stabile 5V an der ETZ

[Wolle69]

Hallo zusammen!

Ich habe mit einem Kumpel über den Einsatz von Microcontrollern am Motorrad gesprochen. Meine Programmierzeit ist schon über 10 Jahre her, aber das ist nicht das Problem.

Vielmehr sehe ich in den Schaltungen Probleme, momentan insbesondere in der Spannungsversorgung des Microcontrollers. Der möchte gerne 5V (2,7-5,5V).
Um eine komplexe Schaltung zu vermeiden: Könnte man nicht einen 12V-Bordspannung-auf-USB-Adapter wie für Navis, Handyladung, ... nutzen? Funktioniert das, hat das schonmal jemand ausprobiert?
Alternativ: Ein Schaltung mit einem 7805?

Es geht übrigens konkret um einen ATmega8, der da zum Einsatz kommen soll...

Ciao
Wolle

[torbiaz]

Geht prinzipiell beides.
7805 wird etwas miserabel im Wirkungsgrad (ca. 40%), ist aber schön stabil und ruhig.
Der weitaus kristischere Teil ist das Entkoppeln bzw. Unterdrücken von Transienten (Spannungsspitzen nach oben oder unten).

[der garst]

Ich würde mir auch noch einen ausreichend großen Kondensator mit rein hängen. Prinzipiell sollte so ein USB Adapter aber gut funzen.

[Dieter]

Für Spitzen ist ein Varistor immer gut geeignet.
Aber bei der Vape sehe ich Probleme. Die soll wohl einiges an Oberwellen haben.

Gruß
Dieter

[torbiaz]

Man kann Pi-Filter bauen. Kondensator-Widerstand-Kondensator.
Und Varistoren dazu sind nie verkehrt.

[Dorni]

hab n 7805 mit 0.33µ und 0.1µ laut Datenblatt (wichtig!) eingesetzt, dazu davor noch eine Diode und eine P6KE18CA. Looft. Voraussetzung ist natürlich das mit der Vape eine Batterie verwendet wird, ansonsten geht die Versorgung ohne Last mal gern >>30V. Das schafft dann der 7805 und die P6 auch nicht mehr.

[Wolle69]

Danke erstmal für die Antworten!
Momentan kann ich zu den Vorschlägen noch nicht viel sagen, ich muss mich da erst ein wenig weiterbilden.

Aber eines vorneweg: Ich habe keine Vape und will auch keine. Ich habe einen Lothar'schen Regler, Lima original ETZ. Nicht, dass es hier in die falsche RIchtung geht...
Der Kollege, mit dem ich mich drüber unterhalten habe, hatte damals versucht, einen elektronischen Drehzahlmesser mit LED-Anzeige zu bauen - nur so aus Bastelwut. Er meint, er hat lange an der Stromversorgung gesessen. Den Wirkungsgrad vom 7805 sprach er auch an, aber wichtiger war ihm, zu erwähnen, dass er es damit wohl eben nicht hinreichend glatt bekommen hat bzw. dass nach wie vor Spitzen durchkamen. Effekte: Gestorbene Bausteine oder Abstürze.

Ich habe bis jetzt folgende Varianten gefunden (USB-Adapter außen vor):
1. Variante mit 7805

Code: Alles auswählen

                         |---------|
     1N4004              |  7805   |
12V---->|----+------+----| IN  OUT |----+----5V
             |      |    |   GND   |    |
             |      |    |----+----|    |
Batterie?  -----    |         |         |
            ---   100nF       |       100nf
             |      |         |         |
            GND    GND       GND       GND

Hier weiß ich allerdings nicht, was die Batterie dort soll... puffern vielleicht? Der Microcontroller soll ja aber nur bei Zündung an (von dort die 12V) mit Versorgungsspannung versorgt werden?
Diese Schaltung scheint jedenfalls bei modernen Moppeds zu funktionieren, stammt aus einer eben solchen Eigenbaubastellösung mit selbigem Prozessor. Relativ weit verbreitet. Aber ob das an der ETZ-Elektrik so funktioniert?

2. Variante mit LM2575-5
Damit hat mein Kollege es dann (an der ETZ!!!) hingekriegt. Der Aufwand ist aber schonmal höher als bei Variante 1 - aber das sollte dann auch nicht das riesige Problem sein.

Ciao
Wolle

[Dieter]

Problematische Spitzen können auch über den Kollektor entstehen, vor allem wenn er etwas älter und nicht mehr wirklich sauber ist. Dann sehe ich noch im mechanischen Regler Probleme mit dem Kontaktprellen. Auch die alten Blinkgeber könnten solche Probleme erzeugen genauso wie schlechte Kontaktstellen, Steckkontakte, Sicherungen.... Darum werden in der Elektronik gerne prellfreie Taster, Schalter eingesetzt.

Bei der alten Technik waren solche Schwachstellen natürlich kein großes Problem. Wenn so etwas auftrat, wurde es recht einfach aber sicher nicht vollständig behoben. Also prüfe mal diese ganzen möglichen Fehlerquellen und bau zur Sicherheit einen Varistor zu den sonstigen Glättungs- und Filterschaltungen ein.

Wie weit sich diese Probleme tatsächlich auswirken, habe ich in der Praxis noch nicht geprüft oder gemessen. Theoretisch können diese Probleme tatsächlich vorhanden sein.

Ein kleiner Exkurs, bei dem ich die Wirkung von Varistoren im Leistungsbereich sehr gut am Osziloskop und in der Praxis beobachten konnte:
Bei höheren Leistungen, Vakuumschützen im Bergbau, besonders bei Motoren mit kleineren Leistungen haben Varistoren die besten Ergebnisse gegenüber anderen Schutz- und Filterbeschaltungen gezeigt. Bei größeren Motoren traten die Zerstörungen seltener auf, was mit der Stärke der Induktion und dem unterschiedlichen induktiven Widerstand zu tun hat. Andere Schutzschaltungen waren fast wirkungslos. Da haben die Spannungsspitzen durch das Ausschalten der Schütze öfter zur Zerstörung der Motoren aufgrund der Spannungsspitzen gesorgt die nicht über die Funkenstrecke des Schützes in das Netz abgeleitet werden können. Mit Varistorbeschaltung wurde die nicht gewollte Leistung wirkungsvoll kurzgeschlossen. Vakuumschütze erzeugen beim Abschalten normalerweise eine "vollständige" Abtrennung des Netzes von der Generatorleistung beim Abschalten. Dann sucht sich der Strom den Weg über die Isolierung und zerstört so den Motor. Bei der anschließenden Messung und Untersuchung der Motoren wurde dies bestätigt.

Gruß
Dieter

[gustav]

Bei der Realisierung/Dimensionierung spielt auch der Strombedarf der Schaltung eine wichtige Rolle. Und wie sicher das Ganze funktionieren muß.
Schaltregler haben das Problem, daß die auftretenden Störungen nicht so gut gefiltert werden wie es ein Längsregler kann.
Schickerweise spricht die Erfahrung deines Kollegen genau dagegen...
Möglich aus wäre auch ein galvanisch getrennter DC/DC-Wandler - die kosten aber leider etwas mehr, trennen aber deine Schaltung und die Störungen vom Bordnetz. Man kann auch einen DC/DC mit z.B. 9V Ausgangsspannung benutzen (das sind auch nur galv. getrennte Schaltregler) und einen 5V-Längsregler dahinter schalten. Der Aufwand hängt eben von der notwendigen Zuverlässigkeit ab.

Grüße
der Gunter

[torbiaz]

Wolle,
die von Dir gezeigte Schaltung mit 7805 (2x100nF) entspricht gerade mal dem Standardverfahren, da ist noch gar nichts in Sachen Enstörung getan. Noch einen dickeren Kondensator davor und Varistor / Schutzdiode braucht es mindestens.
Der 2575 ist auch schick (hatte ich schon unter den Händen), aber der grundlegende Aufwand wird höher und Du must immer noch die gleichen Mühen in Enstörung investieren. Von Vorteil ist hingegen sein höherer Wirkungsgrad.

[net-harry]

Moin,

Nähkästchen:

SPOILER:

Zu den Reglern:
Das Urgestein der Spannungs-Längsregler sind wohl die 78Xyy-Typen, die es für unterschiedliche Spannungen (3V, 5V, 6V, 8V, 12V, 15V, 18V) und Stromstärken (0,1A, 0,5A, 1A, 1,5A, 5A) gibt. Sie verbraten die überschüssige Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang mal entnommener Stromstärke als Verlustleistung - dazu ist dann auch ein Kühlkörper nebst erforderlicher Luftzirkulation erforderlich. Die Eingangsspannung sollte mindestens 2V größer als die Ausgangsspannung sein, lt. Datenblatt sind an Ein-und Ausgang schnelle (keramische) Kondensatoren vorzusehen. Das ist auch für die etwas neueren "Low-Dropout" Regler (zB. LM2940 für 5V und 1A) erforderlich - nur da reicht eine Ein-Ausgangsspannungsdifferenz von 1V aus.
Vorteil dieser Regler: Billig, fast überall zu bekommen, problemlos im Einsatz. Nachteil: Schlechter Wirkunsgrad.

Heute werden häufig Schaltregler verwendet, die neben einem Wirkungsgrad zwischen 85 bis 95% auch den Vorteile der Spannungshochtransformation sowie der galvanischen Trennung bieten. Auch diese gibt es mittlerweile fertig integriert wie zB den TSR 1-2450 (5V, 1A) bei REICHELT - allerdings für etwa 6€. Dabei ist er genau so einfach einzusetzen wie die o.g. Regler und tut bei mir als Regler für das Navi an der TS und ETZ seinen Dienst. Nachteil dieser Regler: Durch ihr Schaltverhalten werden hochfrequente Signale produziert und gelangen teilweise an den Ausgang. Für die Versorgung im Möp aber mMn eher unerheblich.

Zur Schutzbeschaltung:
Da im KFZ-Bereich diverse Störungen zu erwarten sind (kurze Spannungsunterbrechungen, energiehaltige Überspannungsspitzen etc) hat es sich eingebürgert, die Eingänge derartiger Regler zu schützen. Dazu wird häufig eine Kombination aus Längsinduktivität (ohmschen Widerstand beachten -> Spannungsabfall !) und Parallelkapazität gewählt, deren rechnerische Bestimmung schwierig, weil von den angenommenen Störungen abhängig, ist - deren Größe man wiederum nicht kennt.
Gegen kurzzeitige "Brownouts" der Versorgungsspannung hilft die Kombination aus Diode und Ladeelko am Eingang.
Und die Überspannungsschutzdiode (Achtung: Spannungsabfall !) verhindert im Notfall das Übersteigen der Spannung am Regler.

Aus all diesen Argumenten habe ich hier mal eine Schaltung zusammengestellt, die sich so ähnlich bei mir bewährt hat.
Nun ist es an jedem Nutzer, seinen Regler zu wählen.

12V-5V.JPG

Und - Bitte - schaltet eine Sicherung davor...

Gruß Harald

[daniel_f]

Zur weiteren Lektüre kann ich empfehlen, eine Suchmaschine mit transient voltage suppressor (das ist die P6KE u.a.) zu füttern, falls du noch paar Hintergrundinformationen zum Thema suchst.

Gruß

[Wolle69]

Guten Tag allerseits!

die von Dir gezeigte Schaltung mit 7805 (2x100nF) entspricht gerade mal dem Standardverfahren

Das meinte mein Kollege auch. Mich wundert, dass genau diese Schaltung für ein Eigenbau-Set auf Basis eines ATmega8 vorgesehen ist. Seit Jahren und offenbar problemlos in der Praxis bei denen, die's umsetzen!

Heute werden häufig Schaltregler verwendet...
...Spannungshochtransformation...
...galvanischen Trennung...
...allerdings für etwa 6€..
Nachteil dieser Regler: Durch ihr Schaltverhalten werden hochfrequente Signale produziert und gelangen teilweise an den Ausgang. Für die Versorgung im Möp aber mMn eher unerheblich.

Hochtransformation benötige ich bei 12V => 5V nicht. Galvanische Trennung klingt sehr gut! An den 6 Euro soll es nicht scheitern. Aber sind nicht genau diese hochfrequenten Signale das Problem? Beziehungsweise: Was meinst du in dem Kontext mit "Signal"?

Zur Schutzbeschaltung:

Danke, sehr anschaulich! Ich muss gestehen, dass ich nicht mit Allem, was hier sicherlich gutmeinend und fachlich richtig geantwortet wurde etwas anfangen kann. Ich muss mich hier dringend weiterbilden, das weiß ich. Aber es juckt in den Fingern und gar nicht zu antworten ist auch nicht höflich...

Und - Bitte - schaltet eine Sicherung davor...

Aber sicher!

Danke insgesamt und auch an Daniel für das Such-Stichwort!


EDIT: Nein, ich kann doch nicht einfach 2 Beiträge übergehen!

Problematische Spitzen können auch über den Kollektor entstehen...
...mechanischen Regler Probleme mit dem Kontaktprellen....
Auch die alten Blinkgeber könnten solche Probleme erzeugen...
...schlechte Kontaktstellen, Steckkontakte, Sicherungen....

Nun, die Schleifringe sind soweit i.O.
Mechanischen Regler habe ich keinen, auch keine Vape, sondern einen elektronischen Regler nach Lothar!
Alten Blinkgeber habe ich... einen elektronischen nach Harry habe ich zwar schon gelötet, allerdings fehlen die Anschlussleitungen noch...
Sicherungen sind Flachsicherungen und sitzen fest.
Mein Kabelbaum ist komlett selbst gestrickt, alles max. 2 Jahre alt. Da sehe ich kaum Probleme... die aber durchaus auftreten können, denn auch so eine Steckverbindung rüttelt sich mal lose. Deswegen wird der Rat, das Ganze zu glätten/fitern, sicher nicht verkehrt sein. Dafür sprechen ja auch die anderen Meinungen hier...

Bei der Realisierung/Dimensionierung spielt auch der Strombedarf der Schaltung eine wichtige Rolle. Und wie sicher das Ganze funktionieren muß.
...
Der Aufwand hängt eben von der notwendigen Zuverlässigkeit ab.

Ein sehr guter Einwand!

Strombedarf: Ich denke, dass die Schaltung rings um den Microcontroller grundsätzlich mit dem 1A auskommt. Wenn ich irgendwas größeres ansteuern will, bekommt das seine eigene Versorgung.

Zuverlässigkeit/Sicherheit: Im Sinne der Anwendung kaum relevant. Es geht um keine Zündung oder sowas, sondern "Spielereien", die nicht zum Ausfall der Maschine führen. Ich möchte mir nur nicht permanent die Controller grillen. Gleichfalls nützt mir eine "lieblose" Schaltung wenig, die sich der Microcontroller permanent aufhängt... das macht dann ja auch keinen Spaß. Ein Aussteigen (und neu starten!) des Microcontrollers alle Jubeljahre mal wäre völlig egal.



EDIT2: Varistor vs. Suppressordiode... mutet ja beides nett an... nur was ist unter den gegebenen Rahmenbedingungen praktisch sinnvoller?

[net-harry]

Moin,

Aber sind nicht genau diese hochfrequenten Signale das Problem? Beziehungsweise: Was meinst du in dem Kontext mit "Signal"?

Nein.
Das Signal ist ein so genannter "Ripple" von einigen 10-100kHz auf der Ein- und Ausgangsspannung von einigen mV, das empfindliche Geräte beeinflussen kann.
Da selbst mein Navi damit klar kommt (das ja einen Empfangskanal zu den Satelliten aufbauen muß) würde ich diese Störungen nicht überbewerten.

Ich muss mich hier dringend weiterbilden, das weiß ich.

Nicht zwingend.
Jemand sagte mal zu mir: "Um alle Fehler selbst zu machen wirst Du nicht alt genug"...
Will sagen: Man kann auch einfach mal einen Ratschlag übernehmen und muß ihn nicht zu 100% verstehen.
Oder wolltest Du jetzt E-Technik studieren ?

EDIT2: Varistor vs. Suppressordiode... mutet ja beides nett an... nur was ist unter den gegebenen Rahmenbedingungen praktisch sinnvoller?

Letzteres.

Gruß Harald

[torbiaz]

EDIT2: Varistor vs. Suppressordiode... mutet ja beides nett an... nur was ist unter den gegebenen Rahmenbedingungen praktisch sinnvoller?

Letzteres.

da schneller.

[Wolle69]

Ich muss mich hier dringend weiterbilden, das weiß ich.

Nicht zwingend.
Jemand sagte mal zu mir: "Um alle Fehler selbst zu machen wirst Du nicht alt genug"...
Will sagen: Man kann auch einfach mal einen Ratschlag übernehmen und muß ihn nicht zu 100% verstehen.
Oder wolltest Du jetzt E-Technik studieren ?

Hab schon verstanden...
Danke!

[FK-64]

Hallo,

gebe doch bitte mal in der Bucht
LM2596 DC-DC-Wandler/Konverter Step-down Power Supply Modul Module 1,25V-37V
ein. Die bekommst Du schon ab 1,50 €. Für den Preis kann man es nicht selber machen. Aus dem Teil habe ich mir einen Ladeadapter für mein Motorradnavi gebaut, bei 5,5 V kommen noch 4,8 V raus. Ab 6V bis 30 V (mehr kann mein Netzgerät nicht) bleibt die Ausgangsspannung stabil.
Wichtig ist, nach dem Einstellen das Poti mit Sicherungslack sichern.

Gruß Frank

[TeEs]

Wichtig ist, nach dem Einstellen das Poti mit Sicherungslack sichern.

Besser ist es, nach dem Abgleich das Poti durch geeignete Festwiderstände zu ersetzen. Krumme Werte erreicht man durch parallelschalten eines Abgleichwiderstandes zu einem der beiden Widerstände des Spannungsteilers.

[net-harry]

...LM2596 DC-DC-Wandler/Konverter Step-down Power Supply Modul Module 1,25V-37V
ein. Die bekommst Du schon ab 1,50 €. Für den Preis kann man es nicht selber machen...

Stimmt...fehlt nur noch die o.g. Schutzbeschaltung...

Gruß Harald

[Baghira-Heiko]

Ich habe hier schon eine Weile mitgelesen, insgesamt einige gute Tipps (-> Schutzbeschaltung)
Bei einem Längsregler müsstest Du aber bei einem Ausgángsstrom von 1A bis 9-10W am Längsregler verbrutzeln, großer Kühlkörper!
Ich denke, Du kommst nicht um einen DC-DC-Wandler herum. Wenn wir saubere Spannungen brauchen, setzen wir erst einen DC/DC-Wandler ein und setzen dahinter dann noch einen Längsregler.
Ich würde, um den Aufwand gering zu halten, einen fertigen 12V/USB-Wandler testen. Da kannst Du dahinter noch immer einen Elko und einen Keramikkondensator hängen.
Viele Grüße
Heiko