Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik 12V Verbraucher mit 3,3V Steuerspannung schalten


von Phil (pklip)


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Hallo zusammen,

Ich hab hier immer wieder gute Infos gefunden, daher jetzt meine erste 
eigene Frage:

Unsere Klingelanlage liefert mir auf einem Pin ein  3,3V Signal, wenn 
die Beleuchtung angehen soll. Besagter Pin hat bisher direkt mit den 
3,3V die Beleuchtung vom Klingelschild versorgt und soll jetzt von mir 
umfunktioniert werden um damit die Beleuchtung eines neuen externen 
Klingeltasters zu versorgen. Dabei geht es um diesen hier: 
https://edelstahl-tuerklingel.de/metzler-drucktaster-40mm-led-ringbeleuchtung-weiss-ip67-ik10-edelstahl-2-polig-hervorstehend-loetkontakte

Laut Datenblatt hätte der gerne 6-24V DC und da ich ohnehin schon eine 
12V DC Spannungsquelle zur Versorgung der Klingelanlage da habe, würde 
ich gerne diese dafür mitverwenden.

Jetzt ist meine Frage, was ich hier am Besten für ein Relais nehme.
Ich vermute, das der 3,3V Pin nicht allzuviel Strom aushält (bisher 
waren hiermit zwei kleine SMD LEDs versorgt). Also sollte das Relais 
wenig Haltestrom brauchen. Es braucht allerdings auch nicht viel 
Schalten, eben 12V mit ca. 20mA. Normalerweise auch nur einmal zu 
Dämmerung ein und einmal morgens pro Tag wieder aus.

Meine Elektronikkenntnisse beschränken sich auf Basiswissen und nur sehr 
wenig Halbleiterkenntnisse.
Selber löten traue ich mir zu, aber wenn es da etwas fertiges von der 
Stange gibt, gerne. :)

Ich hatte z.B. sowas hier gefunden, bin mir aber unsicher wie viel 
Haltestrom diese Dinger wirklich brauchen, und 10A bei 30V DC ist auch 
etwas Oberkill:
Einzelnes DC 3V/3,3V Relais High Level Treibermodul Relais Isoliertes 
Antriebssteuermodul für Steuerung 10A 250VAC,10A 30VDC Schaltung 
Automatische Einstellung Circuit https://amzn.eu/d/d1knYvu

Was würdet ihr tun?

LG Phil

: Verschoben durch Moderator
von Monk (roehrmond)


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Verzichte auf das Steuersignal bon der Klingelanlage. Schließe die 
Beleuchtung einfach direkt ans Netzteil an. Dann leuchtet sie immer - 
tut keinem weh.

Das verlinkte Relais ist kein Overkill. Es ist so ziemlich das 
billigste, das du derzeit kaufen kannst. Fraglich ist allerdings  ob die 
Klingelanlage genug Strom für das Relais liefert. Ich schätze 100 mA 
wird es brauchen.

von Sebastian W. (wangnick)


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Phil schrieb:
> Was würdet ihr tun?

Müssen der 3V3-Stromkreis und der 12V-Stromkreis getrennt bleiben? Wenn 
nicht, dann reichen ein Transistor und ein Widerstand.

LG, Sebastian

von Phil (pklip)


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Steve van de Grens schrieb:
> Schließe die Beleuchtung einfach direkt ans Netzteil an. Dann leuchtet
> sie immer - tut keinem weh.
Ja, dauerhaft leuchten lassen wäre natürlich auch eine Option, aber 
ginge ein wenig auf die Lebensdauer der LED... Und das ganze leuchtet 
dann nicht gleich wie z.B. das Klingelschild. (Ich weiß das ist etwas 
kleinlich...)

Sebastian W. schrieb:
> Müssen der 3V3-Stromkreis und der 12V-Stromkreis getrennt bleiben? Wenn
> nicht, dann reichen ein Transistor und ein Widerstand.

Das klingt prinzipiell simpel genug. Getrennt sind die beiden 
Stromkreise ohnehin nicht, da die 12V auch Eingansseitig die 
Klingelanlage versorgen aus der dann die 3,3V kommen. Ich schätze die 
werden auch das gleiche GND haben. Wie würde ich denn den Transistor und 
den Widerstand richtig bemessen und verschalten?

von Rainer W. (rawi)


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Phil schrieb:
> Ja, dauerhaft leuchten lassen wäre natürlich auch eine Option, aber
> ginge ein wenig auf die Lebensdauer der LED...

Es zwingt dich doch keiner, die LEDs mit ihrem maximal zulässigen Strom 
zu betreiben. Wäre es so schlimm, wenn du die LEDs alle 30 Jahre 
wechseln müsstest?

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


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Wenn das massebezogen bleiben soll, ist ein schalten der Plusleitung 
sinnvoll. Das zeigt die mitgelieferte Schaltung oben. Das einzig 
besondere ist der P-Kanal MOSFet.
Wenn du einen ihm Basisvorwiderstand spendierst, kannst du stattdessen 
auch einen gemeinen PNP Transistor einsetzen.

von Monk (roehrmond)


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Phil schrieb:
> Wie würde ich denn den Transistor und den Widerstand richtig bemessen
> und verschalten?

http://stefanfrings.de/transistoren/index.html#npn

von Rainer W. (rawi)


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Matthias S. schrieb:
> Das einzig besondere ist der P-Kanal MOSFet.

... und die niederohmige Ansteuerung des MOSFETs. Wenn der MOSFET ein 
paar µs zum Umschalten braucht, wird ihn das bei der Belastung mit den 
paar mA nicht gleich umbringen. Der braucht keine 5mA, um das Gate 
umzuladen.

Wenn man den Basisvorwiderstand weg lässt und statt dessen einen 
zwischen Emitter und Gnd setzt, wird der FET nicht ganz so hart 
eingeschaltet.

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


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Rainer W. schrieb:
> ...

Das ist beides völlig egal. Aber irgend jemand findet immer irgendwas.

von Sebastian W. (wangnick)


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Rainer W. schrieb:
> Wenn man den Basisvorwiderstand weg lässt und statt dessen einen
> zwischen Emitter und Gnd setzt, wird der FET nicht ganz so hart
> eingeschaltet.

Man kann bei den geforderten 20mA und dem nicht geforderten Massebezug 
den FET auch gleich ganz weglassen :)

LG, Sebastian

von Phil (pklip)


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Sebastian W. schrieb:
> Man kann bei den geforderten 20mA und dem nicht geforderten Massebezug
> den FET auch gleich ganz weglassen :)

Danke, das bedeutet im Prinzip die einfachste Schaltung wie hier 
beschrieben: http://stefanfrings.de/transistoren/index.html#npn

Das wäre ja kein Hexenwerk. Das Beispiel auf der Webseite ist ja sogar 
genau mein Fall mit 3,3V und 12V. Ich verstehe nur nicht so ganz woher 
ich jetzt weiß, dass der beschriebene BC337-40 bei 3,3V auch wirklich 
durchschaltet. Im Datenblatt versteh ich nichts dazu.

Und welchen Unterschied macht es jetzt ob ich die Plusseite schalte mit 
einem Transistor oder die Minusseite mit zweien?

von Sebastian W. (wangnick)


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Phil schrieb:
> Ich verstehe nur nicht so ganz woher ich jetzt weiß, dass der
> beschriebene BC337-40 bei 3,3V auch wirklich durchschaltet. Im
> Datenblatt versteh ich nichts dazu.

Welches Datenblatt benutzt du? In dem von Onsemi sind Charts für die 
"on" Voltage Vbe drin.

Aber eigentlich ist das recht simpel. Vbe ist eine Diodenspannung, also 
bei "normalen" Strömen so 0,7V. Es fließen also 2,6mA durch den 1k in 
die Basis. Die Verstärkung des BC337-40 ist mindestens 250. Vce wird 
also so klein dass, eine entsprechende Stromquelle vorausgesetzt, ein 
Ice von mindestens 650mA fließen würde. Also völlig ausreichend für 
deine 20mA durch die LED und ihre innere Beschaltung. Ein BC547C würde 
es ebenso tun.

LG, Sebastian

von Manfred P. (pruckelfred)


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Sebastian W. schrieb:
> Es fließen also 2,6mA durch den 1k in die Basis.

Ja.

> Die Verstärkung des BC337-40 ist mindestens 250.

Unsinn, zu dem sich auf µC-net zahlreiche Threads finden lassen.

von Klaus K. (Gast)


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>> Die Verstärkung des BC337-40 ist mindestens 250.
>
> Unsinn, zu dem sich auf µC-net zahlreiche Threads finden lassen.

auf dem genauso wenig präzise Information steht, also wirr und wenig 
hilfreich ist, weil auch da wird mit hfe 250 gerechnet als ob das auch 
fürs Schalten gilt. Und natürlich wird diese Rechnung vielfach 
funktionieren weil der ja auch 600 haben kann und die weiter unten 
erwähnte Faustformel mit einem großen Sicherheitsfaktor versehen ist.

hfe ist die Kleinsignalverstärkung, also Wechselstromverstärkung im 
analogen Arbeitspunkt sozusagen und dazu ist die Aussage minimal 250 
korrekt, es sei denn die Hersteller hätten keine Ahnung was sie 
schreiben

Dann besagt die Rechnung das mit 1k und hfe 250 650 mA möglich wären und 
damit für 20mA völlig ausreichend, auch das ist kein Unsinn, vielleicht 
fehlt aber für den ein oder anderen noch eine Anmerkung warum

Ich hatte es mal so gelernt, das man als Faustformel für Schalterbetrieb 
mit 1/5 des hfe rechnet, an welcher Stelle man dann durch 5 teilt ist ja 
unerheblich, also entweder rechnet man mit hfe 50 oder wenn nicht teilt 
man das Ergebnis I=650mA durch 50, in beiden Fällen kommen 130mA raus, 
also weit über den 20mA und damit ausreichend.
Aber bei einem nachgemessenen hfe von 300 kann man im Schalterbetrieb 
auch mit 1/3 arbeiten ohne Probleme, da hat man ein paar 10mV mehr Vce 
wenn überhaupt. Wenn man besonders Strom sparen will bei 
batteriebetriebenen Geräten wo dann jede 10µA zählen ein wesentlicher 
Punkt hier nicht zuviel Reserve einzubauen, wobei dann nimmt man andere 
Schalter mit wesentlich höheren hfe.

Also kein Unsinn, ich fände es hier im Forum etwas angenehmer wenn man 
mit sachlicher konstruktiver Kritik auf Beiträge reagiert und nicht 
immer direkt verunglimpft. Auch wenn dann in der sachlichen Kritik ein 
fehler ist der dann wiederum sachlich diskutiert wird, am Ende können 
alle draus lernen.

"Das ist Unsinn" davon hat keiner was

von Peter D. (peda)


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Ein AQY212 schaltet ab 3mA ein und kann 60V/0,5A Last.
Du brauchst nur noch einen Vorwiderstand für ~5mA an 3,3V.

von Monk (roehrmond)


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Phil schrieb:
> Ich verstehe nur nicht so ganz woher
> ich jetzt weiß, dass der beschriebene BC337-40 bei 3,3V auch wirklich
> durchschaltet. Im Datenblatt versteh ich nichts dazu.

Lies mal die Erklärungen dazu etwas weiter oben auf dieser Webseite.

"Je größer der Steuer-Strom durch die Basis ist, umso mehr Last-Strom 
lässt der Transistor durch den Kollektor fließen...". Der gerade 
diskutierte "Unsinn" ist dort ebenfalls erklärt.

Phil schrieb:
> Und welchen Unterschied macht es jetzt ob ich die Plusseite schalte mit
> einem Transistor oder die Minusseite mit zweien?

Im einen Fall schaltest du den Plus-Pol, im anderen den Minus-Pol. Den 
LEDs wird es egal sein.

: Bearbeitet durch User
von Phil (pklip)


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Super, vielen Dank für die ganzen Erklärungen (auch zum Unsinn). Der 
Link auf http://stefanfrings.de ist super verständlich und langsam komm 
ich auch hinter die Kennwerte und Berechnung der Schaltung.

von Rainer W. (rawi)


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Matthias S. schrieb:
> Rainer W. schrieb:
>> ...
>
> Das ist beides völlig egal. Aber irgend jemand findet immer irgendwas.

... und wenn es das EMV-Labor ist.
Spätestens bei einer EMV-Messung an einer Anlage mit etwas mehr Strom 
und PWM ist das nicht mehr ganz so "völlig egal". Das war eine Anmerkung 
zum Prinzip der Schaltung.

: Bearbeitet durch User
von Udo S. (urschmitt)


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Peter D. schrieb:
> Ein AQY212 schaltet ab 3mA ein und kann 60V/0,5A Last.
> Du brauchst nur noch einen Vorwiderstand für ~5mA an 3,3V.

Vorsicht, wenn ich mir den ersten Beitrag des TO anschaue, dann liefert 
der besagte Pin vielleicht nur deshalb 3,3V, weil das ein Stromausgang 
für die Leds ist (Vorwiderstand)
Ohne Led sind es vielleicht im Leerlauf 9 oder 12V.

Phil schrieb:
> (bisher
> waren hiermit zwei kleine SMD LEDs versorgt)

von Phil (pklip)


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Udo S. schrieb:
> Vorsicht, wenn ich mir den ersten Beitrag des TO anschaue, dann liefert
> der besagte Pin vielleicht nur deshalb 3,3V, weil das ein Stromausgang
> für die Leds ist (Vorwiderstand)
> Ohne Led sind es vielleicht im Leerlauf 9 oder 12V.

Danke, aber die 3,3V sind tatsächlich ohne die ursprünglich 
angeschlossenen LEDs (also ohne Last) gemessen.

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