Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Leistungsfrei Schalten


von Patrick W. (patrick86)


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Hallo leute,

Ich bin neu hier im Forum und habe da mal ein Problem bei dem ich hoffe, 
dass mir hier jemand helfen kann.

Ich möchte ein 24V Signal von einer SPS auf einer seperaten Platine mit 
einem µC auswerten. Ich habe zur Versorgung des µC auf der Platine schon 
5V generiert und dachte mir, dass ich diese über ein MOSFET auf den µC 
schalte. Jetzt ist meine Frage: Kann ich die 24V direkt auf den Gate 
geben? oder hält der MOSFET das nicht aus?

Ich brauche dringend sehr geringe Ströme, da ich unter Umständen bis zu 
1500 dieser Platinen Parallel schalten muss. zudem sollte es so günstig 
wie möglich sein. Mit was für einer Verzögerung des Signals muss ich bei 
Verwenden eines MOSFETs rechnen? (soll angeblich, wegen div. 
kapazitäten, nicht der schnellste Schalter sein)

Ich hoffe, dass mir jemand helfen kann. Vielleicht hat auch jemand einen 
ganz anderen Ansatz. Ich bin für alle Ideen offen.


MfG

Patrick

von holger (Gast)


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>Ich brauche dringend sehr geringe Ströme, da ich unter Umständen bis zu
>1500 dieser Platinen Parallel schalten muss.

Da brauchst du aber sehr hohe Ströme weil du auch die
Abblockkondensatoren, die auf jeden Fall pro uC benötigt
werden schnell laden mußt. Dein Konzept ist von Arsch!

von Experte (Gast)


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Du willst 1.500 Schaltungen parallel schalten, hast aber keinen blassen 
Schimmer der Materie? ---> Vergiss es

> Kann ich die 24V direkt auf den Gate geben?

Einmal, für eine kürzere Zeit, kein Problem...

von Gast (Gast)


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Hallo,

soll der uC auch durch die 24V versorgt werden, oder dient die Spannung 
nur als Schalt-Signal? Wenn letzteres, lässt sich das Ganze deutlich 
einfacher gestalten (Stichwort: "Spannungsteiler"; 24V - 5V am 
Eingangs-Pin des uC).

von MaWin (Gast)


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Du kannst 24V aus einen MOSFET geben, der 5V an eine Last schaltet

+5V ----+
        |
NMOSFET I|--- 0/24V SPS Steuersignal
        |
       uC
        |
GND ----+---- Masse

sinnvoll ist das aber nicht, weil fast alle uC in einen Stromsparmodus 
gehen können, wenn sie nicht benutzt werden.
Dann brauchen sie genau so wenig Strom, wie durch deinen ausgesachlteten 
MOSFET fliesst.

1000 uC an einer SPS klingt nach einem falschen Ansatz.

von Andreas K. (derandi)


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Mir ist nach wie vor nicht klar was er damit schalten will.
Ein Plan oder eine Prinzipskizze wäre hilfreich.

von Patrick W. (patrick86)


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Gast schrieb:
> Hallo,
>
> soll der uC auch durch die 24V versorgt werden, oder dient die Spannung
> nur als Schalt-Signal? Wenn letzteres, lässt sich das Ganze deutlich
> einfacher gestalten (Stichwort: "Spannungsteiler"; 24V - 5V am
> Eingangs-Pin des uC).

Die µC werden alle seperat versorgt und nicht über die 24V der SPS. Das 
signal der SPS wird als reines Schaltsignal verwendet, welches ich am µC 
auswerten möchte.

MaWin schrieb:
> 1000 uC an einer SPS klingt nach einem falschen Ansatz.

naja .. wenn es die Applikation so verlangt.

Andreas Klepmeir schrieb:
> Mir ist nach wie vor nicht klar was er damit schalten will.
> Ein Plan oder eine Prinzipskizze wäre hilfreich.

Ist ja auch prinzipiell egal. Der µC soll einfach nur auf den Ausgang 
des SPS reagieren. Wie er darauf reagiert hat mit dem eigentlichen 
Problem erstmal nichts zu tun.


Zugegeben ... ich bin schon eine Weile aus dieser ganzen thematik raus 
aber ich habe dise Applikationen schon aufgebaut und es funktioniert. Im 
Momment arbeite ich mit einer Zenerdiode, um auf die 5V zu kommen, doch 
bei dieser beschaltung ist, wie gesagt, der eingangsstrom der Platine 
mit dem µC zu groß.

von TSE (Gast)


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Das einfachste währ ein hochohmiger Spannungsteiler

von Patrick W. (patrick86)


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TSE schrieb:
> Das einfachste währ ein hochohmiger Spannungsteiler

mit was für einem "Laststrom" uber den µC pin kann ich denn rechnen? 
sollte ja im µA bereich liegen oder? (CMOS) ... es wird warscheinlich 
auf den Spannungsteiler hinauslaufen ...

von Falk B. (falk)


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@  Patrick Wolter (patrick86)

>Die µC werden alle seperat versorgt und nicht über die 24V der SPS. Das
>signal der SPS wird als reines Schaltsignal verwendet, welches ich am µC
>auswerten möchte.

Und wieso solle ein 24V Schaltsignal von 1000 uC parallel ausgewertet 
werden? Aus Redundanzgründen . . .? ;-)

>> 1000 uC an einer SPS klingt nach einem falschen Ansatz.

>naja .. wenn es die Applikation so verlangt.

Glaub ich nicht. Erklär mal die Anwendung.

>Ist ja auch prinzipiell egal. Der µC soll einfach nur auf den Ausgang
>des SPS reagieren. Wie er darauf reagiert hat mit dem eigentlichen
>Problem erstmal nichts zu tun.

Doch. Denn es ist oft ein konzeptioneller Fehler.

>Zugegeben ... ich bin schon eine Weile aus dieser ganzen thematik raus
>aber ich habe dise Applikationen schon aufgebaut und es funktioniert.

Mit 1000 uC an einer SPS. Wo ist dann das Problem? Warum fragst du denn 
noch?

> Im
>Momment arbeite ich mit einer Zenerdiode, um auf die 5V zu kommen, doch
>bei dieser beschaltung ist, wie gesagt, der eingangsstrom der Platine
>mit dem µC zu groß.

Bei dieser konfusen Beschreibung überkommen mich mehrere Zweifel. 
Vielleicht solltest du dich mal über Pegelwandler informieren.

MfG
Falk

von F. V. (coors)


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Nicht, dass ich ne Ahnung habe was das hier werden soll, aber was 
spricht denn gegen billige OPVs statt Spannungsteilern? Werden da nicht 
auch aus 24V hochohmige ~4V?

von Andrew T. (marsufant)


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Patrick Wolter schrieb:
> Hallo leute,
>
> Ich bin neu hier im Forum und habe da mal ein Problem ...

Dann wirst Du hier noc hviel Spaß haben.


>  Jetzt ist meine Frage: Kann ich die 24V direkt auf den Gate
> geben? oder hält der MOSFET das nicht aus?

Tja, das Datenblatt der meisten FETS schreibt etwas von max. 20V am 
Gate.

>
> Ich brauche dringend sehr geringe Ströme, da ich unter Umständen bis zu
> 1500 dieser Platinen Parallel schalten muss. zudem sollte es so günstig
> wie möglich sein. Mit was für einer Verzögerung des Signals muss ich bei
> Verwenden eines MOSFETs rechnen? (soll angeblich, wegen div.
> kapazitäten, ..

So als Daumenregel ein Nanofarad je Leistungs FET als Gatekapazität.
Das nimmst du dann mit der Zahl Deiner Platinen mal, schaust wieviel 
Strom Deine Ansteuerung liefert. Und weißt dann wie schnell Deine 
Schalterei ist.

Danach darfst Du dann selbst entscheiden, ob es für Deine Applikation 
reicht. Oder ob Du was anderes machen mußt.

von Patrick W. (patrick86)


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zunnächst vielen dank für eure Lösungsvorschläge

@ Falk Brunner (falk)

>>Die µC werden alle seperat versorgt und nicht über die 24V der SPS. Das
>>signal der SPS wird als reines Schaltsignal verwendet, welches ich am µC
>>auswerten möchte.

>Und wieso solle ein 24V Schaltsignal von 1000 uC parallel ausgewertet
>werden? Aus Redundanzgründen . . .? ;-)

>>> 1000 uC an einer SPS klingt nach einem falschen Ansatz.

>>naja .. wenn es die Applikation so verlangt.

>Glaub ich nicht. Erklär mal die Anwendung.

>>Ist ja auch prinzipiell egal. Der µC soll einfach nur auf den Ausgang
>>des SPS reagieren. Wie er darauf reagiert hat mit dem eigentlichen
>>Problem erstmal nichts zu tun.

>Doch. Denn es ist oft ein konzeptioneller Fehler.

Also es handelt sich um eine Sonnenschutzanlage. Die Platinen mit den µC 
sind Motorsteuergeräte, die den Motor für das Auf- und Abfahren der 
Jalousie ansteuern. Was diese Motorsteuergeräte tun sollen, wird zentral 
von einer SPS geregelt. Ich brauche für jeden Motor ein eigenes 
Steuergerät, damit ich auch lokal die Jalousie von Hand auf- und 
abfahren kann.


>>Zugegeben ... ich bin schon eine Weile aus dieser ganzen thematik raus
>>aber ich habe dise Applikationen schon aufgebaut und es funktioniert.

>Mit 1000 uC an einer SPS. Wo ist dann das Problem? Warum fragst du denn
>noch?

Mein jetziger Aufbau arbeitet wie gesagt mit Zenerdioden, um von der 24V 
5V zu machen. Ich musste neben dem µC eingang noch einen Lastwiderstand 
parallel schalten, weil die Spannung durch die Sonnst sehr geringe Last 
nicht sonstant blieb. Hat denke ich mal was mit dem Arbeitsbereich der 
Z-Diode zu tun. Nur wollte ich jetzt eine mehr lastfreie Art anwenden, 
um das Signal auszuwerten. Man bedenke das große gebäude und die dadurch 
bedingten kabellängen.


>Bei dieser konfusen Beschreibung überkommen mich mehrere Zweifel.
>Vielleicht solltest du dich mal über Pegelwandler informieren.

Das werde ich mal tun. Vielen dank für die Anregung.



@ F. V. (coors)

>Nicht, dass ich ne Ahnung habe was das hier werden soll, aber was
>spricht denn gegen billige OPVs statt Spannungsteilern? Werden da nicht
>auch aus 24V hochohmige ~4V?

Bin mir nicht sicher ob dies für mich in frage kommt. Aber ich werde 
mich mal informieren. Danke für den Tip.



@ Andrew Taylor (marsufant)

>Tja, das Datenblatt der meisten FETS schreibt etwas von max. 20V am
>Gate.

Ja diese Erkenntniss musste ich nach Stundenlanger Suche leider auch 
machen.


>So als Daumenregel ein Nanofarad je Leistungs FET als Gatekapazität.
>Das nimmst du dann mit der Zahl Deiner Platinen mal, schaust wieviel
>Strom Deine Ansteuerung liefert. Und weißt dann wie schnell Deine
>Schalterei ist.

Kurz überschlagen mus ich mir darüber alco absolut keine gedanken 
machen. Ich hatte nur mal gehört, dass MOSFETs verhäldnismäßig langsam 
sein soll. Geht aber so gerade ;-). Vielen dank für dieses Beispiel.



MfG

Patrick

von yalu (Gast)


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Ein paar Anmerkungen:

1. Es soll ein Schaltsignal übertragen werden, aber keine nennenswerte
   Leistung. Vergiss deswegen den Leistungsmosfet und erst recht irgend-
   welche parallelgeschalteten 1500 Leistungsmosfets :)

2. Da es "nur" um das Aktivieren von Jalousien geht, sollte die Schalt-
   geschwindigkeit keine Rolle spielen. Selbst eine Verzögerung von 1ms
   fällt doch niemandem auf.

3. Da nicht mit hohen Frequenzen gearbeitet wird, sollten auch Leitungs-
   reflexionen u.ä. keine wesentliche Rolle spielen.

Fragen zum Verständnis:

- Du hast also 1 SPS, 1500 Jalousien, 1500 Motoren und 1500 Steuergerä-
  te?

- Diese eine SPS soll über einen einzelnen Signalausgang mit 24V alle
  1500 Jalousien miteinander öffnen oder schließen?

- Ein Öffnen oder Schließen einzelner Jalousien ist also nur lokal
  über die manuelle Bedienung des jeweiligen Steuergeräts, nicht aber
  über die zentrale SPS möglich?

Die Lösung mit dem Spannungsteiler oder der Z-Diode ist doch schon ein
guter Ansatz.

> Mein jetziger Aufbau arbeitet wie gesagt mit Zenerdioden, um von der
> 24V 5V zu machen. Ich musste neben dem µC eingang noch einen
> Lastwiderstand parallel schalten, weil die Spannung durch die Sonnst
> sehr geringe Last nicht sonstant blieb.

Wie hast du die Teile genau verschaltet? Ich würde es (unter Vorbehalt,
s.u.) zunächst einfach so versuchen:
1
                ____
2
SPS-Ausgang ---|____|---+---------------+--- µC1-Eingang
3
                3,9kΩ   |               |
4
                       ---,             +--- µC2-Eingang
5
              Z-Diode  /_\              |
6
               4,7V     |               +--- µC3-Eingang
7
                        |               :
8
                       ===
9
                       GND

Die Eingänge der Mikrocontroller haben einen Leckstrom von <1µA, der
hier überhaupt nicht stört. Der bei High-Pegel ständig fließende Strom
durch die Z-Diode beträgt etwa 5mA, was auch nicht so schlimm sein
dürfte.

Mögliche Probleme:

Die (wahrscheinlich kilometerlange) Leitung zu den µC fängt alle mögli-
chen hochfrequenten Störungen ein. Deswegen würde ich vor den Eingang
jedes µC noch einen RC-Tiefpass setzen.

Evtl. ist über die räumlich weit verteilten 1500 Steuergeräte mit einer
deutlichen Verschiebung des GND-Potentials zu rechnen, so dass ein
Low-Signal der SPS nicht von allen µC wirklich als low erkannt wird. Wie
groß diese Verschiebung ist, hängt von der Versorgungstopologie der
Steuergeräte ab.

Ist sie zu groß, kann man über gröbere High-Low-Schaltschwellen (z.B.
low: <8V, high >16V) oder eine differentielle Signalübertragung nachden-
ken. In beiden Fällen erhöht dies aber den Schaltungsaufwand gegenüber
dem obigen Primitivansatz, indbesondere auch auf der Steuergerätseite.

von Patrick W. (patrick86)


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@ yalu (Gast)

deine Schaltung ist denke ich mal genau das richtige. Ich habe ein wenig 
zu kompliziert gedacht. :(

Im momment habe ich noch die Z-Diode auf der Platine mit dem µC. Das 
heißt wenn ich 1000 µC habe dann habe ich auch 1000 Z-Dioden. o.O Das 
wäre nicht so schön.

Aber so wie du das dort aufgezeigt hast hätte ich nur ein mal die 
Verlustleistung durch die Z-Diode und dann nur 1000 mal 1µA. Das wäre 
auf jeden Fall vertretbar ;-) Vielen dank. :-)

von Frank (Gast)


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soll ein SPS-Ausgang alle Jal. schalten?
Dann kann ja auch ein MC das 24 V Signal auswerten und dann weiter an 
die 1500 verteilen?

von Patrick W. (patrick86)


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@ Frank (Gast)

Mir sagt gerade MC nichts -.- ... oder beinst du µC? Wenn ja dann fände 
ich diese Lösung zu umständlich im Vergleich zu der Z-Diode.
Dennoch vielen dank.

MFG

von holger (Gast)


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>Im momment habe ich noch die Z-Diode auf der Platine mit dem µC. Das
>heißt wenn ich 1000 µC habe dann habe ich auch 1000 Z-Dioden. o.O Das
>wäre nicht so schön.

Ich schmeiß mich weg! 1000 Z-Dioden sind ja nicht so schön;)
Ausprobiert mit EINEM uC! Unglaublich.

Wie wärs mit 1000 Optokopplern und einem 24V/5A Netzteil was
diese Dinger dann über die SPS treibt? Auch nicht schön?

von Thilo M. (Gast)


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Ich würde das auch über LWL (Lichtwellenleiter) machen.
Keine Potentialunterschiede, keine Kapazitäten, keine 
Spannungsabhänigkeiten ...

Da ist sogar Datenübertragung zu den einzelnen Moduln möglich.
Und seeeehr schnell. ;)

von Niklas G. (erlkoenig) Benutzerseite


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Wie wärs mit einer Art Daisy-Chain? Die 24V der SPS werden wie oben 
erklärt mit der Z-Diode auf 5V gebracht und an den Eingang des 1. uCs 
geschickt. Dieser wertet das Signal aus und gibt es an einem Ausgang 
wieder aus, der an den Eingang des nächsten uCs angeschlossen ist usw. 
Evtl. noch einen Impedanzwandler mit OP-Amp oder so auf jede Platine. 
Dadurch hätte man nicht eine lange Leitung die sich Störungen einfängt, 
sondern viele kurze Stückchen, nach denen immer "gesäubert" wird. Und 
das Problem mit dem Schalten eines "großen" Stroms hätte man auch nicht 
mehr. Allerdings wäre das alles andere als schnell, was aber bei deiner 
Anwendung nicht allzu schlimm zu sein scheint?

von David (Gast)


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du glaubst aber nicht ernsthaft dass der bastel in der praxis fehlerfrei 
wirklich funktioniert oder?????

mal ehrlich, 1500 platinen, angesteuert über ungeregelte, 4,7V von einer 
Zenerdiode... womöglch noch weiss ich nicht wie lange Leitungen um 
Signale zu schalten... z.b. gibts nie irgendwo potenzialdifferenzen, 
störungen haben schon gar nicht die frechheit einfach so irgenwo 
aufzutretten, wär ja noch schöner...

mit einer halbwegs genauen projektumschreibung könnte man einige tips 
gebeh, ansonsten gute nacht...

von Redegle (Gast)


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Verstehe ich das richtig?

1500 Jalousien sollen über Kabel nicht galvanisch getrennt mit der SPS 
verbunden werden?
Welche Fläche ist das? Wie viele Kabel liegen dort?

Was machst du wenn ein Blitz oder eine sonstige Spannung in das 
Gerätenetzwerk gerät?
Ein Elektriker klemmt einmal ausversehen ein Kabal falsch an --> alles 
kaputt.

Ich will jetzt nicht übertreiben aber bei 1500 Gerät auf eine größen 
Fläche verteilt, dann hat man einen ziemlich hohen Fehlerfaktor.

von Frank B. (frank501)


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Hallo,

ich würde mit der SPS EIN Relais schalten, welches entweder die 24V oder 
die Masse auf die Steuerleitung gibt. Dann kann man an jedem µC einen 
Spannungsteiler mit nachgeschalteter Z-Diode verbauen.
Wenn jeder Spannungsteiler einen Gesamtwiderstand von 30K hat kommt man 
auf einen Strom von gerade mal 1,5A, was für eine SPS eigentlich ein 
Klacks, aber durch das Relais besser verträglich ist.
Sollte es zu Potentialverschiebungen kommen, kann man an strategischen 
Stellen noch mal ein Relais setzen, welches wiederum 24V von einem 
separaten Netzteil auf die Eingänge der µC's gibt.

Eine andere Möglichkeit: ein Netzteil mit 5V bei der SPS vorsehen, 
dessen Spannung über ein Relais auf die Steuerleitung gegeben wird, dann 
kan man sich die Spannungteiler sparen.

Aber bei 1500 µC's gehe ich mal von einer räumlich recht großen 
Ausdehnung aus. So eine Steuerleitung wirkt egal ob bei 24V oder bei 5V 
wie eine riesige Antenne, die störungen oder Blitze einfängt.

Wäre das mein Projekt, würde ich nicht mit µC's arbeiten, sondern 
einfach mit Relais. Das erspart einiges an Aufwand und die Schaltung 
Hand/Automatik funktioniert genau so gut nur weniger Störanfällig.

Für Steuerungen mit solchen Ausdehnungen gibt es aber auch auch Systeme, 
die dafür (wie) gemacht sind. Z.B. LON, Profibus, Ethernet und andere. 
Diese Systeme sind getestet, seit Jahren erfolgreich im Einsatz und 
ersparen jedwede Bastellösung.

Frank

von Peter (Gast)


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ich frage mich was die Stomversorgung davon hält, wenn 1500 
Jalousie-Motoren gleichzeitig anlaufen.
Ich würde es auf jeden Fall in Gruppen schalten, 15Gruppen a 100 
Jalousien die jeweils verzögert schalten. 100 Geräte kann man auch schön 
über einen Bus (RS485) ansteurern.

von sam (Gast)


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ich könnte mir auch das schalten per infrarot oder funk vorstellen.

oder man benutzt irgendeinen industriebus (mit genügen repeatern oder 
routern) kostet bestimmt mehr als so eine bastelllösung ... letztendlich 
entscheidet das budget.

von Redegle (Gast)


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Ich muss erstmal umdenken.
Von www.mikrocontroller.net auf Industrieanwendung.

Wenn das Budget ausreicht würde ich ein Bussystem (Profibus) verwenden 
und in bestimmten Abständen Busteilnehmer (Wago) platzieren.
Diese Schalten nun auf Befehl der SPS immer Gruppen von Jalousie-Motoren 
gleichzeit ein. Würde dort noch eine Verzögerung von 1s pro Gruppe 
einbauen. Um die Stromspitze durch das Einschalten von 1500 Motoren zu 
reduzieren.

Jedes dieser Module währe einzeln von der SPS ansteuerbar und könnte 
jeweils ein Relai schalten, welche galvanisch getrennt die Controller 
ansteuert.

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