Guten Tag zusammen Zur Beantwortung der folgenden Frage habe ich bereits einige Zeit mit Google verbracht, ohne befriedigende Resultate erzielen zu können. Deshalb stelle ich die Frage nun hier im Forum. Bei Schaltungen mit einem Relais habe ich bisher immer eine Diode antiparallel zur Relaisspule geschaltet, um den restlichen Schaltkreis vor einer Überspannung zu schützen, die auftreten könnte, sobald sich das magnetische Feld der Spule im Abschaltmoment abbaut. Nun beabsichtige ich aber eine Schaltung zu bauen, die mit einem bistabilen Relais arbeitet. Zum "hin"-schalten des Relaiskontaktes ist also nur ein kurzer Impuls nötig, zum "zurück"-schalten ein zweiter mit umgekehrter Polarität. Das Problem ist offensichtlich: beim Zurückschalten würde die Diode das Relais kurzschliessen, da sie bei umgekehrter Stromrichtung nicht mehr antiparallel geschaltet ist. Welches Bauteil könnte nun also den Zweck der Freilaufdiode am besten erfüllen? Auf meiner Suche bin ich bereits auf Supressordioden und Varistoren gestossen, die interessant klingen. Allerdings habe ich noch nie ein solches Bauteil in Händen gehalten und weiss nicht genau, wie sie eingesetzt und dimensioniert werden. Kann mir diesbezüglich jemand Auskunft geben? Können so allgemeingültige Aussagen gemacht werden oder werden Details zur Schaltung benötigt? Gruss und Dank im Voraus Hitsuji
bidirektionale Transzorbdiode ( auch Supressordiode ganannt, ist glaub ich das gleiche ). Die gibt es mit verschiedenen Durchbruchspannungen ( Durchbruch in beide Richtungen ) Beim 12 Volt Relais könnte man also eine 18 Volt Diode nehmen. Z-Dioden sind evtl. zu langsam, und können nicht den Impulsstrom ab.
@Hitsuji (Gast) >Welches Bauteil könnte nun also den Zweck der Freilaufdiode am besten >erfüllen? Zwei Dioden, je antiparallel zu den Transistoren. Denn die können den Treiber schützen. So wird es in jeder Halb- bzw- H-Brücke gemacht. Und die braucht man für ein bistabiles Relais mit einer Spule. MFG Falk
@ Stefan M. (derwisch) >bidirektionale Transzorbdiode ( auch Supressordiode ganannt, ist glaub >ich das gleiche ). Kann man machen. >Z-Dioden sind evtl. zu langsam, und können nicht den Impulsstrom ab. Nö, das passt schon. Der Pulsstrom = Nennstrom des Relais, und der klingt gerade bei Z-Dioden sehr schnell ab. Und zu langsam sind sie auch nicht, Nanosekundenschnelles Schalten braucht man hier nicht.
Hi, Hitsuji, > Nun beabsichtige ich aber eine Schaltung zu bauen, die mit einem > bistabilen Relais arbeitet. Was behindert den Einsatz von billigen Schutzdioden, die eine negative Überspannung zu Masse und eine positive zur Versorgungsspannung ableiten? Ciao Wolfgang Horn
Eventuell möchte man die Energie NICHT auf die Spannungsversorgung ableiten, um sie "sauber" zu halten. Mir fällt da noch eine andere Alternative ein: Kondensator und Widerstand. Ist aber sicher nicht ganz einfach, korrekt zu dimensionieren.
1 | L |
2 | o-----+---------XXXXXX---------+---------o |
3 | | | |
4 | +-----[===]-------||-----+ |
5 | R C |
@ Stefan Frings (stefanfrings_de) >Eventuell möchte man die Energie NICHT auf die Spannungsversorgung >ableiten, um sie "sauber" zu halten. Naja, das ist in den meisten Fällen nicht der Fall. >Mir fällt da noch eine andere Alternative ein: Kondensator und >Widerstand in Reihe. Ist aber sicher nicht ganz einfach, korrekt zu >dimensionieren. Ist nicht weiter schwer. Maximale Überspannug = VCC + U_RC U_RC = I_RELAIS * R Damit hat man R C muss man groß so groß wählen, dass die LC Zeitkonstante aus Relais und Dämpfungswiderstand Pi mal Daumen 2-5 mal kleiner ist als die RC Zeitkonstante aus Dämpfungswiderstand und Kondensator. Ok, L ist bei den wenigsten Relais angegeben, muss man wohl messen. Alternativ grob abschätzen aus der Relaisschaltzeit und dem Wicklungswiderstand. tau_LC = L_wicklung / R_wicklung tau_RC = R * C = 5 * tau_LC
Hei, oder halt ein bistabiles Relais mit zwei Spulen nehmen. Eine Spule zum ein- die andere zum ausschalten. Sind auch sehr gebräuchlich... Die kann man dann wieder einzeln mit Dioden schützen. Grüße, Tom
Hitsuji schrieb: Hallo Hitsuji > Nun beabsichtige ich aber eine Schaltung zu bauen, die mit einem > bistabilen Relais arbeitet. Zum "hin"-schalten des Relaiskontaktes ist > also nur ein kurzer Impuls nötig, zum "zurück"-schalten ein zweiter mit > umgekehrter Polarität. Das Problem ist offensichtlich: beim > Zurückschalten würde die Diode das Relais kurzschliessen, da sie bei > umgekehrter Stromrichtung nicht mehr antiparallel geschaltet ist. In der Tat.....;O) > > Welches Bauteil könnte nun also den Zweck der Freilaufdiode am besten > erfüllen? Auf meiner Suche bin ich bereits auf Supressordioden und > Varistoren gestossen, die interessant klingen. Allerdings habe ich noch > nie ein solches Bauteil in Händen gehalten und weiss nicht genau, wie > sie eingesetzt und dimensioniert werden. Interessant wäre eine Schaltung, die OHNE die Diode auskäme.... Die Spannungsspitze, die Du mit Freilaufdioden unterdrücken möchtest, entsteht in erster Linie beim harten Abschalten des Relaisstromes. Betrachte einmal im Anhang die Schaltung unter BistabilesRelays.pdf. Wenn T1 einschaltet, fließt über C1 ein Strom durch die Spule von K1. Das Relais zieht an. Der Strom ist MAXIMAL so groß, wie der "normale" Strom durch K1 bei gegebener Spannung wäre, wenn die eine Seite der Spule nicht über C1, sondern direkt auf Masse läge. Tatsächlich ist er kleiner. Das dort noch ein R3 zur Strombegrenzung ist, lassen wir jetzt mal unter den Tisch fallen. Wenn C1 leer beim Einschalten leer ist, muss der Strom erst relativ langsam, wegen der Eigeninduktivitaet von K1, ansteigen. Dabei füllt sich aber C1, was zu einer geringeren Differenzspannung über K1 führt. Ab einem gewissen Punkt, wenn C1 immer weiter gefüllt wird, wird die Differenzspannung so klein, das der Strom durch K1 wieder sinkt. Irgendwann (Theoretisch/Mathematisch nie, aber praktisch schon) ist C1 dann auf die Betriebsspannung aufgeladen, dadurch die Differenzspannung über K1 null, und damit auch der Strom durch K1 Null. Und das ganz sanft ohne Spitzem. Zum Abschalten muss nun T1 sperren und T2 leiten. in dem Falle wird nun K1 umgedreht mit der Spannung aus C1 versorgt, und liegt auf der anderen Seite über T2 auf Masse. Es fliesst nun ein umgedrehter Strom durch das bistabile Relays, welches darum nun abfällt. Auch dieser Strom steigt begrenzt durch die Induktivität (und den Widerstand) von K1 an, und klingt wieder ab, wenn C! leerläuft. Ebenfalls ganz sanft ohne Spitzen. Die Suppressordiode D1 ist nur für Notfälle da, wenn z.B. aus irgendeinem Grunde T1 oder T2 abschalten sollten, wenn der Strom durch K1 gerade im Maximum ist. Dann wirkt sie entweder als Freilaufdiode wenn T1 irrtümlich sperrt, oder als Suppressordiode, wenn T2 irrtümlich sperrt. Auch sollten T1 und T2 NIE gemeinsam durchgeschaltet sein, was hier teilweise dadurch sichergestellt ist, das T1 ein PNP und T2 ein NPN Kondensator ist. Bedingt durch Trägheiten können sich die Einschaltzeiten trozdem etwas überlappen. Dafür ist dann R3 da, der in dem Falle den Strom begrenzt. > Kann mir diesbezüglich jemand Auskunft geben? Können so allgemeingültige > Aussagen gemacht werden oder werden Details zur Schaltung benötigt? > C1 muss ausreichend groß sein. Typischerweise legt man ihn als Elektrolytkondensator an, mit einer Spannungsfestigkeit 2-3 mal der Betriebsspannung. R3 kann im Zweifel ganz wegfallen. Er klaut von der Spannung für K1 und wenn er für Dauerstrom T1 und T2 auf bemessen würde, wäre das so viel, das K1 nicht mehr richtig schalten könnte. Dimensioniert man ihn kleiner, wird der Kurzschlussstrom zu groß....ok, man könnte T1 und T2 entsprechend stark dimensionieren und indirekt durch die Basiswiderstände R1 und R2 eine zusätzliche Strombegrenzung durch T1 und T2 machen, aber auch in diesem Falle müsste man für eine adäquate Kühlung von T1, T2 und R3 sorgen.... R3 ist also nur dazu da, um die Aplitude der Stromspitzen (z.B. für EMV) klein zu halten. Alternativ könnte man R3 auch größer machen, wenn man einen sehr großen Kondensator vom Emitter von T1 nach Masse vorsehen würde. Der kann dann langsam über R3 volllaufen, und beim Einschalten würde die Schaltung dann kurzfristig aus diesem Kondensator versorgt. Aber wenn das ganze zu oft schnell hin und her flattert, wird er nicht mehr richtig voll, weil während der Einschaltvorgänge mehr Ladung abgezogen wird als nachfliessen kann, und das Relais schaltet nicht mehr richtig. Ausserdem müssten für einen "Dauerfehler" T1 und T2 dann immer noch den Pulskurzschlussstrom aus diesem Kondensator und bei T2 noch plus dem Strom aus dem Relais schlucken können, und natürlich den durch R3 begrenzten Dauerstrom. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
Bernd Wiebus schrieb: Nachtrag: Statt der beiden Transistoren T1 und T2 kannst Du natürlich auch irgendeinen passenden Treiber mit Totempfahlausgangsstufe nehmen, wenn es gerade passt. Ausserdem invertiert die oben angegebene Stufe, was je nach Situation aber angenehm oder störend ist. Auf jeden fall sollte man kurz einmal darüber nachdenken, was das für Konsequenzen hat. Spontan würde mir als explizites Treiberstufen IC MIC4421 (invertierend) und MIC4422 (nicht invertierend) einfallen. Aber für ein Relais brauchst Du den fetten Strom natürlich eigentlich nicht. Dafür ist aber der Schmidt-Trigger im Eingang nett, je nach Anwendung..... Trozdem geht es ein paar Nummern kleiner und billiger eben auch noch. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
Reinhard Kern schrieb: > nimm einfach einen passenden VDR. Bei mir hängen die TQ2SA-L2 5V Relais (nur eine Wicklung benutzt) über einen 220uF ELKO direkt am ATMega168 Port ohne weitere Schutzmaßnahmen. Gruß Anja
Angehängte Dateien:
-
TQ2SA_L2.PNG
18 KB
Hallo, anbei die Simulation hierzu. Der ATMega wurde als Spannungsquelle mit RI = 30 Ohm angenähert. Wer es nachsimulieren will: L1 hat noch einen Serienwiderstand von 178 Ohm. Also ich sehe keine Notwendigkeit für irgendwelche Schutzdioden. Gruß Anja
@ Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite > BistabilesRelays.pdf | anzeigen jaja, die übliche, schnell hingeschmierte, nicht durchdachte Schaltung. Gibt ja noch nicht genügend von sowas im Internet. Viel Spass beim praktischen Betrieb bei zwei direkt verbundenen Emitterschaltungen. Renaissance des Querstroms. >Interessant wäre eine Schaltung, die OHNE die Diode auskäme.... Wirklich? Weil die 5 Cent einspart? >Zum Abschalten muss nun T1 sperren und T2 leiten. Das mach mal mit deiner Schaltung. Hoffentlich ist die Schaltzeit sehr klein. Und make before break kommt immer gut, gerade bei Leistungsstufen. >Auch sollten T1 und T2 NIE gemeinsam durchgeschaltet sein, was hier >teilweise dadurch sichergestellt ist, das T1 ein PNP und T2 ein NPN HAHA! >Elektrolytkondensator an, mit einer Spannungsfestigkeit 2-3 mal der >Betriebsspannung. So eine Mädchendimensionierung macht man nicht mal bei Tantalkondensatoren, schweige denn bei Aluminiumelekos. 20-50% größere Nennspannung als Betriebsspannung reicht vollkommen aus. >durch die Basiswiderstände R1 und R2 eine zusätzliche Strombegrenzung >durch T1 und T2 machen, aber auch in diesem Falle müsste man für eine >adäquate Kühlung von T1, T2 und R3 sorgen.... Die Schaltung ist schlicht und ergreifen MÜLL!!! Nicht mal als Prinzipschaltung in einem Lehrbuch brauchbar. Wenn man die Transistoren wenigsten vertauschen würde und einen komplementären Emitterfolger draus machen würde, dann ginge es. Ein Satz mit X . . . .
Falk Brunner schrieb: Hallo Falk Brunner. > jaja, die übliche, schnell hingeschmierte, nicht durchdachte Schaltung. > Gibt ja noch nicht genügend von sowas im Internet. Viel Spass beim > praktischen Betrieb bei zwei direkt verbundenen Emitterschaltungen. > Renaissance des Querstroms. Richtig, toll ist sie wirklich nicht. wegen des Querstromes bzw. weil man zum richtigen Sperren ziemlich dicht an das Versorgungsspannungs bzw. Massepotential heran muss. Der von Dir erwähnte komlementären Emitterfolger wären dann so wie im Anhang "BistabilesRelaysKomplementaererEmitterfolger.pdf. T1 und T2 sind einfach vertauscht, und die Schaltung ist damit auch nichtinvertierend. Das Grundproblem bleibt: Um gut zu funktionieren muss man mit der Ansteuerung sehr dicht an die Versorgungsspannungs bzw. das Massepotential heran. Das Problem des Querstroms ist deutlich kleiner, dafür machen jetzt u.U. die Transistoren nicht mehr richtig auf, d.h. dem Relais könnte Spannung fehlen. >>Zum Abschalten muss nun T1 sperren und T2 leiten. > Das mach mal mit deiner Schaltung. Hoffentlich ist die Schaltzeit sehr > klein. Und make before break kommt immer gut, gerade bei > Leistungsstufen. Aus einem Logik-IC heraus angesteuert sollten die kurz genug sein, damit das Schalten schnell genug passiert. Das Problem ist eher, mit einem Logik-IC dicht genug an die Versorgungsspannung bzw. Masse heranzukommen, damit der zugehörige Transistor auch wirklich sperrt. Zusätzliche Dioden in den Kollektor Leitungen von T1 und T2 könnten dabei helfen. R3 könnte, aufgeteilt in den Kollektoren von T1 und T2, das Problem ebenfalls entschärfen. > Die Schaltung ist schlicht und ergreifen MÜLL!!! Nicht mal als > Prinzipschaltung in einem Lehrbuch brauchbar. > Wenn man die Transistoren wenigsten vertauschen würde und einen > komplementären Emitterfolger draus machen würde, dann ginge es. > > Ein Satz mit X . . . . Lehrbücher verbreiten dafür gern die "Totempole" Schaltung. Siehe Anhang "BistabilesRelaysInverterTotemPole.pdf". Allerdings benötigt auch das primitiv Beispiel schon wieder mindestens eine Diode, einen Transistor und einen Widerstand mehr. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
@ Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite >nichtinvertierend. Das Grundproblem bleibt: Um gut zu funktionieren muss >man mit der Ansteuerung sehr dicht an die Versorgungsspannungs bzw. das >Massepotential heran. Jede CMOS-Ausgangsstufe macht das, wenn sie entsprechend ihrem Aufbau nicht überlastet wird. > Das Problem des Querstroms ist deutlich kleiner, Nein, es ist NULL! Versuch mal einen Querstrom zu erzeugen. >dafür machen jetzt u.U. die Transistoren nicht mehr richtig auf, d.h. >dem Relais könnte Spannung fehlen. 0,7V U_BE.
Falk Brunner schrieb: Hallo Falk. >>nichtinvertierend. Das Grundproblem bleibt: Um gut zu funktionieren muss >>man mit der Ansteuerung sehr dicht an die Versorgungsspannungs bzw. das >>Massepotential heran. > Jede CMOS-Ausgangsstufe macht das, wenn sie entsprechend ihrem Aufbau > nicht überlastet wird. Ja. Aber bei Opencollector kann es je nach Widerstand und Last anders sein (runter ist kein Thema, aber rauf schon). Wenn Du noch andere Logiktypen hast, oder das Schaltsignal irgendwo aus der Schaltung ableiten willst, kann es noch kritischer aussehen. > >> Das Problem des Querstroms ist deutlich kleiner, > > Nein, es ist NULL! Versuch mal einen Querstrom zu erzeugen. > Stell Dir zusätzliche Kapazitäten an den Basen vor.....manchmal braucht man die zum Entstören. Dadurch wird das ganze träge, und es gibt eine Überlappung. Ausserdem werden Opencollector z.b. Schaltungen langsam, wenn sie sich dem Ausgangspegel oben nähern (Kondensator volllaufen). >>dafür machen jetzt u.U. die Transistoren nicht mehr richtig auf, d.h. >>dem Relais könnte Spannung fehlen. > > 0,7V U_BE. Genau die. TTL kommt z.B. nicht so weit runter. Und siehe oben. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
Eine andere Idee, um Relais schonend zu schalten, ist, die Schaltflanke sehr flach zu machen. Nanosekunden oder Mikrosekunden spielen beim Relais sowieso keine Rolle. Sowas sah ich in einer Zündspulenschaltung, wenn man da keinen Hochspannungstransistor mit 1,7kV zur Verfügung hat, oder dieser sehr schwer beschaffbar ist. Dann legt man die Abschaltflanke so aus, daß die Induktion des Relais den Transistor nicht killt. Geht ganz simpel, mit RC-Glied an der Basis. Allerdings erreicht man damit keinen so guten Zündfunken. Früher hatte man für Relaisschaltwerke noch gar keine Halbleiter zur Verfügung. Relais hatten auch mal eine Kurzschlußwicklung, was einfach nur eine isolierte Kupferfolie (etwa wie Haushalts-Alufolie) auf den Spulenträger gewickelt ist. Das war aber eher zur Abschaltverzögerung gedacht. Unter Umständen hilft auch einfach nur ein Widerstand parallel zur Relaisspule, um die Abschaltung auch nur zu dämpfen. Ein bistabiles Relais setzt man ja nicht unter Dauerstrom, so daß ein Widerstand, der niederohmig genug ist, die Spannung auch nicht zu sehr ansteigen läßt.
Blöde Idee: Mit einem weiteren Relais die Schutzdiode umpolen ... :-D Gruß Jobst
Vielleicht interessiert einen meine Theorie: Betrachte die Spule als Lautsprecher und bastele dazu ein sogenanntes Boucherot-Glied. Damit hat man dann maximale Dämpfung, weil das Gebilde dann nur noch einen Realanteil besitzt und diesen über einen weiten Frequenzbereich. Für die Auslegung brauch man RL und L der Relaispule. Sind beide leicht meßbar. Dann gilt: R=RL und Betrag(XC)=Betrag(XL) Für die Frequenz hat Falk den richtigen Weg gezeigt, also f=1(2*ton). ton hier die Anzugszeit. Die Abfallzeit kann man ja nicht direkt messen, wie man obig lernte. Der Bedämpfungskreis besteht aus R und in Reihe C parallel zur Spulenwicklung. Wenn meine Theorie stimmt, sollte das optimal sein. Kann ja mal jemand mit SPICE nachprüfen.
Abdul K. schrieb: > Für die Auslegung brauch man RL und L der Relaispule. Sind beide leicht > meßbar. Dann gilt: Nicht ganz: Der Anker bewegt sich -> die Induktivität ist variabel. Gruß Anja
Diese Kleinigkeiten habe ich mal weggelassen. In meiner Ausbildung haben wir zwar Relais bis zum Abwinken gehabt, aber wie man sowas auslegt, daß wußten auch die Ausbilder anscheinend nicht. Damals hat das auch keinen wirklich interessiert. Der sichere Haltestrom ist typisch auch nur die Hälfte.
Salut zusammen Vielen Dank für die zahlreichen und z.T. sehr ausführlichen Antworten. Ich habe nun mal einige Supressordioden in meinen Einkaufswagen gelegt. Kann nicht schaden, sowas im Baukasten zu haben :) Wie ich sehe gibt es mehrere Ansätze, dem Problem zu begegnen. Solche die mit Widerständen und Kondensatoren arbeiten, werde ich bei Gelegenheit mal in Yenka nachbauen, um Simulationen durch zu führen. Für meine Schaltung werde ich so schnell etwas passendes finden, denke ich. Denn sie muss nicht in Nanosekunden schalten oder so. Es sollte einfach nichts in die Luft fliegen ;) Gruss Hitsuji
Hallo Hitsuji, wenn es ein normales bistabiles Relais mit einer Spule ist( z.B. http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/504345-da-01-de-PRINTRELAIS_PE014F03_1415390_1.pdf ), dann braucht es zwei Push-Pull-Tri-State Ausgangstufen die diese Spule ansteuern. Meist haben diese Ausgangsstufen die Schutzdioden schon drin, wie z.B. der iC-DX (http://ichaus.biz/product/iC-DX) oder iC-JX. Hier gibt es auch einige Applikationen für die Ansteuerung von 24V, Relais oder auch Laserdioden: http://ichaus.biz/wp1_mikrocontroller . Die zwei Ausgangstufen für die Spule werden dann inverse angesteuert. Eine schaltet die Spulenspannung durch und die andere PP-Stufe Masse. In die andere Richtung umgekehrt. Nach der Aktivierungszeit können dann beide Stufen inaktiv(hochohmig) geschaltet werden. Gruss h44
@ Horst H. (horst_h44) >http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/50... >), dann braucht es zwei Push-Pull-Tri-State Ausgangstufen die diese >Spule ansteuern. Jain. Es reichen zwei Push-Pull Stufen, Tristate müssen die nicht können. >Eine schaltet die Spulenspannung durch und die andere PP-Stufe Masse. In >die andere Richtung umgekehrt. Nach der Aktivierungszeit können dann >beide Stufen inaktiv(hochohmig) geschaltet werden. Wozu? Wenn beide auf LOW oder HIGH liegen ist die Brückenspannung Null.
Hitsuji schrieb: > Zur Beantwortung der folgenden Frage habe ich bereits einige Zeit mit > Google verbracht, ohne befriedigende Resultate erzielen zu können. Schlage vor, das nächste Mal mehr Zeit mit Tante Charlotte zu verbringen. Brachte bisher immer befriedigte Resultate.
Ich verstehe nicht, wo das Problem liegt. Bisher hat es bei mir mit 2 Zenerdioden gegeneinander immer gut funktioniert. J.
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