"Freilaufdiode" bei Bistabilem Relais

bidirektionale Transzorbdiode ( auch Supressordiode ganannt, ist glaub 
ich das gleiche ).
Die gibt es mit verschiedenen Durchbruchspannungen ( Durchbruch in beide 
Richtungen )
Beim 12 Volt Relais könnte man also eine 18 Volt Diode nehmen.
Z-Dioden sind evtl. zu langsam, und können nicht den Impulsstrom ab.

@Hitsuji (Gast)

>Welches Bauteil könnte nun also den Zweck der Freilaufdiode am besten
>erfüllen?

Zwei Dioden, je antiparallel zu den Transistoren. Denn die können den 
Treiber schützen. So wird es in jeder Halb- bzw- H-Brücke gemacht. Und 
die braucht man für ein bistabiles Relais mit einer Spule.

MFG
Falk

@  Stefan M. (derwisch)

>bidirektionale Transzorbdiode ( auch Supressordiode ganannt, ist glaub
>ich das gleiche ).

Kann man machen.

>Z-Dioden sind evtl. zu langsam, und können nicht den Impulsstrom ab.

Nö, das passt schon. Der Pulsstrom = Nennstrom des Relais, und der 
klingt gerade bei Z-Dioden sehr schnell ab. Und zu langsam sind sie auch 
nicht, Nanosekundenschnelles Schalten braucht man hier nicht.

Eventuell möchte man die Energie NICHT auf die Spannungsversorgung 
ableiten, um sie "sauber" zu halten.

Mir fällt da noch eine andere Alternative ein: Kondensator und 
Widerstand. Ist aber sicher nicht ganz einfach, korrekt zu 
dimensionieren.

1

                 L

2

o-----+---------XXXXXX---------+---------o

3

      |                        |

4

      +-----[===]-------||-----+

5

              R        C

@  Stefan Frings (stefanfrings_de)

>Eventuell möchte man die Energie NICHT auf die Spannungsversorgung
>ableiten, um sie "sauber" zu halten.

Naja, das ist in den meisten Fällen nicht der Fall.

>Mir fällt da noch eine andere Alternative ein: Kondensator und
>Widerstand in Reihe. Ist aber sicher nicht ganz einfach, korrekt zu
>dimensionieren.

Ist nicht weiter schwer.

Maximale Überspannug = VCC + U_RC

U_RC = I_RELAIS * R

Damit hat man R

C muss man groß so groß wählen, dass die LC Zeitkonstante aus Relais und 
Dämpfungswiderstand Pi mal Daumen 2-5 mal kleiner ist als die RC 
Zeitkonstante aus Dämpfungswiderstand und Kondensator. Ok, L ist bei den 
wenigsten Relais angegeben, muss man wohl messen. Alternativ grob 
abschätzen aus der Relaisschaltzeit und dem Wicklungswiderstand.

tau_LC = L_wicklung / R_wicklung

tau_RC = R * C = 5 * tau_LC

Hei,

oder halt ein bistabiles Relais mit zwei Spulen nehmen.
Eine Spule zum ein- die andere zum ausschalten.
Sind auch sehr gebräuchlich...
Die kann man dann wieder einzeln mit Dioden schützen.


Grüße,

Tom

Hitsuji schrieb:

Hallo Hitsuji

> Nun beabsichtige ich aber eine Schaltung zu bauen, die mit einem
> bistabilen Relais arbeitet. Zum "hin"-schalten des Relaiskontaktes ist
> also nur ein kurzer Impuls nötig, zum "zurück"-schalten ein zweiter mit
> umgekehrter Polarität. Das Problem ist offensichtlich: beim
> Zurückschalten würde die Diode das Relais kurzschliessen, da sie bei
> umgekehrter Stromrichtung nicht mehr antiparallel geschaltet ist.

In der Tat.....;O)

>
> Welches Bauteil könnte nun also den Zweck der Freilaufdiode am besten
> erfüllen? Auf meiner Suche bin ich bereits auf Supressordioden und
> Varistoren gestossen, die interessant klingen. Allerdings habe ich noch
> nie ein solches Bauteil in Händen gehalten und weiss nicht genau, wie
> sie eingesetzt und dimensioniert werden.

Interessant wäre eine Schaltung, die OHNE die Diode auskäme....
Die Spannungsspitze, die Du mit Freilaufdioden unterdrücken möchtest, 
entsteht in erster Linie beim harten Abschalten des Relaisstromes.
Betrachte einmal im Anhang die Schaltung unter BistabilesRelays.pdf.
Wenn T1 einschaltet, fließt über C1 ein Strom durch die Spule von K1. 
Das Relais zieht an.
Der Strom ist MAXIMAL so groß, wie der "normale" Strom durch K1 bei 
gegebener Spannung wäre, wenn die eine Seite der Spule nicht über C1, 
sondern direkt auf Masse läge. Tatsächlich ist er kleiner. Das dort noch 
ein R3 zur Strombegrenzung ist, lassen wir jetzt mal unter den Tisch 
fallen. Wenn C1 leer beim Einschalten leer ist, muss der Strom erst 
relativ langsam, wegen der Eigeninduktivitaet von K1, ansteigen. Dabei 
füllt sich aber C1, was zu einer geringeren Differenzspannung über K1 
führt. Ab einem gewissen Punkt, wenn C1 immer weiter gefüllt wird, wird 
die Differenzspannung so klein, das der Strom durch K1 wieder sinkt. 
Irgendwann (Theoretisch/Mathematisch nie, aber praktisch schon) ist C1 
dann auf die Betriebsspannung aufgeladen, dadurch die Differenzspannung 
über K1 null, und damit auch der Strom durch K1 Null. Und das ganz sanft 
ohne Spitzem.
Zum Abschalten muss nun T1 sperren und T2 leiten. in dem Falle wird nun 
K1 umgedreht mit der Spannung aus C1 versorgt, und liegt auf der anderen 
Seite über T2 auf Masse. Es fliesst nun ein umgedrehter Strom durch das 
bistabile Relays, welches darum nun abfällt.
Auch dieser Strom steigt begrenzt durch die Induktivität (und den 
Widerstand) von K1 an, und klingt wieder ab, wenn C! leerläuft. 
Ebenfalls ganz sanft ohne Spitzen.

Die Suppressordiode D1 ist nur für Notfälle da, wenn z.B. aus 
irgendeinem Grunde T1 oder T2 abschalten sollten, wenn der Strom durch 
K1 gerade im Maximum ist. Dann wirkt sie entweder als Freilaufdiode wenn 
T1 irrtümlich sperrt, oder als Suppressordiode, wenn T2 irrtümlich 
sperrt.
Auch sollten T1 und T2 NIE gemeinsam durchgeschaltet sein, was hier 
teilweise dadurch sichergestellt ist, das T1 ein PNP und T2 ein NPN 
Kondensator ist. Bedingt durch Trägheiten können sich die 
Einschaltzeiten trozdem etwas überlappen. Dafür ist dann R3 da, der in 
dem Falle den Strom begrenzt.

> Kann mir diesbezüglich jemand Auskunft geben? Können so allgemeingültige
> Aussagen gemacht werden oder werden Details zur Schaltung benötigt?
>

C1 muss ausreichend groß sein. Typischerweise legt man ihn als 
Elektrolytkondensator an, mit einer Spannungsfestigkeit 2-3 mal der 
Betriebsspannung. R3 kann im Zweifel ganz wegfallen. Er klaut von der
Spannung für K1 und wenn er für Dauerstrom T1 und T2  auf bemessen 
würde,
wäre das so viel, das K1 nicht mehr richtig schalten könnte. 
Dimensioniert man ihn kleiner, wird der Kurzschlussstrom zu groß....ok, 
man könnte T1 und T2 entsprechend stark dimensionieren und indirekt 
durch die Basiswiderstände R1 und R2 eine zusätzliche Strombegrenzung 
durch T1 und T2 machen, aber auch in diesem Falle müsste man für eine 
adäquate Kühlung von T1, T2 und R3 sorgen....
R3 ist also nur dazu da, um die Aplitude der Stromspitzen (z.B. für EMV) 
klein zu halten.

Alternativ könnte man R3 auch größer machen, wenn man einen sehr großen 
Kondensator vom Emitter von T1 nach Masse vorsehen würde. Der kann dann 
langsam über R3 volllaufen, und beim Einschalten würde die Schaltung 
dann kurzfristig aus diesem Kondensator versorgt. Aber wenn das ganze zu 
oft schnell hin und her flattert, wird er nicht mehr richtig voll, weil 
während der Einschaltvorgänge mehr Ladung abgezogen wird als 
nachfliessen kann, und das Relais schaltet nicht mehr richtig.
Ausserdem müssten für einen "Dauerfehler" T1 und T2 dann immer noch den 
Pulskurzschlussstrom aus diesem Kondensator und bei T2 noch plus dem 
Strom aus dem Relais schlucken können, und natürlich den durch R3 
begrenzten Dauerstrom.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.dl0dg.de

Bernd Wiebus schrieb:

Nachtrag:

Statt der beiden Transistoren T1 und T2 kannst Du natürlich auch 
irgendeinen passenden Treiber mit Totempfahlausgangsstufe nehmen, wenn 
es gerade passt.

Ausserdem invertiert die oben angegebene Stufe, was je nach Situation 
aber angenehm oder störend ist. Auf jeden fall sollte man kurz einmal 
darüber nachdenken, was das für Konsequenzen hat.

Spontan würde mir als explizites Treiberstufen IC MIC4421 (invertierend) 
und MIC4422 (nicht invertierend) einfallen. Aber für ein Relais brauchst 
Du den fetten Strom natürlich eigentlich nicht. Dafür ist aber der 
Schmidt-Trigger im Eingang nett, je nach Anwendung.....

Trozdem geht es ein paar Nummern kleiner und billiger eben auch noch.


Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.dl0dg.de

@  Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite

>      BistabilesRelays.pdf | anzeigen


jaja, die übliche, schnell hingeschmierte, nicht durchdachte Schaltung. 
Gibt ja noch nicht genügend von sowas im Internet. Viel Spass beim 
praktischen Betrieb bei zwei direkt verbundenen Emitterschaltungen. 
Renaissance des Querstroms.

>Interessant wäre eine Schaltung, die OHNE die Diode auskäme....

Wirklich? Weil die 5 Cent einspart?

>Zum Abschalten muss nun T1 sperren und T2 leiten.

Das mach mal mit deiner Schaltung. Hoffentlich ist die Schaltzeit sehr 
klein. Und make before break kommt immer gut, gerade bei 
Leistungsstufen.

>Auch sollten T1 und T2 NIE gemeinsam durchgeschaltet sein, was hier
>teilweise dadurch sichergestellt ist, das T1 ein PNP und T2 ein NPN

HAHA!


>Elektrolytkondensator an, mit einer Spannungsfestigkeit 2-3 mal der
>Betriebsspannung.

So eine Mädchendimensionierung macht man nicht mal bei 
Tantalkondensatoren, schweige denn bei Aluminiumelekos. 20-50% größere 
Nennspannung als Betriebsspannung reicht vollkommen aus.

>durch die Basiswiderstände R1 und R2 eine zusätzliche Strombegrenzung
>durch T1 und T2 machen, aber auch in diesem Falle müsste man für eine
>adäquate Kühlung von T1, T2 und R3 sorgen....

Die Schaltung ist schlicht und ergreifen MÜLL!!! Nicht mal als 
Prinzipschaltung in einem Lehrbuch brauchbar.
Wenn man die Transistoren wenigsten vertauschen würde und einen 
komplementären Emitterfolger draus machen würde, dann ginge es.

Ein Satz mit X . . . .

Falk Brunner schrieb:

Hallo Falk Brunner.


> jaja, die übliche, schnell hingeschmierte, nicht durchdachte Schaltung.
> Gibt ja noch nicht genügend von sowas im Internet. Viel Spass beim
> praktischen Betrieb bei zwei direkt verbundenen Emitterschaltungen.
> Renaissance des Querstroms.

Richtig, toll ist sie wirklich nicht. wegen des Querstromes bzw. weil 
man zum richtigen Sperren ziemlich dicht an das Versorgungsspannungs 
bzw. Massepotential heran muss.

Der von Dir erwähnte komlementären Emitterfolger wären dann so wie im 
Anhang "BistabilesRelaysKomplementaererEmitterfolger.pdf.
T1 und T2 sind einfach vertauscht, und die Schaltung ist damit auch 
nichtinvertierend. Das Grundproblem bleibt: Um gut zu funktionieren muss 
man mit der Ansteuerung sehr dicht an die Versorgungsspannungs bzw. das 
Massepotential heran. Das Problem des Querstroms ist deutlich kleiner, 
dafür machen jetzt u.U. die Transistoren nicht mehr richtig auf, d.h. 
dem Relais könnte Spannung fehlen.


>>Zum Abschalten muss nun T1 sperren und T2 leiten.
> Das mach mal mit deiner Schaltung. Hoffentlich ist die Schaltzeit sehr
> klein. Und make before break kommt immer gut, gerade bei
> Leistungsstufen.

Aus einem Logik-IC heraus angesteuert sollten die kurz genug sein, damit 
das Schalten schnell genug passiert. Das Problem ist eher, mit einem 
Logik-IC dicht genug an die Versorgungsspannung bzw. Masse 
heranzukommen, damit der zugehörige Transistor auch wirklich sperrt.

Zusätzliche Dioden in den Kollektor Leitungen von T1 und T2 könnten 
dabei helfen. R3 könnte, aufgeteilt in den Kollektoren von  T1 und T2, 
das Problem ebenfalls entschärfen.

> Die Schaltung ist schlicht und ergreifen MÜLL!!! Nicht mal als
> Prinzipschaltung in einem Lehrbuch brauchbar.
> Wenn man die Transistoren wenigsten vertauschen würde und einen
> komplementären Emitterfolger draus machen würde, dann ginge es.
>
> Ein Satz mit X . . . .

Lehrbücher verbreiten dafür gern die "Totempole" Schaltung. Siehe Anhang 
"BistabilesRelaysInverterTotemPole.pdf". Allerdings benötigt auch das 
primitiv Beispiel schon wieder mindestens eine Diode, einen Transistor 
und einen Widerstand mehr.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.dl0dg.de

@ Bernd Wiebus (berndwiebus) Benutzerseite

>nichtinvertierend. Das Grundproblem bleibt: Um gut zu funktionieren muss
>man mit der Ansteuerung sehr dicht an die Versorgungsspannungs bzw. das
>Massepotential heran.

Jede CMOS-Ausgangsstufe macht das, wenn sie entsprechend ihrem Aufbau 
nicht überlastet wird.

> Das Problem des Querstroms ist deutlich kleiner,

Nein, es ist NULL! Versuch mal einen Querstrom zu erzeugen.

>dafür machen jetzt u.U. die Transistoren nicht mehr richtig auf, d.h.
>dem Relais könnte Spannung fehlen.

0,7V U_BE.

Falk Brunner schrieb:

Hallo Falk.


>>nichtinvertierend. Das Grundproblem bleibt: Um gut zu funktionieren muss
>>man mit der Ansteuerung sehr dicht an die Versorgungsspannungs bzw. das
>>Massepotential heran.
> Jede CMOS-Ausgangsstufe macht das, wenn sie entsprechend ihrem Aufbau
> nicht überlastet wird.

Ja. Aber bei Opencollector kann es je nach Widerstand und Last anders 
sein (runter ist kein Thema, aber rauf schon).
Wenn Du noch andere Logiktypen hast, oder das Schaltsignal irgendwo aus 
der Schaltung ableiten willst, kann es noch kritischer aussehen.

>
>> Das Problem des Querstroms ist deutlich kleiner,
>
> Nein, es ist NULL! Versuch mal einen Querstrom zu erzeugen.
>

Stell Dir zusätzliche Kapazitäten an den Basen vor.....manchmal braucht 
man die zum Entstören. Dadurch wird das ganze träge, und es gibt eine 
Überlappung.
Ausserdem werden Opencollector z.b. Schaltungen langsam, wenn sie sich 
dem Ausgangspegel oben nähern (Kondensator volllaufen).


>>dafür machen jetzt u.U. die Transistoren nicht mehr richtig auf, d.h.
>>dem Relais könnte Spannung fehlen.
>
> 0,7V U_BE.

Genau die. TTL kommt z.B. nicht so weit runter. Und siehe oben.

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic
http://www.dl0dg.de

Blöde Idee: Mit einem weiteren Relais die Schutzdiode umpolen ... :-D


Gruß

Jobst

Vielleicht interessiert einen meine Theorie:
Betrachte die Spule als Lautsprecher und bastele dazu ein sogenanntes 
Boucherot-Glied. Damit hat man dann maximale Dämpfung, weil das Gebilde 
dann nur noch einen Realanteil besitzt und diesen über einen weiten 
Frequenzbereich.
Für die Auslegung brauch man RL und L der Relaispule. Sind beide leicht 
meßbar. Dann gilt:
R=RL und Betrag(XC)=Betrag(XL)
Für die Frequenz hat Falk den richtigen Weg gezeigt, also f=1(2*ton).
ton hier die Anzugszeit. Die Abfallzeit kann man ja nicht direkt messen, 
wie man obig lernte.
Der Bedämpfungskreis besteht aus R und in Reihe C parallel zur 
Spulenwicklung.

Wenn meine Theorie stimmt, sollte das optimal sein. Kann ja mal jemand 
mit SPICE nachprüfen.

Diese Kleinigkeiten habe ich mal weggelassen. In meiner Ausbildung haben 
wir zwar Relais bis zum Abwinken gehabt, aber wie man sowas auslegt, daß 
wußten auch die Ausbilder anscheinend nicht. Damals hat das auch keinen 
wirklich interessiert.
Der sichere Haltestrom ist typisch auch nur die Hälfte.

Hallo Hitsuji,

wenn es ein normales bistabiles Relais mit einer Spule ist( z.B. 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/504345-da-01-de-PRINTRELAIS_PE014F03_1415390_1.pdf 
), dann braucht es zwei Push-Pull-Tri-State Ausgangstufen die diese 
Spule ansteuern. Meist haben diese Ausgangsstufen die Schutzdioden schon 
drin, wie z.B. der iC-DX (http://ichaus.biz/product/iC-DX) oder iC-JX. 
Hier gibt es auch einige Applikationen für die Ansteuerung von 24V, 
Relais oder auch Laserdioden: http://ichaus.biz/wp1_mikrocontroller .
Die zwei Ausgangstufen für die Spule werden dann inverse angesteuert. 
Eine schaltet die Spulenspannung durch und die andere PP-Stufe Masse. In 
die andere Richtung umgekehrt. Nach der Aktivierungszeit können dann 
beide Stufen inaktiv(hochohmig) geschaltet werden.

Gruss h44

@ Horst H. (horst_h44)

>http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/50...
>), dann braucht es zwei Push-Pull-Tri-State Ausgangstufen die diese
>Spule ansteuern.

Jain. Es reichen zwei Push-Pull Stufen, Tristate müssen die nicht 
können.

>Eine schaltet die Spulenspannung durch und die andere PP-Stufe Masse. In
>die andere Richtung umgekehrt. Nach der Aktivierungszeit können dann
>beide Stufen inaktiv(hochohmig) geschaltet werden.

Wozu? Wenn beide auf LOW oder HIGH liegen ist die Brückenspannung Null.