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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik ULN2803 temperaturabhängig?


Autor: tuxracer (Gast)
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Hallo ehrenwerte Hardware-Gurus,

in einer kleinen Anwendung mit einem ATMEGA8 steuern wir über einen 
ULN2803 mehrere Relais an. Nachdem der ULN2803 schon die Freilaufdioden 
mitbringt, ist die Schaltung ganz einfach, vom ATMEGA-Pin auf den 
ULN2803 Eingang und vom ULN2803 Ausgang zum Relais.

Die Schaltung funktioniert im Labor perfekt. Dann kam sie ins Feld und 
funktionierte schon nach wenigen Minuten nicht mehr. Es dauerte eine 
Weile bis der Verdacht auf die Temperatur kam. Man kann mit Kältespray, 
den man auf den ULN2803 bläst, die Schaltung abschalten. Der ULN versagt 
den Dienst sobald die Temperatur sinkt. Wärmt man ihn mit einem Föhn 
wieder an, funktioniert er wieder.

Das Datenblatt sagt er sollte von -20 bis +85 Grad Celsius 
funktionieren.

Die Relais die wir ansteuern sind Bistabil und werden daher nur mit 
kurzen Impulsen angesteuert. An der Impulslänge liegt es nicht, auch bei 
längeren Impulsen funktioniert die Schaltung bei niedrigen Temperaturen 
nicht.

Hat irgend jemand eine Idee in welcher Richtung wir suchen könnten?

Vielen Dank im voraus für alle Tips.

lg
tuxracer

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

und wie ändert sich die Spannung am Kollektor des ULN wenn es kälter 
wird?
Bei welcher Spannung schalten die Reais sicher, wenn es kälter wird?
Passt das zusammen?

Werdet Ihr ja sicher als erstes gemessen haben?

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: tuxracer (Gast)
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Hallo Michael,

gemessen hab ich bisher nicht nachdem es so schön reproduzierbar war mit 
Kältespray. Darum hab ich es nun genauer untersucht. Also im 
Normalbetrieb (ULN2803 gibt Spannung an das Relais) liegen an der 
Relaispule 4,1 Volt an. Dann halte ich (bitte nicht lachen aber mir ist 
nix besseres eingefallen) ein Stück Teebutter (feinste österreichische 
Qualität; und die ist so schön eckig und doch weich und man kann daher 
mit dem Würfel tiefgefrorener Butter den ULN so schön kühlen) an den 
ULN2803 und die ausgegebene Spannung beginnt sofort rapide zu sinken. 
Nach ca. 10 Sekunden (beginnend bei Raumtemperatur und 4,1 Volt) ist die 
Spannung weit unter 3 Volt und das Relais fällt ab.

Im Datenblatt des ULN2803 steht -20 Grad bis +85 Grad. Wieso fällt die 
Spannung so rapide ab. Nachdem ich mehrere Chips schon probiert hab, 
kann es kein "Materialfehler" sein?

lg
tuxracer

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Mess mal die Spannung am Eingang von dem entsprechenden Kanal des 2803 
im warmen und kalten Zustand.

Dass die Spannung etwas abfällt ist normal, denn die 
Basis-Emitterspannung steigt mit fallender Temperatur, aber 1V bei rund 
30°C Differenz ist doch etwas viel. Das muss eine andere Ursache haben, 
wie z.B. eine zu geringe Eingangsspannung.

Autor: Björn Wieck (bwieck)
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tuxracer wrote:
> Also im
> Normalbetrieb (ULN2803 gibt Spannung an das Relais) liegen an der
> Relaispule 4,1 Volt an.


Der gibt keine Spannung aus sondern ist open Collector.
Zeig mal den Schaltplan.

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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Welcher Hersteller baut Eure ULN2803 ?

Die Vce erhöht sich bei fallender Temperatur, aber nur von 0,9 auf 1,1V. 
Sollte also nicht so schlimm sein.

Schlimmer ist es, ein 5V-Relais einzusetzen, wenn nur 4,1V vorhanden 
sind...

Relais-Type wechseln könnte helfen,
oder mal eine höhere Spannung an die Relais legen (unstabilisiert) und 
passende Spulen wählen.

Autor: tuxracer (Gast)
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Halli,

am Chip steht Toshiba und es ist ein ULN2803AG.

Einen Auszug aus der Schaltung hab ich angefügt.

Vielen Dank fürs mitdenken helfen ...

lg
tuxracer.

Autor: holger (Gast)
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>Der ULN versagt
>den Dienst sobald die Temperatur sinkt.

Such besser mal nach schrottigen Lötstellen.

Autor: tuxracer (Gast)
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Hallo Holger,

schrottige Lötstelle kommt leider nicht in Frage, weil beim ersten Board 
bei dem das aufgetreten ist, da haben wir den ULN2803 getauscht. 
Inzwischen hab ich noch zwei Schaltungen gebaut und es ist jedes mal das 
gleiche. Sobald man den ULN2803 kühlt, fällt das Relais ab. Das Relais 
ist baulich weit entfernt - soll heissen die Kühlung erwischt wirklich 
nur den ULN2803.

Ist die Schaltung falsch? Hab ich einen Knopf im Hirn?

lg

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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Und es ist ein bistabiles Relais.
Wann mißt Du welche Spannungen und wie sind die Impulse ?

Der ULN wird doch eigentlich gar nicht angesteuert, wenn Du die Butter 
draufhälst ?

Autor: Ich (Gast)
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Ucesat wird bei niedriger Temperatur nicht mehr niedrig genug sein. Wenn 
das 5 Volt Relais sind, am besten so mit 7 Volt betreiben, dürfte den 
Relais noch nicht weh tun.

Autor: tuxracer (Gast)
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Mea culpa,

für die "Buttermessung" hab ich die Software marginal geändert und 
steuere das Relais dauernd an. Bei Zimmertemperatur schaltet das Relais 
sauber durch und nach einigen Sekunden kühlen fällt das Relais wieder 
ab. Mitlerweile mit mehren Schaltungen testbar. Ich werde jetzt noch 
einen von einem anderen Hersteller kommen lassen, damit ich einen 
Serienfehler dieser Toshiba-Chips von RIBU ausschließen kann.

lg

Autor: tuxracer (Gast)
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Mein Verständnisproblem ist, warum die Spannung die am Relais abfällt, 
von 4,1 Volt auf 2,5 Volt sinkt, nur weil man den ULN2803 um ca. 10 oder 
15 Grad abkühlt. Da ist doch irgend etwas faul? Lötstellenprobleme 
fallen aus. Könnten nur noch Bond-Draht-Probleme sein? Aber gleich bei 
der ganzen Serie?

lg
tuxracer

Autor: Bensch (Gast)
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> damit ich einen Serienfehler dieser Toshiba-Chips

Scheint mir wohl eher ein Serienfehler in der Ansteuerung der ULNs zu 
sein.
Dazu seh ich noch keine Info hier.

Autor: tuxracer (Gast)
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Die Ansteuerung ist eine Leiterbahn vom ATMEGA zum ULN2803. Die 
notwendigen Widerstände im Basiszweig der Darlingtonstufe sollten sind 
schon im ULN2803.

Aber die Spannung am Eingang der Darlington-Stufe wechselt nur zwischen 
1,6 Volt und 0 Volt. Was mache ich falsch?!?!?!

lg
tuxracer

Autor: Tom (Gast)
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Naja, der ULN2803 ist eine Darlington-Type, da hat man zwei mal die 
Sättigungsspannung bzw. den Anstieg der Sättigungsspannung, wenn man 
kühlt.

Wenn es dann noch dumm läuft und man eine Serie erwischt hat, die am 
Rande der Spezifikation liegt (ich hab' hier zB ein Datenblatt von 
Motorola für den ULN, in dem der Chip nur von 0°C bis 70°C spezifiziert 
ist) und die Spulenspannung für die Relais sowieso schon am Rande ist, 
dann könnte es unter Umständen knapp werden...

Also einfach mal mit ner höheren Spulenspannung für die Relais 
probieren, wie weiter oben schon mal angeregt wurde...

Viel Erfolg, Thomas

Autor: flätz (Gast)
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> Aber die Spannung am Eingang der Darlington-Stufe wechselt nur zwischen
> 1,6 Volt und 0 Volt. Was mache ich falsch?!?!?!

Ist der Port auch als Ausgang programmiert, oder sind lediglich die 
Pullups eingeschaltet?

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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flätz wrote:
> Ist der Port auch als Ausgang programmiert, oder sind lediglich die
> Pullups eingeschaltet?
Ja, die 1,6V sind eingenartig...
Belaste zum Test doch einfach mal deinen ULN-Eingangspin mit einem 
1kOhm-Widerstand gegen GND. Das wären bei 5V gerade mal 5mA, und das 
sollte dein uC locker ausgeben können.
Oder gib eine '1' aus und miss mit einem Multimeter am ULN-Eingangspin 
den Kurzschlussstrom gegen Masse. 50mA sollten da schon drin dein...

Autor: tuxracer (Gast)
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Argl,
es war tatsächlich der Output des ATMEGA der noch als Input parametriert 
war :-((
Dumm das es da keine Warnung des Compilers gibt ...

Nochmal vielen Dank für alle Ideen ...
Das ist wirklich ein geniales Forum.

lg
tuxracer

Autor: H.Joachim Seifert (crazyhorse)
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ich glaub auch, DDRx fehlt in der Software. Ansteuerung mit H-Pegel nur 
über die pullups.

Autor: Bensch (Gast)
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Genau wie ich vermutet hatte- aber erstmal ist ja immer das Sch... 
Bauteil schuld, gell?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Ist doch normal: Immer die Schuld auf andere schieben.
Das war mir auch schon von Anfang an klar, dass es nicht am ULN liegt, 
sondern an irgendeiner anderen Spannung die von außen reinkommt.

Vielleicht sollte man mal einen Artikel zur Fehlersuche schreiben?
Mit der Zeile: "Die Spannung an allen Ein und Ausgängen und jedem IC 
messen und mit den erwarteten Werten vergleichen." dürften die meisten 
Schaltungsfehler hier im Forum behoben sein.
Das Problem ist oft, dass man zu wenig die eigene Schaltung/Software 
hinterfragt und sagt: Ich habs doch richtig aufgebaut, es muss gehen. 
Mit den ungeplanten Fehlern wie Kurzschlüssen, falschen Bauteilwerten, 
verdrehten Bauteilen, kalten Lötstellen, Wackelkontakt am Breadboard 
usw. rechnen die meisten nicht und sagen mehrfach: Die Schaltung ist OK, 
der Fehler muss an was anderem liegen.

Ich messe bei der Fehlersuche alle Signale und zwar jeweils am Ausgang 
von einem Bauteil und am Eingang vom nächsten. Es ist nicht selten der 
Fall, dass irgendeine Verbindung nicht so ganz da ist, wie sie es 
sollte. Das gilt vor allem auch für die Masse und 
Betriebsspannungsleitungen.

Autor: was-willst-du (Gast)
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Das größte Problem hier im Forum schein mir zu sein,
- daß viele Leute Schaltungen aufbauen, von denen sie nix oder viel zu 
wenig verstehen
- daß sie Software abkupfern, die sie nicht durchblicken
- daß sie keine Lust haben selbst Lösungen Ihrer Probleme zu suchen, 
selbst Google ist bei vielen nicht bekannt.

Autor: Hannes (Gast)
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Nun beruhigt euch doch mal. Der OP hat meiner Meinung nach recht 
gewissenhaft und zielstrebig nach dem Fehler gesucht und erst, als er 
nicht mehr weiterkam, hier gefragt. Man darf nun auch nicht gleich alle 
Hilfesuchende über einen Kamm scheren. Aus Fehlern lernt man, und dieses 
Problem wird er so nicht wieder haben, da verwette ich meinen Hintern 
drauf. ;-)

Gruß, Hannes

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Es war ja jetzt mehr auch ganz allgemein gedacht.
Das Problem war hier recht schnell gelöst, es gab allerdings auch schon 
Threads mit mehreren 100 Post bei denen es "nur" darum ging, einem 7805 
5V zu entlocken. Von daher fände ich irgendeine Anleitung oder 
Checkliste zur Selbsthilfe schon gut. Wobei das bei einigen nix bringen 
würde, denn manche sind ja nichtmal in der Lage ihr Problem selbst zu 
verstehen und in klaren Worten zu beschreiben. In diesem Thread war die 
Beschreibung des Problems dagegen nahezu vorbildlich. Vermutlich wäre 
tuxracer auch selbst auf die Lösung gekommen, er hatte sich nur komplett 
in die falsche Richtung verrannt und dahingehend weitergesucht.
Von daher würde eine solche Checkliste mit häufigen Fehlern vielen (die 
auch den Willen dazu besitzen und natürlich die Checkliste finden) 
schnell und unkompliziert weiterhelfen.
Quasi so wie hier nur für allgemeine Analog/Schaltungsprobleme:
http://www.mikrocontroller.net/articles/AVR_Checkliste

Man könnte die Liste natürlich nie vollständig machen, aber alleine 
schon mit den 10-20 häufigsten Fehlern könnte man vermutlich 50% aller 
"geht nicht!" Fragen beantworten.

Das wären dann z.B. so Sachen wie
- korrekte Werte der Cs vor und hinter dem Spannungsregler
- Bei falschen Spannungen das Multimeter auch mal direkt an die 
Schaltung halten und nicht nur ans Netzteil
- Kommen auch wirklich 5V aus dem Port raus und nicht nur wenige Volt, 
da der Port auf Eingang steht
- PortC -> JTAG aus?

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Hannes (Gast)
>Nun beruhigt euch doch mal. Der OP hat meiner Meinung nach recht
>gewissenhaft und zielstrebig nach dem Fehler gesucht und erst, als er
>nicht mehr weiterkam, hier gefragt. Man darf nun auch nicht gleich alle

glaubst Du wirklich? Er hat doch selber anfangs geschrieben, er hat noch 
nix gemessen (was man eigentlich als erstes tun sollte). Inzwischen 
scheinen einige das Messen durch Raten ersetzen zu wollen, was die dann 
sogar noch anderen überlassen. Eigentlich ein sinnloser Thread ...

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

@Jens G. (jensig): deshalb habe ich ganz oben auch so gefragt...

Der Griff zum Multimeter scheint ja oft ziemlich schwer zu sein, dabei 
reicht schon ein Billigst-Baumarkt-Multimeter, um solche Pannen 
einzugrenzen.

Man kann selbst die Frage nach dem schwingenden Quarz damit halbwegs 
beantworten, wenn man es mal an einem spielenden AVR abgeschätzt hat.

Gruß aus Berlin
Michael

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