Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Relais direkt an µC anschließen - Widerstand notwendig?


von Frank S. (hobbyist)


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Hallo zusammen,

ich möchte dieses Relais an einen ATtiny anschließen:

http://www.reichelt.de/Miniaturrelais/G6K-2F-5V/3/index.html?&ACTION=3&LA=5&ARTICLE=28337&GROUPID=3292&artnr=G6K-2F+5V

Muss zwischen das Gerät und den Pin ein Widerstand - und falls ja, 
welchen Wert sollte er haben und wieso macht man das?

Dass eine Diode parallel zum Relais geschaltet werden muss, habe ich 
bereits gelesen.

Frank

von Stefan F. (Gast)


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Da das Relais für 5V ausgelegt ist und der Mikrocontroller wohl kaum 
viel mehr Versorgungsspannung haben wäre ein Widerstand fehl am Platz.

Mach Dir eher mal Gedanken über die Stromstärke.

5V / 230 Ohm = 21mA

Das könnte gerade so klappen. Die meisten anderen 5V Relais brauchen 
viel mehr Strom, und benötigen daher einen Transistor.

von Frank S. (hobbyist)


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Ja, der geringe Strombedarf im aktivierten Zustand war einer der Gründe 
für das Relais, da ich damit den Transistor umgehen kann. Das heißt 
also, dass ich das Relais direkt an den µC anschließen kann, da jeder 
I/O Pin 40mA liefert.

von Hubert G. (hubertg)


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Dieses Relais wäre besser geeignet und hat die Freilaufdiode bereits 
integriert:
http://www.reichelt.de/Miniaturrelais/G6K-2F-5V/3/index.html?ACTION=3;ARTICLE=27651;SEARCH=DIP%207212-D%205V

von oszi40 (Gast)


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Frank Saner schrieb:
> dieses Relais

    Ausführung
        Ausführung
        2x Wechsler

    Elektrische Werte
        Schaltspannung
        125 V AC / 60 V DC
        Voltage DC
        5 V=
        Innenwiderstand (Ri)
        237 Ohm
        Max. Schaltstrom
        1 A
        Leistungsaufnahme (Betrieb)
        0,1 W


Der klügere Weg ist immer ein Transistor dazwischen. Der ist schneller 
ausgetauscht im Störfall. Beitrag "Mini-Relais ohne Transistor"
Außerdem sollte man wissen WAS man schaltet. 1A ist nicht viel.

von F. F. (foldi)


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oszi40 schrieb:
> Der klügere Weg ist immer ein Transistor dazwischen. Der ist schneller
> ausgetauscht im Störfall. Beitrag "Mini-Relais ohne Transistor"
> Außerdem sollte man wissen WAS man schaltet. 1A ist nicht viel.

Wenn es nicht um die galvanische Trennung geht, dann kann das eine 
Transe schon allein leisten.

Aber um den Strom nochmal zu senken, kann der TO den Haltestrom per PWM 
tief halten.

von Frank S. (hobbyist)


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Es soll eine Steuerleitung geschaltet werden, also nichts wildes. Mein 
Problem ist nur, dass an der anderen Seite entweder das Signal oder 
Masse anliegen soll. Daher habe ich gedacht ein Wechsler wäre genau das 
richtige. Der legt entweder das Steuersignal oder die Masse an.

von F. F. (foldi)


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Ne mach mal so wie du dachtest, aber vergiss die Diode nicht.
Wenn sie nicht (auch) dazu da wären, würde man sie wohl so nicht bauen.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Frank Saner schrieb:
> Es soll eine Steuerleitung geschaltet werden, also nichts wildes.

Na, dann eignet sich doch vielleicht ein Optokoppler?

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Bedenke bitte auch, der der Pin des Tiny bei z.B. 10mA nicht mehr 5V 
liefert (source), sondern nur noch 4,3V und bei low (sink) sind es 0,6V 
statt 0. Bei 20mA sind es noch etwas weniger. Das kann dann schon mal 
dazu führen, das das Relais nicht richtig schliesst.

von m.n. (Gast)


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Matthias Sch. schrieb:
> Bedenke bitte auch, der der Pin des Tiny bei z.B. 10mA nicht mehr 5V
> liefert (source), sondern nur noch 4,3V und bei low (sink) sind es 0,6V
> statt 0. Bei 20mA sind es noch etwas weniger. Das kann dann schon mal
> dazu führen, das das Relais nicht richtig schliesst.

Ich weiß ja nicht, welche Datenblätter Du gelesen hast, aber der 
ATtiny85 zum Beispiel hat geringere Spannungsabfälle und das 5 V Relais 
muß ab 3,75 V anziehen. Alles also kein Problem.

Wolfgang schrieb:
> Na, dann eignet sich doch vielleicht ein Optokoppler?

Wozu? ein Relais ist doch eine gute Lösung.

von F. F. (foldi)


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Also ich habe auch schon mit solchen Relais direkt geschaltet, kein 
Problem.

von Wolfgang (Gast)


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m.n. schrieb:
> Wozu? ein Relais ist doch eine gute Lösung.

Das dachte man bei Computern auch mal, aber die Welt entwickelt sich 
bekanntlich weiter.
https://www.youtube.com/watch?v=dmHdoSUgexI

von S. Landolt (Gast)


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'Ein Jegliches hat seine Zeit' - die des Relais aber ist noch lange 
nicht vorüber: bewährt, einfach, zuverlässig.
Wie würde denn die Alternative zu der simplen Kombination Relais&Diode 
aussehen?

von Frank S. (hobbyist)


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Ich werde es also wie geplant umsetzen. Das Relais kommt direkt an den 
Pin und bekommt eine Freilaufdiode.

Frank

von c-hater (Gast)


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Frank Saner schrieb:

> Muss zwischen das Gerät und den Pin ein Widerstand

Nein, ist nicht zwingend erforderlich, kann aber gemacht werden.

> und falls ja,
> welchen Wert sollte er haben

Das DB des Relais garantiert, dass es spätestens bei 80% der 
Nennspannung einschaltet (also bei 4V) und es gibt den DC-Widerstand des 
Relais mit 237Ohm an.
Das Datenblatt des µC wiederum liefert eine Kurve zur Abhängigkeit von 
Ausgangsstrom und Ausgangsspannung eines Pins, z.B. (wahllos 
herausgegriffen) beim ATiny2313 auf Seite 197 das Diagramm 108. Außerdem 
auch noch den (kurzzeitig) maximal zulässigen Strom durch den Pin mit 
40mA. Diesen Wert sollte man aus Gründen der Zuverlässigkeit für 
Dauerbelastung erstmal halbieren, also 20mA als Grenze nehmen.

Nun muß man nur noch ein wenig rechnen und im Diagramm nachschlagen und 
bekommt raus, dass die Randbedingungen in der Situation ohne 
zusätzlichen Widerstand eingehalten werden, denn dann ergibt sich über 
das Relais eine Spannung von ca. 4,6V und es fließt ein Strom von ca. 
19,4mA. Beides ist OK, sowohl das Relais schaltet sicher ein als auch 
der Strom durch den Pin ist unbedenklich.

Dann spielt man das gleiche mit einem zusätzlichen Widerstand durch, den 
man solange vergrößert, wie die garantierte Einschaltspannung des Relais 
noch erreicht wird. Man kommt dann zu dem Ergebnis, dass das bis zum 
Normwert von 33Ohm der Fall ist. Die Spannung über das Relais beträgt 
dann ca. 4,05V und es fließen ca. 17,1mA.

Aus dem Diagramm kann man außerdem noch entnehmen, daß die Pin-Kennlinie 
temperaturabhängig ist (deswegen enthält es nämlich drei Kurven statt 
nur einer) und man erkennt die Tendenz dieser Abhängigkeit. Je höher die 
zu erwartenden Umgebungstemperaturen sind, desto kleiner wählt man den 
Vorwiderstand.

Ich würde wohl letztlich 22Ohm nehmen.

> und wieso macht man das?

Im Wesentlichen zur Reduktion der EMV-Abstrahlungen. Das ist ganz 
besonders dann sehr nützlich, wenn man vorhat, den mittleren Haltestrom 
des Relais durch PWM-Betrieb zu reduzieren, was wirklich massiv Energie 
sparen kann und es auch möglich macht, mehr Relais an einem µC zu 
betreiben, weil die durch den maximalen Gesamtstrom durch den µC 
vorgegebenen Grenzen dadurch deutlich ausgeweitet werden.

von F. F. (foldi)


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Frank Saner schrieb:
> Ich werde es also wie geplant umsetzen. Das Relais kommt direkt an den
> Pin und bekommt eine Freilaufdiode.
>
> Frank

Gut so!
Da ich immer alles genau wissen will, habe ich auch immer alles getestet 
und mal mit einem Tiny einen Test gemacht. 42mA über 24 Stunden. Hat er 
schadlos überstanden.

c-hater hat natürlich recht, du darfst den Gesamtstrom von 200mA nicht 
aus den Augen verlieren (wenn wir hier über einen Atmel sprechen)

: Bearbeitet durch User
von m.n. (Gast)


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Wolfgang schrieb:
> m.n. schrieb:
>> Wozu? ein Relais ist doch eine gute Lösung.
>
> Das dachte man bei Computern auch mal, aber die Welt entwickelt sich
> bekanntlich weiter.

Na gut. Dann zeig mir mal Deinen Optokoppler-Wechsler für bipolaren 
Betrieb mit Durchgangswiderstand im Milliohm-Bereich und 125 VAC max. 
Schaltspannung.

von Frank S. (hobbyist)


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Vielen Dank nochmal für die zum Teil sehr ausführlichen Erläuterungen 
auf meine für euch sicherlich trivialen Fragen. Von euch kann man 
wirklich viel lernen.

Der Vorteil des Forums ist, dass ich das alles auch in Zukunft von 
überall noch einmal "nachschlagen" kann, wenn es um eine gleich 
gelagerte Problemstellung geht :)

Fachwissen-to-go sozusagen :)

Frank

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


Angehängte Dateien:

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m.n. schrieb:
> Ich weiß ja nicht, welche Datenblätter Du gelesen hast, aber der
> ATtiny85 zum Beispiel hat geringere Spannungsabfälle und das 5 V Relais
> muß ab 3,75 V anziehen.

ATTiny25/45/85 Datenblatt von 04/2011, Seite 166, Tabelle 21-1. Da steht 
das alles. Im Datenblatt steht das Worst Case, mit dem man eben auch 
rechnen sollte.

: Bearbeitet durch User
von S. Landolt (Gast)


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Da es offenbar um ein Einzelprojekt im Hobbybereich geht, ließe sich das 
ja am Objekt ausmessen.

Beispielsweise messe ich an einem ATtiny461 bei Vcc= 5.0 V:

0 gegen Vcc: 0.19 V bei 10 mA
             0.27 V bei 14 mA
             0.39 V bei 20 mA

1 gegen GND: 4.75 V bei 10 mA
             4.65 V bei 14 mA
             4.50 V bei 20 mA

Interessanterweise sind die Werte bei einem ATtiny85 fast gleich.
Zumindest diese beiden Tinies würden also das Relais problemlos 
schalten.

von Wolfgang (Gast)


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m.n. schrieb:
> Dann zeig mir mal Deinen Optokoppler-Wechsler für bipolaren
> Betrieb mit Durchgangswiderstand im Milliohm-Bereich und 125 VAC max.
> Schaltspannung.

Woher weißt du, dass das besagte Steuersignal 125VAC hat und derart 
niedrige Durchgangswiderstände erfordert?

S. Landolt schrieb:
> Interessanterweise sind die Werte bei einem ATtiny85 fast gleich.

Da wird Atmel wohl nicht zwei Mal über das Design der Ausgangsstufe 
nachgedacht haben.

von S. Landolt (Gast)


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> Da wird Atmel wohl nicht zwei Mal über das Design der Ausgangsstufe
> nachgedacht haben.

Nun ja, offenbar lässt das Design einen größeren Spielraum zu, sonst 
hätte Atmel nicht solche worst-case-Werte wie von Matthias Sch. zitiert 
angegeben. Und das Messen an einem ATtiny2313 überlasse ich jemand 
anderem, vermute aber, dass die Werte da anders aussehen.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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S. Landolt schrieb:
> Nun ja, offenbar lässt das Design einen größeren Spielraum zu

Das tut es bei Atmel öfter, denn Atmel lässt viele Chips in 
verschiedenen Fabs bauen, die auch mal angemietet werden. Mögl. 
unterscheiden sich da Reinheitsgrade und Prozesse (da bin ich 
überfragt). Aber man kann sich den Spass ja mal machen und MCs aus 
verschiedenen Quellen und Typen darauf prüfen.
Als etwas konservativer Entwickler nähe ich meistens nicht auf Kante und 
wollte es auch nur mal erwähnt haben. Wird hier schon klappen, vor allem 
wenn das Relais auch bei 4V sicher anzieht.

von m.n. (Gast)


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Matthias Sch. schrieb:
> ATTiny25/45/85 Datenblatt von 04/2011, Seite 166, Tabelle 21-1. Da steht
> das alles. Im Datenblatt steht das Worst Case, mit dem man eben auch
> rechnen sollte.

Sieh Dir die typischen Kurven im nächsten Abschnitt an. Diese geben mehr 
Aufschluß darüber, was man erwarten kann. Diese Kurven zeigen zudem, wie 
sich die Ausgänge über Temperatur und Versorgungsspannung verhalten. Dem 
fast linearen Verlauf ist zu entnehmen, daß im mA-Bereich der 
Ausgangswiderstand mit grob 20-30 Ohm recht konstant ist.
Mit ein wenig Erfahrung mit den AVRs findet man diese Angaben im 
praktischen Aufbau gut bestätigt.

Wer auf 'worst case' für Einzelstücke getrimmt ist, kann diese 
Informationen freilich nicht nutzen. Insbesondere auch die nachfolgenden 
Kurven, die das Schaltverhalten der Eingänge samt Hysterese beschreiben. 
An keiner anderen Stelle im Datenblatt findet man sonst diese konkreten 
Angaben und kann folglich die schönen Schmitttrigger-Eingänge nicht 
nutzen.

S. Landolt schrieb:
> Da es offenbar um ein Einzelprojekt im Hobbybereich geht, ließe sich das
> ja am Objekt ausmessen.

Genau so!

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