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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ULN2803 "huckepack" parallel schalten?


Autor: AVRli (Gast)
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Hallo!

Ich stehe vor folgendem Problem. Ich habe eine Schaltung in der ich ein 
ULN2803 über einen PCF8574 ansteuere. Ich habe das ganze so bemessen in 
der Annahme das ich damit jeweils 200mA pro Kanal schalten kann. Nun 
habe ich jetzt erst gelesen das zwar pro Kanal 500mA aber eben nicht 8 
gleichzeitig sondern bei 8 gleichzeitigen maximal 150mA pro Kanal 
zulässig sind.

:-(

Nun schreibt der Hersteller das man auch Parallel Betrieb machen kann. 
Kann ich jetzt einfach einen 2. ULN Huckepack in meiner Schaltung auf 
den vorhandenen auf löten?

Sieht bestimmt toll aus aber wäre mir an der Stelle fast egal.


Gruß AVRli...

Autor: Jens G. (jensig)
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rein elektrisch könnte man das machen, aber die Stromverteilung zw. den 
beiden wird möglicherweise nicht unbedingt 50/50 sein, wegen der 
möglichen Toleranzen in Ucesat.
Wenn schon, dann würde ich möglichst zwei ULN's ausmessen auf weitgehend 
gleiche Ucesat (falls Du mehr als 2 ULN's hast). Es sollte reichen, wenn 
Du je einen Transitor beider ULN mist, weil die anderen Transistoren des 
jeweiligen Chips weitgehend dieselben Werte haben dürften.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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AVRli schrieb:
> Kann ich jetzt einfach einen 2. ULN Huckepack in meiner Schaltung auf
> den vorhandenen auf löten?
Nein.
Wenn du extern einen zweiten ULN drauflötest, dann hat der u.U. eine 
etwas kleinere Uce, er bekommt also etwas mehr Strom ab, erwärmt sich 
etwas mehr, bekommt dadurch eine etwas kleinere Uce, dadurch etwas mehr 
Strom...
--> er geht kaputt... :-(

Die Parallelschaltung funktioniert nur innerhalb eines Chips, weil dort 
alle Transistoren gleich gefertigt und auf dem gleich warmen 
Siliziumchip sitzen. Eine Erwärmung des Chips wirkt sich also auch auf 
den etwas fauleren Transistor aus, und die Stromverteilung ist nicht 
sooooo ungerecht.

Autor: Jens G. (jensig)
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Achja, wärmetechnisch dürfte es aber im Huckpackbetrieb trotzdem 
Probleme geben, den e s werden wohl so um die 2W verheizt. Da zwei IC's 
im Huckepack nicht viel mehr freie, wärmeabgebende Flächen haben, dürfte 
die Kühlung nicht sehr viel besser als bei einem IC sein. Insofern als 
relativ kritisch einzustufen.

Autor: MaWin (Gast)
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> Kann ich jetzt einfach einen 2. ULN Huckepack in
> meiner Schaltung auf den vorhandenen auf löten

Ja.

Die 150mA pro Kanal liegen natürlich an der mangelnden Wärmeabgabe des 
Gehäuses, auch über die inneren Metallbleche hinweg.

Du hast nun mit 2 direkt aufeinanderliegenden Gehäusen nicht die 
doppelte Wärmeabgabemöglichkeit (für 300mA), aber für nur 33% mehr 
sollte das reichen.

Da kein Chip an seine 500mA Grenze belastet ist, ist es auch egal ob 
sich die Ströme gleichmässig verteilen, wichtig ist das grössere 
Wärmeabgabemöglichkeit über die grössere Plastikfläche und mehr 
"Kühlfinnen" (die Pins).

Hättest du gesagt, du willst mit 2 statt 150mA dann 250mA schaffen 
können und nicht nur 200mA, dann hätte ich nein gesagt.

Die 33% wirst du aber auch mit einem aufgeklebten Kühlkörper erreichen 
können.
(Allerdings, egal wie gross der Kühlkörper wäre, niemals 8 x 500mA, 
dafür reichen dann die inneren Strukturen des Chips nicht mehr aus, das 
Blech da drin ist zu klein die Hitze wegzuleiten).

Autor: AVRli (Gast)
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Hallo und danke,

jetzt habe ich ja richtig Angst bekommen das ich mein 2 Tages Layout in 
die Tonne treten darf. :-(

Hätte ich mal vorher richtig gelesen! :-O

ich muss auf dem einen ULN (es sind insgesamt 2 momentan eingeplant!) 8x 
100mA schalten das sollte gut gehen. Pro Kanal 2 Relais.

Auf dem anderen genau das gleiche aber eben mit der doppelten Anzahl der 
gleichen Bauart Relais. Da sind pro Kanal dann 4 Stück dran.

Es sind 12V Relais mit 0,05 mA die ich nach Masse schalte.

Ich habe das nur mit 3 auf einer Lochrasterplatine versucht, beim 
layouten bin ich nun zum grübbeln gekommen. Das soll der kleine IC 
wegstecken??? Da begann ich dann nochmal das Datenblatt zu konsultieren 
und schließlich das Forum hier... :-)

Ich überlege nun ob ich nochmal alles umwerfe, obwohl ich kaum noch 
Platz habe auf der Platine. :-(

Gruß AVRli...

Autor: Kakadu (Gast)
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Einen zweiten ULN huckepack aufzulöten, damit hätte ich kein Problem.
Der Fehler bei der Schaltung liegt am PCF8574, der viel zu schlapp ist, 
als dass er einen brauchbaren Ausgangstrom liefern könnte.
Die ULNs schalten nicht richtig durch.

Autor: AVRli (Gast)
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Kakadu schrieb:
> Der Fehler bei der Schaltung liegt am PCF8574, der viel zu schlapp ist

Der ULN Eingang ist mit einem Pullup auf +5V. Den müsste ich 
wahrscheinlich etwas anpassen damit dann beide ULN's 2mA bekommen, wenn 
der PCF auch H ist. Dieser ist dann am PCF8574 dran und der steuert bei 
H nach Masse durch und somit sollte das dann doch funktionieren. 
grübel

Gruß AVRli...

Autor: eProfi (Gast)
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Anderer Vorschlag: Soft-PWM
Die Relais brauchen die 50mA nur zum Anziehen, wenn sie angezogen sind, 
reichen auch 20mA, die man leicht nach 1 Sekunde mit SW-PWM erzeugen 
kann.

Kannst es Dir auch leicht machen und, nachdem ein Relais anziehen 
soll, allen Relais kurz Vollgas geben (oder schalten die im 
Sekundentakt?).

Summt halt ein bisschen. Kannst ja eine Melodie programmieren ;-)

Autor: AVRli (Gast)
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eProfi schrieb:
> Anderer Vorschlag: Soft-PWM

Auch eine nette Idee... Im Betrieb muss das Relais sicher gezogen 
bleiben. Das Risiko ist mir etwas hoch wenn die CPU mal hängt oder der 
I²C Bus hängt.

Ich habe mich entschlossen die Stelle wieder aufzureißen und einen 2 ULN 
einzusetzen. Nun geht ein Steuerkanal immer durch 2 ULN Kanäle.

Das ist wohl die sauberste Lösung.


Danke Euch dennoch für alle Beiträge und Überlegungen...

Gruß AVRli...

Autor: Kakadu (Gast)
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>Das ist wohl die sauberste Lösung.

Eine saubere Lösung bedingt, dass die Relais beim Einschalten nicht 
allesamt anziehen, wie es hier per pullups passiert. Die Ansteuerung mit 
PCF8574 bräuchte noch Inverter. Permanentes PWM-Takten über IIC-Bus ist 
auch nicht die Erfüllung.

Besser wäre ein Schieberegister HC595. Höhere Ströme würden auch zwei 
L293D ermöglichen.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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AVRli schrieb:
> Es sind 12V Relais mit 0,05 mA die ich nach Masse schalte.

Die ist bekannt das die Spule an Ausgang und +12V liegen muss?

Und die Relais brauchen nur 0.05mA?

Warum nimmst du keine kleinen MOSFETS wenn du so viel Strom ziehst?

http://www.vishay.com/docs/64737/si9945bd.pdf

Autor: AVRli (Gast)
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Kakadu schrieb:
> Eine saubere Lösung bedingt, dass die Relais beim Einschalten nicht
> allesamt anziehen, wie es hier per pullups passiert.

Meinst Du das es da Problem beim einschalten geben könnte? Direkt nach 
dem Einschalten werden alle Relais so angesteuert das die abfallen 
sollen.

Für den Einsatzzweck wäre ein kurzzeitiges anziehen aller Relais kein 
Problem. Mit dem Relais werden passive Elemente geschaltet als Dekaden 
geschaltet.

Helmut Lenzen schrieb:
> Die ist bekannt das die Spule an Ausgang und +12V liegen muss?

+12V o---[+REL-]---[ULN]---o GND

Wenn der ULN den Ausgang nach GND durch schaltet, dann zieht das Relais.

Ein Relais ist mit 220 Ohm bei 12 V angegeben. In der Realität zieht ein 
Relais etwa 45mA.

Helmut Lenzen schrieb:
> Warum nimmst du keine kleinen MOSFETS wenn du so viel Strom ziehst?

Ja das ist eine Platzfrage... ich würde insgesamt 16 Stück benötigen. Da 
sind die ULN's schon kleiner.


Gruß AVRli...

Autor: Kakadu (Gast)
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>Ein Relais ist mit 220 Ohm bei 12 V angegeben. In der Realität zieht ein
>Relais etwa 45mA.

Und warum wird ganz oben nach 500mA gefragt?

>Meinst Du das es da Problem beim einschalten geben könnte?

Wenn Du mir soetwas verkaufen wolltest, hättest Du ein großes Problem.

Autor: AVRli (Gast)
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Ich dachte ich hätte mich so ausgedrückt das ich 8x 200mA schalten 
möchte und das mit dem ULN so nicht möglich ist... ;-)

AVRli schrieb:
> Ich habe das ganze so bemessen in
> der Annahme das ich damit jeweils 200mA pro Kanal schalten kann. Nun
> habe ich jetzt erst gelesen das zwar pro Kanal 500mA aber eben nicht 8
> gleichzeitig sondern bei 8 gleichzeitigen maximal 150mA pro Kanal
> zulässig sind.

Besten Dank!

Grüße, AVRli...

Autor: AVRli (Gast)
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Nun habe ich auch nochmal eine Nacht darüber geschlafen, nun bin ich 
doch überzeugt das ich doch lieber Inverter einsetze. Dann können die 
Pullups zum ULN entfallen und ich kann den Inverter direkt zwischen den 
PCF und den ULN setzen ohne Widerstände?

Ich habe nun den HC4049 heraus gesucht, ist das die richtige Wahl?

TNX! Gruß AVRli...

Autor: MaWin (Gast)
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74HC240 würde zumindest 8 enthalten und liefert mehr Strom.

Wie wäre statt dem PCF ein 74HC595 ?

Autor: Kakadu (Gast)
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>Ich habe nun den HC4049 heraus gesucht,

Das kannst Du so machen :-) Der 4049 hat aber nur 6 Inverter.
Ein altes Datenblatt eines XR2203 (ULN-2308 von EXAR) sagt Folgendes:

Sättigungsspannung eines Ausgangs bei Ic=200mA und Ib=350µA: 1,1V typ.
Das sind 220mW Verlustleistung pro Kanal. Bei acht Kanälen 1,76W 
insgesamt.
Bei 25°C darf der Chip/Gehäuse mit 2W belastet werden. Die 1,76W sind 
bis 40°C zulässig.
Und wenn das nicht reicht, packe einen weiteren ULN huckepack dazu.

Wenn es nicht zwingend per IIC-Bus passieren soll, nimm ein 74HC595 
Schieberegister. Das liefert den richtigen Pegel mit hinreichend 
Treiberstrom. Der Reset-Eingang sorgt dafür, das beim Einschalten des 
Gerätes kein Relais per Zufall eingeschaltet wird.
Der µC alles unter seiner Kontrolle.

Autor: AVRli (Gast)
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MaWin schrieb:
> 74HC240 würde zumindest 8 enthalten und liefert mehr Strom.

Mit den 8, das ist gut! Danke! Mit der Bauteilauswahl tue ich mich echt 
immer sehr schwer... :-(

MaWin schrieb:
> Wie wäre statt dem PCF ein 74HC595 ?

Ja auch eine Idee, nun habe ich am I2C noch ein Display dran was den Bus 
nicht einsparen würde. Und einen kleinen Vorteil sehe ich bei der PCF 
Verwendung auch noch. Man kann die Ausgänge wieder abfragen um sicher zu 
sein ob die wirklich so stehen, wie der µC ihm das auch sagte.

Kakadu schrieb:
> ...Sättigungsspannung/Verlustleistung...

Gut nun, nach dem Umbau, sieht die Sache ja nun entspannter aus. Kein 
Kanal wird mit mehr als 80mA belastet. Das sollte dann alles ausreichend 
sein.

Bleibt nun zu hoffen das es nachher auch so funktioniert... nun stocke 
ich noch etwas bei der Aussage:

The 74HC/HCT240 are octal inverting buffer/line drivers
with 3-state outputs. The 3-state outputs are controlled by
the output enable inputs 1OE and 2OE. A HIGH on nOE
causes the outputs to assume a high impedance
OFF-state.

Ich brauche ja kein 3 State, leg ich 1OE und 2OE nun auf GND?


Grüße AVRli...

Autor: Sepp (Gast)
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RICHTIG!
Outputenable auf GND, dann sind die Ausgangsstufen aktiv!
Dem Baustein ist es egal ob die von einem Steuersignal oder
Hardwaremäßig auf GND gelegt werden.

Tip: Ich würde die Leiterbahn so legen, da man diese notfalls
auftrennen und die Pins mit nem R auf H ziehen kann,
für Fehlersuche kann das sehr hilfreich sein.

Autor: MaWin (Gast)
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> für Fehlersuche kann das sehr hilfreich sein.

Für Fehlersuche wäre es noch besser, man könnte das IC aus seiner 
Fassung ziehen...

Autor: AVRli (Gast)
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Hallo,

ich habe nun alles geändert und freue mich über die Hinweise von Euch! 
Schließlich will man ja auch was lernen. :-)

Um nun im Gedächtnis zu speichern warum es so gemacht wurde würde ich 
gerne wissen ob ich es richtig verstanden habe und die Datenblätter 
richtig interpretiert habe.

Der PCF8574 kann einen H Pegel von 30 - 300µA erzeugen, L gehen ca. 
25mA. Dieser Chip legt alle Ausgänge nach dem anlegen einer 
Versorgungsspannung auf H Pegel. H Pegel am ULN würde so aber nicht 
ausreichen weil der ULN Chip min. 1mA Ansteuerstrom benötigt.

Jetzt kommt der Inverter 74HC240 in's Spiel.

Der PCF8574 H Pegel von 30 - 300µA geht zum Eingang von dem 74HC240. 
Dieser benötigt einen geringen Ansteuerstrom den genauen Wert habe ich 
nicht gefunden. :-( Invertiert dann das Signal und das geht weiter zum 
ULN Chip.

Der Strom aus dem 74HC240 reicht aus um den ULN Chip vernünftig 
anzusprechen.

Beim einschalten liegt am PCF Ausgag H an -> INV -> L am ULN, Relais 
zieht nicht.

Hab ich's? ;-)

Viele Grüße, AVRli...

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Du kannst statt des 74HC240 auch nur einen Pullupwiderstand an dem PCF 
anschliessen und dann direkt den ULN2803. Du sagtes ja er kann bei L 
25mA fliessen lassen. Wenn du den Pullup um die 1.5KOhm machst dann 
fliessen im H Fall dann rund 2mA in den ULN2803. Das spart dir den 
74HC240.

Autor: Kakadu (Gast)
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@Helmut Lenzen

Wir waren schon soweit, diese blöde Bastellösung zu vermeiden. Bitte von 
Anfang an lesen!

> 74HC240. Dieser benötigt einen geringen Ansteuerstrom den genauen Wert

Einige 100pA bis einige nA. Der (Leck-)Strom hängt von der Temperatur 
ab.

Autor: Falk Brunner (falk)
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[[Port-Expander PCF8574]]

Autor: AVRli (Gast)
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In der Hoffnung das alles funktioniert, vielen Dank nochmal an alle 
Beteiligten!

Gruß AVRli...

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