250466+ oder der Versuch ein klassisches Board etwas zu optimieren

Moment, ich bin verwirrt. Im Schaltplan des Reloaded sehe ich das, was ich ursprünglich geplant hatte: eine H-Brücke, die 12V und Masse zwischen den beiden Ausgängen der Brücke hin- und herschaltet. Ich hatte diese Konzept für untauglich gehalten, nachdem ich diesen weiter vorne gezeigten "EPROMMer"-Schaltplan gesehen hatte, der die eine 9VAC-Leitung direkt mit Masse verbindet. Wenn die 12V im Reloaded weder isoliert sind noch die 9VAC kapazitiv angeschlossen sind, würde dann dieser EPROMMer nicht auch beim Reloaded einen saftigen Kurzschluß erzeugen, wenn die Brücke diesen Ausgang gegen 12V schaltet?

Und ein richtig sinusförmiges Signal habe ich eigentlich nie angestrebt, weil es mir viel zu aufwendig erscheint. Den LC-Filter sollte das Rechtecksignal etwas sinusförmiger machen, aber irgendwie hatte ich dabei vollkommen verdrängt, daß das ständige Umladen eines Kondensators mit signifikanter Kapazität bereits ohne Strom zu dauerhaft hohen Strömen durch die Brücke führt, was so gar nicht mein Ziel war. Ich gebe zu, daß ich das von Anfang denken konnte, aber irgendwie hatte ich das halt nicht so richtig durchdacht.

Zitat von Markus64

Hier hatte advotax seine Erfahrungen zur Spannungserzeugung auf dem Dela II Prommer beschrieben.

Danke für den Link. Das bestätigt mich in meiner Vermutung, das das Design des Dela II ziemlich fragwürdig ist.

OK, Danke für Dein Feedback. Ich will ja mit meinem Projekt nicht besser sein als ein echter C64er oder ein C64 Reloaded und dann kann ich ja beruhigt wieder zurück zum einfachen H-Brückendesign.

Das mit dem Kurzschließen der einen 9VAC-Seite auf Masse kam mir von Anfang an spanisch vor, weil man ja schon auf den ersten Blick sieht, daß durch die eine Diode (zwischen Masse und Masse) kein Strom mehr fließen kann.
Ich hatte das sogar auch mal in LTSpice simuliert und tatsächlich funktioniert das noch irgendwie (zumindest in der Simulation), aber es fließt dann in jeder Halbwelle ein Kurzschlußstrom durch eine einzige Diode, was ja irgendwie nicht der Sinn eines Brückengleichrichters ist und ihm mittelfristig sicher auch nicht gut tut.

So, Freunde des Frohsinns.

Nochmal eine Messung mit der einfachen H-Brücke (volles Programm mit Ferritperlen und Clampingdioden in den Ausgängen und Polyfuse als Schutz der Brücke) und einer 68Ohm-Last:

Habe den Effektivwert der Spannung mit einem (True-RMS) Multimeter gemessen: unbelastet etwas über 10V, mit der 68Ohm-Last 8.8V. Ich denke, das ist OK und bedarf keiner weiteren Optimierung.

Dann habe ich die Schaltung zur Spannungsvervielfachung des "DELA EPROMmers" nachgebaut (mit 480µF/50V als Glättungskondensator am Ausgang) und anstelle der 68Ohm-Last angeschlossen:

Unbelastet kommen da 44V raus. Das entspricht den Erwartungen: OK

Dann das gleiche Spiel noch mit einem 2kOhm-Lastwiderstand (~20mA an ~40V) an der Ausgangsspannung der DELA-Schaltung:

Jetzt sinkt die Spannung auf ~37.5V, was aber auch völlig den Erwartungen entspricht.

OK, da habe ich ein paar Irrwege genommen und sowohl Geld als auch Zeit verbrannt, aber OK, jetzt ist wieder alles gut

Danke nochmal an Jens/Wiesel, dessen Feedback mir klargemacht hat, daß ich mich da verrannt hatte und daß diese eine EPROMMER-Schaltung mit 9VAC auf Masse, die meine ganze Krise ausgelöst hat, schlichtweg unsinnig ist.

Als kleines Lebenszeichen: ich hatte in letzter Zeit die Arbeit an den PLL-Ersatzschaltungen und dem TheC64 Adapter vorgezogen, aber auch an diesem Projekt arbeite ich immer mal wieder weiter. Zuletzt hatte ich die Verpolungschaltung mit dem P-FET usw. aufgebaut. Das war so ziemlich der letzte Teil der Schaltung, den ich ausprobieren wollte. Hat auch wunderbar funktioniert.

Dann wollte ich kurz die Schutzdioden testen und das war jetzt nicht so erfolgreich. Ich muß zu meiner Schande gestehen, daß ich mit die Datenblätter der TVS-Dioden vorher nicht so genau durchgelesen habe, aber selbst nachdem ich mir die Datenblätter genauer angeschaut habe, bin ich noch etwas irritiert.

Ich habe z.B. eine Diode 1.5KE15A , deren Dauerbetriebsspannung mit 12.8V angegeben ist. Die Durchbruchspannung ist im Datenblatt mit 15V angegeben (daher auch die 15 im Namen), was für 12V eigentlich schon viel zu hoch ist.. Ich bin aber zumindest davon ausgegangen, daß der Strom dann mit höheren Spannungen quasi exponentiell steigt. Zunächst mal: bei 15V passiert gar nicht. Da fließt überhaupt kein Strom.

Wenn ich mit einem Labornetzteil 16V anlege, fließen für ein paar Millisekunden 533mA, am Netzteil sehe ich kurz ~125mA, dann sinkt der Strom schnell auf ~34mA, was offensichtlich durch einen unerwartet stark ausgeprägten positiven Temperaturkoeffizienten verursacht wird. So, oder so: selbst bei 16V ist kein Schutz gegeben...

Bei 17V sieht es etwas besser aus:

Zumindest fließt kurzzeitig ein deutlicher Strom. Die Strombegrenzung am Netzteil war auf 3A eingestellt. Leider ist meine Stromzange nicht mehr sehr genau. Insofern bin ich mir nicht sicher, ob das gemessene Maximum von 3.7A realistisch ist. Vermutlich lag es noch etwas höher, wenn das Plateau des Stroms rechts 3A durch die Strombegrenzung sein sollten.

Der Einbruch des Stroms kommt mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit von der Strombegrenzung des Netzteils - wobei es zunächst irritierend ist, daß man keinen Spannungseinbruch sieht, aber das liegt wohl an der Diode.

Wie auch immer, ich entnehme meinen Messungen zwei Dinge:

• Um die 12v-Schiene zu schützen, brauche ich wohl eher einen Diode mit einer Durchbruchspannung von 12V. Nach meinen Experimenten mit dem 15V-Typ, gehe ich davon aus, daß dann realistischerweise erst bei 13V ein paar Milliampere fließen und es irgendwo über 14V zum einem Strom >2A kommt.
• So oder so war es keine gute Idee, die Sicherung rauszuoptimieren. Wegen des unerwartet hohen Temperaturkoeffizienten brauche ich sogar eine recht flinke Sicherung. Ich denke 2A sind ein guter Richtwert.

Ansonsten will ich noch ein paar mehr Ferritperlen einbauen - angelehnt an die 269er Boards. Das, der Einbau einer Sicherung und eventuell ein Stütz-Elko für die H-Brücke sollten die letzten größeren Änderungen im Schaltplan sein.

Dann heißt es endgültig nochmal alle Footprints usw. prüfen, damit ich die Bestellung möglichst noch im August machen kann.

Ist eine alte Fluke i50s (50MHz). Leider gibt es dazu kein Servicemanual und ich weiß nicht mal, ob man sie überhaupt noch korrekt einstellen könnte. Gibt nur zwei Trimmer, die aber schlecht zugänglich und mit Sicherungslack geschützt sind. Um das Bild zu machen, habe ich damals zwei Linearregler auslöten müssen.

Eventuell ist sie halt durch. Und eine neue Stromzange mit mehr als 100kHz von einer guten Marke ist halt echt teuer (mehrere k€) und zudem in der Regel nur noch an aktuellen Scopes der jeweiligen Marke benutzbar. Die einzige bezahlbare ("generische") Stromzange >1MHz derzeit ist die Micsig CP2100B, aber 375€ sind halt auch noch ziemlich viel Geld, wenn man nur ab und zu mal einen Strom mißt.

Hatte mir vor ein paar Jahren mal sowas hier basierend auf einem Sensitec CMS3025 gebastelt, der eine Bandbreite von ">2MHz" haben sollte, aber das Ziel war auch mehr eine schnelle und preiswerte Testmöglichkeit für mehrere Kanäle und weniger eine extrem genaue Messung. Habe damals keine Korrektur des Offsets und der Verstärkung eingeplant, ist also für genaue Messungen auch nicht recht brauchbar. Und inzwischen wurde der CMS3025 eh vom Markt genommen und einen Ersatz gibt es auch nicht.

Wie auch immer: eine echte Klemmschaltung wollte ich mir eigentlich ersparen und ich fürchte, daß Zenerdioden in Sachen Toleranz nicht besser sind als TVS-Dioden. Sind ja eh spezialisierte Zener-Dioden. Das Problem bei Diodenschaltungen ist halt, daß sie einen hohen Strom lange genug aushalten müssen, um die Sicherung auszulösen.

Hatte mal in einem alten Projekt einen Überspannungsschutz mit einem P-FET und einem Shunt-Regler TL431 (genauer einstellbar als Zenerdiode) gemacht, der die Spannungsversorgung bei zu hoher Spannung trennt, aber ich will eigentlich keinen weiteren P-FET in der Spannungsversorgung haben.

Habe mal zur Inspiration in den Schaltplan des Reloaded reingeschaut. Hier wird eine 12V-Zenerdiode mit einem 0Ohm-Widerstand als Sicherung benutzt, um sowohl Verpolung als auch Überspannung abzudecken. Wenn durch die Zenerdiode bei Verpolung oder zu hoher Spannung ein zu hoher Strom fließt, zerreißt es irgendwann den Widerstand. Leider sind 0Ohm-Widerstände schlecht spezifiziert, aber so über den Daumen: Annahme 50mR, 0.25W -> sqrt(0.25/50e-3) = 2.236 [A].

Zusätzlich geht die nach innen weitergereichte 12V-Spannung durch einen P-FET, dessen Gate über einen 10k-Widerstand von der 12V-Versorgung hochgezogen wird (Vgs=0, sperrt). Ein NPN-Transistor schaltet das Gate gegen Masse, wenn VCC vorhanden ist. Also werden die 12V erst dann durchgeschaltet, wenn 5V vorhanden sind.

Ist ein pragmatischer Ansatz, mit einem P-FET durchzukommen. Der Knackpunkt ist halt (vom 0Ohm-Widerstand abgesehen) die Zenerdiode. Jens wird das für seine Schaltung hinreichen getestet haben, aber damit das klappt, braucht man eine Zenerdiode, die schon bei 13V oder so einen sehr hohen Strom durchläßt und die das lange genug durchhält, um die Sicherung durchzuschmoren.

Also bei 5W-Zenerdioden (OnSemi 1N53) sieht es wie erwartet auch nicht anders aus als bei TVS-Dioden:

Bei einem Typ mit 12V Zenerspannung fließen an der Zenerspannung bereits 100mA (wodurch bei exakt 12V dauerhaft 1.2W verballert würden) und der Toleranzbereich (bei 25°C !) geht von 11.4V bis 12.6V.

Der nächsthöhere Typ ist der mit 13V Zenerspannung - da kann es aber halt passieren, daß bei 13.65V nur 100mA fließen. So richtig toll ist das irgendwie alles nicht.

Jens wird sich das schon gründlich überlegt haben, aber eine Klemmschaltung mit einem N-FET bzw. eine Abschalten der Versorgungsspannung mit einem P-FET und einer über einen TL431 fein einstellbaren Auslösespannung wäre eigentlich das schönere Konzept.

Der P-FET hätte den Charme, das man nicht mal eine Sicherung bräuchte, aber dafür hat man einen zusätzlichen ~60mOhm-Widerstand im 12V-Pfad. Die Klemmschaltung erhöht den Widerstand nicht, braucht aber halt eine Sicherung.

Die 0R hatte ich ja nicht in Betracht gezogen, nur darauf hingewiesen, daß die im Reloaded-Schaltplan als Sicherung benutzt werden. Bei uns in der Firma werden gar keine 0R eingesetzt, sondern immer nur 50mR, weil die besser spezifiziert sind.

Wie auch immer: in Sachen Klemmschaltung habe auf die Schnelle mal das hier zusammengeschustert:

Die Spannung am TLE431 ist auf ungefähr 12.3V eingestellt, ein Bipolartransistor braucht aber mindestens ~0.4V Spannungsdifferenz, damit ein Strom in die Basis fließen kann, also fängt die Schaltung bei theoretisch bei ~12.7V an, durchzuschalten. In LTSpice tut sich bei 12.7V und 12.8V noch nicht viel, aber bei 12.9V werden schon 2A erreicht, bei 13V sind es schon 11.5A. An den Werten kann man ja noch etwas rumbasteln. Aber das sollte funktionieren.

Oder noch einen Tick sicherer mit einer ~15V Z-Diode, um das Gate vor Überspannung zu schützen, falls jemand > 20V anlegt. R6 soll übrigens die Sicherung sein.

Die Typen sind nach Verfügbarkeit in LTSpice ausgewählt, speziell was die Zenerdiode angeht. Der IRF1010N wäre wohl OK (und bei Reichelt verfügbar), aber es gibt so eine unendliche Auswahl. Aber vermutlich ist es egal, ob R_ds_on jetzt 11mOhm oder 40mOhm sind - Hauptsache die Sicherung fliegt.

OK, ist nicht ganz zu leugnen, wobei die Sicherung ja in wenigen Millisekunden auslösen müßte. Aber OK, ein weiteren Widerstand ist jetzt auch schon egal.

Muß aber eh noch sehe, wo ich den ganzen Krempel eigentlich unterbringen will. Hauptproblem ist, daß die Sicherung ganz vorne sein muß und so ein richtiger Sicherungshalter braucht 'ne Menge Platz.

OK, das mit R6 war mißverständlich ausgedrückt: natürlich hängen später alle "V_in"-Spannungen an der Sicherung. R6 habe ich nur über dem FET eingefügt, damit ich den Strom durch den FET einfacher abgreifen kann, war aber dann zu faul, die anderen V_Ins auch an R6 anzuschließen. Ein realistischeres Bild wäre das hier:

In der Tat wirft das aber eine Frage auf, die ich bisher großzügig ignoriert hatte: natürlich hat die Sicherung auch einen Widerstand, der leider meist nicht spezifiziert ist. Und der Innenwiderstand führt bei hohen Strömen zu einem Spannungsabfall, der die Schaltung beeinflußt. In einem Littelfuse-Datenblatt habe ich einen Wert von 0.0293Ohm (kalt) für eine 2A-Sicherung gefunden. Interessanterweise wird der Spannungsabfall beim Nennstrom (2A) aber mit 150mV angegeben. Entweder hat der Widerstand einen negativen Temperaturkoeffizienten (was für eine Sicherung merkwürdig wäre) oder ich verstehe das Datenblatt nicht.

So oder so kommt aber die Abbildung einer Sicherung mit einem Widerstand da an ihre Grenzen. In LTSpice fließen irgendwann 20A durch R6 und es fällt eine entsprechend hohe Spannung ab, aber in der Realität fliegt die Sicherung bei 2A und wenn der Spannungsabfall da wirklich nur 150mV beträgt, kann ich damit leben.
Ich sehe das insofern auch nicht ganz so tragisch, weil man die Spannung, bei der die Klemmung zuschllägt ja durch andere Widerstandswerte für die Referenzspannung an TL431 einstellen kann.

Als Lebenszeichen mal wieder ein aktuelles Bild des Boards

Ist immer noch nicht fertig, speziell den Überspannungsschutz habe ich noch nicht überarbeitet, aber ich habe in letzter Zeit sehr viele Footprints durch PC-7351-Versionen ersetzt. Außerdem habe ich eine Sicherung, einen Elko für die 9VAC, ein paar Schutzdioden und Unmengen von Ferritperlen ergänzt. Und vermutlich noch diversen Kleinkram.

Leider war das mit den Ferritperlen ein ziemliches Gefrickel am VIC und an den SIDs und ich habe deshalb derzeit zu viel Zeug zu nahe an den ICs. ZIF-Sockel für die SIDs wären deshalb derzeit nicht möglich. Mal sehen, ob ich das wieder etwas entzerrt bekomme.