dennoch passiert nichts, weil die Luft so ein schlechter Leiter ist,
so dass der 'Kurzschluss' durch den menschlichen Körper sofort zu einer
Angleichung der Spannung führt, zum Zusammenbrechen des Feldes, aber das
nur als technische Erklärung am Rande). Bei DEUTLICH mehr als 100V/m,
je nach Luftfeuchte nämlich so ab 100000V/m, gibt es einen Blitz :-)
Auch Nordlichter sind letztlich 'offene' Neonröhren von immensem Ausmass
(über 100GW = 100000000000 Watt), und irgendwo ist zu jeder Zeit eins aktiv,
ebenso wie irgendwo auf der Erde zu jeder Zeit gerade ein Gewitter blitzt,
ca. 100 pro Sekunde mit jeweils 20000 Ampere für 30 Mikrosekunden, ein Blitz
bringt maximal 1TW und eher 300 kWh, taugt also nicht als Stromquelle.
Wir wissen aber alle, das viele technische Geräte durch Gewitterblitze und
Sonnenwindeffekte in ihrer normalen Funktion gestört oder zerstört werden,
was zeigt, wie stark die Naturgewalten hier sind.
Die Stromversorgung in Kanada brach 1989 in ganzen Bundesländern
zusammen, weil elektrisch geladene Teilchen von der Sonne an den Polen
bis zur Erdoberfläche durchdringen und in den Hochspannungsleitungen
so hohe Ströme induzieren, daß im Stromnetz die Sicherungen rausflogen.
Selbst der menschliche Körper (Nerven, Gehirn, Muskeln) arbeitet elektrisch,
und die bewegten elektrischen Teilchen produzieren damit elektromagnetische
Wellen (wie auch der Laie am EEG und EKG erahnen kann). Merkwürdigerweise
gibt es Personen, die Magnetismus eine positive Wirkung zuschreiben und
Elektrizität eine negative Wirkung unterstellen, dabei tritt untrennbar immer
beides zusammen auf.
Das zeigt sich auch sehr schön, wenn man die Elektrotechnik physikalisch
herleitet. Dazu benötigt man nur Coulomb und Relativität. Die magnetischen
Effekte ergeben sich dabei als Scheinkräfte aus der Zeitverzögerung.
Niemand behauptet, das elektrische Felder und elektromagnetische Wellen
KEINEN Einfluss auf Menschen und die anderen biologischen Lebewesen haben.
Vielleicht gäbe es uns Menschen ohne sie nicht, ebenso wie es uns ohne
Radioaktivität wegen fehlender Mutation nie gegeben hätte. Möglicherweise
haben sie sogar schädliche Auswirkungen, eventuell würden wir ohne sie 200
Jahre alt oder wären doppelt so klug....
Es nützt also nichts, alle technischen Quellen von 'Elektrosmog' abzustellen,
denn es gibt viel zu viele natürliche Quellen die oftmals stärker sind, und
oft ausgeprägter sind (das impulsartige Spektrum von Blitzen überdeckt
fast alle technisch genutzen Frequenzbereiche, die 230V der Steckdose
entspechen gerade mal der Feldstärke von 2 Metern, etc.).
Wer den Test machen will, ob es ihm ohne elektrische Felder und ohne
elektromagnetische Wellen besser oder schlechter geht, der kann sein Leben
in einem faradyschen Käfig (einer Kiste aus Blech) verbringen, denn dort
dringen keine Funkwellen hinein und dort herrscht kein elektrisches Feld.
Als Mensch habe ich dazu keine Lust. Aber viele Tiere mussten schon ihr
ganzes Leben in Käfigen (aus Metall, und damit faradaysche) verbringen.
Das war sicher ein doofes Leben, aber biologisch verbessert (oder
geschadet) hat es ihnen millionenfach erkennbar nicht.
und Leute die nicht daran glauben:
http://www.buergerwelle.de/
http://www.bunkahle.com/Aktuelles/Astromedizin/HAARP_Tempelhof.html
http://www.livescience.com/technology/050202_light_show.html (das macht HAARP)
http://www.alaska-info.de/a-z/haarp/alaska_haarp1.html
http://www.tolzin.de/e-smog/
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/mobilf1.htm
> Ist Gleichstrom oder Wechselstrom gefährlicher ?
Gesetzliche Grenzwerte für potentialfreie offen liegende elektrische Teile:
25V bei Wechselspannung und 60V bei Gleichspannung (Kinder, Nutztiere) und
50V bei Wechselspannung und 120V bei Gleichspannung für Erwachsene, etwas
zeitabhängig http://www.schaltungsbuch.de/norm071.html es sind aber auch
schon Leute unter extrem ungünstigen Bedingungen an einer 9V Batterie
gestorben http://www.darwinawards.com/darwin/darwin1999-50.html
Leider macht technisch Gleichstrom bei Schaltern schon ab 40V Probleme wegen
Funkenlöschen, was bei Wechselstrom kein Problem ist.
Von: Andreas Ferber
Der Unterschied liegt in der Physiologie der Muskelzellen begründet.
Eine Muskelzelle wird durch elektrischen Strom zur Kontraktion
angeregt. Dabei löst ein einzelner Impuls nur ein kurze Zuckung der
Muskelzelle aus, ebenso dass Einschalten eines lang andauernder
konstanter Strom. Danach erschlafft die Zelle sofort wieder. Wenn
mehrere Impulse kurz aufeinander folgen, erschlafft die Faser nicht
vollständig bevor die nächste Kontraktion beginnt. Je dichter
aufeinanderfolgend die Impulse sind, desto stärker wird die
durchschnittliche Kontraktion der Muskelfaser, bis ab einer gewissen
Schwelle der sogenannte Tetanus eintritt (dann sind die Fasern
vollständig kontrahiert).
Der Punkt, an dem ein Loslassen eines umfassten elektrischen Leiters
nicht mehr möglich ist, nennt man die Loslassstromstärke. Bei der
50Hz-Wechselspannung unseres Stromnetzes liegt sie bei 10-20mA.
Trägt man die Loslassstromstärke gegenüber der Frequenz des Stroms
auf, so erhält man ungefähr den folgenden Verlauf:
I [mA] ^
|
55 | /
45 | /
35 | /
25 | /
15 | \___________________/
5 |
+-------------------------------->
10 100 1000 10000 f [Hz]
Bei Frequenzen oberhalb von ca. 7kHz kann man nicht mehr von einer
Loslassstromstärke sprechen, da hier die oben beschriebenen Effekte
i.d.R. nicht mehr auftreten, die Vorgänge in der Muskelzelle sind
einfach zu langsam.
Tödlich kann der Wechselstrom sein, weil die oben beschriebenen
Vorgänge natürlich genauso auch beim Herz zu finden sind, daher löst
der Strom u.U. einen Herzstillstand oder Kammerflimmern aus.
Bei reinem Gleichstrom sieht das ganze ein wenig anders aus. Wenn der
Gleichstrom eingeschaltet wird (ob gewollt oder nicht), verkrampfen
die stromdurchflossenen Muskeln einmal kurz und erschlaffen dann
wieder. Häufig führt dies bereits dazu, daß der Kontakt zu der
Spannungsquelle unterbrochen wird, da man durch die Muskelzuckungen
fortgeschleudert wird. Beim Ende des Stromflusses sind auch wieder
Bedingungen gegeben, die zu einer Muskelverkrampfung führen, daher
gibt es beim Abschalten auch noch einmal einen kurzen Krampf. Während
der Strom aber konstant fliesst, ist ein Loslassen unabhängig von der
Stromstärke immer möglich. Beim Gleichstrom hat man von daher nur
Messungen gemacht, ab welcher Stromstärke freiwillige Versuchspersonen
nicht mehr bereit sind, die Krämpfe beim Ein- und Ausschalten
hinzunehmen, und der Versuch daher beendet wurde. Diese Stromstärke
liegt bei ca. 75mA, also bereits deutlich höher als die Loslassstromstärke
beim Wechselstrom.
Reiner Gleichstrom ist aber im Gegensatz zu Wechselstrom i.d.R. nicht
in der Lage, ein Kammerflimmern oder gar einen Herzstillstand zu
verursachen (dies kann nur dann geschehen, wenn das Ein-/Abschalten
des Stroms genau in die sogenannte "vulnerable Phase" des Herzschlags
kurz vor Beginn der Diastole fällt, aber selbst dann ist es relativ
unwahrscheinlich), daher sind tödliche Unfälle mit reinem Gleichstrom
ziemlich unwahrscheinlich (selbst bei höheren Spannungen von mehreren
100V).
Anders sieht es mit technischem Gleichstrom aus, der noch eine gewisse
Welligkeit besitzt. Dieser setzt sich im Prinzip aus einem reinen
Gleichstrom und einem Wechselstrom zusammen, und diese beiden Ströme
kann man im Hinblick auf ihre physiologische Wirkung getrennt
betrachten. Ein aus Wechselspannung durch eine einfache Diode ohne
Glättung gewonnener pulsierender Gleichstrom ist sicherlich nicht
wesentlich weniger gefährlich als der Wechselstrom.
Eine andere Wirkung, die unabhängig von der Art des Stromes immer
auftritt, ist die thermische Wirkung des Stroms. Diese ist jedoch
relativ selten tödlich, nur bei Hochspannungsunfällen ist sie eine
häufige Todesart. Dabei ist zu beachten, daß damit nicht nur äussere
Verbrennungen gemeint sind. Ein Stromopfer kann äusserlich relativ
unverletzt sein, während das Körperinnere regelrecht verkocht ist.
Auch z.B. das bei Hochspannungsunfällen häufig auftretende
Nierenversagen hängt mit diesen Effekten zusammen. Äussere
Verbrennungen entstehen meistens durch Lichtbögen, die vor allem bei
Mittel- und Hochspannungsunfällen häufig entstehen.
F.17. Laserdioden
Zum Spielen eignen sich mit 1mW (CD-Player) bis 10mW (CD-Brenner) infrarot
strahlende (und damit nur sinnvoll mit einer Videokamera erkennbare)
Laserdioden oder mit 1mW (Laserpointer) bis 25mW (DVD-Brenner) sichtbar rot
strahlende Laserdioden (wobei solche mit 635nm 4 mal heller erscheinen als
solche mit 670nm gleicher Leistung). Aber behandelt die Dioden vorsichtig,
sie gehen durch elektrostatische Entladung in Nanosekunden kaputt (Vor dem
Ausbauen oberhalb der Platine einen blanken Draht ein paar mal um die 3 Pins
wickeln, erst nach dem Einbau wieder entfernen). Ab einem bestimmten Strom
beginnen die Dioden zu leuchten, ab einem höheren Strom zu lasern und bei
noch höherem Strom gehen sie schlagartig kaputt und werden zur teuren LED.
Leider weiss man nicht wie weit man den Strom aufdrehen darf weil die
Herstellungsschwankungen locker 1:5 betragen (schaut mal in so ein Datenblatt).
Die maximal zulässige Leistung ist nicht ganz leicht zu bestimmen. Man erhöht
dazu den Strom und misst dabei die Lichtleistung. Ab einem bestimmten Strom
treten so genannte "Kinks" auf, d.h. die Lichtleistung ändert sich sprunghaft.
Von da an reduziert man den Strom wieder auf z.B. 70%.
Wenn man die Diode nicht riskieren will, nimmt man eine Photodiode wie BPW33,
lässt einen Laser gleicher Wellenlänge bekannter Leistung komplett darauf
scheinen und vergleicht den Photostrom mit dem warmgelaufenen einzustellenden
Laser. Echte Laserpowermeter sind kalibriert und vermeiden zusätzlich Streulicht
und Spiegelung. Da kalte und alte Laserdioden in der Leistung nachlassen, haben
alle Laserdioden eine Photodiode eingebaut, mit der man den Strom so regeln
kann, das die Helligkeit gleich bleibt, was auch jeder CD-Player aber nicht
jeder Laserpointer tut. Leider ist auch der Photostrom kein absoluter Messwert,
sondern schwankt je nach Exemplar um 1:4 so dass ein Einstellen per
(Selbstbau-)Laserpowermeter nicht zu vermeiden ist. Daher lohnt sich unbedingt
der Kauf von fertigen Lasermodulen mit bereits justierter Regelelektronik,
passender Laserdiode und ordentlich montierter und justierter Linse. Denn der
Laserstrahl ist ohne Optik absolut nicht gebündelt, sondern divergiert um 30
Grad in der horizontalen und 10 Grad in der vertikalen, ist also schlechter
gebündelt als eng abstrahlende LEDs.
Mit einer Linse (wie im CD-Player) kann man ihn fokussieren, will man einen auf
grosser Länge gleichdicken runden Strahl braucht man schon 2 justierbare Linsen,
und die Mechanik bekommt man kaum besser und billiger hin als in fertigen
Modulen. Wenn das aus irgendwelchen hoffentlich wirklich guten Gründen nicht
geht, gibt es die Regelschaltungen auch einzeln überall wo es Laserdioden gibt,
aber wenn man den Strahl schnell ein- und ausschalten (modulieren) will, z.B.
um Daten zu übertragen, braucht man spezielle (eben modulierbare) Lasermodule
bzw. Regelschaltungen. Einen Strahl hoher Qualität (konstante Wellenlänge,
kein Modensprung, hohe Kohärenzlänge, holographietauglich) bieten einige
Laserdioden wenn man die Chiptemperatur per Peltier konstant hält und den Strom
komplett rauschfrei (da ist eine Batterie besser als ein Spannungsregler) durch
die Diode schickt.
http://www.laserfaq.com/
http://www.repairfaq.org/sam/slfarchv
http://www.hut.fi/Misc/Electronics/circuits/laserlink.html
http://www.imagineeringezine.com/ttaoc/r-circuits.html
Laser(module) gibt es z.B. bei:
http://www.lasercomponents.com/
http://www.roithner-laser.com/
http://www.hb-laser.com/
http://www.laser2000.de/
http://www.lcd-module.de/
Und wer Musik in schlechter Qualität über Lichtleiter senden will nimmt
60-280-49 von http://www.elv.de/ oder aus Funkamateur 4/2008
http://www.sander-electronic.de/bs0006.html, für gute Qualität
wandelt man A/D auf Senderseite und D/A auf Empfängerseite mit klassischen
DigitalAudiochips (Cirrus Logic) und überträgt digital (z.B. im
Standardformat S/P DIF).
Für das von BlueTooth verwendete CVSD (continuously variable slope
delta) Modulations-Verfahren gibt es haufenweise Chips (MC34115, CMX639,
HC55564), ansonsten geht ADPCM noch recht einfach. Zur Datenübertragung
gibt es viele Vorschläge
http://www.alphalink.com.au/~derekw/upntcvr.htm (serielle Übertragung)
http://www.matwei.de/
allerdings kostet seit 1.2.2014 jede BlueTooth Lösung Gebühren, auch
diejenigen die bisher fertig lizensierte Module verwendeten, die Regeln
eines Privatkonsortiums haben eben nicht den Bestand von Gesetzesregelungen:
http://www.mikrocontroller.net/topic/117960#3503122
F.18. Wasserstandsmesser
Der Benzinstand im Auto wird mit Schwimmer gemessen, der über einen Hebel
den Schleifer eines Potis um einige Grad bewegt. Man kann auch einen Draht
(bewusst kein temperaturunabhängiges Konstantan, sondern eher Kanthal mit
höherem Widerstand) von oben nach unten durch den Tank laufen lassen, ein
mal den Widerstand messen, dann erneut mit hohem Stromfluss messen, da der
Teil im Wasser gekühlt wird, ist die Widerstandserhoehung proportional zum
Wasserstand. Man kann auch einen Drucksensor als hydrostatischen Füllstands-
sensor im Tank versenken, wie http://www.tecson.de/partikel.htm oder oben
im Tankverschluss einen Ultraschallentfernungsmesser drankalten.
Von: Hans-Joachim Koch
http://www.sonotec.de/
http://www.tecson.de/
http://www.nivus.de/
Von: Mario Ruetti 1999
(Zusammenfassung des Threads)
Von: Michael Linnemann 1999
Ein konkreter Vorschlag (den ich hier schon ein paar mal breitgetreten
habe...) ist eine kapazitive Sonde. Die besteht aus zwei i.A. zylindrischen
Elektroden (z.B. zwei Kupferrohre unterschiedlichen Durchmessers), von denen
die dünnere in der dickeren steckt, um einen Zylinderkondensator zu bilden.
Beide werden durch Abstandshalter voneinander getrennt und sind zusätzlich
durch Lack isoliert, um genau die evtl. vorhandene Leitfähigkeit des Wassers
etc. aus der Messung rauszuhalten.
Der Trick ist, dass das Wasser in den Zwischenraum zwischen den Elektroden
eindringt und die Kapazität der Anordnung ändert. Man erhält also eine
Parallelschaltung aus einem Zylinderkondensator der Länge l-h (mit l als
Gesamtlänge und h als Fullhöhe) und der Dielektrizitätszahl 1, und einem der
Länge h und der Dielektrizitätszahl 81 (die von Wasser). Und zur Auswertung
Mein Vorschlag wäre: Schau dir Applikationsbeispiele für den 555-Timer an, und
such dir eine Schaltung raus, die mit deinem Sensor (Selbstbau, Ehrensache)
Ausgangsfrequenzen im hörbaren Bereich verspricht. Häng einen Kopfhörer dran
und probier es aus! Ziel auf einen "mittleren" Frequenzbereich (1kHz), denn du
wirst das Ziel womöglich gehörig verfehlen, und dann willst du wissen wo du
gelandet bist. Wenn du so weit bist, dass eine brauchbare Frequenz rauskommt,
kannst du die direkt an deinen Mikrocontroller verfüttern, um die Frequenz zu
messen.
Von: MaWin 1999
Mach's doch so wie alle: Druck messen. Ein Schlauch (unten angeschlossen, nach
oben führend) voller Luft, oben ein fertiger Druckmesser dran. Wenn's billig
sein soll und Schaltstufen reichen, bau eine Druckdose aus einer Waschmaschine
aus.
Von: Oliver Betz 2000
Bei langfristiger Anwendung wird der Schlauch mit der Zeit voller Wasser sein,
denn "ganz dicht" ist schwierig. Deshalb mit einer kleinen (Membran-) Pumpe
wenig (!) Luft in den Schlauch pumpen, so daß unten Bläschen rausblubbern. Das
wird z.B. industriell im Ex-Bereich (Benzintank usw.) eingesetzt.
Von: Rafael Deliano 1999
Oder einfach die Schachtel mit dem Sensor auf Grund senken. Es gibt z.B. von
Siemens (für 75 EUR allerdings) hübsche Piezosensoren mit korrosionsfester
Metallmembran. Könnte man wohl mit einigen ICs als 4-20mA beschalten.
Temperaturempfindlichkeit des Sensors problematisch, wenn der Behälter flach
ist. Dann müsste man den Temperaturfühler auch noch beschalten. Druck ist
nicht so billig wie kapazitiv, macht aber weniger Überraschungen.
Ultraschall gäbs auch noch. Entweder von Grund zur Oberfläche (Flüssigkeit
ist für Ultraschall günstiger als Luft) oder durch Luft von oben zur
Oberfläche (Weniger Probleme mit Korrosion, Dichtigkeit). Man kann sich
jedoch ekelhafte Probleme durch Mehrfachechos von Seitenwänden holen. Zudem
nicht billig und schaltungstechnisch aufwendig. Je niedriger die Frequenz,
je weiter kommt man. Bei 40kHz nur 20m, bei 1kHz gar durch Staub hindurch.
Die Ultraschalllaufzeit ist temperaturabhängig, man muss also kompensieren.
http://www.vega.com/de/index.htm
Von: ? 1999
Rad auf Achse lagern und an dieser ein Drehpotentiometer oder einen digitalen
Drehgeber befestigen. über das Rad eine Schnur füren, an welcher ein Schwimmer
und ein Gegengewicht befestigt ist.
Bodenfeuchte geht auch je nach Eintauchtiefe in leitfähigen Flüssigkeiten:
http://www.dietmar-weisser.de/elektronik-projekte/analogtechnik/sensoren/bodenfeuchtesensor.html
F.19. Wellenwiderstand eines Kabels
> Den Prof angesprochen, dass man sich da nichts vorstellen kann, antwortete der:
> "Ich auch nicht. Habe ich Ihnen gesagt, sie sollen sich darunter was vorstellen?"
> Deswegen hier meine Frage: Was kann man sich darunter vorstellen?
Von: Bernd Langmann
Wenn du an eine Leitung eine Spannung anlegst, welcher Strom fliesst dann im
ersten Moment ? Die Spannungsquelle kann ja wegen der endlichen
Ausbreitungsgeschwindgkeit des Lichts nicht wissen, was sich am hinteren
Ende der Leitung befindet. Der Strom wird also zunächst nur durch die
Parameter der Leitung (Induktivität, Kapazität) bestimmt, der
Proportionalitätsfaktor zwischen Spannung und Strom ist der Wellenwiderstand
oder die Impedanz des Kabels. Nun läuft eine Welle mit dem Spannungssprung
durch die Leitung, nicht ganz mit Lichtgeschwindigkeit, etwas langsamer
(Verkürzungsfaktor), bis zum Ende. Je nach Leitungsabschluss wird dann eine
positive oder negative Welle reflektiert (oder keine) und erst wenn das sich
ausgleicht, fliesst der Strom entsprechend "richtig".
Für Hochfrequenzanwendungen wird man versuchen, die rücklaufende Welle zu
vermeiden, indem man den Abschlusswiderstand gleich gross wie die
Leitungsimpedanz macht. Da man sich aber nicht sicher sein kann, das es
keine rücklaufende Welle gibt, muss man auch den Ausgangswiderstand der
Quelle an den Wellenwiderstand es Kabels anpassen, um wenigstens dort die
Reflektion zu unterdrücken.
____________________
Ausgang --50R---____________________---+-- Eingang
50R Leitung | |
| 50R
| |
GND GND
Früher gab es 60 Ohm Koaxialkabel und 240 Ohm Antennenleitungen, dann hat
man sich aus technischen Gründen im professionallen Bereich, vor allem bei
Sendern, für 50 Ohm entschieden (die Impedanz eines Lambda/4 Stabes mit 4
abwärtsgewandten Lambda/4 Radials als Hf-Ground) damit man maximale Leistung
über das Kabel transportieren kann, und beim Empfang 'zu Hause' für 75 Ohm
(die Impedanz einer Lambda/2 Dipol Antenne, leider mit Balun von symmetrisch
zu asymmetrisch zu transformieren), weil dort die Verluste am niedrigsten
sind, zumindest wenn man Luft als Dielektrikum nutzen würde. Die normalen
2-adrigen Leitungen (Telefon, Klingeldraht, Flachbandleitung) haben um 120
Ohm.
http://www.microwaves101.com/encyclopedia/why50ohms.cfm
Auch eine Antenne ist nichts anderes als ein Impedanzwandler von den 50 Ohm
des Sendeantennenkabels auf die 377 Ohm des freien Raums. Ein gefalteter
Lambda/2 Dipol hat 300 Ohm und für Fernsehempfang geeignete grosse Bandbreite
und wird oft mit Yagi-Direktoren/Reflektoren versehen.
Von: Oliver Bartels 1999
1. Vor-/Rücklaufende Welle:
Strom kann in beide Richtungen fliessen, und kann auch an beiden Enden eines
Kabels eingespeist werden. Ganz einfaches Beispiel: Wenn ich einen kleinen
Akku an das eine Ende vom Kabel hänge, und eine Birne an das andere Ende,
wird Energie aus dem Akku in die Birne transferiert, sie leuchtet. Ersetze ich
nun die Birne durch ein Ladegerät, so wird der Akku geladen, es fliesst
Energie zurück vom Ladegerät in den Akku. Das ist eine Binsenweisheit, gilt
aber auch für Wechselspannungen und für Hochfrequenz. Die Energie kann in
beide Richtungen fliessen.
2. Wellenwiderstand:
Ein am einen Ende der Leitung angelegtes Signal ist nicht unendlich schnell
am anderen Ende, es braucht seine Zeit. Warum ? Was ist denn das
wesentliche an einem Leiter: Elektronen, die sich in gewissen Grenzen frei
bewegen können (sog. Leitungsband nahe am Valenzband). Nun "schubsen"
die Elektronen sich aber nicht gegenseitig, sondern stossen sich sogar ab,
weil allesamt negativ geladen. Ausserdem sind sie sehr langsam, wer es
nachrechnet, wird feststellen, dass die Dinger bei Gleichstrom sich im
Kupferkabel in der Geschwindigkeitsregion Meter/Minute (sic!) bewegen.
Was da schnell ist (das Einschalten der Lampe dauert keine Minute ...) sind
also nicht die Elektronen, sondern das Feld. Die Elektronen führen nur das
Feld am Leiter, die Energie selber steckt im Feld! Das Feld ist das gleiche
wie das für das Licht, nämlich das elektromagnetische, ergo breitet sich so
eine Welle maximal mit Lichtgeschwindigkeit aus.
Was passiert dabei: Die Ladungsverschiebung baut ein Magnetfeld auf
(das will die Physik so), das sich ändernde Magnetfeld baut wieder ein
elektrisches Feld auf, dass sich anfänglich dem ursprünglichen Feld
entgegenstemmt. Deshalb braucht es etwas länger, bis das Signal sich
ausbreitet. Abhängig vom Dielektrikum des Kabels kann es kürzer oder
länger dauern, bis sich das elektrische Feld aufgebaut hat, weil da u.U. im
Material zwischen den Leitern noch ein paar Elektronen oder gar Moleküle
mit Ihrer trägen Masse verschoben oder gedreht werden wollen (Polarisation).
Man kann diesen Vorgang nun durch ein Modell nachbilden, bei dem ein
Bauteil, dass gerne steigenden Strömen Spannungen entgegenstellt,
nämlich eine Induktivität, mit einem anderen Bauteil, das auch etwas Zeit
braucht, bis es geladen ist (d.h. in ihm sich das Feld aufgebaut hat), nämlich
einem Kondensator, verknüpft. Der Kondensator hängt dabei parallel zu den
Polen der Quelle, die Induktivität davor in Serie. Um das Modell nun genauer
zu machen, hängt man mehrere solcher Teil-Modelle hintereinander und
lässt am Ende deren Zahl gegen unendlich gehen. Dafür muss man
natürlich die Induktivitäts- und Kapazitätswerte durch die Anzahl der
Teilmodelle teilen, und wenn es um unendlich kleine Grössen geht, ist die
Infinitesimalrechnung das Mittel der Wahl.
Und die zeigt nun (hier ohne Nachweis, füllt mehrere Buchseiten), das eine
Quelle dann keine Induktivitäts- oder Kapazitäts- werte mehr sieht (also nur
noch einen realen Widerstand), wenn die Leitung mit einem realen
Widerstand Z abgeschlossen ist, der die Grösse (ohne reale
Widerstandbeläge) Z = sqrt (L'/C') hat. Optimal funktioniert die
Energieübertragung dann, wenn die Quelle den selben Innenwiderstand hat,
man kann aber auch mit Leitungen solche Innenwiderstände transformieren
(sic!).
http://home.sandiego.edu/~ekim/e194rfs01/jwmatcher/matcher2.html
3. Stehwellen:
(habt Ihr das alle vergessen ;-)
Wenn die Leitung nicht mit einem solchen realen Widerstand abgeschlossen ist,
bleibt irgendwo in der Leitung Energie im Feld stecken (quasi bezahlt und
nicht abgeholt ;-), und die führt zu einem rücklaufenden Strom (Woher weiss
der Strom, in welche Richtung er fliesst: Wie beim Akku, wenn z.B. bei
positiver Spannung Strom in den Pluspol reinfliesst, ist die Quelle keine
Quelle, sondern eine Senke ;-), da wir es aber hier mit Feldern zu tun haben,
gibt es eine rücklaufende Welle. Diese Reflexion findet im Modell an der
Stelle statt, an der sich die Diskontinuität befindet, also an der sich
entweder der Wellenwiderstand ändert (z.B. Stecker!) oder der
Abschlusswiderstand nicht gleich dem Wellenwiderstand ist. Auch dieses Signal
braucht wieder seine Zeit zurück bis zur Quelle.
Bei richtiger HF (also nicht zittrigem Gleichstrom ;-) hat aber in der Zeit,
in der der Strom einmal über das Kabel läuft, dieser schon einige Mal seine
Richtung geändert, d.h. die Wellenlänge ist kurz gegenüber der Kabellänge.
Jetzt wird klar, warum das Kabel in Teilstücken gerechnet werden muss: An
jeder Stelle ist eine andere Spannung vorhanden und eine andere Stromrichtung!
Das Modell erlaubt es nun, die vor- und rücklaufenden Wellen zu addieren (d.h.
Spannungen werden addiert, Ströme subtrahiert, laüft auf sogenannte
Bilineartransformationen hinaus), das Ergebnis ist eine Interferenz dieser
Wellen, die Stehwellen erzeugt. D.h. es gibt Stellen auf der Leitung, bei
denen in Summe keine Spannung zu sehen ist, und solche, bei denen die
doppelte Spannung zu sehen ist (Genauer muss man das eigentlich auch mit den
Strömen rechnen, deshalb nimmt man normierte Wellen, weil beides bei HF
so schlecht zu messen ist, das führt dann zu den s-Parametern und zu einem
sündteuren Messgerät namens Networkanalyser. Billiger gehts mit der SWR-
Messbrücke, die aber wieder nur die Hälfte anzeigt, die Phaseninfo fehlt ...).
Diese Stehwellen führen im günstigsten Fall zu merkwürdigen Effekten, im
ungünstigsten Fall können sich so hohe Spannungen aufbauen, dass sich die
Quelle auf französisch verabschiedet und den Reparaturetat belastet. Letzeres
passiert gerne bei leistungsstarken Sendern, wenn z.B. ein Windstoss die
Antenne "klaut" ...
4. Videosignal/75 Ohm Abschluss:
Wo diese Minima und Maxima liegen, ist frequenzabhängig. Und genau da liegt
das Problem für das Videosignal: Eine schlecht angepasste Leitung beeinflusst
das Videosignal in einer frequenzabhängigen Art und Weise, insbesondere bei
hohen Frequenzanteilen (karierte Kleidung, kleine Schrift usw.)
Bei kurzen Kabeldistanzen würde das noch nicht viel ausmachen, bei langen
Distanzen (3MHz entsprechen ca. 100m, 30MHz 10m Wellenlänge in Luft, aber
verkürzt, da Kabel langsamer, um gut einen Faktor zwei bis drei (ungefähr
sqrt(eps_r) für mu_r~=1), also bei einem Monitorkabel mit 100MHz nur noch z.B.
1m für eine komplette Welle mit beiden Polaritäten!). Man sieht, dass die
Problematik bei Fernseh-Video noch nicht so gross ist, hingegen bei
Computermonitoren je nach Zusammensetzung des Bildes bei schlechter Anpassung
die schönsten Muster entstehen können, je nach Bild und Länge des Kabels!
5. Audio:
Bei Audio bringt das nichts, weil die Wellenlänge im km-Bereich liegt und
zudem der reale Widerstand des Kabels im Modell signifikant wird
(Z=sqrt((R'+i omega L')/(G'+i omega C') mit realen Belägen, da omega klein,
wird R' signifikant, das mögen sich die HiFi-Kabel-Fritzen hinter die Ohren
schreiben).
6. Merkregel, Buchempfehlung:
a.) Der Leitungswellenwiderstand ist das Verhältnis einer einzigen, in positiver
Leitungsrichtung laufenden Spannungswelle zur damit verbundenen Stromwelle.
b.) Die Merkregel zu a.) stammt aus Hoffmann, Hochfrequenztechnik, Springer
Verlag (ISBN 3-540-61667-5, auch wenn die ISBN nicht streng wissenschaftlich
ist ;-)
7. Genauigkeit von Modellen:
Dieses Modell bedingt, dass die Leitung sich in etwa durch solche Teilstücke
simulieren lässt. Das ist nicht selbstverständlich, weil Spulen Magnetfelder
erzeugen, die auf andere Spulen wirken können und das auch tun (siehe Trafo),
gleiches gilt für das elektrische Feld von Kondensatoren. Solange wie das
modellierte Kabel halbwegs homogen ist, funktioniert das Modell aber ganz
gut.
Andernfalls wird es sehr kompliziert, man muss dann eine echte 3D
Feldberechnung anhand der (von Oliver Heaviside in die uns heute bekannte
Form überführten) Maxwellschen Gleichungen durchführen, das geht mit FEM,
FMM oder FDTD Simulatoren, die komplex zu bedienen und zumeist nicht
ganz billig sind. Die Maxwellschen Gleichungen sind nette partielle
Differentialgleichungen mit ersten Ableitungen von allen Feldkomponenten
jeweils nach allen Raumdimensionen und der Zeit, ineinandergeschachtelt gibt
das zweite Ableitungen und die MW-Gleichungen sind, ausser für einfache Fälle
(Transversalwellen, einfachste Antennen und Kabel etc.) analytisch nicht
lösbar. Selbst für eine schnöde Leiterbahn gibt es nur Schätzformeln, die
sich rein von ihrer Grösse und Komplexität "gewaschen" haben.
Die Simulation ist aber nötig, weil solche inhomogenen Kabel auch Filter aller
Art (eben Leitungsbauteile), aber auch Zirkulatoren oder Antennen sein können,
ganz lustig wird es, wenn dann auch noch dielektrische Materialien mit
seltsamen Eigenschaften dazukommen (geht hin bis zum magnetisch abstimmbaren
YIG-Oszillator).
F.20. Firma aufbauen
Von: Oliver Betz 2000
Die Newsgroup zum Thema: news:de.etc.beruf.selbstaendig
> Von der Idee zum Produkt
Ihr habt eine Schaltungsidee, und sogar schon einen Prototypen aufgebaut ?
Ihr glaubt, das sich das als Produkt verkaufen lässt ? Nur zu, aber es gibt
eine Menge Hürden, die für die etablierten Firmen alle kein Problem sind,
nicht zuletzt die Handwerkskammern, für die so was in den Bereich
"Elektrotechnisches Handwerk" fällt und die dazu einen Meistertitel oder
Ingenieur sehen wollen, wenn man was von "Inbetriebnahme", "Installation",
"Reparatur" auf die Gewerbeanmeldung geschrieben hat statt "entwickeln",
"herstellen", "vertreiben" wofür die IHK zuständig wäre, produzieren geht
immer im Rahmen eines Hilfsbetriebes.
DARF das Produkt verkauft werden ? Verstösst es gegen keine Patente und hält
es die Vorschriften ein und ist es im Sinne der Produkthaftung unbedenklich ?
Das ist schon schwer zu prüfen, aber ein batteriebetriebenes Gadget ohne
spitze Kanten kann höchstens nicht-funktionieren. Nach IEC61508 und 61511
müssen für Geräte, die höchstens leichte Verletzung einer Person bzw. kleinere
schädliche Umwelteinflüsse verursachen können, keine SIL-klassifizierten
Teile verwenden werden. Bei netzbetriebenen Schaltungen sollte man die 230V~
im Steckernetzteil lassen, so lange dieses möglich ist, das erspart eine
Menge Probleme. Sobald etwas funkt, an die Telefonleitung oder im Auto
eingebaut wird, werden die Vorschriften zur Wissenschaft.
KANN das Produkt sinnvoll hergestellt werden ? Manch einer hat eine Idee, die
sich dann aber als zu teuer in der Fertigung herausstellt. Massenproduktion
senkt die Herstellungskosten immens, aber die Investitionen sind auch nicht
ohne. Und die meisten wollen garantierte Abnahmemengen, bevor sie sich auf
gute Preise einlassen. Diese Garantie darf man natürlich nie geben, sondern
nur für das was man sich gerade leisten kann. Ein kommerzielles Produkt
benötigt ein ordentliches Plastikgehäuse, ab einer bestimmten Stückzahl wird
man das im Spritzguss anfertigen lassen. Wer nach Preisen fragt, kommt mit
Aluformen für einige tausend Spritzgussvorgänge aus, und braucht keine
Stahlformen für 500000 Schüsse, ausserdem könnten Formen noch mal
aufgearbeitet werden, bei glasfaserverstärktem Kunststoff ist das nach 5000
Vorgängen eh nötig. Bei wenigen Exemplaren gibt es verschiedene Methoden zur
Herstellung von Prototypen http://www.cp-gmbh.de/ . Wechselformplatten für
ein gemietetes/zurückgegebenes/mehrfachverwendetes Stammwerkzeug
(http://www.hasco.com/) sind recht preisgünstig, wenn nicht gehärtet wird und
die Oberflächen keine Struktur oder hochglanzpoliert werden sollen kommt man
mit 1000 EUR hin. Oberflächen kosten Geld, hochglanz 600 EUR, geätzt
Lederoptik 450 EUR, bei Kleingehäusen, natürlich je nach Grösse.
Spritzgussform ohne Einleger kostet so um 3000 EUR, mit 2 Einlegern, z.B.
Messinggewindebuchsen http://www.kvt-fastening.de/produkte/marken/tappex/
oder 2 Schiebern für Hinterschneidungen schon 5000 EUR.
Man besorge sich eine Stammform komplett mit Führungen die zur
Spritzgussmaschine der benötigten Grösse passt, die kann man beim nächsten
Projekt wiederverwenden wenn man geschickt ist (es gibut halt immer mehr
Löcher für die Auswerfer), lasse die obere und untere Formplatte per CNC
(fräsen und erodieren) herstellen, aus Aluminium falls man nur wenige tausend
braucht sonst aus Stahl, setze die Formplatte mit Angussdüse und den
benötigten Auswerfern in die Stammform ein und montiere Kühlflüssigkeitsnippel
(falls benötigt, für 100 Schüsse in PP, PA und bedingt ABS geht's notfalls
langsamer ohne Kühlung) wie verlangt in internationaler oder anderer Norm
http://www.rectus-regional-sued.de/index.php/Schnellkupplungen_formenkuehlung.html
dann kann eine Firma die Kunststoffteile auf ihren Maschinen herstellen, dabei
rechnet man mit 80-120 Hüben/Stunde bei Maschinenstundenpreisen von 20-50 EUR
(Dumpingpreise auch mal 10 EUR/h) bei bekanntem Materialverbrauch für je nach
Kunststoffsorte 1 bis 5 EUR/kg und lasse sich nicht Material für Angussnippel
bei fehlender Heissdüse in Rechnung stellen, die werden wieder eingemahlen.
Mit Rüstzeit können 1000 handliche Gehäuse also schon mal 1000 EUR kosten,
(zusätzlich zur Form), eine bestückte gedruckte Leiterplatte, ein gedrucktes
Manual und einen ordentlichen Karton, ein CE-Bapperl und eine EAN-Nummer, und
bei all den Dingen muss man 1000, besser 5000 Stück auf ein Mal abnehmen,
damit die Preise interessant werden. Handarbeit ist bei geringen Stückzahlen
gar nicht mal so teuer, ihr glaubt nicht wie schnell man 100 Platinen
bestückt, in ein Gehäuse eingebaut, in einen Karton gesteckt, in Folie
eingeschweisst und auf eine Palette gestapelt hat, man braucht dazu mit Übung
nur 1 Tag und ein Tauchlötbad mit Drahtabschneider. Bei Handbestückung werden
bei passender Arbeitsumgebung bloss 3 Sekunden pro Bauteil angesetzt. Ihr
könnt also selbst ausrechnen, wie viel Gewinn bei 'nur 3,5 cent/Bauteil' dem
Bestücker bleibt.
Für SMD Hühnerfutter sind 0,5 cent/Bauteil ausreichend, das wird schliesslich
automatisch platziert, allerdings sind die Einrichtungskosten erheblich.
In China fällt ein DVD-Player für 7 Euro mit Verpackung vom Band.
KENNST du die nötigen Leute ? Wer nicht schon Abnehmer und Lieferanten
kennt, bekommt schlechtere Konditionen oder gar keinen Fuss in die Tür. Nicht
umsonst lebt dieses Land von Beziehungen und Bestechungen. Und das ist
uch kein Wunder, denn wenn du dir selbst überlegst, mit wem du Geschäfte
machen möchtest, denkst du auch zunächst an Freunde und Bekannte, obwohl
du weisst, das die nicht unbedingt die Allerbilligsten oder Allerbesten sind,
aber man weiss bei ihnen wenigstens, was man hat, und hofft, nicht total
beschissen zu werden.
WIRD das Produkt den Kunden erreichen ? Herstellen alleine genügt nicht, das
Produkt muss auch an den Mann gebracht werden, und ihr ahnt nicht, wie
schwer es ist, einen Karton in die Regale grosser Handelsketten zu bekommen.
Ohne Bestechung (aka Regalfläche mieten) geht da eigentlich gar nichts.
Glücklicherweise ist der Vertrieb seit dem Online Shop im Internet wesentlich
einfacher geworden, aber manche Produkte müssen halt im Einzelhandel unter
die Leute gebracht werden. Und Werbung ist noch ein ganz anderes Kapitel.
Einfacher ist es, wenn man Zulieferer ist, und man den Abnehmer schon kennt,
dafür verdient man dabei auch weniger weil man vom Abnehmer abhängig ist.
HÄLT das Produkt, was es verspricht ? Ausfälle und Reklamationen sind teuer.
So lange sie nur am Gewinn zehren, geht das noch, aber es kann anfangen, mehr
Geld zu kosten, als die ganze Sache ursprünglich eingebracht hat. Erst Recht,
wenn Anwälte und Gerichte ins Spiel kommen. Warum stecken in vielen
kommerziellen Geräten mehr Bauteile, als in der Application Note des
Herstellers ? Warum werden bestimmte Bauteile verbaut, andere (bessere,
billigere) aber nicht ? Das hat meist etwas mit der Erfahrung der anderen
Anbieter zu tun. Sie ergänzen die Schaltung, damit sie zuverlässig
funktioniert, sie meiden Bauteile, die für Ausfälle oder Beschaffungsprobleme
bekannt sind. All das weisst du nicht. Insofern lohnt es sich immer, ein
ähnlich geartetes Gerät der Konkurrenz zu kaufen, und die darin verwendeten
Bauteile und Methoden zu übernehmen, solange nichts dagegen spricht.
Die Ausfallrate kann man berechnen
http://www.et-inf.fho-emden.de/~elmalab/bauelement/download/BdE_1.pdf
allerdings muss man noch die Temperatur berücksichtigen. Wer zuverlässige
Schaltungen berechnen will, sollte Bauteile mit angegebener FIT-Rate
einkaufen.
Aber manche Ausfallraten sind schon recht gut:
http://www.vishay.com/docs/72459/package.pdf
http://www.vishay.com/docs/72459/package.pdf
http://www.vishay.com/docs/73252/si7818dn.pdf (100% Rg tested)
Prüffirmen bieten für sicherheitskritische SIL/ASIL Anwendungen FMEDA Failure
Modes Effects and Diagnostic Analysis nach IEC61508, IEC61800-5-2, IEC62061,
ISO13849-1 und ISO26262 an, für weniger kritisches FMEA mit dem eine
Abschätzung der Zuverlässigkeit nach IEC 62380 (RDF 2000 UTE C 80-810) oder
SN29500, IEC61705, FIDES-Guide gegeben werden kann.
Patente stören weniger als man denkt, denn die meisten Schaltungstricks sind
schon alt und die Patente lange lange ausgelaufen. Bekommt man Ärger, lohnen
sich eigene Patente, die man zum Tausch anbieten kann. Das ist letztlich auch
der einzige Anwendungszweck für ein eigenes Patent, denn zum Schutz vor
Konkurrenten sind die eigentlich untauglich: Die Anmeldung ist ohne 5000 EUR
Patentanwalt unmöglich, 18 Jahre Gebühren kosten ebenso viel, doch wenn man
sich die Kosten der 3 Gerichtsverfahren zum Streitwert nicht leisten kann,
muss man das Patent erst gar nicht anmelden, man könnte es eh nicht einklagen.
Sollte ein Unternehmensberater also lediglich auf die steuerlichen Aspekte
eingehen, schmeisst ihn gleich wieder raus. Denkt allerdings als Freiberufler
an die Betriebshaftpflicht, denn ohne GmbH seid ihr voll haftbar, nicht nur
bei Vorsatz (dann hilft auch keine Haftpflicht). Eine 1 Mio Versicherung
kostet ca. 1500 EUR im Jahr. Orientiert euch, was es als einzelbetriebliche
Förderung in eurer Region gibt, da kann der Staat schon mal 65% des
Investitionsvolumens wegsubventionieren, wenn der Bürgermeister einen mag.
Wenn man keinen eigenen Betriebsstandort hat, sondern die Tätigkeiten beim
Kunden ausführt, entfallen schon mal GEZ und Abfall (denn Gewerbeabfälle
sind nicht im Haushaltsmüll mit drin).
Als Chef ist man nicht versichert, aber so bald man Mitarbeiter einstellt,
ist die BG Berufsgenossenschaft als Versicherer Pflicht und schreibt dir
manches vor. Als Handwerker hat man ein Problem mit Meisterpflicht, aber wer
industriell Teile herstellt (CNC) ist da raus. Als Modellbauer unterliegt
man keiner Kammerpflicht.
Die Mindestausrüstung einer Werkstatt für Elektrotechnik nach ZVEH mit einem
Prüfplatz nach DIN EN 50191 (VDE 0104)
http://www.mikrocontroller.net/attachment/240634/Richtlinie_Werkstattausruestung_Elektrotechnikerhandwerk.pdf
von: Chris D.
Die IHK bietet einen Lotsendienst, pensionierte Manager/Unternehmer die
ehrenamtlich einen Blick auf dein Unternehmen (oder die Idee) werfen und
Tipps geben. Das ist besser als jeder Unternehmensberater, denn die haben
nie ein Unternehmen geführt sondern wollen nur Geld machen.
http://www.vde.com/de/Karriere/Beruf-und-Arbeitsmarkt/Seiten/Existenzgruendung.aspx
Entscheidend ist, was man in der Gewerbeanmeldung angibt, das sollte
ausreichend handwerksfern (nicht: Fernseher-Reparatur) sein, z.B.:
§ 2 - Gegenstand des Unternehmens - Der Gegenstand des Unternehmens ist
- die Entwicklung elektronischer Baugruppen und Geräte der Rundfunk- und Nachrichtentechnik
- Leiterplattenlayout
- Aufbau von Mustern und Prototypen
- Projektierungs- und Beratungsleistungen auf den Gebieten der Rundfunk- und Nachrichtentechnik.
oder
- Dienstleistungen im Bereich elektronischer Baugruppen
- Handel mit Elektronikkomponenten/Waren aller Art ausgenommen Erlaubnispflichtigen
Meldet sich jemand von der HWK Handwerkskammer, hilft es nachzufragen, in
welcher Ausbildungsbeschreibung seiner Stände denn deine Tätigkeiten, wie:
"Layout von Leiterplatten" oder: "Entwicklung von Programmen in der Sprache
C" vorkommt.
1) FA will erstmal nur, dass Du Dich registrierst und monatlich Deine
USt.-VA machst - ist wirklich nicht schwer, vor allem wenn man als
Kleinunternehmer gar nicht umsatzsteuerpflichtig ist :-), allerdings
machen Firmen ungern Geschäfte mit Kleinunternehmern weil sie die USt.
nicht absetzen können.
Achtung beim Einkauf von Gebrauchtgeräten (ohne ausgewiesene Mehrwertsteuer)
und dem Verkauf nach §25a USt-Gesetz: Laut Gesetz KANN man die Rechnung
"nicht zum Vorsteuer-Abzug berechtigt" schreiben, laut Ausführungsverordnung
MUSS man sie so schreiben, und erzwingt damit, daß ein gewerblicher Kunde
die Differenzmehrwertsteuer doppelt abführt.
http://ftbw.de/xp/menschen-und-gesetze.html
2) Zuersteinmal will die IHK kein Geld sehen (Beiträge üblicherweise
erst ab 5000€ Gewinn/Jahr)
3) Gewerbeanmeldung kostet hier einen Zehner - nur aufpassen, dass Du
das industriell machst, nicht handwerkmäßig -> Meisterzwang
Darüber gab es neulich erst einen Thread. Also so etwas wie
"industrielle Produktion".
Wenn du einen Job hast und das Gewerbe nur nebenbei betreibst, ist es
wichtig, Nebenerwerb draufzuschreiben, sonst gibt es bei Arbeitslosigkeit
kein Geld.
4) RoHS ist geschenkt, CE-Zert. kannst Du Dir sparen, wenn Du Dir sicher
bist, dass Deine Kiste keinen stört - im Zweifel Metallgehäuse
drumherum und Leitungen abblocken ;-) EMV ist aber Erfahrungssache -
ich weiss nicht, inwiefern Du da fit bist. Möglicherweise kannst
Du auch günstig an der Uni messen lassen - manchmal sogar für
Kaffeekassenbeitrag. CE-Zert. ist auch dann unnötig, wenn Du Baugruppen
für Produkte anderer Unternehmen produzierst.
5) Steuerberater benötigst Du am Anfang nicht, es sei denn Du machst direkt
eine GmbH auf. Man kann sogar ganz ohne Steuererklärung und Belege das
Finanzamt die Steuer schätzen lassen und fährt damit eventuell günstig.
Damit man aber weiss obs günstig war, sollte man zuvor für sich selbst
schon mal die Steuerhöhe ausgerechnet haben. Bis 50000€ Gewinn/500000€
Umsatz reicht einfache EÜR, das kann sogar Großmutter Erna mit 90 noch
(und macht es besser ;-)
6) Wenn Du eigene Produkte verscherbelst benötigst Du natürlich eine
WEEE-Nummer. take-e-way bietet da Pakete für kleines Geld an.
Wenn Du nur Baugruppen produzierst, die andere verbauen, fällt das
flach.
Ein englisches eBook:
http://www.emcfastpass.com/cert-ebook/
Von: superK 21.1.12
Ich sehe die UG für Absolventen die Startups gründen um ihre
Innovationen an den Mann zu bringen gerade zu als Bestmittel! Wo sonst
kann man anders als Technologieträger z.B. seine Software oder Hardware
verkaufen? Etwa als Einzelperson??? - Vor allem können so steuerliche
Vorteile genutzt werden, auch wenn man zu Anfangs nicht die großen
Umsätze einfährt.
Sollte das Geschäft laufen, wird sowieso automatisch eine GmbH daraus
nach dem man seine 25T€ zusammengeschäffelt hat. (25% des
Jahresgewinns müssen als Stammkapital eingezahlt werden bis man die 25T€
erreicht hat).
Trick 17: bei 12500€ einfach die Firma liquidieren und eine GmbH mit
12500€ Stammkapital gründen, da eine UG nicht wie sonst üblich bei 12500
zur GmbH wird sondern wirklich erst ab 25T€.
Haften tut übrigens auch eine UG mit 25.000€ falls das Kapital keine
25T€ schwer ist, haften die Gesellschafter ergänzend mit ihrem
Privatvermögen.
Ein Vorteil ist die steuerliche Toleranz seitens der Finanzämter. Eine
Überweisung der USt.VA ist nicht sofort nach Rechnungserhalt nötig,
sondern kann bei erhalt des Rechnungsbetrages überwiesen werden.
Ich kann die UG als Rechtsform für Startups nur empfehlen!!!
Hier übrigens eine kleine Schritt für Schritt Übersicht der Kosten und
Behördengänge:
1. Stammkapital (bspw. und auch sinnvoll mind. 1000€) auf ein Konto
einzahlen (ggf. eigenes Konto mit Guthaben von mind. 1000€ vorweislich
bereit halten).
2. Termin mit Notar zwecks Gesellschaftervertrag und Gründung einer UG
Vereinbaren
3. Zum Termin mit dem Notar den Kontoauszug mitbringen wo das
Stammkapital sich befindet.
3a. Gründungskosten im Gesellschaftervertrag auf max. 1/10 des
Stammkapitals festsetzten (mehr ist nicht erlaubt... also im Falle von
1000€ = 100€)
3b. Gegenstand der Gesellschaft bspw.: Vertrieb von Software und
Softwareentwicklung als Dienstleistung
3c. ggf den Gesellschaftervertrag einer GmbH als Vorlage benutzen wenn
es mehr als einen Gesellschafter gibt.
4. Nach Erhalt des Gesellschaftervertrags bzw. einer Kopie des Notars
zur Bank gehen und ein Geschäftskundenkonto auf Namen der UG "in Gründung"
eröffnen.
5. Notar erledigt Handelsregister Anmeldung und IHK Anfrage ob das in
Ordnung geht oder ob Einwände bestehen.
6. Stammkapital auf das Konto einzahlen
7. UNBEDINGT EINEN STEUERBERATER/IN SUCHEN UND MIT IHM/IHR:
- Die Gewerbliche Steuer/Ust. Anmeldung der UG fürs Finanzamt ausfüllen
- Die Eröffnungsbilanz der UG machen und ans Finanzamt senden
- Basics für die Buchhaltung erklären lassen z.b. wenn ich ein PC kaufe
für 1001€ im Namen der UG, da man dann direkt insolvent ist da der
Einkauf das aktuelle Stammkapital überschritten hat! Man muss vorher
angeben mit was man diesen Invest bezahlen will!! UNBEDINGT VOM
Steuerberater erklären lassen!!!
- Ordnerstruktur und Konten für Einkäufe/Verkäufe
8. Nach erhalt der Ust/St ID kann die Geschäftstätigkeit beginnen.
(diese könnte auch vorher beginnen aber erst nach der Anmeldung der UG
beim Handelsregister greift die beschränkte Haftung!!)
Gründungskosten:
Notar mit Gesellschaftervertrag (bspw. 2 Personen und erweiterter
Vertrag) = 480€
Anmeldung beim Handelsregister + Bundesanzeiger = 150€ + 1€
Eröffnungsbilanz = 100€ (ggf. aushandeln)
Laufende Kosten:
monatlich: Steuerberater zwecks Belege und Ust voranmeldungen. 50€
jährlich: Jahresabschluss + Bilanz + etc.: 600 - 1000€
Der Wert vom Materialbestand, Halb- und Fertigware muß aus steuerrechtlichen
Gründen jährlich durch Inventur erfaßt werden, wurden Teile unterschiedlicher
Beschaffungen gemischt muss der niedrigste Einkaufspreis genommen werden (das
ist sogar von Vorteil weil es in der Bilanz nicht gewinnerhöhend wirkt). Man
kann nur wertvolle Teile (z.B. Stückpreis > 10 EUR oder Lagerwert > 1000 EUR)
zählen und Kleinteile schätzen z.B. durch wiegen. Dabei ist sogar
Mittelwertbildung möglich, d.h. es wurden Bauteile gekauft zu einem mittleren
Preis von 1 ct und Gewicht von 1g die alle in einem Regal liegen und der
Regalinhalt wiegt 25kg, dann kann man steuerlich 250 EUR ansetzen. Ob die
Schraube letztlich wertlos ist weil man sie nie braucht, oder 10 EUR wert ist
weil man sie sonst so aufwändig einzeln beschaffen müsste, zeigt, daß der
wahre Wert des Lagerbestandes sowieso nicht berechenbar ist.
Man kann bei Lagern mit vielen kleinen Plätzen auch eine kontinuierliche
Inventur machen, d.h. Z.B. Bei jedem Nulldurchgang (Fach leer) wird gezählt,
was einfach ist. Am Jahresende bleiben dann nur noch die Fächer ohne
Nulldurchgang übrig, die man sich eh genauer anschauen sollte. Davon hat man
zu viel im Bestand.
Von: Rafael Deliano 1999
> Gefühl für Elektronik-Preise
Dass man sich alle Fakten nicht aus dem Finger saugen kann ist klar, aber auf
Gefühl sollte man sich nicht verlassen.
> Automobilbereich
Immer im Auge behalten, dass "einfache" Schaltungen, dort nicht mehr einfach
sind. Die Teile sollen erweiterten Temperaturbereich haben (nicht immer
billig, nicht immer handelsüblich), die Aufbauten sollen vibrationsfest,
korrosionsfest sein. Es gibt spezielle EMV-Anforderungen für Abstrahlung, seit
sie ABS, Funktelefone usw. haben. Das Bordnetz ist bekannt schmutzig, man
muss also auch störfest sein. Alles in der Entwicklungsphase raussuchen,
Liefersperre vom Kunden während der Fertigungsphase kann für kleine Firmen
der Ruin sein. Pfuschen ist für Grossfirmen eben leichter. Kunden habe ferner
scharfe Stichprobenprüfungspläne. Einige Nieten können zu Rücksendungen
ganzer Lieferungen führen (= Lieferausfall, teuer). D.h. kosteneffektive und
gute Testbarkeit berücksichtigen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass bei hohen
Stückzahlen Ausfälle durch Bauteilstreuung oder Lötfehler nicht mehr durch
Reparatur so nebenbei zu beheben sind, es sind dann einfach zu viele Boards
die man bearbeiten müsste. Niemand kann im Prüffeld eine chinesische Armee
aufbauen um solche Fehler zu suchen und wem nicht klar ist, warum man die
Baugruppen nicht wegwerfen kann, dem kann ich das gerne separat erläutern.
Also Optimierung von Schaltung und Layout dahingehend frühzeitig ernsthaft
betreiben.
Von: soul eye 27.12.2013
Die Ausschußquoten liegen im einstelligen Prozentbereich, manuelle Nacharbeit
ist nicht zulässig. Kalkulatorischer Vorhalt sind 5%, diese deutlich zu
unterbieten steht jedoch in der Zielvereinbarung jedes Werksleiters.
> Stückzahlen 1...3 Mio/a.
Real oder Vertriebsprognose ? Meine Erfahrung: Inschinöre schätzen um Faktor
2, echte Vertriebsleute um Faktor 4 - 10 zu hoch, wenn es um zu erwartende
Stückzahlen für ein Produkt geht, das die Firma bisher nicht produziert hat.
> Aber wie bekommt man die zu erwartenden Preise in den Griff?
- Im Rechner der Distributoren stehen bekanntlich Preise bis 100 St als
Listenpreise. Oberhalb 1k wirds recht schnell Verhandlungssache. Wobei der
Kunde die besten Karten hat, der über längere Jahre hohe Stückzahlen bei dem
Distributor gekauft hat. D.h. ein neues, unbekanntes Unternehmen kriegt hohe
Preise genannt, kalkuliert dementsprechend teuer, fliegt bei Ausschreibung
sofort raus.
- Da der Wechselkurs oft in den Preis eingeht (Distributor fragen, wie er
abrechnet), kann es interessant sein Wechselkurse über die Jahre bezüglich
bestimmter Währungen zu beobachten. Von Katastrofen abgesehen, gibt es immer
Trends die ein paar Jahre halten. Man hat schliesslich die freie Wahl, ob man
als Controller einen Japaner oder Amerikaner oder Europäer einbaut.
- Lieferfähigkeit ist während der Produktionsphase wichtiger als der Preis
(sieht jeder erst ein wenn's zu spät ist). Manche Mengen kann man nicht vom
Lager der verschiedenen Distributoren zusammentelefonieren. Auch mündliche
Zusagen der Distributoren über Lieferfähigkeit sind wertlos, nach einem
halben Jahr erinnert sich da niemand mehr dran. Aber andererseits will
niemand langfristige Lieferverträge mit Distributoren abschliessen. Wenn die
Fertigung schleppend hochfährt, oder die Stückzahlprognose zu hoch lag oder
die ewig fleissigen Entwickler das Teil schon wieder rausdesigned haben kriegt
man Teile, die man nicht braucht, und soll sie zahlen. Die Lieferverträge
decken manchmal das Währungsrisiko ab, hängt aber oft ab was im Detail
vereinbart wurde.
Wenn man sich ohne langfristige Verträge bei Halbleitern durchmogeln muss:
- second source verfügbar ? Heute oft kaum noch möglich das zu
berücksichtigen. Upgrades funktioniert oft noch: d.h. OP mit Standardpinning
immer durch anderen, besseren ersetzbar.
- Reputation des Bauteilherstellers bezüglich Lieferfähigkeit beachten. Einige
sind berüchtigt: Motorola, Maxim ...
- Unbekannte Hersteller die über Preis in einen Markt eindringen wollen, aber
praktisch noch nichts fertigen oder verkaufen sind auch verdächtig. Sie gehen
so schnell wie sie kommen.
- Bei Distributoren anfragen welche Stückzahlen er ab Lager liefern könnte.
Hohe verfügbare Menge deutet auf viele design-ins hin und das Teil sollte damit
gängig sein.
- Zu alte oder zu neue Teile meiden. Alte, exotische Teile (vor 1990) werden
oft abgekündigt, weil der Hersteller die Fertigungslinie abbaut. Bei neuen
Teilen sammelt er oft schon Bestellung, kriegt die Fertigung aber nicht so
schnell hoch wie er meint. Rückstau zwangsläufig, kleinster Kunde hat
geringste Priorität.
Für kleine Firmen sind die hohen Stückzahlen oft eher eine Einladung sich das
Genick zu brechen, als eine lukrative Gelegenheit.
Von: Rafael Deliano 1999
>> Lieferfähigkeit ... wichtiger als der Preis
> ... Diesen Punkt hätte ich beinahe aus den Augen verloren.
Man kann auch sagen warum: wenn geliefert wird, kommt Zahlung rein. Ob das
Produkt statt ein wenig Gewinn, ein wenig Miese macht, merkt man selbst oft
erst beim Nachrechnen. Die Bank jedenfalls merkt nichts. Wenn jedoch wegen
Lieferunfähigkeit keine Zahlung kommt, wird die Bank nervös und knipst einem
oft vorschnell das Licht aus.
>> (ca. 1 kB ROM, ca. 200 Byte RAM)
Ein derartiger Controller (20 Pins) wie der 68HC707J1A kostet bei 1k als OTP
nur noch 1.20 EUR. Die Variante KJ1A (16 Pin) als OTP bei 1k -.80 EUR ist bei
grösseren Stückzahlen (500k) unter -.45 EUR. (Das sind Preise die Future mal
veröffentlichte) ROMs sind nochmal billiger, aber die Stückzahlen ab denen sie
der Hersteller annimmt sind dementsprechend hoch. Offensichtlich sind Typen
wo man die Fertigung mit OTPs hochfahren kann und erst wenn alles stabil ist
auf ROM wechselt empfehlenswert.
> kundenspezifischen ASIC
Wie oben gesehen ist gegen Standardcontroller vom Preis nicht viel zu holen.
CPLDs sind teuer und brauchen viel Strom, Gate Arrays sind nicht so
änderungsfreudig wie Software und es dauert oft Monate bis die Samples kommen.
Ich hab vor 10 Jahren mal ein kleines gemacht: 50% der Zeit ging drauf das
Programm für den Tester zu schreiben ...
5 Punkte gäb's noch um am Preis für hohe Stückzahlen zu bohren:
- Für simple Anwendungen ist 8 Bit oft überdimensioniert. 4 Bit CPUs werden
speziell für Preiskriege immer noch gemacht. Hauptsächlich Japaner. Aber z.B.
in Deutschland (Eching/Heilbronn Fertigung in Frankreich) MARC4 von
Atmel/Temic. Einige Teile auch OTPs. Einsatz z.B. mit Transpondern in
KFZ-Schliessanlagen (Temic gehörte mal Daimler-Benz). Wenn man beim
Distributor fragt, wird man meist abgewimmelt. Besagt aber nichts, die Teile
werden hauptsächlich für einen Kundenkreis, der nicht bei Distributor kauft,
gefertigt. Besser direkt beim Hersteller bohren.
- bipolare Analogschaltungen kann man mit Zetex als "analoge" GateArrays
fertigen, braucht allerdings Stückzahlen (10k/Jahr ?). Auf dem Chip sind NPN,
(lausige) PNP, Widerstände, kleine Kondensatoren. Man zahlt nur eine
Metallisierungsmaske. Die Standard-ICs die Zetex selbst anbietet basieren alle
auf diesen vorgefertigten Arrays. War bei vielen Produkten von Ferranti und
Exar genauso. Hat den Vorteil, dass die Parameterstreuung ständig kontrolliert
wird und das Ausgangsprodukt billig ist. Zum Entwickeln gibts DIL-IC-Kits die
die Transistoren enthalten. So kann man Breadboards aufbauen. Ferner gibts die
Transistordaten in PSPICE-Format, man kann also auch MonteCarlo-Analyse
machen (konnt man bei Ferranti damals noch nicht).
- Leiterplatten aus Fernost in FR1/FR2 und einlagig sind billiger. Die Sorte
wird in Deutschland zwar kaum noch produziert, aber immer noch von vielen
Firmen bei preiskritischen Produkten verwendet. Technisch ist es nötig das
Layout (Leiterbahnbreite, Lötaugendurchmesser) sorgfaltig abzustimmen, wegen
der schlechteren Haftfestigkeit des Kupfers. Man kriegt auch einfache
SMD-Schaltungen drauf. Als Material gibt es die "echten schlechten" braunen
aus Fernost, aber auch das gelbliche, plastikartige FR3-Material das z.B.
auch für Posttelefone eingesetzt werden durfte und in Europa noch produziert
wird. Vorher abklären wie es in der Anwendung um Anforderung an Flammschutz,
Aufquellen bei Feuchtigkeit, mechanischer Festigkeit aussieht. Bei grossen
Boards (Netzteilen) verzieht sich FR1 beim Schwallen oft unschön oder hängt
bei Trafos durch.
Wenn man weiches Leiterplattenmaterial hat, muss man die Boards auch nicht
mehr bohren sondern kann Stanzwerkzeug (allerdings grösserer Lochdurchmesser)
machen, was bei hohen Stückzahlen sinnvoll sein kann.
- Lieber mehr als weniger herumtelefonieren, wenn Teile teuer und der Markt
uneinheitlich ist. Trifft besonders für elektromechanische Teile und ähnliche
Exoten zu. Ich brauchte unlängst einen 600:600 Ohm Übertrager ohne weitere
Anforderungen. Erste Anruf an Haufe/Deutschland: die wollten 5 EUR. Weiter
zu Consar, der amerikanische Trafos für Modems führt. Kompakte Teile, guter
Qualität aus automatischer Fertigung, aber etwa 2 EUR. Verwendet wurde dann
ein Teil aus Fernost das etwas über -.50 EUR kostet. Es ist keine Augenweide,
funktioniert aber auch.
- Versuchen Probleme prinzipiell anders anzugehen, insbesondere in Software zu
verlagern. Ich habe hier eine Leiterplatte mit einem kleinen Controller und
einem bipolaren analogen Freisprech-IC (4 EUR) das zusätzlich einen Schwung
kleiner Aluelkos benötigt. Da der Controller abgekündigt wurde, kommt ein
etwas grösserer rein der zusätzlich A/D-Wandler und mehr Pins hat. Alles nicht
benötigt, aber der Typ ist die preiswerteste Alternative in der Familie.
Gleichzeitig werde ich versuchen das Freisprech-IC durch einen Analogschalter
4066 (0,10 EUR) zu ersetzen und den Controller die Schalterei machen zu lassen.
Er kann sich durch die A/D-Wandler den Pegel in beiden Kanälen bestimmen und
tut während des Sprechens ohnehin sonst nichts.
> "Entwickeln" kann man ja eigentlich nicht sagen, da das ja eh nur
> ein Zusammenstellen einiger hochintergrierter Chips ist.
Manch einer denkt, daß Seriengeräte nur nachgebaute ApplicationNotes sind.
Für industrielle Anwendung ist servicefreie Lebensdauer, also verbesserter
Blitzschutz interessant.
die analoge Beschaltung kann oft deutliche Auswirkung auf die
Fehlerhäufigkeit BER haben. Eher bei höheren Geschwindigkeiten ein Problem.
die analogen Telefonnetze in Europa sind nicht sonderlich kompatibel und daß
es Zulassungstests besteht bedeutet nicht, daß es in der Praxis dann auch
überall funktioniert. Z.B. innerhalb Nebenstellenanlagen.
einige (Modem-)Chipsätze hatten Macken. Rockwell z.B. manchmal nur
Verbindungsaufbau zwischen Rockwell-Chips aber nicht zu anderen Modems.
Auch der automatische Wechsel zwischen Geschwindigkeiten im Betrieb war
früher oft problematisch.
D.h. "jeder" kann zwar ein bischen ein Modem bauen, aber nur spezialisierte
Firmen mit KnowHow und geeigneten Meßgeräten können Produkte basteln die
marktfähig sind. Ist in den meisten Branchen so.
Wer beim Aufkleben des CE-Bapperls Skrupel hat, ist als Unternehmer
charakterlich ungeeignet.
Schlechte aber billige Fertigung von Foshan Lötstationen in China:
http://www.youtube.com/watch?v=ix6KZLlDxok
In Deutschland gibt es die Berufsgenossenschaft mit folgenden Anforderungen
an einen Elektronikarbeitsplatz
* Lötrauchabsaugung
http://komnet.nrw.de/ccnxtg/frame/ccnxtg/danz?lid=DE&did=10145
* Beleuchtungsstärke bis 1500 Lux in Elektronikwerkstätten
https://www.vbg.de/apl/tr/asr_a3_4/anh1.htm
* Not-Aus-Schalter
https://tu-dresden.de/die_tu_dresden/arb_umw_schutz/nptu_arbeitsschutz/datein_gb_jan2011/elektro.pdf
* Berufsgenossenschaft
http://www.arbeitssicherheit.de/de/html/library/law/5005064,32,20060201
Von: Hardwareentwickler 03.04.2015
Du kannst meine Position haben. Ich habe nach 15 Jahren keine Lust mehr,
weil das, was ich täglich tue, nichts mit dem zu tun hat, was ich
eigentlich machen wollte.
Musst halt viel über aktuelle Bauteile wissen, Abkündigungen verfolgen
und Dich mit dem Projektleiter rumärgern, der andauernd was Anderes will.
Eagle kannst Du vergessen. Wir haben Mentor Expedition. Ansonsten musst
Du mit Visio Schaltungen malen, die dann zum Zulieferer gehen, für
externe Vergabe.
Ein Drittel der Arbeitszeit ist das Beschreiben der Schaltung mit Doors
in Form von Requirement-Spec-Keys. Man beschreibt zudem, was man machen
will, erstellt Kostenpläne und lässt es sich abzeichnen.
Ein Weiteres Drittel ist die umständliche spätere Änderung der Keys,
weil wieder ein Knödelhops was Neues will. Dann muss man auch oft
Doors-Probleme umschiffen.
Das dritte Drittel ist das Herumärgern mit der dämlichen und arroganten
QM-Abteilung, die irgendwelche Rechtschreibfehler in den
Zulassungsdokumenten bemängelt und Dich schikaniert.
Für das eigentliche Entwickeln bleibt keine Zeit mehr und wenn, dann ist
es das permanente versteckte Arbeiten gegen die formellen Prozesse,
damit doch was rauskommt.
Hardwareentwickler ist große Scheiße geworden in diesen Tagen!!!!!!!
F.20.1. CE-Zeichen / Elektronikschrott / RoHS / WEEE / Bleifrei / ISO9001
Die folgenden Absätze betreffen nur gewerblich Handelnde. Wer nur Oma's
Altgeräte oder seine ausrangierten Basteleien verkauft, keine nachhaltige
Gewinnerzielungsabsicht sondern nur Liebhaberei (Finanzamtsdeutsch)
dahintersteht, braucht sie nicht zu beachten. Wer allerdings Bausätze für
andere Modellbaufreunde anbietet, damit er die 100 zu viel gekauften Platinen
wieder los wird, muß sich schon überlegen, ob das nicht gewerblich aufgefasst
werden könnte. Die durch einige Musterurteile begründete Grenze liegt bei
Einnahmen von 410 EUR und 5 Verkäufen auch von extra für den Verkauf
angefertigten Gegenständen, unter denen es im Jahr als Hobby durchgeht,
danach sollte man ein (Klein-)Gewerbe anmelden (was Rechnungsstellung,
Steuernummer, Impressum, Rücknahme und Gewährleistung, AGB, WEEE,
VerpackVerord umfasst) das bis 410 EUR/Monat von Krankenkassen/Rentenabgaben
verschont bleibt, ab 17500 EUR/Jahr wird man umsatzsteuerpflichtig und erst
ab 24500 EUR/Jahr sind Gewerbesteuern fällig (Zahlen ändern sich ggf. jedes
Jahr). Verkäufe (z.B. Überbestände per eBay) bleiben steuerfrei, wenn der aus
den privaten Veräußerungsgeschäften von Artikeln, die man weniger als 1 Jahr
lang besessen hat, erzielte Gesamtgewinn im Kalenderjahr weniger als 600 Euro
betragen hat (§ 23 Absatz 1 Satz 1 Nr. 2 § 23 Absatz 3 Satz 5 EStG), man
zieht also von den Einnahmen jegliche Ausgaben ab, von Porto bis eBay-Gebühr
und Einkaufspreisen, oder wartet 1 Jahr mit dem Wiederverkauf.
> CE
Jedes in Europa auf den Markt gebrachte Produkt muss den in seinem Bereich
geltenden Richtlinien und Gesetzen genügen. Falls das Produkt unter eine oder
mehrere dieser Richtlinien fällt
ATEX (94/9/EG)
Aufzüge (95/16/EG)
Bauprodukte (89/106/EWG)
Druckgeräterichtlinie (97/23/EG)
EMV-Richtlinie (2004/108/EG) EMC (Gerät oder von Endbenutzer installierbar)
Funkgeräterichtlinie (2014/53/EU) RED (alles was bis 3THz empfängt oder sendet)
Gasverbrauchseinrichtungen (2009/142/EG)
Maschinenrichtlinie (2006/42/EG)
Medizinprodukterichtlinie (93/42/EWG)
Niederspannungsrichtlinie (2006/95/EG) LVD
Persönliche Schutzausrüstungen (89/686/EWG)
Spielzeugrichtlinie (2009/48/EG)
signalisiert der Inverkehrbringer (Inverkehrbringen liegt u.a. nicht vor wenn
"ein Produkt einem Hersteller für weitere Vorgänge z.B. zur Montage,
Verpackung, Verarbeitung oder Etikettierung überlassen wird", oder von einer
Firmenniederlassung in eine andere transportiert wird, auch USA nach EU)
die Einhaltung durch Aufkleben des CE-Zeichen, wozu er vom Hersteller eine
Declaration of Conformity wie Prüfnachweise für LVD, EMC, RED für das Gerät
benötigt, in der der Hersteller sagt, welche Normen und Anforderungen das
Gerät erfüllt. Fällt das Gerät unter keine dieser Vorschriften, DARF es kein
CE Zeichen tragen, also auch die fälschliche Anbringung kann rechtliche
Probleme nach sich ziehen. Ein FI-Schalter trägt CE wegen der
Niederspannungsrichtlinie die er einhält und muss dabei auch RoHS erfüllen.
Ein uC-Development-Board ist ohne Stromversorgung EMV unrelevant und nicht
Endbenutzereinbaubar, also kein CE-Zeichen. Ist es aber ein Lego Mindstorm,
fällt es unter CE wegen Spielzeugrichtlinie und wird auch EMV erfüllen
müssen weil Endbenutzerinstallierbar. Ein Funkmodul fällt unter RED
2014/53/EU und bekommt dewegen ein CE Bapperl auch ohne Gehäuse und Netzteil,
Funk-Evaluation-Boards sind aber von ihr explizit ausgenommen. Ein Verstoss
gegen §10 FTEG stellt eine Ordnungswidrigkeit dar. Gegen den Betroffenen kann
in der Folge ein Bußgeld von bis zu 25.000 Euro verhängt werden."
Gerät (DIN VDE 0701-0702) oder Maschine (DIN VDE 0113 (EN 60204), 209-030,
DIN-EN 61496-1, DIN-EN-ISO 13855, DIN-EN-ISO 13857) oder Apparat ? Apparate
haben keine Energiequelle ausser der Muskelkraft des Benutzers und fallen
und keiner dieser Richtlinien ausser vielleicht der Spielzeugrichtlinie.
Erster Anhaltspunkt: Geräte kann man während des Betriebs herumtragen, sie
haben meist einen Schukostecker, Maschinen stehen während des Betriebs fest,
sind aber nicht unbedingt elektrisch fest installiert sondern haben manchmal
auch Stecker. Eine Handbohrmaschine ist also ein Gerät. Auch im Bohrständer.
Eine Tischbohrmaschine, die auf dem Tisch festgeschraubt ist, immer noch.
Erst eine Standbohrmaschine, ein Bohrwerk, ist ein Gerät. Ein Sägewerk, bei
dem die Säge auf Schienen den Baumstamm entlang fährt, ist fest installiert
weil die Schienen liegen.
Die für die CE-Kennzeichnung relevanten Richtlinien findest du hier:
https://ec.europa.eu/growth/single-market/ce-marking_en
https://ec.europa.eu/growth/single-market/ce-marking/manufacturers_en (und sich dann durch Directives hangeln)
http://www.pci-card.com/EMV_Leitfaden_2007.pdf (was fällt unter 2004/108/EG)
http://ec.europa.eu/enterprise/policies/single-market-goods/internal-market-for-products/new-legislative-framework/index_en.htm
https://ec.europa.eu/growth/sectors/construction/product-regulation/avcp_en
(AVCP für Produkte für die keine harmonidierten Normen vorliegen, ein
Technical Assessment Body aus der NANDO liefert im European Assessment
Document die einzuhaltenden Vorschriften)
Es geht bei den ganzen CE Richtlinien hauptsächlich um Personenschäden, aber
auch um den Schutz von Haus- und Nutztieren und Sachwerten.
In den Richtlinien werden Normen genannt. Eine Einhaltung der für das Produkt
relevanten Normen bedeutet eine Erfüllung der Richtlinie, aber Normerfüllung
ist freiwillig. Man verliert jedoch die Vermutungswirkung, und Prüfinstitute
prüfen nach der konkreten Norm, nicht nach der Richtlinie. Harmonisierte
Normen dienen also den Herstellern als Hilfestellung zur Risikoanalyse
(IEC26262, IEC61508) und bei der Umsetzung der grundlegenden Anforderungen.
Mitbewerber wenden sich bei Missstandsvermutung an die Bundesnetzagentur,
deren Aussendienstmitarbeiter ggf. den Hersteller/Importeur aufsuchen, die
Unterlagen sichten, überprüfen und Strafen wegen Ordnungswidrigkeiten
verhängen. Man sollte also die für einen geltenden Vorschriften kennen und im
Zweifel messen ob die eigenen Geräte sie einhalten, sonst kann man böse
Überraschungen erleben. "Ist der Tatbestand des Inverkehrbringens von Geräten
ohne CE-Kennzeichnung erfüllt, droht ein Bußgeld von bis zu 50000 Euro." (Bei
Händlern als Ersttäter auf Grund von Nichtwissen sind ca. 1250 EUR fällig).
http://www.anwalt.de/rechtstipps/ce-kennzeichnung-haftungsfalle-fuer-hersteller-co_016096.html
https://www.mikrocontroller.net/topic/391650 (Verstoss CE Kennzeichnung erwischt)
Das Produkthaftungsgesetz sollte man gelesen haben und auch BGB §823(2).
http://www.dguv.de/ifa/Publikationen/Reports-Download/BGIA-Reports-2007-bis-2008/BGIA-Report-2-2008/index.jsp (Funktionale Sicherheit von Maschinensteuerungen - Anwendung der DIN EN ISO 13849 (BGIA-Report 2/2008))
http://www.ibf.at/aktuelles/aktuelles-single/?tx_ttnews[tt_news]=82&cHash=27fd1b30f6867f29b2682febe1f1efeb (Haften Konstrukteure für Konstruktionsfehler persönlich?)
http://www.marktueberwachung.eu/ (Ein Portal der Kanzlei Koch & Neumann zum Recht der Produktsicherheit und der Marktüberwachung)
http://www.sueddeutsche.de/muenchen/wolfratshausen/geretsried-grossmetzgerei-sieber-ist-nach-listerienfund-in-wurst-am-ende-1.3023772 (auch in anderen Branchen führen Tote zur Insolvenz)
Produktsicherheitsgesetz § 39 Abs. 1 Nr. 6 und Abs. 2: "Bei Verstößen drohen
dem Verpflichteten bei Vorsatz oder Fahrlässigkeit Bußgelder in Höhe von
bis zu 10.000 Euro". Zum haftenden Hersteller wird man auch, wenn man einem
Produkt den eigenen Markennamen aufklebt, oder es in die EU importiert, und
wenn man als Lieferant nicht innerhalb 1 Monats den wahren Hersteller nennt.
Optimal ist es, ein Prüflabor zu beauftragen. Damit bekommt man dann
eine "Expert Opinion" von einem "Notified Body". Damit ist man bestens gegen
rechtliche Probleme gewappnet. Mehr kann man im Prinzip nicht tun.
http://ec.europa.eu/enterprise/newapproach/nando/ (Benannte Stellen)
Wer keine selbständig funktionierenden Endprodukte sondern nur Komponenten
die nicht vom Endbenutzer zu installieren sind (Bauelemente) liefert, der muß
CE Konformität nicht nachweisen, es ist bei Bauteilen sogar unzulässig ein
CE-Zeichen aufzukleben. Mit dem CE-Zeichen darf nicht als Qualitätsmerkmal
geworben werden.
http://www.zvk-online.de/fileadmin/images/zvk/Position_CE_Bauelemente_2010-03-17_de.pdf
Es ist ja auch unmöglich, bei nackten Platinen oder Bauteilen den Berührschutz
etc. sicherzustellen, dennoch sind manche Produkte anders: Netzkabel, Trafos,
PC-Einsteckkarten, obwohl ohne Gehäuse so ein Teil natürlich Abstrahlungen
weit oberhalb der erlaubten Werte hat und ein CE Bapperl eigentlich Unsinn
ist, aber es ist eben endbenutzerinstallierbar. Alle Teile müssen aber
geeignet sein, die CE Richtlinien zu erfüllen, es gibt also keine Ausrede für
zu geringe Sicherheitsabstände auf der Platine, Netzschalter mit einen µ
(steht für Kontaktabstand > 3mm wenn ausgeschaltet) oder nicht UL94 genügende
Unbrennbarkeit der Materialen, ein Käufer wäre zu Recht unzufrieden, er
benötigt ja die Declaration of Conformity z.B. über die Unbrennbarkeit von
Gehäusen, um entscheiden zu können, ob er das CE Zeichen aufkleben darf.
Sonderanfertigungen erhalten/benötigen kein CE Zeichen, beispielsweise 3.8
MPG http://www.tuev-media.de/leseprob/lp_90227_inhalt.pdf
43 GradC ist DER allseits bekannte Grenzwert bei Geräten / Maschinen.
Wird ein dauerhaft anzufassendes Teil (z. B. Handgriff) heißer als diese
Temperatur, sind zusätzlich Schutzmassnahmen notwendig. Entweder von
Herstellerseite oder die Betriebsanleitung schreibt eine "PSA"
(persönliche Schutzausrüstung) vor, z. B. Handschuhe. Ein Lenkrad eines in
der Sonne geparkten Autos wird problemlos über 43 GradC warm, leicht über 70.
Die Grenztemperatur zum Berührungsschutz ist allgemein 65 GradC.
EN ISO 13732-1 nennt 85 GradC bis 1 Sekunde und 60 GradC bis 1 Minute bei
Kunststoffoberflächen.
http://www.dguv.de/medien/ifa/de/pub/bai/pdf/info1200.pdf
In der DIN EN 60335-2-7; VDE 0700-7:2014-07 werden darüber hinaus Grenzwerte
für zufällig berührbare heiße Oberflächen eingeführt, zum Schutz besonders
schützenswerter Personen wie Kinder genannt.
http://www.ce-zeichen.de/klassifizierung.html
http://www.automation.siemens.com/mcms/pc-based-automation/en/industrial-pc/support/Documents/wp_ce_ul_d.pdf (brauchbar verständliche Zusammenfassung und Übersicht)
http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=OJ:L:2009:093:0003:0010:DE:PDF (EG Verordnung 278/2009 Steckernetzteile)
http://www.regtp.de/ (EMVG)
http://www.dti.gov.uk/innovation/strd/strdpubs/page10946.html (amerikanische Standards)
http://www.pilz.com/de-DE/knowhow/standards/directives_laws (Sicherheit vom Maschinen, vor allem solcher mit Not Aus)
http://www.quality.de/g0000010.htm (akkedidierte Zertifizierer nach DIN900x)
http://www.dar.bam.de/ast/index.html (alle möglichen akkreditierten Stellen)
http://www.slg.de.com/pruefung_und_zertifizierung/emv.html (EMV Labor)
http://www.hochschule-bochum.de/fileadmin/media/fb_e/labore/prof_albers/Forschungsarbeiten/Sebastian%20Gajda.pdf (Verbesserung der EMV einer Platine am Beispiel eines Batterie Monitoring Systems)
http://www.kothes.de/infopool/vorlagen-zur-konformitaets-und-einbauerklaerung.html (zur Maschinenrichtlinie)
http://www.ce-zeichen.de/klassifizierung/maschinenrichtlinie.html
https://webgate.ec.europa.eu/icsms/App/index.jsp (gefährliche Produkte der Behörde melden)
Normen für die elektrische Sicherheit:
EN 62368-1 (früher EN 60950): Niederspannungsrichtlinie
EN 60204: Sicherheit von Maschinen - Elektrische Ausrüstung von
Maschinen (früher DIN VDE0113) (im Gegensatz zu VDE0701/0702 geltend für
Geräte)
EN 60947-5: Niederspannungsschaltgeräte (NOT AUS)
EN 60664: Isolationskoordination für elektrische Betriebsmittel in Niederspannungsanlagen (Leiterbahnabstände)
NFPA 79: Electrical Standard for Industrial Machinery
EN ISO 12100:2010: Sicherheit von Maschinen - Allgemeine
Gestaltungsleitsätze - Risikobeurteilung und Risikominderung
(Zusammenlegung von EN ISO 12100-1, EN ISO 12100-2 und EN ISO 14121-1)
Beispiel für eine Konformitätserklärung;
Firmenkopf
(Firmenbezeichnung und vollständige Anschrift)
EG-Konformitätserklärung nach EG-Maschinenrichtlinie 2006/42/EG,
Anhang II A
Hiermit erklären wir, dass die nachstehende Maschine
Maschinenbezeichnung, Typ, Seriennummer, Handelsbezeichnung
den einschlägigen Bestimmungen folgender Richtlinien entspricht:
Maschinenrichtlinie 2006/42/EG
EMV-Richtlinie 2004/108/EG
….
Angewandte harmonisierte Normen:
EN ISO 12100
EN 1010-1
EN 1010-2
EN 1010-3
EN 1010-4
EN 1010-5
EN ISO 13849-1
EN 60204-1
….
Angewandte nationale Normen und technische Spezifikationen:
…..
Bevollmächtigter für die Zusammenstellung der technischen Unterlagen:
H. Steller, Anschrift
Musterstadt, 29.12.2012 H. Mustermann, Geschäftsführer
Eine Leuchte sollte aufführen
RoHS-Richtlinie 2011/65/EU
EMV-Richtlinie 2014/30/EU
Niederspannungsrichtlinie 2014/35/EU
Produktsicherheit-Richtlinie 2001/95/EG
Lechtennorm EN 60598
Selbst für die Bedienungsanleitung für Endverbraucher gibt es eine Norm, die
DIN EN 82079, mit gewissen Defiziten, aber zumindest grundlegend richtigem:
http://www.itl.eu/fileadmin/media/docs/infopool_veroeffentlichungen/2015/itl_Fachmagazin_2015_Sonderausgabe_Dokunorm.pdf
Auch Metallbauer haben nach DIN EN 1090-1 ihre Produkte in EXC1 bis EXC4
einzustufen, ab EXC2, für Tragwerke aus Stahl und Aluminium wie Geländer
und Treppen im öffentlichen Bereich, dürfen nur von einer nachgewiesen dazu
ausgebildeten Fachkraft geschweisst werden, damit keine Materialermüdung die
Statik ruiniert, und dieses per CE-Zeichen kundgetan werden wenn mehr als ein
Einzelstück, CE betrifft also nicht nur Elektronik.
> Niederspannungsrichtlinie
Sie gilt erst für "elektrische Betriebsmittel zur Verwendung bei einer
Nennspannung zwischen 50 und 1000 V für Wechselstrom und zwischen 75 und 1500
V für Gleichstrom", also nicht für Elektronik an Kleinspannung. Wer seine
Bastelei also nicht mit 230V~ verbindet sondern über Batterie oder ein
fertiges CE konformes Steckernetzteil versorgt, der hat mit der
Niederspannungsrichtlinie nichts zu tun. Dennoch könnten solche Geräte ein CE
Zeichen benötigen, beispielsweise weil sie unter die EMV-Richtlinie fallen
oder als Spielzeug anzusehen sind. Wer seine Steckernetzteile europaweit
ausliefern will, muss eine Beschreibung in jeder europäischen Sprache (auch
gälisch, maltesisch und litauisch) beilegen, einen Firmennamen mit
Kontaktadresse aufkleben und eine Risiko-Analyse und -Bewertung muss im
vorgeschriebenen Stil in der Declaration of Conformity Dokumentation
abgeheftet sein.
http://ec.europa.eu/growth/sectors/electrical-engineering/lvd-directive_en
> EMV
Nicht jedes elektronische Gerät fällt unter EMV Vorschriften, viele sind
aufgrund ihrer Beschaffenheit hinsichtlich EMV unkritisch (nur eine
Glühbirne drin) oder sind für eine ortsfeste Installation vorgesehen, oder
sind Funkgeräte, die früher unter R&TTE-Funkgeräterichtlinie 1999/5/EU
fielen, heute unter RED 2014/53/EU .
http://www.pfa.nrw.de/PTI_Internet/pti-intern.dhpol.local/Funk/Regelungen/TR_EMV/EMV/EMV-Rechtsvorschriften.pdf
https://www.electrosuisse.ch/de/news/allgemeine-news/news-details/news/10001-neue-europaeische-funkgeraete-richtlinie-201453eu.html
http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-0470189304.html (Electromagnetic Compatibility Engineering, Ott, ISBN 9780470189306)
Man kann sehr viel schon durch passende Auslegung machen: kurze Leitungen,
schon fallen viele Dinge der 61000-6-1/-2/-3/-4 raus, kleine Spannungen,
schon war's das mit der LVD Niederspannungsrichtlinie, nichts mit Funk,
niedriger Takt, schon Messungen nicht mehr bis 6GHz sondern nur bis 1GHz.
Wenn das Gerät unter EMV fällt, sind folgende Vorschriften einzuhalten:
Störfestigkeit nach EN 50082-2 DIN 61000-6-3 (EMV-Störfestigkeit)
Elektromagnetische Verträglichkeit Fachgrundnorm Störfestigkeit
Funkentstörung nach EN 55022 Klasse A DIN 61000-6-1 (EMV-Abstrahlung)
Elektromagnetische Verträglichkeit von Einrichtungen der Informationsverarbeitungs- und Telekommunikationstechnik
IEC-60929 elektronische (Leuchtstofflampen-)Vorschaltgeräte
Sicherheit von Einrichtungen der Informationstechnik einschließlich elektrischer Büromaschinen
ISO 26262 für Elektroautos, zumindest IEC61508, ECE R100 wenn man es nicht verkaufen will.
Prüflabore: http://www.ce-lab.de/ (80 EUR/Stunde, sonst sind eher 130 für
Labor+Prüfer üblich und 150-200 ist teuer) und http://www.reichl-emv.de/ und
http://www.emc-test.de/ und http://www.emtest.de/ sowie
http://www.emv-labor-schuhwerk.de/ .
ESD dauert etwa 1h, Freifeld etwa 1-2h, Surge etwa 1-4h, Burst zwischen 1-4h.
Prüfungen sind besonders teuer, wenn es um selbstgebautes GSM oder ähnliches
geht, weil dann die Basisstation simuliert werden muss, das kann bis 10000 EUR
kosten, ein uC mit fertigem GSM Modul liegt bei CETECOM bei 400 EUR. Eine
komplette Marktfähigkeitsprüfung erledigt inzwischen:
http://www.take-e-way.de/leistungen/marktfaehigkeitspruefung/
http://www.compliance-club.com/ (pdf/emctestingpart1.pdf bis 7)
Ab dem 20.04.2016 muss für das CE-Zeichen ein Nachweis der Risikoanalyse nach
der Maschinen- und Niederspannungsrichtlinie (wenn jeweils relevant) erbracht
werden. Ebenso muss nach der EMV-Richtlinie (wenn relevant) eine Nachweis
über die geforderten Messungen erbracht werden.
Wer selber messen will (ohne Abschirmkammer eh bloss Grenzwerte abschätzbar):
http://j3.rf-explorer.com/ http://rfexplorer.com/
https://signalhound.com/products/usb-sa44b/ http://www.signalhound.eu/
http://www.aaronia.com/
Risikoanalyse sagt es schon, ISO9001 soll es sicherstellen, daß immer dieselbe
Qualität produziert wird. Agile Methoden wie Scrum, Kanban, Kaizen, Lean
können das prinzipbedingt nicht liefern, Six Sigma (define, measure, analyze,
control, improve) liegt näher an ISO9001, im seriösen Umfeld gilt DO-178,
V-Modell XT und IEEE 12207 falls es um den ganzen SW Lifecykle geht.
Wenn in der Konformitätserklärung die DIN EN 60204-1 genannt ist, muß davon
ausgegangen werden, daß die Erstprüfung nach BGV A3 / DGUV A3 / TRBS2131
erfolgt ist, sie ist ja Bestandteil der Norm.
1. Technische Dokumentation
2. Automatische Abschaltung (wenn vorhanden)
3. Durchgängigkeit Schutzleitersystem (bei 1.5mm2 gilt: bis 5m < 0.3R, danach pro 7.5m Leitung + 0.1R bis max. 1R)
4. Isolationswiderstand
5. Hochspannungsprüfung
6. Schutz gegen Restspannung
7. Funktionsprüfung
Beispiel: Schneeräumgerät mit elektrischem Motor:
ISO 8437:1989+A1
EN 60335-1:1994+A1+A2+A11-A16:2001
EN 55014-1:2000+A1+A2
EN 55014-2:1997+A1
EN 61000-3-2:2000
EN 61000-3-3:1995+A1
98/37/EC-Annex 1
Beispiel CNC Fräse
http://www.mixware.de/bau1/ceerlaerung.pdf
http://www.emc-test.de/d/eg_konf.htm (allgemein, aber veraltet)
Transformatoren DIN VDE 0532 / 0570 DIN EN 61558 IEC 14 / 7
Kleintransformatoren und Steuertransformatoren DIN VDE 0570 DIN EN 61558 IEC 14 D
Trenn- und Sicherheitstransformatoren DIN VDE 0570 DIN EN 60742 DIN EN 61558 IEC 742
Ringstelltransformatoren DIN VDE 0552 / 0570
Transformatoren zur Versorgung medizinisch genutzter Räume DIN VDE 0570 / 0107 DIN EN 60742
Für die „Elektrische Ausrüstung von Maschinen“ ist in der EN 60204-1:2006
(VDE 0113-1), in Abschnitt 6.4.1 festgelegt, dass eine Seite des Stromkreises
oder ein Punkt der Energiequelle des PELV-Stromkreises an das
Schutzleitersystem angeschlossen werden muss.
> Zoll
http://www.zoll.de/DE/Fachthemen/Zoelle/EORI-Nummer/eori-nummer_node.html
Wer gewerblich importiert/exportiert hat mit dem Zoll zu tun und beantragt
eine EORI-Nummer mit obenstehendem Formular. In einigen Bereichen gilt das
Reverse Charge Verfahren für die Umsatzsteuer, bei Integrierten Schaltungen
ab 5000 Eur, d.h. der Lieferant stellt dem gewerblichen Kunden keine MWSt.
in Rechnung, und der Kunde, der sowieso eine monatliche
Umsatzsteuervoranmeldung abgibt und gegenrechnet, hat sie - soweit nicht
ausgeglichen - an das Finanzamt abzuführen. Kennt der Absender die Regelung
nicht, reicht dem Finanzamt auch ein Trackingnachweis des
Transportunternehmens.
> UL
Im Gegensatz zu CE in Europa ist UL in den USA kein gesetzlicher Zwang, wird
aber von vielen Kunden als Sicherheitskriterium verlangt. Damit ein Produkt
die UL Prüfung in einem der Underwriter Laboratories besteht, sollten alle
sicherheitsrelevanten Bauteile UL listed sein. Per Steckernetzteil oder
Batterie betriebene Geräte sind vor allem dann nicht UL relevant, wenn die
Leistung sowieso nicht ausreicht um einen Brand zu verursachen (unter 200mA
Strom im Fehlerfall bei Kleinspannung). Letztlich legt UL fest, welche
Bestandteile der Schaltung sicherheitsrelevant sind, aber wo Netzspannung
anliegt kann man davon ausgehen. Das betrifft also die Leiterplatte (Category
Code ZPMV2 Wiring, Printed - Component), Schalter, Steckverbindungen,
Netzzuleitung, Trafo, Optokoppler oder X und Y Kondensatoren. Bei normalen
Bauteilen und Gehäusen gilt UL94 (Tests for Flammability of Plastic Materials
for Parts in Devices and Applications) als ausreichend, die wird von IC
Herstellern normalerweise in einem Sammeldokument belegt. Letztlich muß der
Hersteller der Leiterplatte für genau diesen Typ (also z.B. Epoxy
doppelseitig durchkontaktiert) UL zertifiziert sein, sich regelmässig prüfen
lassen und darf dann das UL-Zeichen mit seinem Herstellerzeichen und dem
Fertigungsdatum aufdrucken (dafür sollte man auf der Platine also Platz
lassen), und ebenso der Fertiger der Baugruppe und der Hersteller der das
Produkt in Verkehr bringt. Mit bestandener UL kommt das Produkt bei einer FCC
(Funktechnik) oder FDA (Medizintechnik) Prüfung auch schneller durch. Da in
den USA der Importeur haftet, möchte der oft eine FCC Compliance (EMV)
Prüfung sehen, die von einem FCC zertifizierten Labor (auch in Deutschland)
gemacht wurde.
https://www.fcc.gov/general/rules-regulations-title-47
http://www.ecfr.gov/cgi-bin/text-idx?SID=dc47da3c5ed1a7be56881c59e0704770&mc=true&tpl=/ecfrbrowse/Title47/47cfr15_main_02.tpl
Die FCC sagt, Schaltungen von denen privat nicht mehr als 5 Stück gebaut
werden sind ausgenommen von den Regelungen, Bausätze aber nicht.
Der Markt fuer Spezialitaeten ist demzufolge ausgetrocknet.
> CSA
Von: Sapperlot 27.10.2016
In Kanada muss Elektronik CSA zerifiziert sein. Das bedeutet Tests machen.
Keine Selbstdeklaration, man muss fuer die Tests auch happig abdruecken.
> ISO9001
Die ISO9001 will im Kern sicherstellen, daß deine Produkte stets dieselbe
Qualität haben (ob hohe oder niedrige ist dabei egal). Dazu gibt es
verschiedene Methoden. Selbst wenn man sich nicht zertifizieren lässt (was
bei Kleinbetrieben sowieso nicht geht weil die ISO mindestens 4 Mitarbeiter
fordert die nicht dieselbe Person sein dürfen, nämlich Geschäftsführer,
Qualitätsmanager der an Geschäftsleitung berichtet, ISO9000ff Beauftragter der
an den Qualitätsmanager berichtet und derjenige dessen Arbeit nach ISO9000ff
zu überwachen ist) ist es sinnvoll, sich über die Qualitätssicherung Gedanken
zu machen, damit z.B. bei der Softwareentwicklung nicht dersselbe Bug zum
zweiten mal gefixt werden muß, oder einem bei Zulieferung keine Fälschungen
untergejubelt werden. Viele schlechte Umsetzungen erfordern allerdings hohen
zusätzlichen Arbeitsaufwand, nur wenn es vollautomatisiert (und damit auch
automatisch protokolliert) umgesetzt wurde, ist es gut gelungen. Bei
Medizinprodukten unterliegt schon der Entwicklungsprozess der ISO 13485.
Selbst bei Einhaltung der ISO9000ff von Zulieferern obliegt das Risiko von
Produktfehlern dem Inverkehrbringer.
> RoHS ElektroStoffV
Haushaltsgroßgeräte, Haushaltskleingeräte, Geräte der Informations- und
Telekommunikationstechnik, Geräte der Unterhaltungselektronik,
Beleuchtungskörper, elektrische und elektronische Werkzeuge, Spielzeug
sowie Sport- und Freizeitgeräte, medizinische Geräte (In-Vitro ab 2016),
nichtindustrielle Überwachungs- und Kontrollinstrumente, Überwachungs- und
Kontrollinstrumente in der Industrie (ab 2017), automatische Ausgabegeräte,
sonstige Elektro- und Elektronikgeräte die nicht unter die Nummern 1 bis 10
fallen (ab 2019) und mit bis zu 1000V~ oder 1500V= betrieben werden, ausser
Geräte, die für den Schutz der wesentlichen Sicherheitsinteressen der
Bundesrepublik Deutschland erforderlich sind (einschließlich Waffen,
Munition und Wehrmaterial für militärische Zwecke, Ausrüstungsgegenstände
für einen Einsatz im Weltraum, Geräte, die speziell als Teil eines anderen,
von dieser Verordnung ausgenommenen oder nicht in den Geltungsbereich dieser
Verordnung fallenden Gerätetyps konzipiert sind und installiert werden
sollen und ihre Funktion nur als Teil dieses Geräts erfüllen können und oder
nur durch gleichartige Geräte ersetzt werden können), ortsfeste industrielle
Großwerkzeuge, ortsfeste Großanlagen, Verkehrsmittel zur Personen- oder
Güterbeförderung (mit Ausnahme von elektrisch angetriebenen
Zweirad-Fahrzeugen, die nicht typgenehmigt sind), bewegliche Maschinen,
aktive, implantierbare medizinische Geräte, Photovoltaikmodule die zur
Verwendung in einem System bestimmt sind das zum ständigen Betrieb an einem
festen Ort zur Erzeugung von Strom aus solarer Strahlungsenergie für
öffentliche, kommerzielle, industrielle und private Anwendungen von
Fachpersonal entworfen, zusammengesetzt und installiert wurde und Geräte, die
ausschließlich zu Zwecken der Forschung und Entwicklung entworfen wurden und
nur auf zwischenbetrieblicher Ebene bereitgestellt werden, dürfen nicht mehr
als 0.1 Gewichtsprozent Blei, Quecksilber, sechswertiges Chrom,
polybromiertes Biphenyl (PBB) oder polybromierte Diphenylether (PBDE) je
homogenen Werkstoff oder 0.01 Gewichtsprozent Cadmium je homogenen Werkstoff
enthalten. (Das gilt übrigens auch für Anstrichfarben und Lacke, es ist also
nicht nur die Elektronikbranche betroffen). Lassen Sie sich von JEDEM
Zulieferer bestätigen daß seine Artikel keine Substanzen aus folgender Liste
enthalten oder die jeweiligen Maximalmengen in % nennen
http://echa.europa.eu/de/candidate-list-table?p_p_id=disslists_WAR_disslistsportlet&p_p_lifecycle=0&p_p_state=normal&p_p_mode=view&p_p_col_id=column-1&p_p_col_pos=2&p_p_col_count=3&_disslists_WAR_disslistsportlet_keywords=&_disslists_WAR_disslistsportlet_orderByCol=dte_inclusion&_disslists_WAR_disslistsportlet_advancedSearch=false&_disslists_WAR_disslistsportlet_casNumber=&_disslists_WAR_disslistsportlet_deltaParamValue=50&_disslists_WAR_disslistsportlet_andOperator=true&_disslists_WAR_disslistsportlet_haz_detailed_concern=&_disslists_WAR_disslistsportlet_name=&_disslists_WAR_disslistsportlet_orderByType=desc&_disslists_WAR_disslistsportlet_ecNumber=&_disslists_WAR_disslistsportlet_dte_inclusionFrom=&_disslists_WAR_disslistsportlet_dte_inclusionTo=&_disslists_WAR_disslistsportlet_doSearch=&_disslists_WAR_disslistsportlet_delta=200
Dafür bekommen sie eine EG-Konformitätserklärung in deutscher und englischer
Sprache und ein CE-Zeichen entweder auf dem Gerät, der Verpackung oder den
beigelegten Unterlagen, die Unterlagen sind 10 Jahre aufzuheben. Der
Hersteller muss sicherstellen, dass seine Elektro- und Elektronikgeräte zur
Identifikation eine Typen-, Chargen- oder Seriennummer oder ein anderes
Kennzeichen und seinen Namen, eingetragene Firma oder eingetragene
Markennamen tragen.
Schwarz und gelb chromatierte Metallteile (Schrauben, Bleche) sind also durch
ihren Chrom 6 Anteil nicht mehr zulässig in Elektronik und Automobilbau, wenn
die Cr(VI)-Konzentration der Oberfläche über 0,1µg/cm² liegt.
http://beschaffung-aktuell.industrie.de/allgemein/schwarz-wird-schwierig-2/
Viele Metalle (Legierungen für Automatenzerspanbarkeit von Alu und Stahl)
enthielten Blei und sind nicht mehr zulässig. Wenn man "Automatenstahl"
liest, sollte man also klären, welche Legierung damit genau gemeint ist, mit
Blei (verboten) oder Mangan (erlaubt).
Ausnahme ist Cadmium (oder Cadmiumoxid) in Kontakten von Relais und Schaltern:
http://www.therelaycompany.com/materials.php (Relaiskontaktmaterialienarten)
die Ausnahme für CdS in LDR scheint am 31.12.2013 ausgelaufen zu sein:
http://www.element14.com/community/servlet/JiveServlet/download/65345-5-138797/Exemption%20List%20June%202014%20ERA.docx
aber LDR altern eh und sind daher als Messinstrument kaum geeignet (mussten
früher alle 2 Jahre nachkalibriert werden).
RoHS gilt nur für Produkte innerhalb der angegebenen Kategorien, die vom 01.
Juli 2006 an 'in Verkehr gebracht' werden. Experimentelle Konstruktionen und
Prototypen sind davon ausgenommen, da sie nicht als in Verkehr gebracht
gelten.
Da RoHS für jede mechanisch separierbare homogene Stoffmenge gilt, sind
schon Anschlusspins eines Chips den es nicht als RoHS gibt ein Problem, das
aber spezielle Dienstleister durch Austausch der Kontaktoberfläche lösen
können. Zur Analyse gibt es Massenspektrometer die per Laserstrahl kleine
Stoffmengen verdampfen und analysieren können.
http://www.semipack.com/tinning-soldering-services/ (bleihaltig in RoHS umwandeln)
http://www.semiconductor-scout.com/informations/rohsweee/rohs-faq.html
http://www.frankfurt-main.ihk.de/imperia/md/content/pdf/innovation-umwelt/merkblatt_elektrostoffv_2013.pdf
Seit 1.1.2013 müssen an US-Börsen notierte AGs und deren Tochterunternehmen
jährlich vollständige, "gewissenhaft" recherchierte und ggf. auditierte
Berichte zur Verwendung von Ta, Au und Sn bereitstellen. Der Nachweis ist
eher schwierig und muss an die Zulieferer weitergereicht werden. Wer also
etwas an Mercedes/VW/Siemens liefern will, sollte sich vorsehen.
http://www.sec.gov/rules/final/2012/34-67716.pdf
> WEEE
Ab März 2006 muss Elektronikschrott von den Herstellern zurückgenommen und
entsorgt werden. Europaweit http://www.weee-forum.org/members_list.htm und in
Deutschland ist die http://www.stiftung-ear.de/ zuständig. In der Schweiz
heisst die vorgezogene Recyclinggebühr seit 1998 VREG und ist supereinfach:
0.15 EUR pro Gerät < 0.25 kg, 0.40 EUR pro Gerät < 5 kG, KEINE Gebühren,
KEINE Mitgliedschaften und KEINE Containerlotterie.
Ab Juli 2016 muss der Schrott auch von jedem Händler zurückgenommen werden der
mehr als 400m2 Verkaufsfläche hat, für Versandhändler müssen Annahmestellen
in zumutbarer Nähe zum Kunden geschaffen werden, also so 10000 in Deutschland,
und wer ins europäische Ausland liefert, muss in jedem Land eine Zweigstelle
gründen. Das ist ein praktisches Handelsverbot für alle kleiner als Metro und
MediaMarkt und ein eklatanter Verstoss gegen europäische Gedanken.
http://www.heise.de/ct/ausgabe/2016-3-Online-Haendler-proben-Aufstand-gegen-neues-Elektroschrott-Gesetz-3074025.html
Bei B2B reicht es, sich bei EAR als Hersteller zu registrieren und
zurückgesendete Geräte selbst gewerblich zu entsorgen. Bei B2C muss man die
Geräte bei der EAR registrieren und die Entsorgung der kommunalen
Sammelstellen mitbezahlen, in Deutschland durch eine Abholung nach
Verteilschlüssel und insolvenzsichere Garantie desselben. Das gilt für
jedes europäische Land in das man liefert.
“Directive 2012/19/EU on WEEE aims to prevent or
reduce the negative environmental effects resulting from the generation and
management of WEEE and from resource use. The WEEE Directive does not pose
any ban in sales and does not forbid the sales of EEE from one Member State
to another Member State. Producers placing EEE on the market of the Member
States have some obligations to fulfill. For example:1.According to Article
12 of the Directive, all producers of EEE (as they are defined in Article
3(1)(f)), including those who sell EEE by means of distance communication
directly to the users, shall provide at least for the financing of the
collection, treatment, recovery and environmentally sound disposal of WEEE
from private households that has been deposited at collection facilities.
According to Article 16 of the Directive all producers of EEE (including
those who sell EEE by means of distance communication directly to the users)
shall be registered in the Member State that they sell to. This means that
if a producer sells to more than one Member State he shall be registered to
each register in the Member State that he sells to. Where producers
supplying EEE by means of distance communication are not registered in the
Member State that they are selling to, they shall be registered through
their authorised representative as referred to in Article 17(2) of the
Directive. These obligations apply to all producers irrespective of the
amount of sales of the producer (big companies/companies with massive sales
or smaller companies)"
Das neue ElektroG bringt für Hersteller ohne Niederlassung in Deutschland
weitreichende Veränderungen mit sich. Diese können selbst nicht mehr
registriert werden bzw. bleiben. Betroffene, bereits registrierte
Hersteller ohne Niederlassung in Deutschland können eine Niederlassung in
Deutschland einrichten oder einen Bevollmächtigten mit Niederlassung in
Deutschland beauftragen und diesen gegenüber der Stiftung EAR benennen.
Dies muss innerhalb von 6 Monaten nach Inkrafttreten des ElektroG geschehen.
http://bvoh.de/projekte/elektrog/
Die möglichen Kosten für ein Einzelgerät sind immens und übersteigen den mit
dem Verkauf zu erzielenden Gewinn bei Weitem. Damit entspricht die Regelung
einem faktischen Exportverbot in andere europäische Länder (aber nicht in den
aussereuropäischen Raum), denn man muss sich in jedem EU Land für die dort
in Verkehr gebrachten Geräte anmelden und für CE eine Bedienungsanleitung in
Landessprache beilegen. Wer vor der Stiftung EAR einen Feststellungsantrag
stellt in dem die Stiftung einem verbindlich bescheinigt, daß man von den
Regelungen des ElektroG nicht betroffen ist (z.B. als Anbieter eines anderen
europäischen Landes der einen Artikel nach Deutschland liefern will), soll
alleine für dessen Bearbeitung 400-800 EUR zahlen. Auch wer wenig produziert,
bekommt eventuell einen Container an Elektronikschrott zur Entsorgung
aufgedrückt. Zur Entsorgung können sich viele Kleinanbieter
zusammenschliessen, die Anmeldung muss jedoch jeder selbst durchführen und
bezahlen. Bei Kleinmengen unter 30kg bzw. 300kg (je nach Produktart) im Jahr
reicht inzwischen die Anmeldegebühr von 200 EUR. Hier sogar bis 1 Tonne:
http://www.garantiesystem-altgeraete.de/de/905.aspx
Man kann die Stiftung verklagen weil sie im Sinne des § 78 Abs. 1 Nr. 1 VwGO.
passiv prozessführungsbefugt ist. Ein normaler Einspruch gegen Bescheide der
Stuftung EAR ist nicht möglich, da im zuständigen Gerichtsbezirk Ansbach das
Einspruchverfahren gegen Behördenbescheide abgeschafft wurde. Es ist im
Zweifelsfalle nur der Klageweg möglich.
Da Glühlampen keine Elektronik enthielten und nicht unter EAR Rücknahme fielen
sind auch LED-Leuchtkörper nicht bei EAR zu registrieren und bekommen kein
Mülltonnenverbotssymbol. Man sieht, wie widersinnig mache Gerichtsentscheidung
ist. Allerdings wird die Regelung gerade geändert.
Betrachtet man die Anmeldungen bei EAR, sieht es so aus, als ob die meisten
Importeure sich nicht anmelden. So lange man seinen Produkten keine Namen
gibt, sondern sie nur an andere Leute verkauft, die ihren Namen draufstempeln
bevor die Geräte an Endanweder gehen, ist man als OEM nicht vom EAR betroffen.
Eventuell muss man die VerpackV beachten, die gegenüber dem ElektroG mit 27
Seiten recht harmlos ist und mit 20 EUR erledigt werden kann. (Bähr kleine
Lizenz 35 EUR verrechenbar mit Kartons, Landbell AG). Wer Batterien (von der
Knopfzelle bis zum Bleiakku) in Deutschland erstmals in Verkehr bringt (also
herstellt oder importiert), der muss sich beim Umweltbundesamt registrieren
und ein Mülltonnen-Zeichen auf seinen Produkten anbringen.
http://www.bmu.de/files/pdfs/allgemein/application/pdf/verpackv_lesef.pdf
http://www.ihk-kassel.de/solva_docs/Leitfaden%20Elektorg.pdf
http://www.baehr-verpackung.de/entsorgungsportal/entsorgung_lizenz
http://www.jurablogs.com/thema/elektrog
http://www.weee-europe.com/5-0-leistungsangebot.html (1560 EUR/Jahr pro Land)
http://www.gruener-punkt.de/ (Mengenmeldung, bundesweite Containerabholung)
http://www.garantiesystem-altgeraete.de/ (200EUR + 200EUR jährlich bei unter 1 Tonne)
http://www.noventiz.de/ (Rundumversorger ElektroG BattVO VerpackungsV)
In Österreich ist das Verfahren viel einfacher und bei Kleinmengen mit 160
EUR (für 16000 Artikel a 100g a 1ct Mindestbeitrag) jährlich erledigt (wenn
man den Geräten keine Batterien beilegt), dort hat keine Lobby der
Grosskonzerne konkurrenzverhindernde Gesetze geschaffen.
http://www.ufh.at/
Bausätze werden wie die sich bei korrektem Zusammenbau laut Beschreibung
daraus ergebenden Geräte (falls der Bausatz überhaupt ein Gerät nach WEEE
ergibt) behandelt, entgegen der Vorstellung mancher Uninformierter. Immerhin
ist das Gewicht meist gering und die meisten sind auch nach dem Zusammenbau
keine eigenständig funktionierenden Geräte.
Wer Geräte herstellt, die nur angebaut eingesetzt werden, z.B.
Maschinensteuerungen "sind ohne an die Maschine angebaut zu werden sinnlos",
dann fallen die Produkte nicht unter WEEE. Allerdings eventuell unter die
Maschinenrichtlinie (beispielsweise 3d-Drucker), und bei der ist CE strenger:
Da geht Nichts ohne Zertifizierung. Die Abnahme durch eine zertifizierende
Stelle allein kostet etwa 5kEUR, die dazugehörige EMV nochmal 5kEUR.
Ganz allgemein: Wenn man beim Lesen der Gerätegruppen merkt daß das eigene
Produkt eigentlich zu keiner Gruppe richtig passt (Dimmer zum UP-Dosen-Einbau,
KFZ-Tiefentladeschutz, Transistortester), dann unterliegt man nicht der EAR.
Hersteller von Geräten, die zur Reparatur oder Produktion benötigt werden und
daher i.A. gewerblich eingesetzt werden, wie Messgeräte, müssen sich bei der
EAR nur für die Geräteart "Überwachungs- und Kontrollinstrumente für
ausschließlich gewerbliche Nutzung" registrieren, so machen es Agilent,
Tektronix und National Instruments. Das Beagle-Board versucht sich auf
rechtlich zweifelhafte Art aus RoHS und WEEE rauszuhalten, unterliegt aber als
nicht eigenständiges Gerät sowieso nicht CE:
This product is intended for use for ENGINEERING DEVELOPMENT, DEMONSTRATION
OR EVALUATION PURPOSES ONLY and is not considered to be a finished
end-product for general consumer use. This product does not fall within the
scope of the European Union directives regarding electromagnetic
compatibility, restricted substances (RoHS), recycling (WEEE), FCC, CE or
UL, and therefore may not meet the technical requirements of these
directives or other related directives.
Seit den 2014er Richtlinien 61000-6-xx dürfen Eval-Boards aber nicht an Laien
abgegeben werden.
Batteriegesetz, ElektroGesetz, Akkus und Batterien in Geräten:
http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/battg/gesamt.pdf (sagt, daß Akkus und Batterien, also Primär- und Sekundärstromquellen, beide gemeint sind)
ElektroG Paragraph 4 Absatz 2: "Elektro- und Elektronikgeräte, die vollständig
oder teilweise mit Batterien oder Akkumulatoren betrieben werden können,
sind so zu gestalten, dass eine problemlose Entnehmbarkeit der Batterien
und Akkumulatoren sichergestellt ist." Paragraph 13 Absatz 7: "Elektro- und
Elektronikgeräten, die eine Batterie oder einen Akkumulator enthalten, sind
Angaben beizufügen, welche den Nutzer über den Typ und das chemische System
der Batterie oder des Akkumulators und über deren sichere Entnahme
informieren.". Eigentlich ist glasklar, daß Apple beim iPhone und Motorola
beim Droid RazR mit den eingeklebten Akkus dagegen verstossen, auch Braun mit
den Akkus die bei vorgesehener Entnahme den Rasierer zerstören. Aber so
einfach ist es nicht, beispielsweise fehlt die Sanktionierung und ist nicht
klar, ob die Anforderungen auf die Phase der Nutzung oder (nur) auf die
Entsorgungsphase beziehen. Selbst klare Gesetze können durch Rechtsverdreher
und Lobbyisten also ins Gegenteil verkehrt werden, weil es Richter gibt, die
wohl mangels Fachkenntnis darauf reinfallen.
http://www.it-recht-kanzlei.de/fest-verbaute-akkus.html
https://www.it-recht-kanzlei.de/Thema/elektrogesetz.html?page=6#sect_1 (mehr zum ElektroG)
http://www.heise.de/ct/ausgabe/2013-5-Hersteller-und-Umweltschuetzer-streiten-um-die-Bauweise-von-Tablets-und-Smartphones-2327938.html
> enthält mein alter Kondensator PCB und muss deshalb, insbesondere wenn er
> über 1kg wiegt, besonders entsorgt werden ?
http://www.chemsuisse.ch/files/97/DE%20PCB%20Hilfsmittel/80/Verzeichnis.pdf
Andere Länder, andere Sitten, äh, Kennzeichnungen:
CCC in China
BSMI in Taiwan
KC Mark für Korea
PSE in Japan
GOST-R in Russland
ISI in Indien
A-Tick, C-Tick und RCM Number in Australien https://www.accesscomms.com.au/reference/comply.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Kennzeichnungen_auf_Produkten
Sicherheitsnormen in der Elektrotechnik, Band 1 Von Harald Probst
http://books.google.at/books?id=0cMGPPa4DlUC&pg=PA30-IA99&lpg=PA30-IA99&dq=%2BBaus%C3%A4tze+%2BCE&source=bl&ots=L8fPu2_TZA&sig=Q8KMy7J5fYmKAvMhyrgSPo6Uhc8&hl=de&ei=E-8UTN6dBpOAOK20yKIG&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=5&ved=0CCYQ6AEwBDgK#v=onepage&q=%20Baus%C3%A4tze%20%20CE&f=false
http://www.codemercs.com/phpBB2/viewforum.php?f=11
http://bundesrecht.juris.de/elektrogkostv/anhang_2_9.html
http://www.take-e-way.de/
http://www.mikrocontroller.net/topic/168443#1654269
http://ak-weee.izm.fraunhofer.de/
http://europa.eu.int/eur-lex/pri/en/oj/dat/2003/l_037/l_03720030213en00240038.pdf
http://www.bmu.de/de/1024/js/download/elektro/
http://itc.napier.ac.uk/e-Petition/bundestag/view_petition.asp?PetitionID=332
http://dip.bundestag.de/btd/16/029/1602904.pdf
http://www.vereinigung-mb.de/
http://www.bmu.de/abfallwirtschaft/downloads/doc/38117.php
http://www.hellmann-shop.de/ (WEEE bis VerpackVerord)
http://www.schrott.de/schrott/elektroschrott (deutschlandweit Container)
http://evatr.bff-online.de/eVatR/ (europaweite USt-ID bestätigen lassen)
> Ersatzteile (Art. 4 Abs. 4 und 5 der RoHS-II-Richtlinie)
Für Ersatzteile oder Zubehörteile gelten dieselben Kriterien wie für das
Gerät für welches das Ersatzteil bestimmt ist, zum damaligen Zeitpunkt als
es gebaut wurde. Stammt das Gerät von vor 2006, muß es RoHS nicht einhalten,
bei Medizingeräten gar bis 2014.
Baut man Teile aus einem Altgerät aus, um sie als Hersteller in einem
Neugerät einzusetzen, darf man 10 Jahre alte Richtlinien verwenden, wenn die
Wiederverwendung in einem closed-loop B2B business-to-business return system
erfolgt und den Verbrauchern mitgeteilt wird, dass Teile wiederverwendet
wurden. Eigentlich hätte das für wiederbefüllte Tonercartridges gelten
können, aber leider steht im Gesetz B2B.
Das ElektroG sagt nur, dass auf einem Gerät angegeben werden muss, ob das
Gerät erstmals nach dem Stichtag 13.08.2005 in Verkehr gebracht wurde. Es
muss also keine Jahreszahl angegeben werden, sondern nur nach vor bzw. nach
dem Stichtag unterschieden werden. Eine Möglichkeit dafür ist der Balken
unter der Mülltonne, der dazu ausdrücklich *keinen* Text enthalten darf.
Elektronikschrott ist auch was wert:
http://www.computerplatinen.de/elektronik-recycling-preise/schrott-computer-platinen.php
http://www.scheideanstalt.de/informationen/aktuelle-ankaufskurse/elektroschrott-preise-und-sortierkriten/
http://www.glass-kg.de/
http://www.helmut-singer.de/stock/eschrott.html
Daher kann es sinnvoll sein, eine grössere Menge so einem Entsorger zu
übergeben, sich das quittieren zu lassen und bei der EAR zu melden. Damit
ist man raus aus dem Verteilungsverfahren und braucht keine insolvenzsichere
Rücklage nachweisen so lange man im Plus ist UND hat etwas Geld verdient statt
ausgegeben.
Die RoHS Richtlinie verbietet die Verwendung von Bleilegierungen als Lot in
Consumer-Geräten (Medzintechnik und Fernmeldetechnik ist teilweise
ausgenommen) und man hört von bis 3mm langen Zinn-Nadeln (Tin-Whiskers) die
Probleme bei Verwendung von Reinzinn vor allem an nicht-verlöteten
Bauteilanschlüssen verursachen:
http://nepp.nasa.gov/whisker/
Derzeit wird behauptet, daß die immense Ausfallsquote bei Microsofts XBox360
von über 30% mit Schäden von über 1 Milliarde Dollar auf bleifreies Lot an
wärmebelastetem BGA zurückzuführen ist. Auch der Ausfall des LHC soll auf
bleifreies Lot zurückzuführen sein. Man kann das unterschiedlich bewerten,
da aber RoHS in Japan eingeführt wurde auch mit dem Ziel, nicht-RoHS-konforme
Importe verhindern zu können, ist das ein voller Sieg von Sony. RoHS hat es
geschafft, einem ausländischen Konkurrenten zu schaden.
Bei Jägern, die jährlich 3000-4000 Tonnen Blei allein in Deutschland
verpusten, hat man das Bleiverbot wieder gekippt, das landet ja nur auf
unserem Teller:
http://www.tagesspiegel.de/berlin/brandenburg/jaeger-schiessen-wieder-mit-blei/1276010.html
> E-Typgenehmigung
Für Fahrbetriebs- oder Sicherheitsrelevante oder eventuell störende in KFZ
eingebaute Geräte braucht man eine e-Typgenehmigung nach 72/245 EG (aktueller
Änderungsstand 2006/28 EG) bzw. die E-Typgenehmigung nach ECE R10, sie
unterliegen dafür im Gegenzug nicht der WEEE denn sie wandern nicht in die
Tonne sondern auf den Schrottplatz. E1 kommt aus Deutschland, E13 aus
Luxemburg ist oft preiswerter zu bekommen und hier auch gültig.
http://www.behrens-kommunikationstechnik.de/produkte/download/kba-info-e-kennzeichen.pdf
Nach Anfangsbewertung deines Unternehmens durch das Kraftfahrbundesamt, bei
der eine Zertifizierung nach ISO 9000 ff. hilfreich ist, gehst du mit deinem
Equipment zu einem vom KBA zertifizierten Prüflabor, das Dich berät, ein
Gutachten erstellt, und den Antrag zur Typgenehmigung beim KBA einreicht.
Das KBA erteilt dann nach Prüfung der Unterlagen gegen Gebühr 522,00 EUR die
Typgenehmigungsnummer. Gelegentlich wird deine Fertigung vom KBA Dresden
gemäß 70/156/EWG, Anhang X, geprüft. Systeme zur aktiven Sicherheit wie ESP
oder Airbag werden nach dem höchsten Level der ISO 26262 'ASIL D' bewertet.
Auch mit ABE oder Einzelzulassung ist ein Einbau möglich.
http://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Artikel/LA/un-ece-regelungen.html
Wer sein Auto umbauen will, sollte beachten, daß die Betriebserlaubnis
erlischt durch:
a) Die in der Betriebserlaubnis genehmigte Fahrzeugart wird geändert.
b) Eine Gefährdung von Verkehrsteilnehmern ist zu erwarten.
c) Das Abgas- und Geräuschverhalten wird verschlechtert.
http://www.verkehrsportal.de/board/index.php?showtopic=38312
http://www.bmvi.de/SharedDocs/DE/Anlage/static/ECE/r-48-beleuchtung-lichtsignaleinrich-tungen-kfz-pdf.pdf?__blob=publicationFile
Von: Manuel H. 23.01.2014
Laut 27/245/EWG Anhang I, Punkt 3.2.9: "Bauteile, die als Nachrüstteile
verkauft werden und zum Einbau in Kraftfahrzeuge bestimmt sind, benötigen
keine Typgenehmigung, wenn sie nicht im Zusammenhang mit Funktionen der
Störfestigkeit stehen (Anhang I, 2.1.12). In diesem Fall muss eine
Übereinstimmungserklärung gemäß dem Verfahren der Richtlinien 89/336/EWG oder
1995/5/ EG abgegeben werden. Diese Erklärung muss beinhalten, dass die EUB
den in den Ziffern 6.5, 6.6, 6.8 und 6.9 in Anhang I dieser Richtlinie
festgesetzten Grenzwerten entspricht." Das heißt, wenn keine der Punkte die
in 2.1.12 genannt werden beeinflusst werden, dürfen Teile ohne Typgenehmigung
eingebaut werden. Weiterhin muss man laut der Richtlinine 2009/19/EG nun
keinen technischen Dienst mehr beauftragen, der überprüft ob die geforderten
Grenzwerte eingehalten wurden und ob es sich um ein Bauteil handelt welches
die Störfestigkeit beeinflusst. Es muss nur sichergestellt werden das diese
Grenzwerte eingehalten werden. Zu finden sind diese in der Richtlinine
72/245/EWG in den Punkten 6.5, 6.6, 6.8 und 6.9 in Anhang I.
Funktionen im Zusammenhang mit der Störfestigkeit sind:
a) Funktionen im Zusammenhang mit der unmittelbaren Kontrolle über das Fahrzeug:
— durch Beeinträchtigung oder Änderung von: z. B. Motor, Getriebe,
Bremsen, Radaufhängung, aktive Lenkung,
Geschwindigkeitsbegrenzungseinrichtungen,
— durch Auswirkungen auf die Position des Fahrers z. B. Stellung des Sitzes oder des Lenkrades,
— durch Auswirkungen auf die Sicht des Fahrers: z. B. Abblendlicht, Scheibenwischer;
b) Funktionen im Zusammenhang mit dem Schutz des Fahrers, der Fahrgäste und anderer Verkehrsteilnehmer:
— z. B. Airbag und Rückhaltesysteme;
c) Funktionen, die bei Störung zur Verwirrung des Fahrers oder anderer Verkehrsteilnehmer führen:
— optische Störungen: fehlerhafte Funktionsweise, z. B.
Fahrtrichtungsanzeiger, Bremsleuchten, Umrissleuchten, Rücklichter,
Lichtanlagen für Notfalldienste, Fehlinformation durch Warnanlagen,
Lampen oder Displays im Zusammenhang mit Funktionen unter a) oder b),
die der Fahrer unmittelbar beobachten könnte,
— akustische Störungen: fehlerhafte Funktionsweise z. B. von Diebstahlsicherung, Hupe;
d) Funktionen im Zusammenhang mit der Funktionalität des Fahrzeug-Datenbusses:
— durch Blockieren der Datenübertragung über Datenbussysteme des
Fahrzeugs, die zur Übermittlung von Daten benutzt werden, die zu
Sicherstellung der korrekten Funktionsweise anderer Funktionen im
Zusammenhang mit der Störfestigkeit erforderlich sind;
e) Funktionen, deren Störung sich auf die vorgeschriebenen Daten
des Fahrzeugs auswirken: z. B. Fahrtenschreiber, Kilometerzähler."
Viele im KFZ verwendeten elektronischen Bauteile benötigen AEC-Q101 Freigabe.
Für Flugzeuge gilt DO-178C / ED-12C mit Sicherheitsstufen DAL A-F.
> ATEX
In explosionsgefährdeten Bereichen brauchen Geräte eine ATEX (EEx Zone 0, 1,
2, 22) Zulassung. Anschlüsse nach aussen (z.B. Batterieladekontakte) müssen
Vorkehrungen enthalten, die ein Kurzschliessen verhindern, oder verhindern
daß zündfähige Energie an die Anschlüse geliefert wird, Bauteile im Gerät
müssen in der Leistung so begrenzt sein, daß Temperaturklasse T4 eingehalten
wird wenn irgendwo Kurzschlüsse auftreten, Dioden in Sperrichtung gelten erst
dann als sicher sperrend wenn 3 in Reihe montiert sind (DIN EN 60079-11), das
Aussengehäuse darf nicht elektrostatisch aufladbar sein, u.s.w. Autos sind
aber von der Richtlinie 94/9 EG ausgenommen, dort gilt ja schon 72/245 EG.
http://www.druckgeraete-online.de/seiten/atex/atex_produkt/atex_def_atmosphaere.htm
ATEX 94/9/EG (Explosionsschutzrichtlinie)
EN 60079-14/IEC 60079-14 (Nachweis der Eigensicherheit)
EN 60079-11/IEC 60079-11 (explosionsfähige Atmosphäre, Zündgrenzkurven)
> BGV A3 (DGUV Vorschrift 3)
Die Firmen selbst müssen ihre elektrischen Einrichtungen auch prüfen oder
prüfen lassen nach BGV A3/DGUV A3 (VDE701/702), was unter 5 EUR pro Gerät
kosten sollte, und das muss dokumentiert werden damit Versicherungsschutz
besteht, sollte von dem Gerät ein Schadensfall ausgehen, und dazu muß jedes
Gerät und jedes Kabel eine Identifikation (z.B. Barcode) bekommen, was
wiederum bei Neuanschaffungen jede Menge Arbeit macht.
http://www.nord-revision.net/rechtsgrundlagen.html
http://www.presseanzeiger.de/pm/TRBS-2131-gelten-nicht-mehr-BGV-A3-wieder-mass-aller-Dinge-374502
F.21. Akkus und Memory Effekt
Von: MaWin 4.7.2000
> Wie lädt man Akkus wieder auf ?
http://www.linear.com/ Power_sect5.pdf (BATTERY CHARGERS)
http://www.basytec.de/links.html (hunderte Links zu Akkus und Brennstoffzellen)
F.21.1. NiCd Nickel Cadmium und NiMH Nickel Metallhydrid Akkus
In Nickel-Cadmium (NiCd) und Nickel-Metallhydrid (NiMH) Akkus kann man einfach
14 Stunden lang einen Strom hineinschicken, dessen Mittelwert einem Zehntel der
Kapazität entspricht, also z.B. einen 700mAh Akku mit 70mA aufladen. Das tun
die ganzen Billigladegeräte, bei denen der spezielle Trafo gleich die
Strombegrenzung übernimmt (Prinzip Klingeltrafo) und die man nach 14 Stunden
manuell abklemmen soll.
Trafo Diode
o---+ +---|>|--o +
| |
230V~ S:S Akku (geht nur mit speziellem Trafo!)
| |
o---+ +--------o -
Der Akku muss bei diesem simplen Ladeverfahren vor dem Aufladen ausreichend
entladen sein, damit man ihn nicht überlädt. Er ist entladen, wenn unter
Belastung die Spannung unter 0.9V/Zelle fällt, da lässt das Gerät dann auch
meist deutlich nach. Entlädt man einen Akku aus mehreren Zellen weiter,
beginnt die Tiefentladung, die dem Akku schadet, so bald eine Zelle unter
0V entladen wird, also von den anderen Zellen über das Gerät hinweg umgepolt
wird. Hat der Akku deswegen einen dauerhaften Zellenschluss (also eine intern
kurzgeschlossene Zelle die auch beim Laden nicht mehr über 0V hinaus kommt)
wird oft das billige Ladegerät überlastet weil nun die Akkuspannung niedriger
ist, der Spannungsanfall über der Wicklung des strombegrenzenden Trafos höher
wird, der Trafo heisser läuft, so daß dessen interne Temperatursicherung
abschaltet. Man muss dann zusätzlich zum Akku im Gerät auch den defekten
Trafo des Laders auswechseln, bekommt aber, weil es ein Spezialteil ist,
keinen passenden Ersatz. Bitte keine nicht-kurzschlussfesten Kleintrafos
ohne Temperatursicherung einbauen, entweder er muss dauerkurzschlussfest sein
oder eine Temperatursicherung enthalten. Findet man keinen passenden Trafo,
kann man die nötige Strombegrenzung an einem steifen Trafo mit etwas höherer
Nennspannung durch einen extra Vorwiderstand R erreichen, den man so auslegen
sollte, daß der mittlere Strom beim Laden C/10 beträgt. Dann ist der Strom
bei leereren Akkus mit 1V/Zelle aber höher, der Trafo muss dafür ausreichend
ausgelegt sein. Und bei kurzgeschlossenen Zellen steigt der Strom noch
weiter, die Verlustleistung am Widerstand wird höher und er wird heisser, so
daß man einen Sicherungswiderstand nehmen sollte oder ein extra Sicherung
ausgelegt auf die Maximalbelastung des Trafos, damit nicht das Ladegerät in
Rauch aufgeht.
Trafo Diode
o---+ +--R--|>|--o + (Sicherungswiderstand R als Strombegrenzung)
| |
230V~ S:S Akku
| |
o---+ +----------o -
Trafo Diode
o---+ +--Sich--R--|>|--o + (Sicherung als Schutz vor Überlastung durch defekten Akku)
| |
230V~ S:S Akku
| |
o---+ +----------------o -
Trafo Diode
o---+ +--+---Sich---+--R--|>|--o + (LED mit Vorwiderstand als Anzeige defekter Sicherung)
| | | |
230V~ S:S +--R--|>|--+ Akku
| | LED
o---+ +------------------------o -
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ACG4000/ACG4000PE2.pdf
http://www.ti.com/lit/an/snva557/snva557.pdf (Ladeverfahren NiCd/NiMH)
https://www.gaz.de/NiCd.148.0.html (Taschenplatten-NiCd sogar konstantspannungsladbar da Elektrolyt nachfüllbar)
Achtung: Es lohnt sich, bei gekauften Ladegeräten mal den mittleren Ladestrom
bei halbvollem Akku (1.2V/Zelle) mit einem einfachen Analoginstrument oder
Digitalinstrument nachzumessen, der Mittelwert ist hier passend, TrueRMS
misst hier falsch. Der Strom liegt meist so weit vom Sollwert entfernt, das
man die aufgedruckte Ladezeit entsprechend korrigieren sollte. Manche Akkus
sind mit höherem Strom auch in 4 Stunden schnellladefähig.
Am Fahrrad tun es 5 NiCd-Zellen (6V) hinter einem Brückengleichrichter weil der
Dynamo konstant 500mA liefert und damit zum Akkuladen ideal geeignet ist, wenn
der Akku ausreichend Kapazität hat (z.B. ein in 4h schnelladefähiger 2Ah-Akku
aus SubC-Zellen wie für Modellbau). Der Akku stabilisiert zu dem die Spannung,
braucht aber einen Tiefentladeschutz, notfalls einen simplen Schalter.
Gleichrichter Schalter
Dynamo --+-----|>|--+--+--o/o--+-------+
| | | | |
| +--|>|--+ | + | |
| | Akku Lampe Rücklicht (6V)
+--(--|<|--+ | - | |
| | | | |
Masse ------+--|<|--+--+-------+-------+ (NICHT Rahmenmasse)
4*1N4001
Gleichrichter Schalter S
Dynamo --+-----|>|--+--+--o/o---+----IRF7410----+-------+
| | | | | | |
| +--|>|--+ | + | | | |
| | Akku UM810L-----+ Lampe Rücklicht (6V)
+--(--|<|--+ | - | | |
| | | | | |
Masse ------+--|<|--+--+--------+---------------+-------+ (NICHT Rahmenmasse)
4*1N4001
Ein aktiver Gleichrichter wird für LED-Beleuchtung gerne verwendet, leitet
alle 500mA des Dynamos durch die LEDs
+-----+-----+
S| S| |
IRF7319 I|-+ I|-+ |
P| | P| | | A
+----+ +--+ | LED
| | | | |
Dynamo +--(--+--+ LED
| | | |
+----+--+--(--+ LED
| | | | K
| +--+ | | K
N| | N| | | K
IRF7319 I|-+ I|-+ |
S| S| |
+-----+-----+
aber eignet sich nicht zur Herstellung für gesiebte Gleichspannung, dazu
braucht man eine zusätzliche Diode was die Gewinne zunichte macht:
+-----+--|>|--+
S| S| |
IRF7319 I|-+ I|-+ |
P| | P| | |
+----+ +--+ | |
| | | | + |
Dynamo +--(--+--+ Elko
| | | - |
+----+--+--(--+ |
| | | |
| +--+ | |
N| | N| | |
IRF7319 I|-+ I|-+ |
S| S| |
+-----+-------+
das kann man einfacher haben:
+----+ +--------|>|--+
| | | |
Dynamo +--(--+--+--|>|--+
| | | | |
+----+--+--(--+ |
| | | + |
| +--+ | Elko
N| | N| | - |
I|-+ I|-+ |
S| S| |
+-----+----------+
Richtige aktive Gleichrichtung funktioniert nur über Strommessung.
Glücklicherweise funktioniert der aus MOSFETs aufgebaute Brückengleichrichter
auch ohne Ansteuerung, er richtet gleich über die Body-Dioden, nur nicht so
effizient, so dass die Elektronik vom Ausgangselko versorgt werden kann und
effizienzsteigernd eingreift so bald die Spannung dort hoch genug geworden
ist.
+-----+-----+-----------+---------+
S| S| | | |
IRF7319 I|-x I|-y | +---(--R--+---(---x
P| P| | | | | |
+----+ +--+ | a--R--+--|+\ | |
| | | | | >---+--|>o--u
Dynamo +--(--+ | b--|-/
a| | | Elko
Shunt +--+ | | +------R--+-------y
b| | | | | |
+----+ | | b--R--+--|+\ |
N| N| | | >---+--|>o--v
IRF7319 I|-u I|-v | a--|-/ |
S| S| | | |
+-----+-----+-----------+---------+
http://fahrradzukunft.de/11/steckdose-unterwegs/
http://enhydralutris.de/Fahrrad/Modellierung_eines_Nabendynamos__Mathias_Magdowski_.pdf (Eigenschaften Nabendynamo, Kondensator in Reihe bringt nicht mehr Leistung verschiebt nur den Arbeitspunkt)
Es geht auch simpler, wenn es nicht akkugepuffert sein soll:
http://www.led-treiber.de/html/dynamo-treiber.html
http://fahrradzukunft.de/12/minimal-lader/
Wenn der voll geladene Akku im MP3-Player nur als halbvoll angesehen wird,
liegt es nicht unbedingt an einem defekten Ladegerät, sondern an einer
billigen Akkuanzeige, die nur die aussagelose Spannung anzeigt, und für 1.5V
Batterien statt 1.2V Akkus ausgelegt ist. Bei 0% (0.9V) sind wenigstens beide
leer. Hier Entladekurven üblicher Akkus und Batteriezellen:
http://www.lpilsley.com/viewbatt.htm
http://www2.ife.ee.ethz.ch/~rolfz/batak/ideal/ (entnehmbare Kapazität je nach Entladeschlusspannung)
http://www.schorisch-systems.de/en/system-gebaeudetechnik/batterien/nickel-cadmium.html (langlebige offene Zellen)
Will man ein einfaches Ladegerät mit einem normalen Trafo selber bauen,
benötigt man eine explizite Strombegrenzung, die leider zu zusätzlichen
Verlusten führt. Einfach ein Vorwiderstand, besser eine Glühlampe die
etwas stromregelnd wirkt und Kontrolle zugleich ist, oder aufwändig mit
elektronischer Stromquelle z.B. mit dem LM317, der aber mindestens 4.5V
'verbraucht'. Aber Achtung: Bei der gezeigten einfachen
Gleichrichtervariante ohne Siebung ist der Strom im Mittel geringer, als
das was man mit Spitzenwerten ausrechnet, also schön aufpassen.
Zu dem ändert sich ja die Akkuspannung pro Zelle von 0.9V (je nach
Entladezustand auch 0V) auf 1.5V (je nach Strom der beim Laden fliesst,
bei Schnelladung auch bis 2V), und in allen Varianten soll die
Strombegrenzung zumindest zu ähnlichem Strom führen, also muss die
Trafospannung insbesondere beim einfachen Vorwiderstand und Lampe
deutlich höher liegen als die Akkuspannung. Die letzte Variante mit
einem OpAmp wie LM321 ist für eine konstante Versorgungsspannung
vorgesehen, die dafür nur so hoch wie die maximal zum Laden benötigte
Spannung von 1.9V/Zelle sein muss. Wenn Spannungsteiler R1 und R2 0.1V
bildet (also z.B. 49k und 1k bei 5V), dann muss bei 0.1V durch R3 der
gewünschte Ladestrom fliessen (also z.B. 1.42 Ohm für 70mA). Die einfache
Begrenzung per PNP Transistor kostet nur ca. 1V wenn man eine rote LED mit
1.6V Flusspannung nimmt, den Vorwiderstand R2=U/0.02 so wählt daß auch bei
Maximalspannung nicht zu viel Strom durch die LED fliesst, dann sagt
R1=1/I we viel Strom maximal durch den Akku fliessen kann, bei Stömen über
100mA sollte man auf Verlustleistung von R1 und Transistor achten, ein
BD136 am Kühlblech ist sinnvoll.
+-----+ + --+------+-----------+
+ ----+----+ + --|LM317|--+ | | |
|A | +-----+ | R1 | Akku
+--|>|--+ --+ LED R1 | R | | |
| | | |K |E | | +-----|+\ |
| Lampe R +---|< PNP +-----+ | | >--100R--|< NPN oder NMOSFET
Trafo | | | | | | +--|-/ |E
| Akku Akku R2 Akku Akku | | | |
| | | | | | | +---)-----------+
+-------+ --+ ----+----+ -----+ | | |
R2 | R1
| | |
--+------+-----------+
Am Ende des Ladevorgangs wird jedoch der Akku überladen. Es beginnt
sich der Elektrolyt im Akku zu zersetzen. Dagegen enthält jeder Akku
einen Katalysator, der den Elektrolyten wieder rekombinieren lässt. Aber
nur in geringer Menge pro Zeit. Deshalb sollte man beim Laden eines
eventuell schon vollen Akkus nicht mehr Strom verwenden, als der Akku
laut Datenblatt erlaubt. Meist nur C/10tel und beim Dauerladen gar nur
C/25tel. Damit schadet man dem Akku aber auch nicht übermässig.
(http://www.gpbatteries.com/ sagt z.B. dass man 2 Jahre C/20tel verwenden
darf, ohne dem Akku signifikant zu schaden, Sanyo Cadnica H Serie gelten
bei C/30 als dauerladefest). Hat ein Akku nur noch 80% seiner
Nennkapazität, ist er nach DIN 43539 als defekt einzustufen. Yuasa meint
in seinem Datenblatt
http://www.mikrocontroller.net/attachment/194084/Akkuzyklen.png
allerdings 60%, ebenso Sun Battery, die DIN wird also nicht überall ernst
genommen.
Wenn man auch teilentladene Akkus mit mehr Strom aufladen will, muss das
Ladegerät eine automatische Akku-voll-Erkennung und Abschaltung enthalten.
Da ein voller Akku die hineingesteckte Energie nicht mehr chemisch binden
kann, wird die Energie statt dessen in Wärme umgesetzt. Wenn man genügend
Strom zum Laden verwendet (1C), ist die Temperaturerhöhung deutlich
erkennbar, und man kann sie direkt am Akkumetallgehäuse messen und bei ca.
40 GradC abschalten, z.B. mit einem Bimetall-Temperaturschalter und einem
Relais oder Thyristor in Selbsthaltung (denn es soll natürlich nicht
weitergeladen werden wenn die Temperatur wieder unter 40 GradC sinkt). Man
kann einen Widerstand über den Kontakt legen der den Akku abschaltet um mit
geringem Strom von C/50tel eine Erhaltungsladung zu realisieren. Der von
Pollin angebotene Temperaturschalter PEPI-C ist für eine Notabschaltung bei
57 GradC in Ladegeräten gedacht, die normalerweise per -DeltaU abschalten
sollten. Als normale Akku-Voll-Abschalttemperatur ist das zu viel.
+ --+-R-+ Ladestrombegrenzung auf ca. 1C
| |
| o +
| Akku
| o -
| |
| | +-+--+
| | | | |
| o o | o
Relais==\ | / Bimetall-Temperaturschalter
| o | o
+----(--+ |
- -------+-----+
Oder man erkennt die Temperaturerhöhung indirekt weil die chemische Spannung
bei steigender Temperatur sinkt, und wartet darauf, das die Zellspannung beim
Laden nicht mehr steigt, sondern gleich bleibt (NiMH) oder gar fällt (NiCd).
Das Verfahren heisst -DeltaU. Man kann die Spannung messen während Ladestrom
fliesst, bekommt dann aber Probleme mit sinkendem Innenwiderstand lange
gelagerter Zellen während des Ladevorgangs. Schaltet man periodisch zum
Messen den Ladestrom ab, wie es der ICS17xx tut, kann man einerseits effektive
Schaltregler als Stromquelle nutzen, die sonst den A/D-Wandler zu sehr stören
würden, und bekommt andererseits innenwiderstandsunabhängigere Messwerte,
wenn man exakt in derselben Zeit nach Abschaltung misst. Andererseits
bekommt man interessante Erkenntnisse aus dem Vergleich der Zellenspannung
während der Ladestrom floss und kann den Innenwiderstand berechnen.
https://www.mikrocontroller.net/topic/400445#4623958 (Ladespannungskurve mit Discharge-Impulsen am Liitokala Lii-500)
Lädt man nicht einzelne Akkus, sondern mehrere in Reihe geschaltete Zellen
als Säule, so sind nicht alle Akkus zur derselben Zeit voll. Man muss aber
den hohen Ladestrom abschalten, wenn die erste Zelle voll geworden ist. Da
der -DeltaU Effekt von der steigenden Spannung der anderen Zellen überlagert
wird, kann man nicht mehr auf eine fallende Spannung am Akkupack warten.
Man schaltet ab, wenn sich die Kurve wieder abflacht, also die Ableitung der
Kurve der Ladespannung ihr Maximum überschreitet. Siehe ICS QuickSaver
von Galaxypower.
Da -DeltaU bei NiMH früher abschalten muss als bei NiCd, sollte man NiMH
nicht in automatischen NiCd-Ladern aufladen, das Ladeende wird nicht
rechtzeitig bzw. nicht zuverlässig erkannt, der Akku eventuell überladen.
Umgekehrt geht es, bei NiCd wird halt der Schnellladevorgang etwas früher
beendet. Da bei so einem Ladevorgang der Akku nicht überladen wird, spielt
der auf dem Akku aufgedrucke maximale Ladestrom keine Rolle, schliesslich
darf er auch beim Entladen überschritten werden.
Man nimmt normalerweise 1C (also 1 Stunde Ladezeit), damit die Akkus am
Ende der Ladezeit so 40 GradC warm werden können, weil das Ladegerät nur
an der wegen steigender Wärme fallenden Spannung erkennt, das der Akku
voll ist. Trotz dieser Ladezeiten muss man keine explizit schnellladefähigen
Akkus verwenden, sondern es tun normale mit C/10tel angegebene Akkus.
Lädt man in 15 Minuten mit 4C spielt der Innenwiderstand der Zelle schon
eine Rolle, das sollte man also nur niederohmigen (also vom Hersteller als
hochstromgeeignet und schnellladefähig gekennzeichneten) Zellen zumuten,
läd man in 4 Stunden mit C/4 wird der Akku nicht richtig warm, es sei denn,
er ist in ein Gehäuse verpackt.
Wer neue Akkus kauft, bei denen man nicht weis wie lange sie schon rumliegen,
vor allem NiMH, und wer ein Ladegerät hat, das per -DeltaU elektronisch
abschaltet, der sollte die Akkus erst mal (im Gerät, also auf ca. 0.9V/Zelle)
entladen (sind sie vermutlich eh), dann ausrechnen wie lange sie im Ladegerät
laden müssten (per Kapazität/Ladestrom Berechnung, ohne Korrekturfaktoren wie
140%), sie laden lassen und zur berechneten Zeit aus dem Ladegerät rausnehmen,
im Gerät benutzen bis sie leer sind und noch mal auf die beschriebene Art
laden. Erst danach sollte man das Ladegerät seine eigene Ladeschlusserkennung
anwenden lassen, in der Hoffnung das es die Akkus dann nicht auf 70 GradC
aufkocht, was sonst leicht passiert, weil bei neuen Akkus offenbar das
Ladeeende nicht gut erkannt werden kann und in Ladegeräten oft nur die
zeitgesteuerte Notabschaltung greift, wenn es denn überhaupt eine hat.
Lange gelagerte Akkus bilden bei der Selbstentladung im Inneren grössere
Kristalle die den Innenwiderstand erhöhen, so daß die ersten paar Ladezyklen
diese auflösen müssen bevor der Akku wieder seine Leistungsfähigkeit erreicht.
Will man das vermeiden, kann man NICd Akkuzellen vor der Lagerung über einen
Widerstand komplett bis auf 0V entladen und mit einer Kurzschlussbrücke
lagern, denn bei 0V wachsen keine Kristalle. NiMH würde man auf die Art töten.
http://www.nasa.gov/offices/oce/llis/0644.html
Das Schnellladegerät beendet den Schnellladevorgang mehrerer Zellen, wenn die
erste Zelle voll ist. Um die restlichen Zellen voll zu laden, darf man aber
durch die volle Zelle nur noch den Nennladestrom von meist C/10tel schicken.
Der Akku muss also noch einige Zeit (1 Stunde oder so) im topping charge mit
maximal dem aufgedrucken Ladestrom nachgeladen werden. Danach schaltet man in
den trickle charge Modus (mit C/50 oder was das Datenblatt als
Erhaltungsladestrom empfiehlt) zurück, um mit Dauerladung den Akku gegen
dessen Selbstentladung immer voll zu halten, bis er aus dem Ladegerät
entnommen wird. NiCd scheinen mit Dauerladestrom besser zurecht zu kommen
als NiMH.
Das Reflexladeprinzip des ICS170x ist besonders interessant und wird im
NC2000 verwendet. Auch ohne Entladeimpuls eignet sich der IC besonders für
Schaltregler (LM2576T-ADJ) als Stromquelle, weil er vor dem Messen die
Stromquelle abschaltet. GalaxyPower ist pleite und stellt die ICS17xx-Chips
nicht mehr her (Ersatz AIC1781), aber das Patent auf das Reflexladeprinzip
ist auch ausgelaufen, man hat also kein Problem sich den Algorithmus in
einen uC mit 12 bit A/D zu programmieren.
Einfache Schaltung ähnlich AN17 von Galaxy Power ohne überflüssigen DCHG
+-----+
+-------------|7805A|------------------------+
| +--+--+ |
+--10k--+--------(---------------------------(------------+
| | | |VCC |
| +------+ | +-------+ |
| |on/off| | 1N5404 |VIN | |
o--+---|LM2576|--+--(--L--+--|>|--+--R1--+--|ICS1700|--4k7--|< BC547
| |GND FB| | | | | | |GND CHG| |E
30V | +------+ | | Elko Akku R2 +-------+ |
| | | | | | | | | |
Elko | +----(--+-----(-------+------+----+--------------+
| | | | |
| | +--|<|---+ Shunt (0R4 = 3A Ladestrom)
| | SB360 | |
o--+-----+----------------+-------+
Das Computerized Charging System (CCS9620 von http://www.conrad.de) von BTI
http://www.bticcs.com ist bloss ein vorprogrammierter PIC Microcontroller
ohne A/D-Wandler. Das VDX-Verfahren (Voltage Descend Expander) vergleicht
die Ladespannung mit und ohne Ladestrom und das Reflex-ähnliche ACT-Verfahren
kommt von hier: http://www.actcharge.com/
Ein Überblick findet sich in http://www.basytec.de/ladung/ladung.html
http://homepage.alice.de/d.bail/3692_laden.php (Universalladegerät U2402)
Ein NiCd/NiMH-Akku geht kaputt, wenn er umgepolt wird. Das passiert bei
einer Säule, wenn eine Zelle leer wird (0V) und die anderen Zellen (über den
Innenwiderstand des angeschlossenen Geräts) ihre Spannung entgegen der
Polung an die leere Zelle anlegen. Einen abgeklemmten Akku (kein uA darf
fliessen) kann man problemlos lagern, möglichst leer aber nicht kurzgeschlossen
(Selbstentladung schadet offenbar), und im Kühlschrank. Nach längerer Lagerzeit
muss er, ebenso wie neu gekaufte Akkus, ein paar mal aufgeladen / entladen
werden, bis er seine volle Leistungsfähigkeit wieder erreicht. Hat sich ein
voll aufgeladener und danach abgeklemmt gelagerter NiCd/NiMH Akku schon nach
wenigen Tagen selbst fast ganz entladen, hat man Ausschuss mit defektem
Separator erwischt.
Von: Robert Obermayer 8.2.2006
Die mittels Widerständen gekillten Akkus waren 2200er GP und 2000er
Panasonic (also die besten 4/5 SC NiMH), die durch langes Lagern bei
0V ausgelaufenen waren 1250SCR, CP1700, N-SCRC 1700 (die guten schwarzen)
und einige 650er Varta AA(NiCd). Mindenstens gleich lange rumliegende,
aber nicht gesondert entladene Packs des gleichen Typs haben die
Lagerzeit ohne Kapazitäts (und Flüssigkeits-)verlust überstanden und
hatten noch >1V/Zelle wie ich sie wieder geladen habe.
Panasonic schreibt in einem manual auch sinngemäß:"for extended storage
periods, recharge every year to avoid leakage" und hat da imo. recht
Wie schnell sollte das Ladegerät den Akku aufladen ? Das hängt von der
Verwendung des Akkus ab. Im Prinzip gilt, "ebenso wie er entladen wird".
Bei Hochstromanwendungen (Modellsport) also schnell Laden, bei
Niedrigstromanwendungen (Wecker) besser langsam laden. Der Grund liegt in der
Kristallbildung im Akku: Hohe Ströme brechen die Kristalle, was zu niedrigerem
Innenwiderstand führt (gut bei Hochstrom) aber auch die Selbstentladung
beschleunigt (schlecht bei geringem Strombedarf). Ebenso enthalten
schnellladefähige Akkus viel Katalysator, was ebenfalls die Selbstentladung
beschleunigt. Allerdings *müssen* automatisch abschaltende Ladegeräte
schnellladen, da sich nur dann bei vollem Akku eine Temperaturerhöhung ergibt,
die in Folge zu einer Spannungsänderung führt, die dann gemessen werden kann.
Länger als 4h sollte also kein automatisch abschaltendes Ladegerät brauchen
(und unter 15min wird's auch kritisch). Zeitgesteuerte Ladegeräte sollten den
Akku vorher entladen (auf 0.9V/Zelle) und dann 14h oder 4h aufladen und dann
auf Erhaltungsladung (kleiner C/25tel) umschalten. Bis zu welcher Spannung darf
man einen NiCd/NiMH-Akku entladen ? Im Prinzip 0V, aber dabei muss in einer
Säule JEDE Zelle beachtet werden, da ja keine umpolen darf. Die Akkukapazität
wird aber nach IEC durch eine Entladung bis 0.9V/Zelle gemessen, ebenso wie
bei normalen Zink-Kohle / Alkali-Mangan Batterien, und da man bei
0.9V*Zellenanzahl bei einer Säule davon ausgeht (was in der Praxis oft, aber
nicht immer hinhaut), das jede einzelne Zelle noch mehr als 0V hat und nicht
umgepolt wird (was tödlich wäre), nimmt man für Akkus auch 0.9V bei Entladung
von C/10tel. Die Spannung bricht ab 1.1V eh so schnell zusammen das unter 0.9V
eigentlich nichts mehr zu holen ist. Bei Hochstromentladung spielt der
Akkuinnenwiderstand aber eine grössere Rolle, so dass bis 0.5V herunter
entladen wird.
http://www.ti.com/ BQ2002 / BQ2003 / BQ24007 / BQ2050 (Zählfehler reduzieren Akkukapazität) BQ24751 / BQ24721
http://www.maxim-ic.com/ MAX712 / MAX713 / DS2711 / DS2712 / DS2715 / DS2770
http://www.onsemi.com/ MC33340 / MC33341
http://www.vishay.com/ U2400 / U2402
http://www.nxp.com/ TEA1100 / TEA1102 / TEA1104
GalaxyPower ICS17xx (AN17, AN23)
http://www.analog.com.tw/ (AIC1781-1783)
http://www.analog.com/ fsect5.pdf
http://www.linear.com/ LTC4010/LTC4011/LTC4012 (ähnlich MAX712) AN64 (LTC1325), AN68 (LTC1510, LTC1511)
http://www.conrad.de/ Anleitung von 130136 (mit U2402)
http://www.mikrocontroller-projekte.de/ (Reflexlader)
http://www.gb97816.homepage.t-online.de/ (Reflexlader C166)
http://www.harald-sattler.de/html/body_tons_lader.htm (NC2000)
http://www-user.rhrk.uni-kl.de/~dittrich/trxcharger/
http://www.akkumatik.de/ (Bausatz)
http://www.elexs.de/led8.htm (PR4403 an Solarleuchte)
http://www.freescale.com/files/microcontrollers/doc/ref_manual/DRM051.pdf (2 x 2 x 1.2V NiMH Lader mit 68HC05)
http://www.atmel.com/ AppNote AVR450 (NiCd, NiMH)
http://www.microchip.com/ Application Note Reference Design PICREF-2 (NiCD/NiMH + PC-Interface)
http://www.c51.de/c51.de/Dateien/AN439.PDF (87c751 Fast Nicad Charger)
http://www.freescale.com/files/microcontrollers/doc/app_note/AN2679.pdf (NiCd/NiMH mit 68HC08)
http://www.zilog.com/ an0137.pdf (Z8 based Pb/NiMH/NiCd Battery Charger)
http://www.schulze-elektronik-gmbh.com/
> Nickel-Eisen NiFe Akkus
Sind der Vorläufer und die deutlich langlebigere Alternative zu Nickel-Cadmium,
nur darf man keine hohe Kapaziät oder Strombelastbarkeit von ihnen erwarten:
http://nickelcells.com/pdf/manuf/microtherm_NiFe_de.pdf
F.21.2. Bleiakkus
Es gibt die offenen wartbaren Blei(-Antimon) Akkus (mit Stöpseln), die
geschlossenen nicht-wartbaren Blei-Calcium Akkus und die geschlossenen nicht
wartbaren Blei-Gels(/Vliess) Akkus.
http://www.dvddemystifiziert.de/batterien/carfaq9.html (detaillierte Aufstellung mit Ladeschlusspannung, aber Gel-Blei (Ca/Ca) ist Gel-Blei (Sb/Sb) )
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/250000-274999/250202-da-01-en-Wartungsfreier_Bleiakku_12V_7Ah.pdf /Detailliertes Datenblatt Vliess-Akku)
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/D600/WP5-12.pdf (recht vollständiges Blei-Vliess-Akku Datenblatt)
Ein Bleiakku (Pb) wird an eine Spannungsquelle angeschlossen, die pro Zelle
(je nach Akkumodell) 2.3-2.4 Volt liefert (bei 20 GradC, temperaturabhängig
-4mV/K), also 13.8V für einen Bleigelakku. Die Spannungsquelle muss damit
klar kommen, das der Akku mehr Strom haben will, als der Akku aushält und die
Spannungsquelle liefern kann, also eine Strombegrenzung enthalten.
Wieviel steht i.A. drauf, wenn nicht kann man sich nach Panasonic richten,
die sagen 0.4C bei ihren Bleigelakkus, also 4.8A bei 12Ah Akku. Der Lader
muss also eine Strombegrenzung als Schutzeinrichtung enthalten, wie das
normalerweise bei integrierten Spannungsreglern der Fall ist (z.B. LM317,
einstellbar L200 Schaltung im Datenblatt beachten, PB137, UC3906 macht
temperaturkompensierte Schnelladung mit nachfolgender Erhaltungsladung,
AppNote U131, UC2909 ist moderner. Die Temperaturabhängigkeit kann man gut
mit einem Pt100 RTC Platinwiderstandstemperatursensor, NTC oder einer
Siliziumdiode im Spannungteiler des Spannungsreglers ausgleichen, siehe
Datenblatt des LT1038 von http://www.linear.com/ oder AN66 Figure 148.
1N5401 +-----+
+16V --+--|>|--|LM317|--+---+---+ temperaturkompensierte
| +-----+ | | | und rückstromgeschützte
| | 120R | | (max. 200uA Entladestrom)
| | | | | Bleiakkuladeschaltung
| +-----+ 10k |
| | | |
25k 50R | | +
| E| | 12V Akku
| 2N3906 >|--------+ | -
| | | |
| +-|<|-+ Poti2k |
| | LED Charge | |
+---|< 2N3904 50k |
|E | |
GND --------+---------------+---+
Eine Stromsymmetrierung über den Masseanschluss findet sich hier:
http://www.deutronic.de/fileadmin/images/PDF/deutronic-lader.pdf (vor allem moderne Blei-Calcium Autoakkus)
http://www.mikrocontroller.net/attachment/246531/Parallelschalten_von_Festspannungsreglern.jpg
http://www.ti.com/lit/ug/tidu421/tidu421.pdf (Parallelschaltung einstellbarer Festspannungsregler mit OpAmp zum Stromausgleich)
http://www.electroschematics.com/6850/12v-scr-battery-charger/ (Thyristor-Regelung, Strombegrenzung durch weichen Trafo)
https://www.mikrocontroller.net/attachment/189132/Bleigel-Akkulader.pdf (L200 mit Temperaurkompensation durch 5 Dioden, Entladestrom 1.3mA bei Netzausfall)
Im Auto werden Regler-IC wie L9444/L9448/L9480 verwendet, die ebenfalls eine
Temperaturkompensation machen.
http://www.mikrocontroller.net/attachment/204370/NP_relationship.jpg (Ladespannung je nach Temperatur)
http://www.ti.com/lit/an/slua115/slua115.pdf
http://www.mikrocontroller.net/attachment/179186/Simple_12V_Lead_Acid_Battery_Charger.pdf (7815 mit Dioden, Trafo doppelt so stark auslegen sonst überhitzt der)
Ein Bleiakku geht kaputt, wenn er entladen rumsteht (er sulfatiert dann),
netterweise darf man ihn ewig an einem wie beschrieben spannungsgeregelten
Ladegerät lassen. Der Selbstentladestrom liegt so um 1/1000 der Kapazität.
Lädt man ihn nur kurz auf und klemmt ihn dann vom Ladegerät ab, darf man
auf 14.4V (2.4V/Zelle bei 20 GradC) gehen, so wie es die Lichtmaschine im
Auto macht. Die billigen Autoakkuladegeräte enthalten lediglich einen
strombegrenzenden Trafo und einen Gleichrichter ohne jede
Ladespannungsbegrenzung, der volle Akku wird also gnadenlos überladen, er
gast. Beim Autoakku kann man dann das zersetzte destillierte Wasser wieder
nachfüllen, 'wartungsfreie' Bleigel-Akkus sind dauerhaft geschädigt.
Den relativen Akkurestkapazitätszustand kann man über 4-Leiter
Innenwiderstandsbestimmung mit C/5 Entladeimpulsen in Millisekundenlänge
ermitteln.
Üblich ist bei 11.4V eine Akku-Leer-Warnung und bei 10.8V der Lastabwurf,
bei hohem Entladestrom (Automotoranlasser) geht es auch mal unter 8V.
In Anlagen entsprechend VdS wird der dauergeladene Akku gelegentlich durch
Entladepulse überprüft, ein Innenwiderstand grösser 1 Ohm (bei den üblichen
meist 7.2Ah Bleigelakkus) wird als defekter Akku gemeldet.
Erst bei 12.6V wird die Last wieder drangeschaltet. Kam der Akku mal unter
11.4V, darf er ein mal bis auf 15V (2.5V/Zelle bei 20 GradC nur bei genauester
Beachtung der Temperaturkompensation) aufgeladen werden, kam er mal unter
12.4V kann man ihn ein mal bis 14.4V aufladen.
Unter dem Namen Lead Crystal bieten einige Händler Blei-Akkus von
http://leadcrystalbatteries.com/ an, die Tiefentladungen bis 0V wegstecken
sollen und mit doppelter Haltbarkeit werben, aber belastbare Daten sind nicht
bekannt.
Es gibt länger haltbare (Bleigel-)Akkus, z.B. Effekta BTL mit 8-10 Jahren,
Excide/Sonnenschein A602/200 mit 18 oder Absolyte GP/BAE OPzS mit 20 Jahren.
https://na.industrial.panasonic.com/sites/default/pidsa/files/downloads/files/panasonic_vrla_chargingmethods.pdf
http://www.microcharge.de/index.php?option=com_content&view=article&id=51&Itemid=56
http://www.sun-battery.com/comdownload.php?dl_id=4 (hier sieht man, wie es schadet, ganz zu entladen)
Einfache Schaltung mit Maximalstrombegrenzung (1.3A) und Spannungsbegrenzung
(13.8V) entlädt den Akku wenn der Strom ausfällt mit 100uA.
+16V --+--------------+
| |
| 0.5R
E| |
BC557 >|--1k--+--1k--+
| | |E
+-------(-----|< BD240
| | |
| | +--|>|--+-------+
220R | | |
| | 113k |
| | | + |
| TL431-------------+ Akku
| | | - |
| | 25k |
| | | |
GND ---+-------+--------------+-------+
F.21.3. LiIon/LiPoly
Lithium-Ionen-Akkus werden im Prinzip ebenso wie Bleiakkus geladen,
allerdings muss die Ladeschlussspannung von 4.20 Volt (man achte auf die 0)
JEDER ZELLE auf 0.5% genau eingehalten werden, sonst wird sie entweder nicht
voll, 0.1V macht 10% aus, oder fängt beim Überladen Feuer:
http://www.liposack.com/video.htm
http://www.mouser.de/new/power/batteries/stm-efl700a39-battery/n-5gbkZ2lss86 (LiPoly 25 x 25 x 0.2 mm)
http://vds.de/fileadmin/vds_publikationen/vds_3103_web.pdf
https://www.golem.de/news/lithium-akkus-durchbruch-verzweifelt-gesucht-1703-126537.html
Und wer meint, er hätte noch nie gehört, daß LiIon-Akkus Feuer fangen, und
das würde bei ihm bestimmt nicht passieren:
http://avherald.com/h?article=49182334
http://avherald.com/h?article=48f977eb
http://avherald.com/h?article=48b2147e
http://avherald.com/h?article=43d462c7
0.5% einzuhalten ist nicht so einfach. Nimm einen fertigen LiIon Ladechip,
falls nicht schon ein Li-Ion protection chip im Akkupack enthalten ist. Mit
solchen vor Überladung und Tiefentladung geschützen Akkus ist der Ladevorgang
ein Kinderspiel: Er schaltet den Akku ab, bevor er zu tief entladen wird oder
wenn das Gerät zu viel Strom zieht (Kurzschluss), und er klemmt den Akku von
der Ladestromversorgung ab, wenn er voll ist oder zu viel Ladestrom bekommt.
LiIon-Akkus mit eingebauter Schutzschaltung sind also nur für Belastungen und
Ladeströme bis zu bestimmten Werten zu gebrauchen, meist nur bis 1C, darüber
trennt die Schutzschaltung den Akku wegen Überstrom ab. Daher verwenden
Modellbauer Akkus ohne Schutz und benötigen deshalb kompliziertere Ladegeräte.
Zum Laden geschützter Akkus reicht aber einfach eine strombegrenzte
Spannungsquelle nicht zu hoher Leerlaufspannung (meist unter 6.5V gefordert).
Man sieht die strombegrenzte Spannungsquelle z.B. beim LTC1730 Ladecontroller.
Man kann den Ladestrom per Vorwiderstand begrenzen, oder einen schon
strombegrenzten Trafo verwenden, oder ein Schaltnetzteil welches bei zu hoher
Belastung die Spannung zurücknimmt. Das nennt man CCCV Ladung, Ladung zuerst
mit begrenztem Strom Constant Current CC und dann begrenzter Spannung Constant
Voltage CV.
+--Vorwiderstand---+ (ausgelegt für maximal 1C bei leerem Akku)
o | +
4.5..6.5V LiIon Akku mit Schutzschaltung
o | -
+------------------+
Wenn die Schutzschaltung den Akku als voll erkennt und abschaltet, springt
die Spannung am Akku von 4.2V auf die Spannung des Netzteils, also 4.5..6.5V.
Damit kann man den Ladeschluss erkennen, z.B. mit TL431 und mit LED anzeigen.
Die Schaltung entlädt allerdings den Akku wenn der Strom ausfällt mit 50uA.
+--Vorwiderstand--+------+----------+
| | | |
| LED | |
| | | |
o 1k 39k | +
4.5..6.5V | | LiIon Akku mit Schutzschaltung
o TL431----+ | -
| | | |
| | 47k |
| | | |
+-----------------+------+----------+
Hat der Akku keine Schutzschaltung, muß man EXAKT bei 4.2V den Ladestrom
abschalten. Dazu tut es dann kein TL431 und 1% Widerstände mehr, sondern
es müss ein TL431B (oder LT1431C) sein und 0.1% Widerstände. Die folgende
Schaltung nutzt den LM317 nur als Strombegrenzung, die hier mit 1.2 Ohm auf
1A eingestellt ist. Ein Relais verhindert ein Entladen des Akkus wenn der
Strom ausfällt, eine Diode ist ja mit ihrem ungenauen Spannungsabfall nicht
zu gebrauchen.
+-----------------------Relais----+
| auf Kühlkörper : |
| +-----+ :/o |
9-15V --+--|LM317|--1R2--+-----+-o/ |
| +-----+ 2W | | o-+ |
| | | | | |
| +----+-1k--+ 100nF | |
| | | | | | |
47u | | 6k8_0.1% | | |
| | | | | | + |
| 4u7 TL431B--+ | LiIon | Akku ohne Schutzschaltung,
| | | | | | - | (mit geht natürlich auch)
| | | 10k_0.1% | | |
| | | | | | |
Masse --+-----+----+-----+-----+------+---+
Ein LiIon-Akku geht sofort kaputt, weil sich Lithiumionen in die
Metalloxidelektrode einlagern, die dabei an Volumen zunimmt und zerbröselt,
wenn er unter eine bestimmte Spannung entladen wird, auch durch
Selbstentladung, also muss man rechtzeitig bei meist 3.0V abschalten und
gleich wieder aufladen. LiPolymer sind letztlich LiIon Akkus ohne Hülle, also
nichts prinzipiell anderes, und werden genau so behandelt. Ob 3.6V oder 3.7V
als Nennspannung angegeben wird, ist letztlich egal, nur die
Ladeschlussspannung von 4.1, 4.2 oder 4.3V darf nie überschritten werden.
Eine niedrigere Ladeschlussspannung verlängert angeblich die Akkulebensdauer
signifikant (das halte ich aber für Humbug, auch Sanyo redet bei trickle
charge nur von einer Gefahr die im Akku befindliche Sicherung auszulösen).
Die JEITA schlägt bestimmte Ladebedingungen je nach Akkutemperatur vor:
GradC max. Ladestrom max. Ladespannung
nicht laden
0
0.5C 4.25V
10
1C 4.25V
45
1C 4.15V
50
1C 4.1V
60
nicht laden
http://www.toshiba.com/taec/components/Generic/DS_BT31930297.pdf (LiIon Datenblatt)
http://electronics-diy.com/electronic_schematic.php?id=729 (TL431B/LM317 Ladeschaltung)
http://www.batteryonestop.com/baotongusa/products/datasheets/li-ion/SANYO-UR18650F-26A.pdf
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ACA4000/ACA4000PE2.pdf
http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ACA4000/ACA4000PE4.pdf
http://www.maxim-ic.com/
(z.B. MAX1811/1898 LiIon protection, DS2726 5-10 cell
protector/balancer, MAX11068 12 Zellen mit Balancer, MAX11080/MAX11081
12-372 Zellen)
MAX1781 kompletter SMBus uC für 4 LiIOn Zellen fuel gauge, Verdongelung möglich
http://www.st.com/ (L6924 1 Zelle)
http://www.datasheetspdf.com/PDF/TP4221B/914396/8 (TP4221 1.2A USB->LiIon->USB Charger & step up incl. 4 LED Battery Gauge, in manchen PowerPacks verwendet)
http://www.microchip.com/ MCP73811 500mA max SOT23-5 LiIon protection inklusive Transistor
http://www.seiko.co.jp/ S8211 S8261 S8241 SOT23-6 1 Zelle LiIon Protection mit externem Transistor für mehr Strom
S8242 S8232 (2 Zellen) S8253 S8233 (3 Zellen) S8254 S8243 (4 Zellen)
S8209 S8204 S8205 1 bzw. 4 bzw. 5 Zellen, kaskadierbar
http://www.intersil.com/ (ISL6298 1 Zelle)
http://www.analog.com.tw/ (LiIonProtection AIC1802 SO8 2 cell incl. balancing/1803/1804/1821)
http://www.onsemi.com/ (MC33351 3 Zellen incl. balancing, CS5361 Notebookakkulader)
http://www.atmel.com/ ATA6870 (6 Zellen kaskadierbar incl. Balancing)
http://www.linear.com/
(LTC6802 4-12 Zellen kaskadierbar incl. Balancing, LTC660 Ultraprecision
Voltage Divider als Balancer, LTC3300-1 (LiIon/LiFePo4 Balancer bis
10A)
http://www.ti.com/ (BQ24007 1 cell, BQ2954 6 cells, TWL2214 Notebookakkulader, BQ77PL900 5-10 Zellen incl. Balancing)
http://www.rutronik.de/ (Panasonic LiIon Einzelzellen)
http://www.mamo-modelltechnik.de/ (LiIon/LiPoly Einzelzellen)
http://www.lipoly.de/ (LiIon/LiPoly Einzelzellen)
http://www.modellbau-bichler.de/ (LiIon/LiPoly/LiMnO2 Einzelzellen)
http://www.elv-downloads.de/service/manuals/LPS1/66765_Schutzschaltung_LPS1.pdf
http://www.aplusproducts.com/gallery/products/batteries/protection_modules.pdf
https://www.mikrocontroller.net/attachment/300880/IMAX_sch.pdf (SKYRC iMax B6 Ladegerät mit Balancer, auch Voltcraft, geht gern kaputt)
http://www.ebay.de/itm/291385997658 (USB 5V 1A Lithium Akku Ladegerät Battery Charger Modul Charging Module Board, Lademodul und step dup)
http://www.lygte-info.dk/info/battery%20protection%20UK.html
http://www.active-semi.com/sheets/ACT2801_Datasheet.pdf ACT2801 (lädt oder entlädt LiIon bis 1.5A/5V, aber nicht gleichzeitig)
http://www.quallion.com/sub-t-performance.asp (besondere LiIon die 0V aushalten)
http://vds.de/fileadmin/vds_publikationen/vds_2259_web.pdf (Vorschriften für Batterieladestationen)
Hat man mehrere LiIon Zellen in Reihe, darf man die Reihe nicht mehr
weiterladen, wenn eine davon schon voll ist, also wird die andere nicht
ganz voll. Die ist jedoch beim Entladen als erste leer. Dadurch veringert
sich die nutzbare Kapazität des Gesamtakkus, obwohl die Zellen selbst noch
Kapazität hätten. Um das zu vermeiden, gleicht ein Balancer unterschiedlich
geladene Zellen wieder an. Es ist nicht erforderlich (und sinnvoll) das beim
Laden mit dem vollen Ladestrom zu tun, sondern es reicht, nach dem Laden
(während des rumliegens) mit geringem Strom umzuladen. Entweder in dem die
vollere Zelle langsam entladen wird:
+-------+-----+
| | |
Zelle1 | 100k0.5%
| /+|----+
+---+--1k-< | | Microampere CMOS OpAmp
| | \-|-+ |
| | | | |
+---(-------(--+ |
| | |
Zelle2 | 100k0.5%
| | |
+-------+-----+
Mit dem passenden Chip kann man die Ladungsdifferenzen sogar umladen:
+----------+
| |
Zelle1 +----8----+
| +--3 ICL7660 2--+
+--+ | LTC660 | C
| +--6 MAX660 4--+
Zelle2 +----5----+
| |
+----------+
und bis zu 10A Balancing-Strom per Schaltregler macht der LTC3300.
> Halten Lithium Akkus länger, wenn man sie kühl/halbaufgeladen lagert ?
Von: Peter Dannegger 19.06.2014
Ich hatte mal ein Samsung Notebook mit 2 Akkus. Den einen hatte ich ständig
dran, falls mal die Netzstrippe rausrutscht (passierte leicht). Den anderen
habe ich nur für Reisen benutzt, er lag die meiste Zeit rum. Beide nutzten
sich gleich stark ab, d.h. die Laufzeit pro Ladung war nach 6 Jahren etwa
gleich gesunken.
Von: batman 19.06.2014
Genau das Gleiche mußte ich sowohl mit einer Digicam als auch mit einem
Handy erfahren. Trotz kühler Lagerung hat es die Ersatzakkus genauso
schnell verschlissen wie die im Dauergebrauch befindlichen.
> BQ771807
Dieser LiIon-Überspannungs-Schutzschaltungs-Chip der bei schlecht
balancierten Akkupacks zuschlägt wenn eine Zelle über 4.45V geladen wird,
zerstört eine Sicherung im Akkupack und macht es dadurch unbenutzbar.
> Wie signalisiert ein USB Ladegerät wie viel Strom es liefern kann ?
Von: Hergen Lehmann 9.4.2016
Bei Apple signalisiert das Ladegerät (über eine Widerstandskombination
an den Datenleitungen, welche dort Spannungen produziert) seine
Belastbarkeit an das Handy, welches den Ladestrom entsprechend anpasst.
Bei Ladegeräten nach USB-Standard findet nur eine grobe Signalisierung
(bis 500mA/über 500mA) über einen Widerstand von maximal 200 Ohm zwischen
den Datenleitungen statt. Stattdessen ist das Ladegerät explizit so
gebaut, das es nicht abschaltet, sondern - wie ein Labornetzteil - den
Strom begrenzt. Das Handy erkennt den dadurch einsetzenden
Spannungsabfall und schraubt seine Ansprüche entsprechend herunter
damit zumindest 4.75V ankommen.
https://en.wikipedia.org/wiki/USB#USB_Battery_Charging
F.21.4. LiFePo4
LiFePo4 Akkus (Daten der 2600mAh Rundzelle) sind nicht so kritisch wie
LiIon oder LiPoly. Sie verkraften weit höhere Ladeströme (typ 2.5A max 5A)
und Entladeströme (typ 10A max 25A) und reagieren nicht so sauer auf eine
ungenaue Ladeschlusspannung (typ 3.65V max 4.1V) und Entladespannung (typ
2.5V max 2V) und manche haben trotz kompletter Tiefentladung keinen Schaden
genommen oder sind trotz Aufladung auf 10V nicht explodiert. Mit dem L200
(hier auf 1A Ladestrom dimensioniert) oder LT3081 geht mit Relaisabschaltung
bei Stromausfall:
+----------------------------------+
| auf Kühlkörper |
| +------+5 |
| 1| |--0R47--+---------+ |
7-25V --+--| L200 | 2W | | |
| | |--------+ | |
| +------+2 | o o |
| 3| |4 | \ :::: Relais
| | | | o |
10u | +---R1-----+ | |
| | | | | + |
| | 8k2 1uF LiFePo4 Akku |
| | | | | - |
Masse --+----+--+----------+-------+-------+
Bei Reihenschaltung von Zellen ist ihr gemeinsames Aufladen an einem Ladegerät
möglich welches einfach die Gesamtspannung (3.65V/Zelle) liefert, denn etwas
mehr Spannung verkraften die Zellen. Auf Dauer driften die Spannungen aber
weiter auseinander so daß ein Balancer in den Ladepausen ungleichmässige
Selbstentladung behandeln sollte.
http://www.akkumatik.de/ (Bausatz Ladegerät)
http://www.logview.info/ (passender Datenlogger)
http://shop.lipopower.de/ (Akkus, Ladegeräte und Balancer)
MCP73123 LiFePo4 Lade- und Protection Chip
Wer ein bisher mit NiCd/NiMH-Akkus ausgestattetes Gerät (Akkuschrauber) hat,
das über ein strombegrenztes Steckernetzteil geladen wird (meist ca. 400mA für
4 Stunden laden eines 1.2Ah Akkus), der kann es leicht auf LiFePo4 oder sogar
LiIon umbauen, in dem er die Akkus im Akkupack wechselt und mit einer
Schutzschaltung versieht. Die Schutzschaltung für LiIon muß genau sein und
einzelne Zellen überwachen, man nimmt beispielsweise einen Sharp S8205, für
LiFePo4 tut es eine einfachere Schaltung mit einem ICL7665, zumindest bis 4
Zellen oder MCP65R41/6 für 1 Zelle.
Der Inhalt des bisherigen Ladeteils wird unverändert übernommen. Beispielhaft
hier gezeigt mit grüner LED für Netzspannung vorhanden und roter LED für lädt
ausgestattet, aber ohne Zeitschaltung oder gar intelligenten Ladecontroller,
R zur Ladestrombegrenzung implizit im Steckernetzteiltrafo:
1N4001 1N4001
+----R----+--|>|--+--|>|--(+)
| | |
| +---+ 10R
| | E| |
~ o | >|--+
Stecker- | | BC557
ladeteil 1k5 1k5
~ o | |
| grüne LED LED rot
| | |
+---------+---+-----------(-)
Inhalt Akkupack nach Umrüstung auf 4 LiFePo4 Zellen, MOSFETs auf Kühlkörper
mit weniger als 10K/W.
(+)--+---+---------------+----------------+
| | | |
| 820k +----------+ |
+ | | | VCC | |
Akkuzelle1 +----------|SET2 HYST2|------+ |
| | | ICL7665A | | |
Akkuzelle2 47k | OUT2|------+ |
| | | | | |S
Akkuzelle3 +---+---+--|SET1 HYST1|--+---)--|I BS250/BSS84
| | | | | GND | | | |
Akkuzelle4 82k 10M 10M +----------+ 120k | |
- | | | | | | | |
| | | +-------(--------+ | |
| | | | | | |
| | | | 12k | |
| | | | | | |
+---+---(-----------+--------+ | |
S| | | |
IRF3205 I|------+------------------------+ |
D| |
IRF3205 I|-------+---------------------------+
S| |
+--100k--+
|
Sicherung 30A
|
(-)--+
Als Selbstentladungs-Balancer kann man ICL7660 oder den Microampere CMOS
OpAmp von oben verwenden.
F.21.5. Lithium-Yttrium WB-LYP40AHA
Diese Akkus mit einer Nennspannung von 3V halten angeblich 3000 (bei 80%) bis
5000 (bei 70% Entladetiefe) Ladezyklen aus, sind aber natürlich auf Grund des
seltenen Yttriums teuer.
http://en.winston-battery.com/index.php/products/power-battery/item/wb-lyp40aha?category_id=176
> nicht-wiederaufladbare Lithium Batterien wie CR2025
haben bei Lagerung das Problem der Passivierung, die bei minimalem Strom nicht
durchbrochen wird. Daher in Niedrigststromanwendungen hin und wieder mal einen
kräftigeren Entladeimpuls ansetzen, sagt Rafael Deliano in d.s.e Message-ID
<52af494e$0$9507$9b4e6d93@newsspool1.arcor-online.net>
F.21.5.1. Lithium-Titanat
Haben nur 1.86V Nennspannung, 2.4V Ladeschlusspannung und halb so viel
Energieinhalt wie eine LiFoPo4, aber 30000 Ladeezyklen bei 1C und arbeiten
von -40 bis 75 GradC.
http://www.litrade.de/shop/Akkus-Zubehoer/LTO-Lithium-Titanate-Oxid/LTO-2-4V-1-3h-Lithium-Titanate-Oxid.html
F.21.6. Nickel-Zink
Als Nachfolger der Nickel-Metallhydrid-Akkus könnten sich die Nickel-Zink
Akkus mit 1.6V Spannung etablieren. Bei Mignon um 30mOhm Innenwiderstand,
1.2Ah Kapazität und 3% Selbstentladung pro Monat sind ordentliche Werte,
allerdings vertragen sie nicht über 4C Entladestrom und brauchen andere
Ladegeräte. Bei Conrad für 4 EUR pro Stück kein Schnäppchen, aber bei
Geräten die 1.5V benötigen und mit 1.2V schlechter laufen eventuell sinnvoll.
Anwender berichten, daß die Akkus eine WEIT geringere Kapazität haben als
aufgedruckt, also statt 1.5Ah nur 250mAh oder so.
Ladevorgang strombegrenzt mit 1.9V Ladeschlusspannung, z.B. per L200:
http://www.powergenix.com/?q=nizn-charge-procedure
F.21.7. Alkali
Es gibt auch wiederaufladbare Alkali-Mangan Akkus für Geräte, die 1.5V/Zelle
benötigen. Allerdings sind diese Akkus sehr schlecht. Sie können (sogar nach
Herstellerangabe) nur wenige Male (ca. 25) wieder aufgeladen werden. Rechnet
man die Kapazität einer nicht wiederaufladbaren Alkali-Mangan Zelle (Mignon
2.8Ah) und die Kapazität eines Alkali-Mangan-Akkus (1.5Ah wenn neu, 0.5Ah
kommen bei jedem Wiederaufladen dazu), gegen den Preis auf, lohnt sich das
nicht. Siehe http://horst-lehner.mausnet.de/efaq/efaq.pdf Kapitel 2.6 und c't
23/2002 S. 193. und AppNotes zu BQ2902/2903 von http://www.ti.com/ , die von
Rayovac verwendet wurden.
> Was tritt eigentlich bei Alkali-Mangan Batterien als weisses Kristallpulver aus ?
Der Elektrolyt aus 35 bis 50 Gew.% KOH, 6 Gew.% ZnO und Zusätzen von LiOH oder
Ca(OH)2.
Datenblatt von Alkali-Mangan Batterien von Energizer:
http://data.energizer.com/PDFs/alkaline_appman.pdf
http://www.alliedelec.com/m/d/ca6795215fab44730055055910f21b49.pdf (Duracell AA)
F.21.8. Memory-Effekt
Mit 'Memoryeffekt' wird das Verhalten von NiCd-Akkus beschrieben, die
mehrfach nur teilentladen wurden (z.B. durch eine automatische Abschaltung
des Geräts) und dann ein Mal weiter entladen werden soll. Die Spannung bricht
an der Stelle der alten Abschaltgrenze messbar zusammen. Die Restkapazität
lässt sich nur bei verringerter Spannung herausholen. Warum ?
Da die chemische Reaktion 'Ladung' im NiCd nicht gleichmässig über das innere
Volumen abläuft, gibt es bei 'halbleeren' Akkus Zonen die chemisch entladen
sind, wenn andere noch chemisch geladen sind. In einer lange nicht
'angefassten' Region vergrössern sich Kristalle, ebenso wie in einem Akku,
der lange rumliegt. Grössere Kristalle bewirken einen erhöhten
Innenwiderstand. Ein belasteter Akku mit höherem Innenwiderstand bricht in
der Spannung ein, er erscheint dem angeschlossenen Gerät 'leerer', es
schaltet früher ab, wodurch diese 'Zone' des Akkus nie mehr angefasst wird,
also auch nicht besser wird. Man behebt den Effekt durch mehrmaliges
entladen (bis die schwächste Zelle nur noch 0.5V hat) und wieder aufladen.
Siehe section 5 "battery chargers" des "practical design techniques for power
and thermal management" aus "Training and Events" von http://www.analog.com/ .
Es gibt im Web auch eine andere Meinung zu lesen, aber man behebt sie auf
dieselbe Art, so dass einem die Physik dahinter egal sein kann.
http://www.repairfaq.org/ELE/F_Battery.html
NiMH Akkus sind von diesem Effekt bei weitem nicht so stark betroffen, aber
ich habe hier NiMH Akkus erlebt, die zwar fast volle Kapazität hatten, aber
mit dem Alter einen immer weiter steigenden Innenwiderstand (2 Ohm) der sich
auch durch Hochstrom-Lade-/Entladezyklen nicht besserte und die damit
unbrauchbar waren.
F.21.9. Zellen knacken
Unbelastete Akkuzellen haben ja eigentlich, auch wenn sie leer sind, eine
Spannung von um die 1 Volt. Was tun, wenn in einer Akkusäule eine Zelle nur
0 Volt hat ? Diese Zelle ist dann intern kurzgeschlossen. Durch Umpolen der
Zelle während einer Tiefentladung sind Cd-Nadeln gewachsen, die beide
Elektroden miteinander verbinden. Man kann diese Cd-Nadeln durch einen
Hochstromimpuls knacken (z.B. vollgeladenen 10000uF/35V Elko an die Zelle
halten). Das hilft aber nicht wirklich, da sich nicht die ganze Cd-Nadel
zurückbildet. Der Akku hat eine höhere Selbstentladung, wird also in der
Säule wieder als erster leer, wird umgepolt und man hat das Problem erneut.
Ersetzt man nur diese Zelle, hat man in einer gebrauchten (verbrauchten :-)
Säule einen neuen Akku, der seine Stärken nicht ausspielen kann. Ersetze
lieber gleich alle Zellen und verwende die restlichen woanders.
F.21.10. Ladezustandsverfahren
> Wie redet mein Notebook mit seinem Akkupack ?
http://www.sbs-forum.org/
> Wie lädt mein Telefon seinen Akku wieder auf ?
Von: Ingolf Pohl
Beim Entladen wird der Strom gemessen (eher selten) oder die Software
des Telefons kennt die Verbräuche des Gerätes in den einzelnen Zuständen
hinreichend genau. Einige Hersteller veranstalten dazu einen ganz
schönen Aufwand bei der Produktion, bei jedem Telefon im Endtest wird
der Stromverbrauch für die einzelnen Zustände protokolliert und im
geräteeigenen EEPROM abgelegt, ohne ständiges Messen im Betrieb kann
die Software so einigermaßen bilanzieren.
Die Software des Gerätes verwaltet dazu ein Ladekonto mit aktuellem
Ladezustand und maximalem Ladezustand im EEPROM.
Ich versuch jetzt mal so ein Lade-Entladezyklus zu beschreiben,
ausgehend davon dass leere Akkus in ein neues Gerät gesetzt werden.
1. Das Gerät verfügt über eine Voreinstellung des maximalen
Ladezustandes von 500mAh. Es lädt den eingesetzen Akku mit 120% (bis
150% je nach Mut des Herstellers) des maximalen Ladezustandes. Ein
500mAh Akku wäre mit 120% überladen, ein 1600mAh Akku nur zu 1/3
geladen. Das Ladekonto wird auf 500mAh gesetzt
2. Beim Entladen wird je nach Aktion vom Ladekonto abgebucht. Hat es zum
Beispiel 10% erreicht, dann gibt das Telefon bescheid, denn bei einem
angenommenem 500mAh Akku wären ja nur noch 50mAh Rest. Bei einem
1600mAh Akku wären noch 1150mAh Rest.
3. Wird jetzt das Telefon nicht gleich hysterisch auf die Ladeschale
gesteckt, sondern echt leer telefoniert bis die Hardware eine
Tiefenentladung durch Zwangsabschaltung bei kleiner 0.9V/Zelle
vollstreckt, dann hat das Ladekonto (im EEPROM) beim 500mAh Akku
ungefähr 0, beim 1600mAh Akku einen negativen Wert, denn es wurden ja
320% entnommen.
4. Beim nächsten Ladezyklus wird zuerst der maximale Ladezustand
korrigiert, beim 500mAh Akku wird er sich nicht sonderlich ändern, beim
1600mAh Akuu wird er um 220% größer sein, als das letzte Mal. Jetzt wird
wieder mit 120% (der korrigierten Kapazität) oder mehr geladen...
Fazit der Methode ist einfach:
- Das Telefon kann sich an die Kapazitätztoleranzen der Akkus anpassen.
- Verschiedene Akkus können eingesetzt werden.
- Für größere Akkus ist der Ladestrom ungefährlicher.
- Bei größeren Akkus ist die Ladezeit länger.
- Das Einsetzen von vollen Akkus ist nicht so gut, da zuerst geladen wird.
- Die Methode benötigt das (gelegentliche) vollständige Laden/Entladen
(Hier liegt auch die echte Schwäche des Systems, kaum ein Anwender
entlädt den Akku vollständig !)
Ähnliche Methoden wurden (werden) auch bei GSM-Telefonen eingesetzt,
das erklärt auch warum bei einigen die Batterieanzeige nach längerem
Benutzen immer ungenauer wird, oder warum plötzlich bei 50% Anzeige das
Telefon abschaltet. Man muß auch hier öfter mal das Telefon komplett tot
telefonieren und anschließend schön voll laden. Bei meinem ältlichen GSM
ist das tatsächlich so, plötzlich ist bei "halbvollem" Akku Schluss.
Wenn der Strom wieder da ist, dann hat auch das Bilanzprogramm gemerkt,
dass der Akku leer war und die Anzeige wieder auf Null gesetzt...
Laptop-Akkus verfügen oft über eine Fuel-Gauge, also einen Chip im Akku
der rein- und rausfliessenden Strom misst und versucht, die Akkukapazität
mitzuführen, wie BQ2010 (siehe Datenblatt bei http://www.ti.com/ ). Wohl
wegen unzureichender Software im Laptop haben diese Chips die Eigenart,
mit der Zeit immer weniger über den Akkuladezustand zu wissen und auch
leere Akkus nicht mehr nachladen zu wollen oder volle Akkus als leer
anzusehen. Bei vielen hat es geholfen, der Chip mal vom Akku abzulöten
(Rücksetzen) oder per direktem Ansprechen (über die Parallelschnittstelle
des Laptops) umzuprogrammieren, und plötzlich spielten die Akkus wieder
mit. Also: Schaut auch im WWW um, was sich bei eurem Akku machen
lässt, bevor ihr verzweifelt dessen Zellen tauscht.
> Wie baue ich ein Lade-Netzteil für mein Handy bzw. Notebook ?
Handys und Notebooks haben meist eine ganz einfache Akkuladeschaltung
drin: Ein Transistor schaltet den Strom vom Netzteil direkt an den Akku,
der jedoch je nach Ladezustand eine unterschiedliche Spannung benötigt.
Wenn das Netzteil zu viel Strom liefert (weil es seine Nennspannung halten
will) geht, insbesondere bei leerem Akku, dieser Transistor und sonstwas
kaputt. Das Netzteil muss also eine Strombegrenzung haben und darf im
Leerlauf eine nicht zu hohe Spannung liefern. Wie viel, steht meist auf dem
alten Netzteil drauf (z.B. 4.5V/250mA oder 16V/3.8A). Der Grund liegt darin,
das im Gerät (Handy bzw. Notebook) keine zusätzliche Wärme entstehen
soll, und daher ein analog runterregelnder Transistor, der bei ausreichend
Spannung von selbst den Strom begrenzt, wegen der anfallenden Verluste
nicht verwendbar ist.
Daher darf man ein Notebook nicht direkt an den Autoakku anschliessen,
obwohl ja meistens die Spannung des Notebookakkus, zumindest entladen,
niedriger liegt als die Autoakkuspannung und die Spannung des Netzteils
vom Notebook höher liegt als die Autoakkuspannung, es also eigentlich
passen müsste.
Bei leerem Akku würde jedoch das Notebook versuchen, den Akku zu laden,
und dabei würde zu viel Strom fliessen, weil der Autoakku ja hergibt, was er
kann. Wenn man jedoch den Akku aus dem Notebook entfernt, geht es oft,
das Zuleitungskabel sollte jedoch eine KFZ-Schutzschaltung enthalten.
Man kann ein Labornetzteil (so ein Ding mit einstellbarer Maximalspannung
und Maximalstrom) verwenden, in dem man den Maximalstrom auf den zum
Akku passenden Ladestrom einstellt, oder ein vorhandenes (Schalt-)Netzteil
entsprechend umbauen.
Die primitivsten Handyladesteckernetzteile haben einen simplen Trafo drin,
der wie ein Klingeltrafo kurzschlussicher ist, weil bei steigendem Strom
dessen Verluste (Wärmeentwicklung) so hoch ansteigen, das kaum noch
Spannung rauskommt, und dahinter Gleichrichter und Siebelko. Das
allerprimitivste Autoladekabel besteht aus einem Vorwiderstand (13.8V-
Akkuspannung)/Ladestrom und einer Z-Diode (begrenzt Maximalspannung
bei Leerlauf und bietet Schutz vor Verpolung und Überspannung) am
Ausgang, aber die Bauteile verheizen ziemlich viel Leistung (5W
Widerstand, 3W Z-Diode) und sind deswegen nicht billig. Die Besseren
verwenden einen Linearregler wie L200 (nicht die defekte Charge L200C
82A333 ST SING, Reichelt) von http://www.st.com/ mit eingebauter
Strombegrenzung, der braucht aber auch einen Kühlkörper, oder LT3081.
Effektiver ist ein Schaltregler wie MC34063, bei dem man zumindest den
Eingangsstrom begrenzen kann, und damit den Ausgangsstrom bei nicht zu
stark abweichender Eingangsspannung im Rahmen halten kann. Siehe auch
F.24. Schaltregler Nokia Laderegler.
Am Besten ist aber eine Konstruktion, bei der ein Schaltregler sowohl
Feedback von der Ausgangsspannung als auch vom Ausgangsstrom
erhält. Siehe LT1510, LT1512, TL494, TL598. Hat das Netzteil 3 Leitungen
(Masse, Versorgungsspannung, Ladespannung) ist meist die Ladespannung
strombegrenzt, die Versorgungsspannung nur gegen Kurzschluss geschützt.
Einschalten und Ausschalten der Spannungsversorgung per Taster (manche uC
haben an einem Ausgang, oft dem Programmierpin MCLR oder RESET, keine
Schutzdiode nach VCC sondern erlauben dort eine höhere Spannung, dann kann
der NPN entfallen und der uC direkt die 1k zur Selbsthaltung an GND ziehen):
Akku--+---+
1M |E
+--|< PNP oder PMOSFET
| |
1k +-----------+--- Versorgungsspannung für Schaltung
| 10k oder interner pull up
+--|>|--+--|<|--+--- uC Eingang LOW Impuls zum abschalten
| | _
| +--o o--+ Taster nach Masse für ein/aus
| |
+--|>|--+ |
| |
NMOSFET / NPN >|--1k--)--- uC Ausgang 'Einschalten Selbsthaltung'
E| |
GND GND
http://www.call-n-deal.de/uwe/projekte/diverses/C25lader/
> Mein Batteriehalter schmilzt beim Laden weg
Verwende Batteriezellenhalter von Bulgin (bei Conrad, Farnell, RSOnline),
die halten bei Lötfahnenanschluss bis 20A aus.
> Ich brauche über mehrere Jahre Batteriestrom
Für Weidezaungeräte gibt es Batterien und Akkus um 100Ah als Zink-Kohle,
Alkali-Luft, Zink-Luft, und Bleiakkus, die speziell bei geringer
Stromentahme lange Laufzeiten erreichen zu akzeptablen Preisen:
http://www.weja-agri-tech.de/e02.htm
Desweiteren ist die (6V) "Laternenbatterie" recht gross und günstig.
> Ich brauche eine Batterie für hohe Umgebungstemperaturen
Panasonic BR1225A, BR1632A, BR2330A, BR2450A und BR2477A. (man achte auf das
A) geht bis 125 GradC, ist aber sehr schwer zu bekommen.
> Der Akku meiner Uhr ist kaputt
http://www.abcde.de/bc_ang.htm
F.21.11. Akkupacks schweissen
Von: Peter Diener
Ein Kondensatorschweißverfahren eignet sich nicht zum Schweißen von
Akkulötfahnen. Kondensatorentladeverfahren heizen grundsätzlich per
Lichtbogen, diese können an den planen Lötfahnen nicht gezündet werden.
Ein Aufschalten auf einen direkten Kurzschluss verheizt fast die gesamte
Energie in den Schaltelementen (Thyristor) und den Kondensatoren. Das
liegt daran, dass Kondensatorverfahren - um die benötigte Energie
bereitzustellen - mit sehr hohen Spannungen arbeiten (bis 250 V) und
dabei die Innenwiderstände der Kondensatoren zu groß wären für eine
Kurzschlussschweißung.
Akkulötfahnen werden immer mit Transformatorpunktschweißgeräten
geschweißt. Die Elektroden sind nicht aus Wolfram, sondern aus Kupfer.
Damit sie nicht schmelzen, werden sie von innen wassergekühlt. Die
Schweißströme liegen je nach Blechdicke zwischen 1000 A und 5000 A,
wobei die Schweißzeit bei so dünnem Material etwa 0,5 Sekunden beträgt.
Damit der Strom nicht durch den Akku fließen muss, werden immer 2
Elektroden verwendet. Der Strom fließt von einer Elektrode durch das
Blech hindurch, in die Akkuoberfläche, von dort zur anderen
Schweißstelle und wieder durch das Blech zurück in die zweite Elektrode.
Ein geschlitztes Blech verhindert, daß der Strom gar nicht erst zum Akku
will.
Während dem Schweißvorgang wird zunächst zum Heizen eine relativ geringe
Kraft auf die Elektroden aufgebracht und nach etwa 2/3 der Schweißzeit
dann die Schweißstellen verpresst, wobei der Trafo dann im vollen
Kurzschluss arbeitet und durch Elektromigration bei Schweißtemperatur
die Schweißstelle auf Molekularebene verbunden wird und mechanisch
spannungsfrei gehalten wird. Der Übergangswiderstand ist jetzt recht
gering geworden und die freigesetzte Leistung reicht nicht mehr, um das
Material auf Schmelztemperatur zu halten. Bis zur Abkühlung auf etwa
700°C bleibt der Kurzschlussstrom noch anstehen, was dazu beiträgt, dass
die Abkühlung nicht zu schnell passiert, andernfalls entstehen
Spannungsrisse. Dann wird abgeschaltet.
Die Abschalttemperatur ist ein entscheidender Parameter für die Härte
und Sprödigkeit der Schweißstelle, deswegen ist es sehr schwierig, im
Hobbykeller die richtigen Parameter nachzubilden und die Bleche halten
dann nicht.
http://www.axel-bremer.de/richtwerte.htm
Wenn man nicht genug Leistung hat, kocht die Zelle am Ende, weil die
Schweißzeit viel zu groß sein muss.
Kleine Punktschweißtrafos haben 100 - 200 W, M-Bleche mit Luftspalt
geschichtet oder E-I-Kerne mit Luftspalt (Streufeldtrafo). Sekundär 2 -
4 - 6 V um 30 A. Anschluß über Bananenbuchsen. Schaltung über Fußtaster
primär und eignen sich zum schweissen dünner Drähte (Thermoelemente,
Hitzedrahtsensoren).
Ich habe das auch mal mit einfachen Mitteln versucht, aber das hält
einfach nicht. Deswegen löte ich jetzt alle meine Zellen. Ich habe damit
auch noch keine zerstört, man braucht halt auch hier genug Leistung,
damit es entsprechend schnell geht.
MOT Mikrowellenofentrafos sind leistungsstarke (früher 1.5kVA, heute 900VA,
besser aus gewerblichen Mikrowellenöfen) strombegrenzte 2kV
Hochspannungstransformatoren und können zum Punktschweissen verwendet werden,
wenn die Sekundärwicklung entfernt wird und durch ein paar Windungen dicken
Drahtes ersetzt werden. Dauerkurzschlussfest sind sie aber nicht, auch nicht
wenn sie wie in der Mikrowelle mit Lüfter betrieben werden.
Die Metallplatten (Joch, Streufeldjoch) sollten im Trafo bleiben, sonst wird
die Leerlaufstromaufnahme zu hoch und der Trafo überhitzt an Nennspannung.
Mit herausgenommenen Platten als "steifer" Trafo ohne Strombegrenzung ist er
also nur bei geringerer Primärspannung zu gebrauchen (so 180V).
F.21.12. Schutz gegen Tiefentladung
> Wie schützt man einen Akku vor Tiefentladung ?
Geht am einfachsten mit einem Relais, was bei der Entladeschlusspannung von
alleine abfällt, und dessen Kontakt man zum Einschalten mit einem Taster
überbrückt, aber das braucht Strom und leider sind Relais nicht so besonders
genau. Genauer geht's mit einem Unterspannungssensor (z.B. TL7702, ICL7665,
MC34161, TL431, LTC1440, ), oder einer Kombination aus OpAmp als Komparator
und Spannungsreferenz (MCP65R41/6, es muss ja nicht der teure LM10 sein),
dessen Ausgang so lange mit Masse verbunden ist (active high Reset Pin), wie
die Betriebsspannung über der Mindestspannung liegt (je nach
Unterspannungssensor fest oder einstellbar), und dessen Ausgang den
Spulenstrom des Relais dauerhaft aushält. Diese Schaltung braucht aber
eingeschaltet ebenfalls zusätzlich den Relaisstrom.
Einschalttaster (Schliesser)
+Akku --+--o/o--+--- +Ub
| |
+--o/o--+ Relaiskontakt
: |
+--Rel--+
| |
+--|>|--+ Freilaufdiode
| |
| +-----+ Unterspannungssensor
+----| | mit Hysterese
Ausgang +-----+
|
-Akku -----o-o--+--- GND
Ausschalttaster (Oeffner, oder zwischen Relais und Ausgang des Unterspannungssensors)
Unterspannungssensor mit Hysterese bestehend aus Komparator und
Spannungsreferenz
+----------+---+---- Batt
| | |
10k 82k |
| | |
| +--(---(--100k--+
| | | | |
+--10k--+--(--|+\ |
| | | >------+-- Ausgang
| +--|-/ Komparator wie 1/4 LM339
| | | oder OpAmp wie 1/2 LM358
LM385-2.5 22k |
| | |
+----------+---+---- Masse
Auch der TL431 kann als Unterspannungssensor geschaltet werden, hier mit
einem Relais das 2.5V unter der niedrigsten Spannung noch sicher einschalten
können muss und bis zur höchsten Spannung nicht überlastet werden darf.
Schalter Relaiskontakt
/ /
+-o/ o-+--o/ o----+-- Lampe
| | : |
| +-Relais+ |
| | | |
| +---+--|<|--+ |
| 1n | | |
| | 750k | |
| 100k | | |
| +---+--3M3--(--+
| | |
Akku | +-----+
| +----|TL431|
| | +-----+
| 100k |
| | |
+------+-------+--- GND
oder P-Kanal MOSFET. Bei Spannungen zwischen 12 und 20V tun es normale MOSFETs
mit UGS(max) von 20V, bei Spannungen zwischen 7.5 und 12V LogicLevel MOSFETs
und bei Spannungen unter 5V findet sich kein geeigneter MOSFET mehr da der
TL431 auch 2.5V abzwackt. Hier berechnet für 15V Abschaltspannung, 16V
Wiedereinschaltspannung mit Überwindung der Hysterese beim Einschalten. Auch
diese Schaltung braucht 10mA weil der LT431Z/TL431 nicht weniger mag.
/ S
+-o/ o-+---+---IRF4905--+-- Lampe
| | | | |
| 1n +---1k--+ |
| | | | |
| 6M8 530k | |
| | | | |
| +---+--6M8--(----+
| | |
Akku | +-----+
| +----|TL431|
| | +-----+
| 100k |
| | |
+----------+-------+--- GND
Verwendet man ein bistabiles Relais und einen Unterspannungssensor mit active
low, so braucht die Schaltung praktisch keinen Strom
/
+Akku --+-o o-+-----+-- +Ub
Rel1:Rel2 | bistabiles Relais
| +-|>|-+ Freilaufdiode
o | +---+ Unterspannungs-
AN / +---| | sensor mit
Taster o o +---+ aktiv low Reset
| AUS / |
| o |
-Akku --+-----+-----+-- GND
Man /kann/ auch per RESET-Controller (z.B. dem einstellbaren ICL7665 oder
MCP65R41/6) den Verbraucher per MOSFET abklemmen, jedoch braucht die
Schaltung dann auch ausgeschaltet doch noch einige uA und darf demnach
nicht ewig im Keller rumliegen, sondern muss demnächst ans Ladegerät oder
echt ausgeschaltet werden. Der RESET-Controller muss jedoch eine ausreichend
grosse Hysterese haben, um nicht bei fehlender Belastung durch die
ansteigende Spannung wieder einzuschalten, sondern erst bei neu aufgeladenem
Akku
/
+-o/ o--+------+---+
| | | |
| | 10k |
| +-------+ | |S
Akku |ICL7665|--+--|I PMOSFET (ggf. LogicLevel)
| +-------+Out1 |
| | Schaltung
| | |
+-------+----------+
Manche Spannungsregler haben einen shutdown-Eingang, aber oftmals hat der
keine harte Schaltgrenze oder schaltet genau falschrum. Die KA78Rxx-Serie von
Fairchild hat zwar keine referenzgenau Schaltschwelle, aber immerhin eine
harte Schaltschwelle die bei Unterschreitung den Regler ausschaltet,
dummerweise keine Hysterese, ein sich erholender Akku schaltet also gleich
wieder ein.
> Ladezustand von Akkus anzeigen.
Suche nach 'Fuel Gauge/Gas Gauge' von Benchmarq bei http://www.ti.com/
wie BQ2010 und SAA1501 bei Philips.
Einige Akkuladegeräte:
Conrad Charge Manager 2000: Lädt nur einen Akku zur Zeit, 4 nacheinander
Conrad Charge Manager 2010: Lädt 4 gleichzeitig, wegen 2 Lüftern sehr laut, neuere Modelle haben serielle Schnittstelle http://cm2010.sourceforge.net/
ELV ALR100
Accumanager AP2020 Ladestrom 700mA, lädt einzeln
Sanyo C100 Ladestrom 700mA, lädt nur 2 oder 4 Akkus in Reihe
Ansmann Powerline 4/5/6: Macht Akkus manchmal ZU voll.
Schulze ISL6-330d 5.5A 150EUR
F.21.13. Verpolschutz
Wenn der Spannungsabfall an einer normalen (oder Schottky) Diode zu gross ist
(+) --|>|-- +
(-) ------- -
und eine Verpolschutzdiode mit (ggf. selbstrückstellender PTC Polyfuse)
Sicherung aus irgendwelchen Gründen nicht angebracht ist
(+) ---Sich-+-- +
+-|>|-+
(-) --+-------- -
kann man mit einem 'falschrum' angeschlossenen MOSFET batteriebetriebene
Geräte vor dem verpolten Einlegen von Batterien schützen. Zuerst leitet die
(eingebaute Body-) Diode, dann schaltet der MOSFET durch und überbrückt
die Diode, wenn die Threshold-Spannung zur Batteriespannung passt (also
bei 3V braucht man MOSFETs mit sehr niedriger Threshold-Spannung wie
IRF7401 (NMOS) / IRF7404 (PMOS), bei 4.5 bis 9V LogicLevelMOSFETs wie
IRL2505, ab 18V wird's auch für normale MOSFETs wie IRF530 (NMOS) oder
IRF9530 (PMOS) zu viel und man muss das Gate mit Spannungsteiler oder
Z-Dioden schützen). Umgekehrt sperrt alles, zumindest bis 20V Spannung.
(+) --------+-------- +
D |G S
(-) --+--NMOSFET--+-- -
+----|<|----+ (Interne parasitäre Diode)
F.22. Transistoren und Dioden
> Durchlassspannung einer Diode
Eine Halbleiterdiode lässt den Strom nur in einer Richtung hindurch. Aber eine
Diode ist kein ideales Ventil, das in einer Richtung ohne Verluste arbeitet,
und in der anderen Richtung dicht ist. Auch die oft genannte
Vereinfachung, das an einer normalen Silizium-Diode einfach 0.7V Verlust in
Leitrichtung auftritt, also die Diode unter 0.7V einfach nicht leitet, ist falsch.
Man sollte sich daran gewöhnen, das Dioden bei vollem Strom nach Datenblatt
ca. 1V Spannungsverlust bewirken. Fliesst nur ganz wenig Strom durch eine
Diode liegt der Spannungsverlust eher bei 0.5V. Die Spannung ist auch noch
stark temperaturabhängig (was in einem Thermometer ausgenutzt werden kann).
Schottky-Dioden haben so 0.3V weniger, sperren aber auch schlechter.
Germanium-Dioden haben bei kleinen Strömen noch weniger Spannungsverlust,
der aber normalen Strömen schnell ansteigt und Silizium-Dioden überflügelt.
Den Zusammenhang zwischen Strom und Spannung in Durchlassrichtung einer
Diode drückt die Shockley-Formel aus:
I = Is * ( exp( U / (n*Ut) ) -1 )
Is = Sättigungsstrom ca. 1E-14A
n = Korrekturfaktor ca. 1..2 je nach Diode
Ut = Temperaturspannung = (k * T ) / e ca. 26mV bei 25 GradC
T = Temperatur [K]
e = Elementarladung = 1.6E-19 [C]
k = Boltzmann-Konstante = 1.38E-23 [K/J]
> Sperrstrom verschiedener Dioden
Eine Diode soll verhindern, das Strom 'rückwärts' durch sie hindurchfliesst.
Aber es ist dem Hersteller nicht möglich, dieses Sperrverhalten unabhängig
von den anderen Anforderungen zu optimieren. Zu dem verdoppelt sich der
Sperrstrom bei einer Temperaturerhöhung um 10K. Daher gibt es verschiedene
Dioden, und man sollte für den jeweiligen Zweck die passende wählen. Grosse
Dioden haben auch eine grosse Kapazität in Sperrrichtung, die auch nervt.
https://www.mikrocontroller.net/topic/374662#4249023 (Leckstrommessung)
2N4117, PN4117A, MMBF4117 0.1pA, http://www.ti.com/lit/an/sboa058/sboa058.pdf
BFT25 als pA Diode wegen 0.3pF für höhere Frequenzen gut
PAD1 TO72 0.3pA typisch, 1pA maximal bei 25 GradC und 20V, 100pA maximal bei 125 GradC
BAV45 TO18 1pA typisch, 5pA maximal bei 20V und 25 GradC, 250pA bei 80 GradC, hohe Vorwärtsspannung
SSTPAD5 SOT23 1pA typisch, 5pA maximal bei 25 GradC und 20V, 1nA bei 125 GradC
FJH1100 DO35 (lichtempfindlich) 1pA maximal bei 5V, 10pA bei 15V, keine Angabe zu höheren Temperaturen
FJT1100 DO35 (lichtempfindlich) 3pA maximal bei 5V, 10pA bei 15V, keine Angabe zu höheren Temperaturen
ID101, 1N3595, BAS116, BAS416, BAV199, 3N163: typisch einige pA, maximal einige nA, langsam
TPD4E1B06: 0.5nA 0.7pF
1N5395 maximal 1nA
BAS416: 3pA typisch, 80nA max
BAS33 (ELV DX400)/BAS34: typ 500pA bei 15V/30V, max 0.5uA bei 125 GradC
GP10Y: typ 100nA max 5uA bei 1600V und 25 GradC, 50uA bei 125 GradC
C-B-Stecke Kleintransistor: handvoll pA
nicht golddotierte Kleinsignaldioden wie BAS45: nA, nicht so schnell
golddotierte Kleinsignaldioden wie 1N914, 1N4148, 1N4448: uA, schnell
(ähnlich wie golddotierter Transistor NPN 2N2369 PNP 2N5771)
bessere Schottkydioden wie BAT54: einige uA mit Temperatur stark steigend
50Hz Gleichrichterdioden wie 1N400x, 1N540x: dutzende uA, langsam
fast recovery Schaltdioden wie BA157/1N4936: 5uA, 100uA bei 100 GradC
Schnelle Gleichrichterdioden (fast recovery) wie MR, MUR, EGP: einige mA
Schottkydiode: 150mA bei 30A-Diode nicht unmöglich., sehr schnell
Dioden mit niedriger Schwellspannung: BAT32, BAT63, 1SS99, 1SS16, SMS1546
Silizium-Schottky-Spitzendiode bis 1GHz nur 0.2V: 1N82
Tunneldiode: 1N3716, TU300
Schaltdioden: 1PS70SB84 (Philips)
Gallium Arsenid Schottky für Schaltnetzteile ab 1MHz: GS8DI25104 (IXYS) 250V/4A
Will man hochohmige Eingänge schützen, kann man einen active Guard nehmen,
mit einem OpAmp der nicht unter phase reversal leidet, der Strom fliesst
dann über die in CMOS-OpAmps meist eingebauten Ausgangsschutzdioden nach
VCC bzw. Masse
+---------------+-- VCC
| 1N4148 |
+---(--|>|--+--|>|--+ (ev. in OpAmp eingebaut)
| | |
+---(--|<|--+
| | |
Eingang --10k--+--|+\ |
| >-----+-- Ausgang
+--|-/ |
| | |
+---(-------+--|<|--+ (ev. in OpAmp eingebaut)
| |
+---------------+-- GND
oder wird von einer Z-Diode abgefangen, was den Vorteil hat, VCC nicht
anzuheben.
+------------------ VCC
| 1N4148
+---(--|>|--+
| | |
+---(--|<|--+
| | |
Eingang --10k--+--|+\ |
| >-----+-- Ausgang
+--|-/ |
| | | ZD5V6
+---(-------+--|<|--+
| ` |
+---------------+-- GND
Und die forward recovery time unterscheidet schon die 1N4004 von der 1N4007,
aber natürlich auch die anderen Dioden voneinander:
http://www.cliftonlaboratories.com/diode_turn-on_time.htm
Von: MaWin 12.11.2003
http://www.101science.com/transistor.htm
Der Bipolartransistor besteht aus einer Diode von Basis nach Emitter
(das ist auch das im Schaltzeichen eingezeichnete Diodendreieck) die sich
auch wie eine Diode mit einer Sperrspannung von ca. -6V verhält. Ab +0.5V
zwischen Basis und Emitter fliesst zunehmend mehr Strom.
Das besondere am Transistor ist nun, das der kleine von Basis nach Emitter
fliessende Strom es ermöglicht, das ein grosser Strom vom Kollektor zum
Emitter fliessen kann, wenn denn am Kollektor ausreichend Spannung anliegt.
Ein kleiner Strom durch die Basis-Emitter-Diode ermöglicht dabei einen um
den Stromverstärkungsfaktor hfe (zwischen 10 und 1000, meist so 100)
grösseren Strom durch den Kollektor.
Natürlich wird der Kollektorstrom nur so gross, wie es die umgebende
Schaltung erlaubt, im Beispiel bestehend aus Spannungsquelle und Last.
Beide Ströme fliessen zusammen durch den Emitter wieder aus dem Transistor
heraus. Leider sind die Dinger recht unlinear, was man mit geeigneten
Schaltungen zu begradigen sucht.
+--------+
|+ |
Last | +
B | Spannungsquelle
--|< NPN | -
|E |
---+--------+
Der einfache Transistor kann den Strom durch eine Last steuern, wenn er in
Reihe zur Last an eine Spannungsquelle geschaltet wird. Erhöht man die
Spannung am Eingang B langsam von 0V auf 1V, so bemerkt man ab 0.5V einen
raschen Anstieg des Stroms durch die Last. Der Transistor sollte den
maximalen Strom der durch die Last fliessen kann aushalten, also 1.5A bei
12V Spannungsquelle und 8 Ohm Last. Und auch den maximalen Verlust von
0.75*6 = 4.5´Watt der bei halber Aussteuerung auftritt. Auch der Strom in
die Basis darf nicht zu gross werden, meist 1/10tel des Stroms durch den
Kollektor, hier also 150mA. Diese 150mA werden schon in der Gegend von 1V
erreicht. Leider kann man die genaue benötigte Spannung nicht angeben,
weil sie von Transistor zu Transistor (selbst bei derselben Typennummer)
unterschiedlich ist, und stark mit der Temperatur schwankt.
Daher verwendet man einen Vorwiderstand, mit dem man den erlaubten
Spannungsbereich zur Ansteuerung des Transistors vergrössert
0-12V +--------+
| | |
74R 8R |
| | Spannungsquelle
+---|< NPN |
|E |
------+--------+
Egal, ob für 150mA Basisstrom nun 0.9V oder 1.1V an der Basis benötigt
werden, hat man nun 150mA Basisstrom recht genau bei 12V am Eingang. So
macht man aus dem stromgesteuerten Transistor einen spannungsgesteuerten.
Er ist zwar vor Beschädigung geschützt, aber auch nicht besonders linear,
so dass diese Beschaltung meist für Digitalsignale, also blosses
Ein-/Ausschalten der Last durch eine Steuerspannung verwendet wird.
Legt man den Widerstand, der den Basis-Emitter-Strom begrenzen soll, an
den Emitter, wird er zusätzlich vom Kollektorstrom durchflossen, daher
gilt dort ein wesentlich kleinerer Widerstandswert. Er zeigt sich am
Eingang durch den Stromverstärkungsfaktor vergrössert.
Der Eingangswiderstand dieser Verstärkers liegt also bei Re*hfe.
Es stellt sich am Emitterwiderstand eine Spannung ein, die ca. 0.7V
kleiner ist, als die Spannung am Eingang. Dadurch kann man mit der
Eingangsspannung also die Spannung am Emitterwiderstand und damit den
Strom durch den Emitterwiderstand und somit recht genau den Strom
bestimmen, der durch den Transistor und die Last fliesst. Weiss man
den Strom durch die Last, kann man den Spannungsabfall an der Last
ausrechnen. Die Eingangsspannung steuert also den Tr