2 Treiberschaltungen mit einer Versorgungsspannung

[Andora (Gast)]

Hallo,
(vorneweg: bin Anfänger, also seid gnädig mit mir)

Ich will 2 elektrische-pneumatik-ventile programiert steuern.
Dazu benutze ich erstmal einen Raspberry-B mit dem PiFace draufgesteckt.
Wenn ich ein OUT-Port einschalte bekomme ich 4,4V mit max. 1A.
Die Ventile brauchen min. 24v & 200mA.

Also habe ich eine einfache Treiberschaltung gemacht um eine 2te 
Spannungsquelle(LaborNetzgerät) mit Hilfe eines Transistors(BC337-25) zu 
schalten.
Mit dem PiFace schalte ich die Basis-Emitter-Spannung von 0 auf 4,4V.
Auf der Collector Seite habe ich das Ventil zwischen geschaltet.
Das Netzgerät liefert 24V begränzt auf 200mA und liegt an (-)Emitter und 
(+)Collector.

Das funktioniert auch ganz gut mit einem Ventil.

Ich möchte mit der gleichen Spannungsquelle ein zweites Ventil SEPARAT, 
sprich unabhängig vom ersten Ventil, steuern.

Wenn ich das mit einer 2ten Treiberschaltung die über einen 2ten 
OUT-Port des PiFace getriggert wird versuche, führt es leider dazu das 
jedesmal beide Ventile gleichzeitig ein- und aus-geschaltet werden.

Was mach ich falsch?
Gibt es eine bessere Methode das zu machen?(Alternative zu 
Transistorschaltung)

Danke & Gruß,
Adrian

[Harald W. (wilhelms)]

Andora schrieb:

> Was mach ich falsch?

Zeig mal Deinen Schalplan. Ohne einen solchen kann man Deine Frage
nicht beantworten.
Gruss
Harald

[Jörg E. (jackfritt)]

Harald Wilhelms schrieb:
> Andora schrieb:
>
>> Was mach ich falsch?
>
> Zeig mal Deinen Schalplan.

Sinma hier aufm Bau ;)? SCNR

Aber Harald hat recht ohne den Schaltplan wird das nix.

[Andora (Gast)]

Hallo,

hier ein Schaltplan dazu.
Hab statt Ventil eine Glühbirne als Verbraucher verwendet.
Simulation verhält sich wie mein Versuchsaufbau:
Egal welchen der beiden Schalter ich schließe
führt es dazu dass beide Lampen leuchten.

Ich will aber dass jeder Schalter nur seine eigene Lampe anschaltet.

An der 5V Spannungsquelle und die Art wie die Schalter dran konziepiert 
sind
kann ich gerade nicht viel ändern. Das PiFace ist einfach so gestrickt.

Zusätzlich möchte ich aber mit nur einer 24V Spannungsquelle auskommen, 
unabhängig davon wieviele Verbraucher ich Ein/Aus-schalte.
Möchte es also vermeiden je Verbraucher eine eigene Spannungsquelle 
bereitstellen zu müssen.

Danke & Gruß,
Adrian

[ikeban (Gast)]

Hmm - sehr kreativ, aber wenn, dann solltest du an der Basis des 
Transistors schalten.

Warum verwendest du nicht die beiden Relais direkt? Da fehlt nur noch 
eine Freilaufdiode an den Ventilen.

24V --- Relkontakt -+- Ventil -+-- GND
                    |----|<----|

http://www.piface.org.uk/products/piface_digital/

[Andora B. (andora)]

Hallo,

Betr. Schalten an der Basis des Transistors:
Ja hätte ich auch so gedacht, aber das PiFace schaltet eben auf Masse.
Um es kurz zu machen, ich hab offensichtlich die angedachte 
Verwendungsweise der Output-Ports nicht vollständig verstanden 
verstanden. Das angehängte Bild PiFaceOutputPorts.png zeigt die Variante 
5V--Bulb--OUT7. Weiter unten hab ich eine Beschreibung gefunden die 
besagt das man hier bis zu 50V & 500mA dran hängen kann.
Meine Schaltung ging nur von der anderen Möglichkeit aus:
5V-Port---LED---Wiederstand---OUT6

Betr. Relais benutzen:
Ja, hast im Prinzip recht.
Ich muss am Ende ~30 Ventile steuern.
Aus dem querlesen der Materie hab ich verstanden,
das Tranistorschaltungen in der Masse letztlich praktikabler, leiser und 
günstiger sind.
Ich vermute das ich sogar damit falsch liege.
MOSFET & Operationsverstärker scheinen mir weitere Kandidaten.

Ich hab gerade auch nochmal das Manual zum PiFace gelesen und verstehe 
die Output Ports etw. besser.
Offenbar machen die schon das was ich will:
Siehe Schaltbild & diese Erklärung:

Darlington Transistors

There is another chip on the Pi Face, an array of Darlington Transistors: ULN2803A. The rationale for this chip is that it is more flexible in terms of possible current/voltage characteristics. The 23017 operates on a voltage between 1.8 and 5.5V and the GPIO pins can't drive more than 25 mA. These are quite limiting in the real world, so the 2803a gives us some additional flexibility.

Each of the Pin Outs on the screw-rails of the PiFace can be driven by a voltage of up to 50V and current of 500 mA because of the Darlington Transistors. Electrically, this is done by giving attaching each Darlington transistor pair emitter to ground, and exposing the collector to the output pin. When the base of the transistor is switched on, the darlington pair allows current from the output pin to be grounded through the array.

50V & 500mA denke ich sollten für die meisten Sachen reichen. Für die 
Ventile sollte das auf jeden Fall reichen.

Ich leite aus dem Ganzen das die Antwort auf meine Frage: ULN2803A 
heißt.

Was ich leider noch nicht verstehe ist wie meine Schaltung jetzt 
aussehen soll. Zumindest funktioniert mein erster Versuch nicht.
Siehe Bild PiFaceOutPort24V.jpg
So interpretiere ich das linke Beispiel aus dem Bild 
PiFaceOutputPorts.png
Kann mir aber irgendwie nicht vorstellen das es so funktionieren soll.
Wo soll denn die Masse des Netzgerätes den hin?

Ist vermutlich ein absoluter Anfänger fehler.
Aber bitte...
..die 5 Minuten gönn ich mir.

Kann mir da jemand bei den letzten 5Meter auf der Zielgerade helfen?

Danke & Gruß,
Adrian

[ikeban (Gast)]

Wenn du den ULN2803A mit höherer Spannung benutzen möchtest, mußt du JP4 
unbedingt entfernen, da sonst eine Verbindung zu deinen 5V besteht.

24V --+-- Last -+-- Portklemme
      |         |
      +---|<----+
        (extern)

GND deiner 24V müssen mit GND der 5V Versorgung verbunden werden.

Evtl. kann man auch die internen Dioden des ULN nutzen. Da kein 
brauchbarer Schaltplan von dem Teil existiert, solltest erstmal bei 
entferntem JP4 messen und die Ergebnisse hier posten. Auch ein Bild 
(Ober- und Unterseite) des piface ist nützlich, um die Leiterbahnen 
verfolgen zu können.

Widerstand
JP4/1 und Klemme 5V
JP4/2 und Klemme 5V

Diodentest
Port1 und Klemme 5V
Klemme 5V und Port1

[Andora B. (andora)]

Hallo,

Danke für die Hinweise.
Erstmal die Bilder.

Noch einige Fragen zur Sicherheit:
Welche 5V Klemme meinst du genau?... die ganz links bei den OUT-Ports?
(Es gibt rechts neben den Relais nämlich noch eine 5V Klemme)


Das ist eine Diode oder?

      |         |
      +---|<----+
        (extern)

brauche ich das wenn ich keine induktive Last habe?

Danke & Gruß,
Adrian

[Andora B. (andora)]

Hier die Messergebnissen:

Widerstand
JP4/1 und Klemme 5V: 0 Ohm
JP4/2 und Klemme 5V: unendlich(>20 MOhm)

JP4/1 und Klemme GND: unendlich(>20 MOhm)
JP4/2 und Klemme GND: 3,72 MOhm


Diodentest
(-)Port1 und (+)Klemme 5V: 0
(-)Klemme 5V und (+)Port1: 175

Gruß,
Adrian

[Andora B. (andora)]

Hallo,

Aktuell scheint was zu funktionieren...
Und zwar ohne das mir alles um die Ohren fliegt.

Hab die Masse des Netzgerätes an die GND-Klemmen des PiFace 
angeschlossen.
Die Ventile brauchen übrigens 12V & 200mA (nicht 24V).

Ich habe 2 Angeschlossen mit einem 10 Ohm Vorwiederstand, dann war auch 
Iout~=200mA.
Was mich stutzig macht, weil laut R=U/I Rechnung ich eigentlich 60 Ohm 
bräuchte.
Gehe mal davon aus das mein Ventil 50 Ohm ausmacht?!?

Auf jedenfall schalten die Ventile jeweils wenn ich deren Output 
einschalte, und zwar unabhängig von einander.

Wenn ich beide Einschalte saugen sie gemeinsam wie erwartet 400mA.
Wenn die 500mA Grenze gilt, kann ich dan aber nur max. 2 Ventile mit 
einem Raspbi betreiben.

Ideal wäre 8 Output-Ports also 8 Ventile gleichzeitig EINgeschaltet.
Macht 1,6 A.

Und so komm ich dann wieder auf Stromverstärkende Transistoren, oder?
Seh ich das falsch oder wie krieg ich das gelöst?

Danke & Gruß,
Adrian

[Andora B. (andora)]

Laut diesem Artikel hier:
http://peregrineplanet.com/post/a-facefull-of-pi-working-with-pi-face
...soll jeder Output-Port 50V & 500mA vertragen.

Ich habs mit 4 Ventile getestet.
Man kann alle 4 einschalten.
Der Strom steigt auf 800mA und alles bleibt heile.

Gruß Adrian

[ikeban (Gast)]

Adrian Baetu schrieb:
> Welche 5V Klemme meinst du genau?... die ganz links bei den OUT-Ports?
Genau diese. Beziehen sich die Messungen darauf?

> brauche ich [die Diode] wenn ich keine induktive Last habe?
Ein Magnetventil ist eine induktive Last.

Adrian Baetu schrieb:
> Ideal wäre 8 Output-Ports also 8 Ventile gleichzeitig EINgeschaltet.
> Macht 1,6 A.
Der maximale Strom des ULN2803A liegt bei 2,5A. Das Problem ist die 
Chiptemperatur von max 150°C.
http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uln2803a.pdf

Bei Vcesat 1,3V (maximal @ 200mA)
0.2A * 1,3V * 8 = 2,08W * 73,14°C/W + 40°C = 192°C -> Kühlkörper 
unbedingt notwendig

aber auch bei 1,0V (typisch @ 200mA)
0.2A * 1,0V * 8 = 1,60W * 73,14°C/W + 40°C = 157°C -> naja

Also entweder dafür sorgen, dass niemals alle Ventile gleichzeitig AN 
sind oder andere Ventile oder doch externe Transistoren.

ps. Wenn du auch Port0 bzw. Port1 extern beschaltest, mußt du JP5 und 
JP6 ebenfalls entfernen, damit die Relais deaktiviert werden. Ansonsten 
kann das Board beschädigt werden. Es kann auch sein, dass das Relais die 
Messung beinflusst hat - also bitte nochmals messen.

[Andora B. (andora)]

Hallo,

vielen Dank.
Die Messungen wo 5V Klemme steht hab ich wohl mit der richtigen Klemme 
gemacht.

JP5&6 hatte ich erst nach der Messung raus gemacht.
Auch wenn es eher aus KISS Gründen passiert ist.

Genau genommen werden die Ventile immer nur stoßweise geöffnet, daher 
sind sie so gut wie immer ZU. Außerdem arbeiten sie paarweise 
entgegengesetzt.Daher wird der Worst Case nie eintreten und auch wenn, 
dann im millisekunden Bereich.
Eine Allu Kühlrippe hab ich wohl.
Die Berechnungsweise am praktischen Beispiel und der Hinweis das nicht 
aus den Augen zu verlieren hilft mir auf jedenfall ne menge. Danke 
nochmal.

Betr. DIODE:
Ich hab gerade nur Zener-Dioden zur Hand, macht das einen relevanten 
Unterschied, und wie berechne ich welche ich genau brauche?
Kann ich und werde ich mir auch zusammen lesen. Aber da wir gerade am 
praktischen Beispiel sind, würde mir das bestimmt weiter helfen.

Danke & Gruß,
Adrian

[ikeban (Gast)]

Ich hab einmal die Ausgangsstufe gemalt, so wie ich sie bisher 
verstanden hab.

                      +---|<-----R2---+
                      |  LED0         |
                      |      +--->|---+
Uext              P0  | JP5  |   D1   |    Uint
12V --+---RL---+--o---+-o  o-+---K0---+--o 5V
      |        |      |               |
      +---|<---+      |               |
          DX      P5V |        (1)(2) |
                  o---)------+--o  o--+
                      |      |  JP4
                      |  DU  |
                      +-->|--o
                      |     (10)
                      o (11)
                       /    ULN2803A
                      o (9)
                      |
                     GND

Diodentest
(-)P0 und (+)P5V: 0   -> sollte eigentlich 0L(Überlauf) sein
(-)P5V und (+)P0: 175 -> 175 mV? sind etwas wenig

Das deutet eher darauf hin, das JP4 nicht wie gezeichnet, sondern 
zwischen P5V und (10) sitzt, während P5V ständig mit 5V verbunden ist.
Was sagt denn eine Widerstandsmessung zwischen P5V und 5V?

Übrigens sind auch die LED gefährdet, denn die haben je nach Typ eine 
maximale Sperrspannung Ur von 5~12V. Bei einer externen Spannung von 12V 
kann das noch gutgehen, bei 50V ganz sicher nicht mehr. Durch den 
zusätzlichen Strom kann die Regelung deiner 5V-Versorgung versagen.

Du solltest den Port auf AUS schalten und, während du die Spannung über 
R2 misst, die externe Spannung langsam erhöhen. Wenn Ur2 anzusteigen 
beginnt, ist das das Zeichen für den Durchbruch. Externe Spannung (inkl. 
Abschaltspitzen) auf diesen Wert limitieren oder alle LED deaktivieren 
(R2-Rx auslöten, Leiterbahn unterbrechen o.ä.).

Andora B. schrieb:
> Ich hab gerade nur Zener-Dioden zur Hand
Direkt an der Last ist nur eine Kombination aus ZD und D möglich. Siehe
http://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern#Freilaufdiode

Wenn du ausschließlich Zenerdioden zur Hand hast, wäre diese Lösung 
angebracht:
"Eine andere Möglichkeit der Überspannungsbegrenzung für den Transistor 
ist eine Zener-Diode über die Kollektor-Emitter-Strecke"
In deinem Fall jeweils eine Zenerdiode mit 15V < Uz < 45V@200mA von der 
Portklemme nach GND. Die weitere Suche nach der internen Verbindung von 
(10) und auch der Einbau von DX wären damit unnötig.
Die Zenerdiode sorgt auch noch für schnelleres Abschalten im Vergleich 
zur einfachen Diode (je höher die Zenerspannung desto schneller).

[Andora B. (andora)]

Hallo,

bin wieder am Arbeiten, daher die verzögerung.
Wollte mich kurz bedanken.
Muss den Input erst verdauen.

Ich verstehe aber richtig dass ich parallel zu den Rest, die Zener-Diode 
in meinem Fall zw. P0 und GND legen soll?

Danke & Gruß,
Adrian