Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schutzschalter für 12V/10A mit ATMega16


von HLA (Gast)


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Hallo,

ich entwerfe eine Schaltung wo mittels eines PINs vom ATMega16 eine 
Unterbrechung eines 10A/12V DC-Stromkreises hervorgerufen werden soll. 
Der uC misst die Temperatur, und wenn die Temperatur einen Wert 
übersteigt, soll der Stromkreis unterbrochen werden und der uC meldet 
einen Fehler.

In anderen Wörtern, dient das ganze als Schutzschalter welcher durch die 
interne Logik des uCs ausgelöst wird. Es wird eher selten vorkommen dass 
die Schaltung auslöst, aber sie soll trotzdem als Schutz vorhanden sein.

Ich habe mir einige Möglichkeiten überlegt:

1) Steuerung eines monostabilen 12A-Relais mittels eines Transistors;
- Die Relais dieser Stromordnung sind normalerweise ziemlich groß (ca 
20x15x15) und passen nicht in das Gehäuse

2) Halbleiterrelais;
- sind mir zu teuer für so hohe Ströme

3) Steuerung eines MOSFETs;
- Eventuell hohe Verluste als Wärme

Hat wer schon Erfahrungen mit solchen Schutzschaltern gemacht? Auf einen 
Tipp oder Empfehlung würde ich mich sehr freuen! Tausend Dank.

HLA

von Bernd S. (bernds1)


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HLA schrieb:
> Hallo,
>
> ich entwerfe eine Schaltung wo mittels eines PINs vom ATMega16 eine
> Unterbrechung eines 10A/12V DC-Stromkreises hervorgerufen werden soll.
> Der uC misst die Temperatur, und wenn die Temperatur einen Wert
> übersteigt, soll der Stromkreis unterbrochen werden und der uC meldet
> einen Fehler.
>
> In anderen Wörtern, dient das ganze als Schutzschalter welcher durch die
> interne Logik des uCs ausgelöst wird. Es wird eher selten vorkommen dass
> die Schaltung auslöst, aber sie soll trotzdem als Schutz vorhanden sein.
>
> Ich habe mir einige Möglichkeiten überlegt:
>
> 1) Steuerung eines monostabilen 12A-Relais mittels eines Transistors;
> - Die Relais dieser Stromordnung sind normalerweise ziemlich groß (ca
> 20x15x15) und passen nicht in das Gehäuse
>
> 2) Halbleiterrelais;
> - sind mir zu teuer für so hohe Ströme
>
> 3) Steuerung eines MOSFETs;
> - Eventuell hohe Verluste als Wärme
>
> Hat wer schon Erfahrungen mit solchen Schutzschaltern gemacht? Auf einen
> Tipp oder Empfehlung würde ich mich sehr freuen! Tausend Dank.
>
> HLA

Wenn ich das richtig verstehe, möchtest du bei steigender Temperatur ein 
Relais schalten.
Ich komme mal gleich zum Punkt 2: Das hier 
http://www.reichelt.de/Solid-State-Relais/RA-2425-D06/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=22691;GROUPID=3298;artnr=RA+2425-D06
dürfte mehr als ausreichend sein für dich.
Damit kommen wir schon zu Punkt 1: Das Relais kannst du mit 5V/20mA 
schalten. Damit kann auch der Schalttransistor entfallen.

Vor das Relais hängst du einen Komparator, der die Soll- mit der 
Isttemperatur vergleicht und dessen Ausgang schaltet das Relais.

Man kann es natürlich auch mit einem Prozessor machen, wenn man will. 
Temperatur messen und Ausgang schalten, das ist alles.

Hilft das weiter?

von HLA (Gast)


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Danke für deine Vorschläge.

In meinem Fall bin ich ohnehin auf einen uC angewiesen da noch weitere 
Sachen nebenbei gesteuert werden (z.B. SPI, PWM, etc.).

Der Komparator braucht eine Referenzspannung - diese möchte ich aber 
nicht fest vorgeben, sondern im Programm des uCs berücksichtigen. Also 
bin ich auf einen ADC-Eingang oder den internen Komparator des uCs 
angewiesen um die Temperatur zu messen.

Das Halbleiterrelais auf reichelt ist ziemlich groß (und teuer). Die 
normalen Relais haben so ca R=60Ohm, was bei 5V einen 70mA Strom durch 
den uC treiben würde - das wäre schon ziemlich viel, also einen 
Transistor zu nehmen würde nicht schaden (außer man verwendet ein 
Halbleiterrelais).

Wichtig ist: das ganze ist kein Temperaturregler (dieser befindet sich 
auf einer anderen Platine und steuert mit einem PID-Regler), sondern nur 
ein Schutzschalter.

Im Idealfall suche ich nach einer Lösung die mittels eines TTL-Ausgangs 
Ströme bis 10A abschalten kann die möglichst kompakt und günstig ist :)

Danke im voraus!

von Anfänger (Gast)


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Bernd S. schrieb:

> Ich komme mal gleich zum Punkt 2: Das hier
> 
http://www.reichelt.de/Solid-State-Relais/RA-2425-D06/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=22691;GROUPID=3298;artnr=RA+2425-D06
> dürfte mehr als ausreichend sein für dich.
> Damit kommen wir schon zu Punkt 1: Das Relais kannst du mit 5V/20mA
> schalten. Damit kann auch der Schalttransistor entfallen.

Hallo, das wird vermutlich nichts werden? Er will DC schalten.
Wie auch immer, wenn es nicht auf ultrafixe Schaltung ankommt, ist ein 
herkommliches Relais das Element der Wahl.

von Bernd S. (bernds1)


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Wenn du sowieso einen µC einsetzt, bietet es sich natürlich an, ihn 
dafür auch zu verwenden. Obwohl ich es immer besser finde, für 
"sicherheitsrelevante" Aufgaben eine getrennte Schaltung zu haben und 
möglichst keinen Prozessor. Laß mal durch einen Zufall den Prozessor 
abstürzen oder aus irgendeinem Grund nicht mehr richtig arbeiten. Vor 
allem, wenn er noch andere Aufgaben hat, kann sowas durchaus mal 
passieren. Dann schaltet er eben nicht den Strom ab...
Sicherheitsschaltungen sollten immer unabhängig von anderen Sachen 
funktionieren.

Ich weiß deine Hintergründe nicht, deshalb nur dieser Tipp.



Aber hier noch zwei Links, die sich vielleicht eignen.

Das Relais (mechanisch) ist ein wenig billiger:

http://www.reichelt.de/Print-Steckrelais/FIN-43-41-7-5V/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=36505;GROUPID=3293;artnr=FIN+43.41.7+5V

Zur Ansteuerung mit einem µC findest du hier alles:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Relais_mit_Logik_ansteuern

von Bernd S. (bernds1)


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Anfänger schrieb:
>
> Hallo, das wird vermutlich nichts werden? Er will DC schalten.

Sorry, du hast recht. Ich habe mich vertan. Ich habe in der Firma Solid 
State Relais, die mit DC arbeiten. Haben die gleichen Gehäuse, deswegen 
habe ich mich hier getäuscht. Aber ich habe nochmal nachgesehen, die 
gibts bei Reichelt nicht.

Danke für den Hinweis. Manchmal ist man eben blind :-)

von Harald W. (wilhelms)


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HLA schrieb:

> Im Idealfall suche ich nach einer Lösung die mittels eines TTL-Ausgangs
> Ströme bis 10A abschalten kann die möglichst kompakt und günstig ist :)

Das wäre ein Temperaturschalter als Einzelbauelement wie er z.B. in
Kaffeemaschinen verbaut ist. Der schaltet auch problemlos 10A.
Gruss
Harald

von Bernd S. (bernds1)


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Harald Wilhelms schrieb:

> Das wäre ein Temperaturschalter als Einzelbauelement wie er z.B. in
> Kaffeemaschinen verbaut ist. Der schaltet auch problemlos 10A.

Daran hatte ich auch schon gedacht, ein normaler Temperaturschalter wäre 
das einfachste. Aber dann habe ich das hier gelesen:

HLA schrieb:
> Der Komparator braucht eine Referenzspannung - diese möchte ich aber
> nicht fest vorgeben, sondern im Programm des uCs berücksichtigen. Also
> bin ich auf einen ADC-Eingang oder den internen Komparator des uCs
> angewiesen um die Temperatur zu messen.

Hast du bestimmt übersehen (so wie ich bei dem obigen SSR, daß es nur AC 
schaltet).

von HLA (Gast)


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Bernd S. schrieb:
> Obwohl ich es immer besser finde, für
> "sicherheitsrelevante" Aufgaben eine getrennte Schaltung zu haben und
> möglichst keinen Prozessor

Definitiv ein guter Punkt - danke für den Tipp. Ich hatte schon 
Erfahrungen gemacht wo der uC sich aufgehängt hat gerade beim aufwärmen 
eines Leistungswiderstandes. Ich werde dann vermutlich doch eine 
getrennte Lösung implementieren müssen. Gibt es "programmierbare" 
Komparatoren damit der uC die Spannung "einstellt" und die Überwachung 
dann vom getrennten Teil übernommen wird?

Harald Wilhelms schrieb:
> Das wäre ein Temperaturschalter als Einzelbauelement wie er z.B. in
> Kaffeemaschinen verbaut ist. Der schaltet auch problemlos 10A.

Die Sache ist etwas komplizierter. Temperaturfühler ist schon eingebaut 
und wird von einer anderen Schaltung für die Temperaturregelung 
verwendet. Das heißt, ich könnte nur die entsprechende Spannung messen 
(vorausgesetzt ein hoher Innenwiderstand dieser Messschaltung).

Thomas R. schrieb im Beitrag #3128406:
> Ich nehme für so etwas immer den BTS555 von Infineon.

165A sollte reichen :) Es gäbe vielleicht was ähnliches für 10A. 
Allerdings muss trotzdem die Wärme abgeführt werden... d.h. Lüfter, etc. 
hmm.

von Bernd S. (bernds1)


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Schau dir mal den IPS521 an, auch ein High Side Switch, wie der BTS555.
Macht 10A und gibts auch in SMD.

von HLA (Gast)


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Danke für die wertvolle Beiträge.

Nach einige Überlegungen habe ich mich entschlossen ein einfaches Relais 
auf einer anderen Schaltung einzusetzen wo der PID-Regler sitzt. Das 
ganze wird unabhängig vom uC mithilfe eines Komparators realisiert. Ich 
müsste nur überlegen wie ich die Referenzspannung für den Komparator 
speichern/programmieren kann.

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