Stromversorgung für Raspberry im Auto

[Thomas (Gast)]

Hallo Ihr,

momentan plane ich eine Raspberry mit Volumio als Headless-Media-Player 
ins Auto zu stecken. Momentan bin ich daran eine vernünftige 
Stromversorgung zu planen.
Da ich ausbildungsbedingt die Grundlagen in Elektronik und 
Schaltungsaufbau zwar beherrsche, bei der Auslegung jedoch noch eher 
unsicher bin möchte ich hier vor dem Teile-Kauf nochmal um eine kurze 
Verifikation bitten.
Zuerst kurz zur geplanten Funktionalität der Einheit.
Im Ruhezustand ist das Relais (K1) geöffnet und der Spannungsregler ist 
von der Batterie getrennt.
Wird nun die Zündung aktiviert, wird die Spule des Relais mit Masse 
verbunden und der DC/DC Wandler(IC2) für den Raspberry wird mit 12V 
versorgt. Beim Boot aktiviert der RPi einen GPIO der bis zum 
erfolgreichen Shutdown HIGH bleibt. Dieser sorgt durch den Optokoppler 
(OK1C) dafür, dass die Stromversorgung bis zum erfolgreichen Shutdown 
erhalten bleibt.
Ebenfalls über einen Optokoppler (OK1D) wird bei aktivierter Zündung ein 
Pin des RPi gegen Ground gezogen. Ist dies nicht der Fall wird ein 
Shutdown eingeleitet.

Der Punkt an dem ich nun noch unsicher bin, ist ob der Schutz gegen 
Transienten und Überspannung in der Form ausreichend und korrekt 
funktionsfähig ist.
Eingesetzt wird dazu die Sicherung für die Leistungsversorgung, welche 
mit 3A ausgelegt wird, da für den RPi im Normalbetrieb 2A veranschlagt 
sind. Anschließend wird eine Schottky Diode für geringe Verlustleistung 
im Normalbetrieb und Verpolungsschutz im Fehlerfall eingesetzt. 
Schließlich noch eine Unipolare TVS Diode mit 15.2V Durchbruchspannung 
in Kombination mit den Eingangskondensatoren gegen Spannungsspitzen.

Vielen Dank schonmal für eure Antworten und freundliche Grüße
Thomas

[Waldemar Z. (waldemar_z)]

s. Bild

Kann D2 genug Strom in Vorwärtsrichtung leiten, dann kann D1 weggelassen 
werden.
C1 und C2 kann man auch weglassen, wenn der DC/DC-Wandler am 
Ein-/Ausgang Elkos hat.

[Manfred (Gast)]

Thomas schrieb:
> Da ich ausbildungsbedingt die Grundlagen in Elektronik und
> Schaltungsaufbau zwar beherrsche, bei der Auslegung jedoch noch eher
> unsicher bin
Strombedarf des Relais, Koppelfaktor der Optokoppler, Alterung dieser!

Nach meiner Einschätzung ist es eine schlechte Idee, das Relais direkt 
mit dem ILQ1 zu schalten. Entweder ein PhotoMOS-Relais oder einen 
zusätzlichen Transistor verwenden.

[Thomas (Gast)]

Waldemar Z. schrieb:
> Kann D2 genug Strom in Vorwärtsrichtung leiten, dann kann D1 weggelassen
> werden.
> C1 und C2 kann man auch weglassen, wenn der DC/DC-Wandler am
> Ein-/Ausgang Elkos hat.

Danke für die Rückmeldung. Allerding würde ich die Diode D2 lieber im 
Zuführungspfad belassen um einen Verpolungsschutz zu haben. Wären D1 und 
D2 parallel würden bei negativen Spannungen doch einfach beide leiten 
und bis zu ihrem oder dem Tod der Sicherung durchheizen oder?

Manfred schrieb:
> Strombedarf des Relais, Koppelfaktor der Optokoppler, Alterung dieser!
>
> Nach meiner Einschätzung ist es eine schlechte Idee, das Relais direkt
> mit dem ILQ1 zu schalten. Entweder ein PhotoMOS-Relais oder einen
> zusätzlichen Transistor verwenden.

Danke ebenfalls! Hatte leider vergessen zu erwähnen, dass ich den 
verwendeten Optokoppler nicht in der Eagle Bibliothek gefunden habe. 
Handelt sich dabei um den LTV845. Dieser hat eine 
Darlington-Ausgangsstufe mit 6 facher Stromverstärkung.
Im worst case benötige bei einem 12V Relais mit 700 Ohm Spule also einen 
LED-Strom von 3.5mA. Das sollte doch problemlos möglich sein oder habe 
ich da wo einen Denkfehler?
Ist der Koppelfaktor bei beidseitiger, idealerweise an dem Punkt ja 
schon entstörter Gleichspannung tatsächlich so zu beachten?

Vielen Dank euch und freundliche Grüße!

[Arthur (Gast)]

Thomas schrieb:
> Im worst case benötige bei einem 12V Relais mit 700 Ohm Spule also einen

Ich kenne in Fahrzeugen eigentlich nur Relais mit niedrigen Widerstand.
KFZ-Relais halt ...
Normale Relais sind wahrscheinlich nicht darauf ausgelegt, größere Stöße 
oder Beschleunigungen ab zu fangen.
Schaltschränke hüpfen ja nicht unbedingt durch Schlaglöcher.

Behalte das bitte im Hinterkopf, nicht das der Pi bei jedem Gullideckel 
neu bootet ...

[Thomas (Gast)]

Arthur schrieb:
> Thomas schrieb:
>> Im worst case benötige bei einem 12V Relais mit 700 Ohm Spule also einen
>
> Ich kenne in Fahrzeugen eigentlich nur Relais mit niedrigen Widerstand.
> KFZ-Relais halt ...
> Normale Relais sind wahrscheinlich nicht darauf ausgelegt, größere Stöße
> oder Beschleunigungen ab zu fangen.
> Schaltschränke hüpfen ja nicht unbedingt durch Schlaglöcher.
>
> Behalte das bitte im Hinterkopf, nicht das der Pi bei jedem Gullideckel
> neu bootet ...

Vielen Dank für den Einwand, das hatte ich tatsächlich nicht bedacht.
Würde ein "gewöhnliches" 12V-Print Relais nehmen. Laut Datenblatt ist 
das bis zu einer Belastung von 10 G und Schwingungen bis 3mm Amplitude 
funktionsfähig. Die meisten KFZ-Relais die ich entdeckt habe weisen da 
die selben oder sehr ähnliche Kenndaten auf. Ich denke da würde ich es 
auf einen Versuch ankommen lassen..

Danke und freundliche Grüße!

[Stefan F. (Gast)]

Das Relais benötigt eine Freilaufdiode, sonst gehen deine Optokoppler 
schnell kaputt.

Sicher hat es einen guten Grund, warum KFZ Relais stärkere Federn und 
Elektromagnete enthalten.

Deine 10G beziehen sich darauf, welche Kräfte das Relais zerstören 
würden. Du willst jedoch Fehlfunktion in Betrieb vermeiden. Daher:

1) Nimm KFZ Relais
2) Verstärke deine Optokoppler mit Transistoren
3) Füge eine Freilaufdiode hinzu

[Waldemar Z. (waldemar_z)]

> Allerding würde ich die Diode D2 lieber im Zuführungspfad belassen um einen 
Verpolungsschutz zu haben.
> Wären D1 und D2 parallel würden bei negativen Spannungen doch einfach beide 
leiten und bis zu ihrem oder dem Tod der Sicherung durchheizen oder?

Den Verpolungsschutz hast du doch so. Die Sicherung brennt bei Verpolung 
durch. Ansonsten, wenn D1 den Betriebsstrom leiten soll, kriegst du an 
dieser allein ca. 1W Verlust.
Letztendlich ist es deine Entscheidung, wie du es machst...

[blub (Gast)]

Alternativ zur Diode würde auch ein Mosfet gehen um die Verlustleistung 
zu reduzieren.

[Robert K. (mr_insanity)]

Ich habe auch einen Raspi im Auto laufen, mit OSMC.
Versorge den aber ganz normal mit Strom. Keine extra Schaltung oder 
ähnliches. Wenn Auto aus, dann auch Raspi aus. Wenn man root read only 
mountet passiert auch dem Dateisystem nichts. Die Audio Library wird bei 
jedem Neustart neu erzeugt. Musik auf nem USB Stick. Läuft so seit fast 
zwei Jahren einwandfrei.

Was passiert denn auch zum Beispiel wenn du das Auto nur kurz aus machst 
und wieder startest wenn der Raspi gerade runterfährt? Dann musst du ihn 
erstmal manuell neustarten. Das fand ich eher blöd.

[Thomas (Gast)]

Stefan U. schrieb:
> Das Relais benötigt eine Freilaufdiode, sonst gehen deine
> Optokoppler
> schnell kaputt.
>
> Sicher hat es einen guten Grund, warum KFZ Relais stärkere Federn und
> Elektromagnete enthalten.
>
> Deine 10G beziehen sich darauf, welche Kräfte das Relais zerstören
> würden. Du willst jedoch Fehlfunktion in Betrieb vermeiden. Daher:
>
> 1) Nimm KFZ Relais
> 2) Verstärke deine Optokoppler mit Transistoren
> 3) Füge eine Freilaufdiode hinzu
Vielen Dank für deine Anmerkungen!
Eine Freilaufdiode wird selbstverständlich(!) eingesetzt,da viele Relais 
die jedoch bereits integriert haben habe ich auf das Einzeichnen 
verzichtet.
Sollte ich das Datenblatt (siehe Anhang) nicht vollkommen falsch 
interpretiert haben, funktioniert das Relais bis 10G korrekt und 
erleidet erst ab 100G Schaden. Falls ich vollkommen auf dem falschen 
Dampfer bin, bitte korrigieren.

Waldemar Z. schrieb:
> Den Verpolungsschutz hast du doch so. Die Sicherung brennt bei Verpolung
> durch. Ansonsten, wenn D1 den Betriebsstrom leiten soll, kriegst du an
> dieser allein ca. 1W Verlust.
> Letztendlich ist es deine Entscheidung, wie du es machst...
Danke auch dir!
Wenn ich den Verpolungsschutz allerdings allein mit der Sicherung 
realisiere muss ich bei etwas kräftigeren negativen Spannungen doch 
ziemlich sicher entweder die Diode oder die Sicherung tauschen. Bei 
einer Diode in der Zuleitung bliebe mir das erspart. Laut Datenblatt 
verkraftet diese 1W Verlustleistung, selbst bei 100°C noch. Da 1W aber 
der worst case ist und im Normalfall der Strombedarf und damit die 
Verlustleistung bestimmt geringer sind und im Anschluss ohnehin auf 5V 
gewandelt wird kann ich mit dem Bisschen Verlustleistung ganz gut leben 
denke ich..

[Stefan F. (Gast)]

Ja, scheint so, dass das Relais wirklich bei 10G noch funktioniert.

[Hott Sammerneid (Gast)]

Arthur schrieb:
> Schaltschränke hüpfen ja nicht unbedingt durch Schlaglöcher.


Nur, wenn man ihnen gut zuredet.

:)))