Hallo Gemeinde,
ich wollte mit einer MCU 13 Relais schalten. Da nicht genügend IO an
der MCU verfügbar sind brauche ich einen seriellen Port Expander. Siehe
Beitrag "ISP / I2C Relay Driver IC wird gesucht, (Alternative zu PCF8574 + ULN2803A.)"
Auf Empfehlung habe ich zwei von den TPIC6B595 verwendet, und sie
arbeiten auch wie erwartet. (Danke für die Empfehlung)
Jetzt zu meiner Frage an Euch.
Die Ausgänge des TPIC6B595 haben eine integrierte Z-diode, man braucht
also „unter Umständen“ keine zusätzliche Freilaufdiode. „Unter
Umständen“ – Mann muss natürlich sicherstellen das der TPIC6B595 die
Abschaltenergie des Relais aushalten kann.
Im TPIC6B595 Datenblatt auf Seite 4 ist folgende Angabe zu finden:
EAS Single-pulse avalanche energy (see Figure 11) max 30 mJ
Nun wie schätze ich die Abschaltenergie meines Relais ab?
Ich benutze folgendes Relais : SANYOU SJ-S-112DM (12V Spulenspannung,
320Ohm)
Auf den ersten zwei Bildern (Bild1, Bild2) sieht man das
schaltverhalten.
Die Vertikale Ablenkung ist eingestellt auf 1V/Div, beim Probe verwende
ich die Dämpfung 1/10. (Resultierende Vertikale Ablenkung ist also
10V/Div.)
Beim Abschalten sieht man das die induzierte Spannung auf 53V durch die
integrierten Z-dioden im TPIC6B595 Ausgang begrenzt wird.
Es stellt sich die Frage ob der TPIC6B595 diesen Stress auf Dauer
Aushalten wird.?
Wie kann man praktisch die Abschaltenergie des Relais bestimmen?
Bei einer idealer Spule ist es einfach, E = ½ (I*I) * L
Ich glaube das geht hier nicht so einfach mit dem Relais da:
1. L ist unbekannt
2. Parasitäre Widerstände sind unbekannt
3. …Magnetische Effekte ??? (bin mir da unsicher)
Ich habe folgendes gemacht:
Ein 400nF Kondensator vom Relais gegen Masse geschaltet. Bild3 zeigt das
verhalten beim Abschalten. Wie man sieht erreicht die Spannung am
Kondensator 35V. Die Spannung ist deutlich unter der Z-Spannung des
TPIC6B595. Damit kann man sagen das die ganze Induktionsenergie in den
Kondensator übertragen ist.
Somit kann die Abschaltenergie berechnet werden zu :
E=1/2 * U*U *C = 0.5*(35V)*(35V)*400nF= 245nWs = 245nJ
Oder ist es richtiger
E=1/2 * U*U *C = 0.5*(35V-12V)*(35V-12V)*400nF= 106nWs = 106nJ
Im Datenblatt ist die EAS Single-pulse avalanche energy (see Figure 11)
mit max 30 mJ angegeben.
245nJ <<30mJ
Die abgeschätzte Abschaltenergie ist um ca. den Faktor 10E6 kleiner
als die im Datenblatt maximal erlaubte.
Somit komme ich zum Schluss das der SANYOU SJ-S-112DM Relais ohne
Bedenken mit dem TPIC6B595 angesteuert werden kann.
Ich würde gerne Wissen ob Ihr das auch so sieht? Ist der Ansatz mit dem
Kondensator richtig?
Bitte keine Antworten wie nimm doch 1N4001 und schalte parallel zum
Relais.
Es gibt mehrere Argumente dagegen:
1. Das Relais Ausschaltverhalten verschlechtert sich
2. Unnötige Bauelemente
Es geht mir hier auch um eine Grundsätzliche Betrachtung bei solchen
Lasten getrieben durch ICs.
Gruss,
Jan
Geht es nicht einfacher? Beim Abschalten fließt der Relaisstrom in
ähnlicher Höhe weiter. Diesen muß die Diode aushalten. Ändert die höhere
Spannung daran was?
Jan schrieb:> Es gibt mehrere Argumente dagegen:> 1. Das Relais Ausschaltverhalten verschlechtert sich
Darüber machst Du dir bei einem mechanischen Bauelement Gedanken? das
steht in keinerlei Relation
> 2. Unnötige Bauelemente
Ja klar 0,5 Cent
Dann optimier mal weiter
> Ein 400nF Kondensator vom Relais gegen Masse geschaltet.
Ach, dann doch weiter Bauelemente??
Jan schrieb:> E=1/2 * U*U *C = 0.5*(35V)*(35V)*400nF= 245nWs = 245nJ
Du kommst mit den Zehnerpotenzen offenbar durcheinander. Da kommen keine
nJ raus, rechne nochmal nach.
Jan schrieb:> Oder ist es richtiger>> E=1/2 * U*U *C = 0.5*(35V-12V)*(35V-12V)*400nF= 106nWs = 106nJ
Oder vielleicht
E1 - E2 = 1/2*(35V)^2*400nF - 1/2*(12V)^2*400nF ?
Du kannst dir die Frage selbst beantworten: auf welche Spannung war der
Kondensator aufgeladen, bevor das Relais abgeschaltet wurde? Auf welche
Spannung war er hinterher aufgeladen.
Du kannst deine Rechnung verifizieren indem du die Frequenz der
abklingenden Schwingung abschätzt (Siehe Oszillogramm). Da du mit der
Relaisspule einen Schwingkreis hast und C bekannt ist kannst du L daraus
berechnen.
Damit hast du bei bekanntem Strom die in L gespeicherte Energie.
BF schrieb:>> 1. Das Relais Ausschaltverhalten verschlechtert sich> Darüber machst Du dir bei einem mechanischen Bauelement Gedanken? das> steht in keinerlei Relation
Falsch. Genau durch diese Bauelemente fallen sehr häufig Geräte aus und
eine schlechte Relaisansteuereung beschleunigt dies i.A.
Seit ich hier nur noch Z-Dioden einsetze, keine Ausfälle mehr.
Moin,
Wenn ich mir das Bild 2 so anschau, dann sieht das doch so aus, als
wuerde die Z-Diode fuer ca. 400µs leiten/durchbrechen/vorsichhinzenern.
Der Anfangsstrom durch diese Diode wird 12V/320Ohm=37.5mA sein und
exponentiell abnehmen - also sicher nicht gleichbleiben oder gar
ansteigen.
Jetzt tu' ich mal so, als wuerde der Strom waehrend der 400µs konstant
bleiben - dann sollte ich auf der sicheren Seite sein, denn tatsaechlich
wird er ja abnehmen.
Also hab' ich einen Strom von 37.5mA, eine Spannung von 53V und eine
Zeitdauer von 400µs. Macht eine Energie von 800µJ. Tatsaechlich eher
weniger, weil ja der Strom nicht die gesamten 400µs mit 37.5mA fliessen
wird.
Nach den 400µs, wenn die Diode nicht mehr leitet, dann fliesst ja auch
kaum mehr Strom (der ganze Zauber ist ja nach ca. 5x 400µs eh'
zweifelsfrei vorbei.), d.h. da geh ich mal stark davon aus, dass nach
den ersten 400µs nicht mehr viel Energie uebrig ist im Vergleich zur
Gesamtenergie.
Weil ja die 800µJ doch ein Stueck weg sind von den 30mJ, waer' ich da
erstmal beruhigt.
Induktivitaet von Relaispulen per Schwingkreis mit bekanntem C ueber
die Frequenz abschaetzen wuerd' ich nicht machen. Der magn. Kreis und
damit die Induktivitaet aendert sich, wenn das Relais angezogen ist.
Gruss
WK
Dergute W. schrieb:> Der magn. Kreis und> damit die Induktivitaet aendert sich, wenn das Relais angezogen ist.
Stimmt, da hatte ich nicht daran gedacht. Danke für die Korrektur.
Der Andere schrieb:> Dergute W. schrieb:>> Der magn. Kreis und>> damit die Induktivitaet aendert sich, wenn das Relais angezogen ist.>> Stimmt, da hatte ich nicht daran gedacht. Danke für die Korrektur.
Es stimmt natürlich tatsächlich. Aber wenn man es für obige Messungen
nachrechnet passt es trotzdem ziemlich gut. Man bekommt halbwegs die
identischen Energien (besser als Faktor 2) aus 1/2*C*U^2 und 1/2*L*I^2
wenn man L mit deiner Methode aus der Resonanzfrequenz berechnet.
Mit der Abschätzung L=53V/37mA*400µs kommt man ebenfalls bis auf 20% auf
das selbe L wie mit der Abschätzung über die Resonanzfrequenz (wobei
natürlich stimmt, dass L beim Umschalten nicht konstant ist, so dass das
nur grobe Abschätzungen sind).
Ja, das kommt ungefaehr hin. Wenn ich mal das Innenleben des Relais als
Reihenschaltung der unbekannten Spule und eines Widerstands mit 320 Ohm
anseh' und davon ausgeh', dass die Klemmenspannung an den Relaispins
fuer 400µs 53V-12V=41V ist und danach unter diesen Wert sinkt, dann ist
also die Induktionsspannung an der nackigen Spule am Anfang 12V hoeher,
also 53V und sinkt dann auf 41V nach 400µs ab.
-ln(41V/53V)=0.256
Also ist Tau = L/R = 0.256*400µs; damit komm' ich auf ungefaehr ein
halbes Henry fuer L.
Das dann in die gute Thomson-Gleichung fuer'n Schwingkreis mit 400nF
eingesetzt kommt auf ca. 355Hz, was wiederum so ungefaehr
groessenordnungsmaessig zum Bild 3 im 1.Post passt...
Gruss
WK
Vielen Dank für die zahlreichen Antworten und Anmerkungen.
Inzwischen habe ich ein paar weitere Experimente gemacht und wollte die
Ergebnisse mit Euch teilen.
Ich habe das Relais abschalten an einem finder Relais durchgeführt,
angesteuert wie vorhin mit einem TPIC6B595.
Bei diesem Finder Relais lässt sich der Abdeckung abnehmen, man kann
dann den Anker festhalten, um zu sehen was die Ankerbewegung für einen
Einfluss auf die Induzierte Spannung hat.
Bilder „Anker_fest“ und „Anker_lose“ zeigen das verhalten, ein
deutlicher Unterschied ist zu sehen.
Anker_lose bedeutet normaler Betrieb. Anker_fest bedeutet das der Anker
festgehalten/fixiert wird. (Festgehalten „offen“ oder festgehalten
„geschlossen“ ergibt gleichen Verlauf.)
BF schrieb :
>>..Freilaufdioden>>„Ja klar 0,5 Cent>>Dann optimier mal weiter..“
Bilder „Abschalten_mit_FreilaufD“ und „Abschalten_ohne_FreilaufD“ zeigen
den Unterschied.
Kanal 1 zeigt den RCK Puls (Zum Zeitpunkt RCK steigende Flanke schaltet
der Relais Steuertransistor ab ). Kanal 2 zeigt den Relais Laststrom,
Spannung gemessen an einem Rshunt=0.25Ohm(als last eine 30V/12V
Glühbirne).
Wie man sieht, RelaisTab mit Freilaufdiode beträgt 8ms, ohne
Freilaufdiode nur 2ms.
Dergute Weka schrieb :
>>“Moin,>>>>Wenn ich mir das Bild 2 so anschau, dann sieht das doch so aus, als>>wuerde die Z-Diode fuer ca. 400µs leiten/durchbrechen/vorsichhinzenern.>>>>Der Anfangsstrom durch diese Diode wird 12V/320Ohm=37.5mA sein und>>exponentiell abnehmen - also sicher nicht gleichbleiben oder gar>>ansteigen. …..”
All dem stimme ich zu. Ich habe zusätzlich eine Messung gemacht um das
zu belägen (Finder Relais, 60mA Spulenstrom), Bild „Abschalt_current“.
Der Masseanschluss vom Scope ist angeschlossen an Vbat.
Kanal 1 zeigt die Induzierte Spannung (probe mit 1/10), Kanal2 zeigt den
Spulen Stromverlauf. (Spannung gemessen an einem 10Ohm shunt widerstand)
Wie man sieht nach 800µs fließt praktisch kein Strom mehr.
Die an die Z-diode abgegebene Abschaltenergie ist < 53V*60mA*0.8ms.
(<2.5mJ)
Tatsächlich sind es Deutlich weniger , wegen dem abnehmenden Strom.
Vielleicht weniger als 1mJ.
Für die Abschätzung / um zu überprüfen ob der IC das aushalten wird,
ist dies wahrscheinlich die einfachste Methode.
Induzierte Spannung am Driver Pin mit Scope messen und Energie berechnen
:
E = Vind_const x T_Vind_const x Vbat/Rrelais
Die Bestimmung mit Kondensator wie von mir am Anfang vorgeschlagen würde
ich abraten.
Die Relaisspule hat einen recht großen Widerstand. Es wird nur ein Teil
von der Spulenenergie in den Kondensator übertragen. Ein Teil wird in
dem Spulenwiderstand in die Wärme umgesetzt.
Gruss,
Jan
Warum der Kondensator? Das Relais ist eine Spule. Eine Spule fordert
Strom, keine Spannung.
Die Abschaltenergie ist einfach 1/2 L*I^2, L kannst Du im Datenblatt des
Relais nachsehen.
Ein Kondensator parallel zum Relais ist kontraproduktiv.
Hallo Walter,
>> Die Abschaltenergie ist einfach 1/2 L*I^2
Richtig.
>>L kannst Du im Datenblatt des>>Relais nachsehen.
Ist leider nicht immer Angegeben, deswegen die ganzen Überlegungen.
Gruss,
Jan
Walter T. schrieb:> Die Abschaltenergie ist einfach 1/2 L*I^2, L kannst Du im Datenblatt des> Relais nachsehen.
Erstens sagt der TE das er diese Angabe über L nicht hat,
zweitens ist L nicht konstant.
Daher gab ich
https://www.elektronikpraxis.vogel.de/die-induktivitaet-von-relaisspulen-richtig-messen-a-460286/
in die Mitte (ca.) des Textes mal runterscrollen, da wird das etwas
genauer beschrieben.
Man(n) kann natürlich immer "über den Daumen peilen", und 400%
Sicherheit drauflegen, dann hält das -- oder halt mal genauer schauen.
So, wie es der TE oben richtig gemacht hat.
Andrew T. schrieb:> Erstens sagt der TE das er diese Angabe über L nicht hat,> zweitens ist L nicht konstant.
Stimmt. Ein klarer Fall von: habe am Ende des Testes vergessen, was am
Anfang stand. Mein Fehler.
