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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Kann man ein Relais mit einem Komparator schalten?


Autor: Ben (Gast)
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Hallo,

ich habe folgendes Problem und leider nicht allzu viel Ahnung. 
Vielleicht kann mir hier wer helfen?

Eigentlich dachte ich, ich sollte nur den Ausgang eines vorhandenen 
Mikrocontrollers von 3,3V auf 5V wandeln. Deshalb hatte ich mich damals 
für eine Pegelwandlung mittels Komparator, wie hier beschrieben 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Pegelwandl... 
entschieden (ich verwende auch einen LM339). So weit, so gut. 
Funktioniert auch soweit.

Dann hat sich jedoch herausgestellt, dass eigentlich mit diesem Ausgang 
ein Relais gesteuert werden soll (Conrad Best.-Nr.: 505188 - 62). Jetzt 
dachte ich, ich könnte das Relais direkt mit dem Komparatorausgang 
schalten. Hab ich versucht, funktioniert aber leider nicht.

Wenn das Relais angeschlossen ist beträgt die Spannung am 
Kompatorausgang auch nicht mehr 5V, sondern nur noch 0,8V.
Ich habe den Verdacht, dass es wohl am Komparator liegt und der wohl zu 
wenig Strom liefert. Aber begründen kann ich diesen Verdacht nicht. Ich 
habe zwar schon die entsprechenden Artikel hier zu Komparator und Open 
Collector gelesen, aber ich werde nicht schlau daraus.

Wäre super, wenn mir jemand recht genau erklären könnte, warum ich das 
Relais nicht (nur) mit dem Komparator schalten kann.

Und kann man's vielleicht noch irgendwie hinbiegen, sodass die 
Komparatorschaltung nicht ganz für den Ar*** war?
Ansonsten muss ich wohl die Schaltung nochmal neu machen so in folgender 
Art, oder? 
http://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit...

Vielen Dank für Hilfen und Erklärungen!

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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1. Schaltplan zeigen.
2. Wieviel Strom braucht Dein Relais (nein, ich kram jetzt nicht bei 
Unrat durch).

Autor: HildeK (Gast)
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Das Relais vom Komparator-Ausgang nach + anschließen, nicht nach Masse!

Autor: mhh (Gast)
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Ben schrieb:
> Wäre super, wenn mir jemand recht genau erklären könnte, warum ich das
> Relais nicht (nur) mit dem Komparator schalten kann.

Weil das Relais 90 mA zur Ansteuerung braucht.

------------------------  +5V
                |    |
            2,2kOhm   Rel. mit Freilaufdiode
                |    |
                |    E
LM393 Ausgang ---- B    PNP
                     C
                     |
Masse-------------------


So sollte es gehen.

Autor: Schrotty (Gast)
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Der Ausgang des Komparators ist ein Open-Kollektor-Ausgang. Das heisst, 
dass der Ausgangspin über einen Transistor gegen masse geschaltet werden 
kann, aber NICHT gegen Vcc. Der Komparator kennt also nur zwei Zustände: 
Low oder Floating.
Um aus dem Zustand "Floating" oder "Hochohmig" ein High zu machen, 
benötigt man einen Pullup mit dem in diesem Fall der Pin nach Vcc 
gezogen wird.

Der Widerstand muss so groß bemessen sein, dass im "Low"-Fall der Strom 
durch den Ausgangstransistor nicht zu groß wird.

Aber genau hier liegt dein Problem:
Wenn der Ausgangstransistor sperrt, also der Komparatorausgang hochohmig 
ist, dann ist deine Relaisspule über diesen Pullupwiderstand an Vcc 
angeschlossen. Dadurch bildet sich natürlich ein Spannungsteiler und da 
der Ohmsche Widerstand der Relaisspule deutlich geringer sein dürfte, 
als dein Pullup, liegt an dem Relais nur noch die Spannung an, die nach 
einer einfachen Spannungsteilerformel zu berechnen ist.

Wenn du also deinen Pullup mit 1kOhm dimensioniert hast und deine 
Relaisspule 200 Ohm aufweist, dann liegen an deinem Relais 
5V*200Ohm/1200Ohm = 0,8V an.
Mess mal den Widerstand deiner Relaisspule. Ich wette, das sind ca 200 
Ohm ;-)

Autor: Ben (Gast)
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Das Relais braucht wohl so um die 100mA.

> Das Relais vom Komparator-Ausgang nach + anschließen, nicht nach Masse!
versteh nicht ganz, was du meinst.

Also ich habe den Komparatorausgang am Relais-Plus-Eingang angeschlossen 
und Masse am Relais-Minus-EIngang. Sollte so passen denk ich.

Im angehängten Schaltplan ist nur die Schaltung des Komparators zu 
sehen. Das Relais ist extern. Und nicht über die Bezeichnung PWM 
wundern. Das ist nur die Bezeichnung des Pins, der eben nicht als PWM, 
sondern als I/O-Pin benutzt wird.

Ich habe leider imer noch nicht verstanden, warum die 
Komparatorschaltung nicht die 100mA liefern kann. Ich verstehe das so, 
dass es wohl zwei Zustände geben kann. Entweder der Komparator zieht den 
Ausgang auf GND oder eben nicht. Und im Falle, dass er es nicht tut, 
kommt doch der Strom von meiner 5V-Quelle?

Anscheinend hab ich da noch nen Denkfehler drin.

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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In Deiner Schaltung ist kein Relais.
Der 1k-Pullup ist unnötig.
Der 339 kann typ. 16mA schalten.

Was Du vorhast geht so nicht.

Autor: mhh (Gast)
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Ben schrieb:
> Also ich habe den Komparatorausgang am Relais-Plus-Eingang angeschlossen
> und Masse am Relais-Minus-EIngang. Sollte so passen denk ich.

Nein.

Ben schrieb:
> Ich habe leider imer noch nicht verstanden, warum die
> Komparatorschaltung nicht die 100mA liefern kann.

Wieviel steht im Datenblatt des LM393.

Ben schrieb:
> Und im Falle, dass er es nicht tut,
> kommt doch der Strom von meiner 5V-Quelle?

Aber nicht bei 1 kOhm Widerstand.

Ben schrieb:
> Anscheinend hab ich da noch nen Denkfehler drin.

Ja.

Schau Dir meinen Vorschlag an.

Autor: Ben (Gast)
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> In Deiner Schaltung ist kein Relais.
Ist wie gesagt extern und noch nicht im Schaltplan eingezeichnet.

> Der 339 kann typ. 16mA schalten.
Das ist mein Problem. Ich verstehe immer noch nicht, wieso der LM339 das 
Problem ist. Entschuldigung, ich bin wohl etwas schwer von Begriff, aber 
ich würde es echt gerne verstehen.

Autor: mhh (Gast)
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Ben schrieb:
> Entschuldigung, ich bin wohl etwas schwer von Begriff, aber
> ich würde es echt gerne verstehen.

So wie Du einarmig keine 500 kg heben kannst, kann der LM393 keine 100 
mA Strom liefern. Grund ist der innere Aufbau Deines Armes und die 
Struktur des Ausgangstransistors im LM393.

Autor: Ben (Gast)
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> Schau Dir meinen Vorschlag an.
Aber den Transistor, so wie du ihn skizziert hast, könnte ich doch auch 
dirkt mit dem Mikrocontroller ansteuern, oder? Also die 
Komparatorschaltung ist dann doch sinnlos vorher?

Autor: mhh (Gast)
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Ben schrieb:
> Aber den Transistor, so wie du ihn skizziert hast, könnte ich doch auch
> dirkt mit dem Mikrocontroller ansteuern, oder?

Nein, dann müsstest Du einen NPN verwenden mit Basisvorwiderstand und 
hast eine Signalinvertierung drin.

Autor: Schrotty (Gast)
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>Aber den Transistor, so wie du ihn skizziert hast, könnte ich doch auch
>dirkt mit dem Mikrocontroller ansteuern, oder? Also die
>Komparatorschaltung ist dann doch sinnlos vorher?

Korrekt!

Und nun nochmal zum Verständnis:

Du kannst deinen KomparatorAusgang gedanklich duch einen Schalter 
ersetzen. Stell dir vor, der Ausgangspin des Komparator wird mit diesem 
"Schalter" gegen Masse geschaltet.
Soweit klar?
Von diesem Schalter gehen 1kOhm an 5V. Ausserdem hängt an diesem 
Schalter das Relaus gegen Masse.
Bei geschlossenem Schalter ist die Relaisspule kurzgeschlossen und darum 
fließt auch kein Strom durch -> Relais zieht nicht an. Das funktioniert 
ja auch.
Bei geöffnetem Schalter liegt doch einfach die Relaisspule in Reihe mit 
dem Wiederstand an 5V.
Damit hast du einen Spannungsteiler und die meiste Spannung fällt an dem 
Widerstand ab, so dass für das Relais nichts mehr "übrig" bleibt.

Ist dir das Ohmsche Gesetz ein Begriff?

Autor: Schrotty (Gast)
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@hmm:
Okay, die Invertierung hat er drin, aber das lässt sich ja kinderleicht 
im µC drehen

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Ben schrieb:
> Aber den Transistor, so wie du ihn skizziert hast, könnte ich doch auch
>
> dirkt mit dem Mikrocontroller ansteuern, oder? Also die
>
> Komparatorschaltung ist dann doch sinnlos vorher?

So wirds es in der Praxis auch gemacht. Basisvorwiderstand nicht 
vergessen.

Autor: Ben (Gast)
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ok Schrotty. Soweit kann ich es nachvollziehen, so wie du es beschrieben 
hast. Aber:
... was hat das Ganze dann damit zu tun, dass der LM339 nicht genügend 
Strom schalten kann? (ich weiß immer noch nicht, was damit gemeint ist)
... kann ich nicht einfach den Pullup ganz klein wählen?

Autor: mhh (Gast)
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Ben schrieb:
> dass der LM339 nicht genügend
> Strom schalten kann? (ich weiß immer noch nicht, was damit gemeint ist)

An dem Tag, wo Du die 500 kg heben kannst, ist der Ausgangsstrom des 
LM393 auf 10 A begrenzt.  :)

Autor: Schrotty (Gast)
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@Ben:
Das sind zwei verschiedene paar Stiefel.
Dein Problem ist primär nicht der geringe Strom des Komparators, wie du 
ja nun selber erkannt hast.
Der Ausgang eines ICs kann einfach nicht beliebig viel Strom "liefern". 
Was übrigens keine Quelle der Welt kann ;-)
Wenn der Ausgang des Komparators auf Null geht (also gedanklich der 
Schalter geschlossen ist), dann fließt ja ein Strom über den 1k 
Widerstand durch den "Schalter" nach Masse.
Der "Schalter" selber ist aber nun kein Schalter im Herkömmlichen Sinne, 
sondern ein Transistor. Und über dessen C-E-Strecke kann einfach nicht 
beliebig viel Strom fließen. Irgendwann geht der Transistor aus der 
Sättigung und über die CE-Strecke fällt immer mehr Spannung ab. Diese 
Versuracht eine Verlustleistung im Transistor und irgendwann stirbt der 
den Hitzetod. Daher gibt der Hersteller einen maximalen Strom an, der 
über diesen Ausgangstransistor fließen darf.


Mit 1k Ohm Pullwiderstand fließen 5V/1000 Ohm = 5mA über den Transistor. 
Das ist noch ok.
verringerst du jetzt aber den Widerstand auf 10 Ohm, dann würde sich 
natürlich im High-Zustand der o.g. Spannungsteiler zugunsten des Relais 
verschieben und dieses würde vermutlich auch anziehen, ABER im 
LOW-Zustand würden statt der 5mA nun 500mA über den Ausgangstransistor 
fließen. Und das geht aus den o.g. Gründen nicht.

Soweit klar?

Autor: Ben (Gast)
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ah fett! Jetzt hab ichs endlich verstanden!!!

Danke Schrotty. Genau so eine idiotensiichere Erklärung hab ich 
gebraucht ;-)

Vielen Dank!

Ok, also vergess ich den Ganzen Komparatorspaß und machs über nen NPN 
Transisitor. Hab sowas leider auch noch nie ausgelegt. Aber ich mach 
mich mal schlau und stell die Schaltung dann hier nochmal rein. Wäre 
nett, wenn dann nochmal jemand vorbeischaut.
Also Danke nochmal.

Autor: Schrotty (Gast)
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Gerne geschehen, Ben.

Dann hier noch ein paar Hinweise, wie man auf die korrekte 
Dimensionierung kommt.

Du musst deinen Transistor in Sättigung betreiben. Das heisst, dass der 
Basisstrom * Verstärkung größer sein muss als der CE-Strom (also der 
Strom durch das Relais)
Dazu hilft ein Blick in´s Datenblatt des Transistors.

Nehmen wir mal an, die Verstärkung beträgt 100, und du willst einen 
Strom von 100mA durch die CE Strecke fließen lassen, dann muss der 
Basisstrom mindestens 1mA betragen.

Der Basisstrom kommt aus deinem Controller, der ja 3,3V bringt.
zwischen Basis und GND fallen ca 0.7V ab. Das heisst, an dem 
Basisvorwidersand fallen ca. 2,6V ab.
2,6V/ 1mA = 2600 Ohm.

Dann gibt man noch ein bisschen Sicherheit dazu und verringert den 
Widerstand ein bisschen, dass der Basisstrom auf jeden Fall ausreichend 
ist.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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@Schrotty:
Gut, dass du auch direkt die Freilaufdiode eingezeichnet hast ;-)

@Ben:
Schrotty schrieb:
>zwischen Basis und GND fallen ca 0.7V ab.

Nur zur Erklärung: Dieser Wert von 0,7V, den Schrotty da nennt, ist ein 
"Richtwert" für den Spannungsabfall zwischen Basis und Emitter eines 
Bipolartransistors.

Autor: Schrotty (Gast)
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>@Schrotty:
>Gut, dass du auch direkt die Freilaufdiode eingezeichnet hast ;-)

Kar, wir wollen ja nicht gleich den nächsten Thread mit:
"Hilfe, mein Transistor tut nicht mehr, was mache ich falsch" :-)

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