3V-Verteilersteckdose mit Verpolungsschutz am Eingang

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Autor
3V-Verteilersteckdose mit Verpolungsschutz am Eingang
Suche nach: verteilersteckdose (12) verpolungsschutz (150)

    







BID = 956584

MrTobi

Gerade angekommen


Beiträge: 9
 

  


Hallo zusammen,

ich will mich derzeit an mein erstes Projekt wagen: eine Verteilersteckdose für bis zu 4 Verbraucher (3V).

Hier ein paar Daten:

Ich habe ein Netzteil als Quelle mit max. 600mA und einstellbarer Gleichspannung (3,25V / 4,57V / 5V / 6V, alle ohne angeschlossenen Verbraucher gemessen). Leider ist dieses Netzteil derart flexibel, dass man die verschiedenen Stecker alle mit beliebiger Polung anstecken kann. Daher möchte ich einen Verpolungsschutz einbauen.

Als Verbraucher kommen bis zu 4 Geräte zum Einsatz, die 2,4 - 3,0V Gleichspannung benötigen und jeweils 15-35mA Strom verbrauchen.

Zur Kontrolle, ob der Verteiler angeschlossen ist und weil ich es schön finde möchte ich gerne noch eine (grüne) LED (2,2V, 20mA) einbauen.

Meine Gedanken zur Umsetzung:

Als Verpolungsschutz gefiel mir der Brückengleichrichter (http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1206251.htm), da ich dabei überhaupt nicht auf die Pole achten muss, sondern die Schaltung das komplett für mich löst. Für die 4 Dioden wollte ich 1N4001 verwenden. Nun haben Dioden ja aber keinen Ohmschen Widerstand, wenn ich das richtig verstanden habe. Wie rechne ich also die Spannung aus, die zwischen den Dioden für meine LED (+Vorwiderstand) und die Verbraucher übrig bleibt? Bzw. ausgehend von 3V Spannungsbedarf am Verbraucher, wie muss ich die Eingangsspannung wählen?

Der Stromverbrauch ändert sich mit den Verbrauchern (und jeder Verbraucher hat auch nicht immer den selben Stromverbrauch), die Spannung kann ich am Eingang einstellen und der Widerstand der Dioden ändert sich abhängig von den anderen Größen. Das sind irgendwie zu viele Variable für mich. Wo fange ich da mit der Berechnung an?

Anbei ein Plan für den Aufbau. Die 5V am Eingang sind erstmal nur beispielhaft, andere Werte fehlen auch noch, da ich ja nicht weiß, wo ich am besten zu rechnen beginne.

Ohne die Dioden im Brückengleichrichter würde ich z.B. 3,25V Eingangsspannung wählen. Davon 2,2V an die LED, d.h. 56 Ohm am Vorwiderstand für die LED. Außerdem je Verbraucher 3V und damit 18 Ohm (vielleicht zur Sicherheit 22 Ohm) Vorwiderstand für jeden Verbraucher. Abgesehen davon, dass diese Rechnung die Dioden außer Acht lässt, wäre sie korrekt?

Viele Grüße
Tobi



BID = 956598

Offroad GTI

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Beiträge: 12713
Wohnort: Cottbus

 

  


Zitat :
Als Verbraucher kommen bis zu 4 Geräte zum Einsatz, die 2,4 - 3,0V Gleichspannung benötigen und jeweils 15-35mA Strom verbrauchen.

Und das eine viertel Volt* mehr macht aus deinen Verbrauchern


Zitat :
Nun haben Dioden ja aber keinen Ohmschen Widerstand
Die haben schon einen Widerstand, um genau zu sein einen differentiellen. Vor allem aber fällt über ihnen immer eine Spannung von etwa 600mV ab (bei deinen kleinen Strömen. Bei größeren Strömen können es auch schon mal 1,5V sein)


Zitat :
dass diese Rechnung die Dioden außer Acht lässt
Ist hier aber nicht zu vernachlässigen.
Von deinen 3,2V bleiben bei einem Brückengleichrichter nur noch etwa 2V übrig.
Mit Schottky-Dioden sieht es etwas besser aus, aber auch die haben zusammen wohl 500mV.

*Da hättest du schon fast die Lösung: Eine Schottky-Diode in Reihe als Verpolungsschutz erfüllt hierbei auch gleich noch den Zweck, die Spannung um etwa 250mV zu verringern.


Zitat :
Außerdem je Verbraucher 3V und damit [LaTeX: \frac{ 3,25V - 3V }{ 0,015A } = 16,6 Ohm] 18 Ohm (vielleicht zur Sicherheit 22 Ohm) Vorwiderstand für jeden Verbraucher. Abgesehen davon, dass diese Rechnung die Dioden außer Acht lässt, wäre sie korrekt?
Jain. Dies würde voraussetzen, dass deine Verbraucher unter allem Umständen diese Stromaufnahme haben. Sinkt die Stromaufnahme, sinkt auch der Spannungsabfall über dem Vorwiderstand und damit steigt die Spannung an der Last.

Ein extremer Fall wäre bspw. ein 3,3V µC an 5V. Für diesen Fall lässt sicht schlichtweg kein Vorwiderstand dimensionieren, da die Differenz der Stromaufnahme zwischen Ruhezustand und Betriebszustand zu groß ist.

Vorwiderstände sind nur für Lasten mit definiertem Verhalten, wie eben LEDs oder Glühlampen geeignet.


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[ Diese Nachricht wurde geändert von: Offroad GTI am 16 Mär 2015 21:58 ]

BID = 956621

MrTobi

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo Offroad GTI,

vielen Dank für Deine schnelle und ausführliche Antwort.

Auf Deinen Hinweis hin habe ich mir mal Schottky-Dioden angesehen. Wenn ich das richtig verstehe, haben sie im Grunde den selben Effekt wie normale Dioden, nur dass weniger Spannung an Ihnen abfällt.

Angenommen, ich baue den Brückengleichrichter aus 4x 1N5817. Wenn ich die Kennlinie richtig lese, liegt die Spannung über den Schottky-Dioden im Falle meiner Ströme irgendwo zwischen 0,2V und 0,3V. Das stimmt ja auch mit Deiner Angabe von ca. 250mV überein, ich wollte nur nochmal sichergehen, dass ich es auch verstanden habe.

Wenn ich nun am Netzteil die 3,25V einstelle und über die Dioden 0,4V bis 0,6V verliere, bleiben 2,65V - 2,85V übrig. Das wäre also genau im Zielfenster für meine Verbraucher. Die LED bräuchte dann noch einen Vorwiderstand von (2,85V - 2,2V) / 0,02A = 32,5 Ohm, also 33 Ohm. Oder sollte ich da sicherheitshalber 39 Ohm nehmen?

Nehme ich eine einzelne Schottky-Diode in Reihe, bin ich näher an den 3V. Allerdings habe ich dann zwar nur einen Verpolungsschutz, der zwar eine Fehlpolung blockiert, aber mit dem Brückengleichrichter würde die Schaltung ja in beide Richtungen funktionieren. Das finde ich attraktiv.

Stimmt das so? Grundlegende Fehler? Unsinnigkeiten?

Viele Grüße
Tobi

BID = 956657

Offroad GTI

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Wohnort: Cottbus


Zitat :
Auf Deinen Hinweis hin habe ich mir mal Schottky-Dioden angesehen. Wenn ich das richtig verstehe, haben sie im Grunde den selben Effekt wie normale Dioden, nur dass weniger Spannung an Ihnen abfällt.
Genau so ist es.


Zitat :
einen Vorwiderstand von (2,85V - 2,2V) / 0,02A = 32,5 Ohm, also 33 Ohm. Oder sollte ich da sicherheitshalber 39 Ohm nehmen?
LEDs begnügen sich auch mit 1/2 oder 1/4 oder gar noch weniger ihres angegebenen Nennstromes.
Auf der anderen Seite geben sie auch nicht sofort den Geist auf, wenn ihr Nennstrom überschritten wird.
Kurz und gut, ja, du kannst 33Ohm, 39Ohm oder irgendetwas bis 100Ohm einsetzen.


Zitat :
Stimmt das so?
Jo.




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BID = 956694

MrTobi

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo Offroad GTI,

vielen Dank für Deine Antwort. Dann geht es jetzt an die Umsetzung. Ich muss mir erstmal die einzelnen Teile beschaffen und hoffen, dass das alles meine nicht vorhandenen Lötkünste überlebt.

Was mir noch eingefallen ist: Muss ich irgendwelche der Teile kühlen oder ist das bei den geringen Strömen und der damit niedrigen Leistung überflüssig? Wie klein darf am Ende das Gehäuse dafür sein und braucht es Lüftungsschlitze?

Achso und ähm verdrahten muss man das ja auch noch irgendwie. Ich dachte da an eine Lochrasterplatine und Kupferdrähte aus einem alten Netzwerkkabel. Geht das? Entsprechend PoE ( http://www.elektronik-kompendium.de/sites/net/0807021.htm ) sollten die Drähte mit den Strömen und Leistungen gut zurecht kommen.

So, und ich werde jetzt Bauteile bestellen.

Viele Grüße
Tobi

[ Diese Nachricht wurde geändert von: MrTobi am 18 Mär 2015  8:26 ]

BID = 956698

Maik87

Schriftsteller



Beiträge: 854
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Ist ein Brückengleichrichter nicht etwas oversized? Gerade im Hinblick, dass von den wenigen Völtern auch noch zwei mal Diodenspannung abfällt.
Ich würde EINE Diode in Flussrichtig einsetzen, um Falschpolung zu vermeiden. Läuft das Gerät dann nicht (LED ist aus), drehst du einfach den Stecker um.

BID = 956702

MrTobi

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo Maik87,

ja, der Brückengleichrichter ist sicher nicht notwendig, aber ein nettes Feature . Nebenbei bin ich dann mit der Spannung noch ein bisschen weiter von der Obergrenze der Verbraucher weg und die funktionieren auch mit 2,5V noch problemlos.

Viele Grüße
Tobi

BID = 956722

Offroad GTI

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Wohnort: Cottbus


Zitat :
Muss ich irgendwelche der Teile kühlen oder ist das bei den geringen Strömen und der damit niedrigen Leistung überflüssig?
Schön zu sehen, dass du dir darüber Gedanken machst.
Du brauchst nichts kühlen. In einer der Schottky-Dioden wird nämlich nur eine Verlustleistung von etwa umgesetzt.
Der thermische Widerstand der Diode beträgt , womit sich bei 60mW eine Temperaturerhöhung von ergibt. Dies stellt auch in einem Geschlossenen Gehäuse kein Problem dar.


Zitat :
Kupferdrähte aus einem alten Netzwerkkabel. Geht das?

Wie lang sollen die Drähte werden?
Dies Litzen der Ethernet-Leitung haben etwa einen Querschnitt von 0,3mm². Bei einem Meter Länge (also zwei Meter für Hin- und Rückleitung) und einem Strom von 50mA ergibt sich ein Spannungabfall in Höhe von - stellt also kein Problem dar.



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BID = 956766

MrTobi

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo Offroad GTI,

danke für die ausführliche Antwort inkl. Berechnung. Die Hintergründe zu den Formeln muss ich mir bei Gelegenheit (nächstes Projekt) mal ansehen, für den Moment nehme ich die Ergebnisse einfach mal so hin

Ich dachte an die Netzwerkdrähte nur für die interne Verdrahtung der Schaltung, also zwischen den Bauteilen und bis zu den Anschlussbuchsen an die dann das Quell-Netzteil und die Verbraucher dran kommen. Das Netzteil selbst hat schon genug Kabel als Zuleitung. Für den Weg zwischen Verteiler und Verbrauchern dachte ich an etwas stärkere (im Vergleich zu den Ethernet-Drähten) schwarze Doppellitze. Das sieht schöner aus und lässt sich besser in einem Stecker befestigen. Die Entfernung vom Verteiler zu den Verbrauchern ist ca. 3m.

Viele Grüße
Tobi

BID = 956795

Offroad GTI

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Zitat :
Für den Weg zwischen Verteiler und Verbrauchern dachte ich an etwas stärkere (im Vergleich zu den Ethernet-Drähten) schwarze Doppellitze.
Dann nimm die doch auch für die interne Verdrahtung.




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BID = 966125

MrTobi

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo und entschuldigt bitte, dass ich den alten Beitrag nochmal ausgrabe.

Ich habe es nun endlich geschafft, alle Bauteile zu kaufen, habe sie zusammengelötet und ein kleines Gehäuse drum herum gebaut.

Wenn ich nun den Verteiler an das Netzteil anstecke, leuchtet die LED - soweit prima. Mein Multimeter misst am Ende eines Kabels zum Verteiler 2,532 V - auch gut. Aber nun das Problem: sobald ich einen Verbraucher anstecke (Kontakte per Klemmen bzw. mit Finger aufgedrückt (weil die Gegenstücken im Batteriefach sind), dann blinkt die LED und der Verbraucher geht nicht an.

Mag mir jemand verraten, was der Fehler sein kann oder wie ich vorgehe, um ihn zu finden?

Vielen Dank schonmal und viele Grüße
Tobi

BID = 966127

der mit den kurzen Armen

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Da wird wohl dein Netzteil in die Knie gehen. (Unter Last bricht die Spannung ein)

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Tippfehler sind vom Umtausch ausgeschlossen.
Arbeiten an Verteilern gehören in fachkundige Hände!
Sei Dir immer bewusst, dass von Deiner Arbeit das Leben und die Gesundheit anderer abhängen!

BID = 966136

MrTobi

Gerade angekommen


Beiträge: 9

Hallo der mit den kurzen Armen und vielen Dank für die schnelle Antwort.

Zum Versuch habe ich mein Messgerät angeschlossen (zeigt konstant 2,532 V) und dann parallel dazu den Verbraucher. Dann zeigt das Messgerät ca. 2 V, allerdings mit Schwankungen von +/- 0,1 V. Ich vermute, die Spannung schwankt tatsächlich noch stärker, aber die Anzeige (digital) ist zu langsam.

Wenn ich eine Hälfte des Brückengleichrichters mit einem Draht überbrücke, messe ich ohne Verbraucher konstant 2,722 V, mit Verbraucher wieder ca. 2 V mit Schwankungen.

Wenn ich die zweite Hälfte des Brückengleichrichters auch überbrücke, messe ich ohne Verbraucher konstant 3,225 V. Kann ich es riskieren, den Verbraucher anzuschließen? Immerhin scheint die Spannung ja sofort zusammenzubrechen. Oder reicht der kurze Moment mit hoher Spannung zum Grillen?

Das Netzteil ist einstellbar, aktuell steht es auf 3 V, die nächste Einstellung sind 4,5 V. Das erscheint mir aber etwas heftig angesichts der Tatsache, dass der Verbraucher regulär 3 V haben mag.

Viele Grüße
Tobi

[ Diese Nachricht wurde geändert von: MrTobi am 23 Jul 2015 22:35 ]

BID = 966143

der mit den kurzen Armen

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Beiträge: 17433

Für diesen Zweck wurden Spannungsregler erfunden. Die sorgen dafür das die Ausgangsspannung auch bei Laständerung konstant bleibt. Zum Beispiel der Lm317 .
Den kannst du Eingangsseitig mit 6 bis 30V anschließen und am Ausgang dann deine 3 V einstellen.(Die Eingangsspannung sollte etwa 2 bis 3 V über der Ausgangsspannung liegen)
Noch etwas die Verpolungsschutzdioden gehören in den Verbraucher , den nur dort können sie den Verbraucher schützen. Bei Falschpolung schließen sie die Versorgung kurz und die vorhandene Sicherung in deinem Verteiler löst dann aus .

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BID = 966146

der mit den kurzen Armen

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Anbei mal der Schaltplan mit LM317



Edit: wenn du Angst hast deine Verbraucher zu Grillen kannst du auch die Ausgangsspannung auf 2,5 bis 2,9V einstellen.
Den Spannungsregler gibt es auch ohne Schutzdioden bei Pollin komplett aufgebaut
http://www.pollin.de/shop/dt/OTM0OD......html

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[ Diese Nachricht wurde geändert von: der mit den kurzen Armen am 24 Jul 2015  0:06 ]


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