Bistabiles Relais als Sicherung mit Opamp direkt ansteuern?

Harald Wilhelms schrieb:
> Schutzschaltungen würde ich lieber direkt steuern und nicht über
> einen AVR. Das wäre mir zu unsicher.

Der Meinung bin ich ja auch, daher die Schaltung.

Ich habe mir bei eBay einen Solarkoffer mit 45W gekauft, der Vpmax bei 
27V hat. So einen wie diesen:
http://www.ebay.de/itm/45W-WATT-SOLARKOFFER-LADEREGLER-12V-SOLARPANEL-SOLARMODUL-PHOTOVOLTAIK-SOLAR-/390495033880?pt=Solaranlagen&hash=item5aeb515a18
Der Laderegler ist aber nur PWM.
Durch die hohe Auslegungsspannung (Der Koffer soll auch an 24V laufen) 
bekommt man nur 23W max bei 12V heraus.
Mit einem MPP-Laderegler kann man das elegant korrigieren.
Daher habe ich mir das bekannte Design von Tim Nolan angesehen und will 
es modifiziert verwenden.
http://www.timnolan.com/uploads/Arduino%20Solar/ArduinoSolar.pdf
Die Shunt-Lösung mit MAX4173 war mir z.B. zu umständlich und daher hab 
ich mir den ACS712 besorgt, wirklich viel einfach anzuwenden gegenüber 
der Nolan-Lösung.

Tim Nolan hat in seinem Text geschrieben, dass er einige Q3 verheizt hat 
bis er erkannte, dass bei einem Programmfehler während der Entwicklung 
Q3 die Batterie kurzschließen kann und empfohlen, während der 
Entwicklung eine Diode einzubauen, um den Kurzschluss zu verhindern.
In meiner Version soll das im Schaltplan angehängte Board folgende 
Funktionen übernehmen:
- Verhindern von Stromfluss in die Solarzellen bei 
Abschattung/Dunkelheit(Eliminiert Nolan-Q1)
- Trennung Last-Batterie bei Unterschreitung der unteren Akkuspannung.
- Liefern der Stromstärke für die MPP-Berechnung
- Trennen der Last bei Kurzschluss/Überlast am Solarkofferausgang 
(AVR-unabhängig)
- Trennen der Batterie bei Programmfehlern/AVR-Fehlfunktionen (z.B. bei 
Q3-Dauerdurchschaltung-logischerweise muss das AVR-unabhängig passieren)

Da ich deiner Meinung bin und den AVR nicht mit der Sicherungsfunktion 
belasten will, habe ich versucht, mit dieser Schaltung eine vom 
Prozessor unabhängige Überlastabsicherung zu realisieren.

Ich habe mir das so überlegt:
Der ACS liefert bei 0A eine Spannung von 2,5V. Bei 4A sind es etwa 3,3V.
Über den Spannungsteiler Poti/R5 stelle ich die Schwelle von 3,3V ein.
Der OP N1A fungiert als Komparator zwischen ACS-Spannung und 
Schwellspannung. Bei Strömen<4A steuert der Ausgang von N1A also gegen 
GND/0, bei Überschreiten des eingestellten Stroms gegen 12V.

N1B arbeitet ebenfalls als Komparator. Am invertierenden Eingang liegen 
im Normalfall durch R2/R3 3.08V an. Am nichtinvertierenden Eingang 
liegen durch R4/R6 2.47V an. Somit sollte N1B im Normalzustand ebenfalls 
am Ausgang gegen GND steuern. Somit liegen an beiden Eingängen des 
Relais 0V an.
Wird die Stromschwelle überschritten schaltet N1A gegen 12V. Über D1 
wird der invertierende Eingang von N1B auf 12V gezogen, somit ist der 
Ausgang von N1B auf jeden Fall auf 0V, auch wenn über Pin2/R7 eine 
Spannung von 5V an nichtinvertierenden Eingang liegt. D2 sorgt dafür, 
dass die 12V keinen Einfluss auf die Logikspannung über R2 hat.
Somit liegen am - Eingang des Relais 12V an, am + Eingang 0V, somit 
sollte das Relais umschalten (aus).
Wenn das Relais ausgeschaltet ist, fällt der Ausgang vom ACS von alleine 
wieder auf 2,5V und an beiden Relaiseingängen liegen wieder 0V an.
Damit funktioniert theoretisch die Schutzschaltung auf jeden Fall, egal 
was vom AVR kommt.

Die Schaltung des Relais über den AVR läuft über Pin 2. Ist der Ausgang 
hochohmig, passiert nichts. Wenn der Ausgang high ist, wird der 
nichtinvertierende Eingang über R7 (bildet mit R6 eine Brücke) auf
4,2V gezogen. Das ist höher als die 3.08V von R2/R3->der Ausgang von N1B 
steuert gegen 12V. damit liegen am +Eingang des Relais 12V an, am 
-Eingang 0V->Das Relais schaltet ein.
Das Ausschalten durch den AVR ist komlizierter. Der Ausgang am AVR legt 
R7 gegen GND. Damit ist + von N1B auf 0,06V. - von N1B ist auf 3.08V 
(R2/R3)-> der Ausgang von N1B steuert gegen 0V.
- von N1A wird über D3 und R8 gegen 0V gezogen. Der Ausgang vom ACS hat 
auf jeden Fall >0,8V, somit sollte N1A gegen 12V steuern-> Das Relais 
schaltet aus.
Über S1 kann man das Relais auch manuell wieder einschalten.

Ich hatte das ganze auch schon mit einem ZHB6792 (Vollbrücke) angedacht, 
aber dann ist mir aufgefallen, dass der OPAMP mein genügsames Relais vom 
maximalen Ausgangsstrom her evtl. auch alleine schaffen und ich mir die 
Brückenschaltung sparen könnte.

Was noch fehlt ist die Rückmeldung, ob die Sicherung ausgelöst hat. Wenn 
ich den AVR-Ausgang auf hochohmig schalte, könnte ich das Signal von 
N1A-Ausgang pegelgewandelt an den Pin2 zum Auslesen zurückgeben. Dann 
wäre die Auslösung vom AVR auch nachvollziehbar, und das alles (Ein/Aus 
und Sicherungsauslösungsrückgabe) über einen Pin.

Ich werde das mal auf dem Steckboard ausprobieren. Kann ich nur bei 
lernen.

VG Christoph

Für alle die ein ähnliches Problem haben:

Ich habs mit einem LM324N auf dem Steckbrett probiert, funktioniert 
einwandfrei. Exakt beim eingestellten Strom löst die Schaltung aus.
Man kann also auch mit einem Opamp ein Bistabiles Relais umschalten und 
sich dabei einiges sparen, z.B. den Pegelwandler bei der Elko-Version.

Mit einer vereinfachten Version der Schaltung reichen also ein 
zweifach-Opamp, zwei Dioden und 2 Spannungsteiler aus, um ein bistabiles 
Relais umzuschalten, und das ohne den Pegel immer auf High zu halten.

Gruß
Christoph