Problem beim Schalten einer Last mit Optokoppler und PNP: PNP sperrt nicht.

[Martin R. (martin84)]

Hallo,

ich habe mal wieder ein kleines Problemchen...

Ich möchte mit einem ARM µC (3,3V Vcc) eine LED-Anzeige schalten. Zum 
Einschalten der Anzeige  muss ich eine Spannung von +15V schalten. 
Verwenden will ich einen PNP Transistor (BC327). Da die Anzeige ca. 4m 
entfernt ist in einem Blechkasten, will ich die +15V Spannung galvanisch 
mit einem HCPL-181-000E Optokoppler trennen.

Also im wesentlichen habe ich mir die Hardware für die Ansteuerung so 
gedacht, dass ich mit dem µC Ausgang einen BC847 NPN Transistor schalte, 
welcher mit die LED vom Optokoppler schaltet. Der Optokoppler schaltet 
mir dann den PNP durch.

Soweit so gut. Das durchschalten des PNP funktioniert auch, nur mein 
Problem ist, dass ich ihn nicht gesperrt bekomme. Im geschalteten 
Zustand liegen 15V am Ausgang an und im ungeschalteten messe ich immer 
noch 6,4V am Kollektor.

Die Schaltung ist im Anhang zu finden. Könnte mir da bitte mal jemand 
einen vernünftigen Tip geben, wie ich den Fehler finden kann oder ob es 
noch einen Trick beim Schalten mit dem Optokoppler gibt?

Vielen Dank!!

MfG Martin

[FPGASchubser (Gast)]

Sieht aber OK aus.
Was passiert denn wenn Du die linke Seite total abschaltest ?
Will sagen: R74 auslöten.

Gruß

[spontan (Gast)]

Mit wieviel ist der Ausgang des PNP belastet?
Gar nicht? Dann mißt Du über den Leckstrom.

[Falk B. (falk)]

@ Martin R. (martin84)

>Einschalten der Anzeige  muss ich eine Spannung von +15V schalten.

Was spricht gegen ein olles Relais?

>Verwenden will ich einen PNP Transistor (BC327). Da die Anzeige ca. 4m
>entfernt ist in einem Blechkasten, will ich die +15V Spannung galvanisch
>mit einem HCPL-181-000E Optokoppler trennen.

Geht's nicht noch etwas komplizierter? ;-)

>Also im wesentlichen habe ich mir die Hardware für die Ansteuerung so
>gedacht, dass ich mit dem µC Ausgang einen BC847 NPN Transistor schalte,
>welcher mit die LED vom Optokoppler schaltet. Der Optokoppler schaltet
>mir dann den PNP durch.

Im Prinzip ja, die Dimensionierung stimmt aber nicht.

Dein Optokoppler hat 50% CTR (minimal). Wenn dein ARM 10mA für den 
Optokoppler liefern kann, kann man sich den NPN sparen und direkt 
ansteuern.
R74 ist zu groß, da fließen gerade mal ~2mA in den Optokoppler. 10mA 
sind nicht verkehrt, also eher 220 Ohm.
Bei 50% CTR kommen maximal 5mA auf der Empfängerseite raus. R76 ist viel 
zu KLEIN, das kann der Optokoppler NICHT schalten. Dort braucht man eher 
3-5k, sagen wir 4k7. R75 gehört zwischen Basis und Emitter von Q6. Mit 
~5mA Basisstrom kann Q6 bestenfalls 500mA schalten, vielleicht nur 
200mA. Reicht das? Wenn nein, nimm einen Darlingtion PNP.

Soweit so gut. Das durchschalten des PNP funktioniert auch, nur mein
Problem ist, dass ich ihn nicht gesperrt bekomme. Im geschalteten
Zustand liegen 15V am Ausgang an und im ungeschalteten messe ich immer
noch 6,4V am Kollektor.

Die Schaltung ist im Anhang zu finden. Könnte mir da bitte mal jemand
einen vernünftigen Tip geben, wie ich den Fehler finden kann oder ob es
noch einen Trick beim Schalten mit dem Optokoppler gibt?

Vielen Dank!!

MfG Martin

[Martin R. (martin84)]

Hallo danke für eure Antworten :-)

also der Ausgang des PNP ist mit maximal 150mA belastet. Beim Messen 
habe ich ihn allerdings unbelastet gehabt. Werd das heut abend noch mal 
wiederholen mit der Anzeige dran.

Das Ganze wird in einem "Hau den Lukas" eingebaut. Und da kann es doch 
sein, dass das Relais öfter angesprochen wwird und dadurch nicht lange 
leben würde. Naja mir ist die Relaislösung aber auch zu spät 
eingefallen, die Hardware (Prototyp) ist schon fertig und ich kann jetzt 
nur noch an Bauteilen oder Leiterbahnen kleine Dinge ändern. Für einen 
neuen Entwurf habe ich im Moment keine Zeit, da das Ding nächste Woche 
zum Einsatz kommen soll ;-)

Den NPN würde ich schon drin lassen, da es mehrere Ausgänge sind (vier 
Anzeigen + Lauflicht). Falk, ich werde deine Dimensionierung heut abend 
mal ausprobieren. Danke :-)

[Martin R. (martin84)]

Also ich habe jetzt mal eure Vorschläge getestet.
Im Anhang ist die Änderung in der Schaltung zu sehen.

@Falk: Ich habe den Vorwiderstand des Optokopplers durch 220Ohm ersetzt 
und den Basiswiderstand des PNP mit 4k7 ersetzt. Den Pullup-Widerstand 
für den PNP habe ich direkt zwischen Basiswiderstand und Basis gelegt.

Es brachte leider keine Veränderung.

@FPGASchubser: Ich habe nach der veränderten Dimensionierung die linke 
Seite mal aufgetrennt und siehe da: das Problem ist immer noch da.

Ich vermute jetzt mal stark, dass der Optokoppler für das Problem keine 
Rolle spielt.

Als PNP Transistor verwende ich den BC327-25 (Verstärkung hfe = 250). 
Wenn ich mit der Verstärkung von 250 und einem Laststrom von 100mA 
rechne, komme ich auf einen Basisstrom von ~400µA. Ist es korrekt, wenn 
ich den Basiswiderstand und den Pullup-Widerstand wie folgt 
dimensioniere:

Optokoppler: Vce_sat = max. 0,2V (aus Datenblatt)
Basisstrom_min: 100mA / 250 = 400µA
Basisstrom für Schalterbetrieb: 1 mA (für Sättigung)

Rpullup = 0,7V / (400µA) = 1750 Ohm -> gewählt 2k
I_pullup = 0,7V / 2kOhm = 350µA

R_B = (15V - 0,7V - 0,2V) / (I_pullup + 1mA) = 10444 Ohm -> gewählt 10k
R_B = (15V - 0,7V - 0,2V) / 10kOhm = 1,41 mA
Basistrom = 1,41mA - I_pullup = 1,06mA

Ich werde das gleich mal ausprobieren. Ist mein Ansatz so korrekt oder 
habe ich etwas übersehen?

[Falk B. (falk)]

@Martin R. (martin84)

>Es brachte leider keine Veränderung.

Transistor falsch angeschlossen? Emitter und Kollektor vertauscht?

>Optokoppler: Vce_sat = max. 0,2V (aus Datenblatt)
>Basisstrom_min: 100mA / 250 = 400µA
>Basisstrom für Schalterbetrieb: 1 mA (für Sättigung)

OK.

>Rpullup = 0,7V / (400µA) = 1750 Ohm -> gewählt 2k

Nein. Der Widerstand parallel zu Basis-Emitter soll Leckströme an der 
Basis vorbei leiten, nicht dan ganzen Basisstrom! Rechne mal eher mit 
10µA Leckstrom vo Optokoppler. Real ist es deutlich weniger.

>R_B = (15V - 0,7V - 0,2V) / (I_pullup + 1mA) = 10444 Ohm -> gewählt 10k
>R_B = (15V - 0,7V - 0,2V) / 10kOhm = 1,41 mA
>Basistrom = 1,41mA - I_pullup = 1,06mA

Passt im Wesentlichen.

[FPGASchubser (Gast)]

>>> Transistor falsch angeschlossen? Emitter und Kollektor vertauscht?

Da wette ich auch ein halbes Glas Senf drauf...
...es sei denn er mißt ohne Last bzw. nicht gegen GNDIO.

Gruß

[Martin R. (martin84)]

Danke Falk für deine Hilfe :-) Laut Datenblatt ist der PNP richtig 
angeschlossen, funktioniert ja auch im eingeschalteten Zustand: 15V am 
Kollektor und Anzeige leuchtet. Nur das er im ausgeschalteten Zustand 
5,4V am Kollektor anliegen hat.

Hm. 10µA durch den Optokoppler. Dann wäre das ebenfalls der Strom durch 
den Basiswiderstand, oder? Damit komm ich irgendwie nich klar. Dann 
werden die Widerstände ja noch größer, wenn ich nur mit dem Leckstrom 
von 10µA rechne?

Es sind vier Anzeigen. Ich habe schon überlegt, ob ich in der 
Verdrahtung zu den Anzeigen einen Fehler gemacht habe, aber klemme ich 
sie ab, habe ich ~6,4V im ausgeschalteten Zustand -> PNP sperrt immer 
noch nicht.

Könnte der Optokoppler defekt sein? (ist ein SMD-Koppler - vielleicht 
habe ich ihn zu heiß werden lassen beim löten). Ich werd ihn vielleicht 
mal auslöten. Aber dann wären ja alle vier Optokoppler defekt :-(

[Martin R. (martin84)]

Im Anhang habe ich jetzt mal Bilder vom Anschluß angehängt.

N halbes Glas Senf ist gut :-D

[Martin R. (martin84)]

Gemessen habe ich gegen GNDIO und mit der LED-Anzeige dran. Ich geh 
gleich noch mal nachschauen, ob ich die Transistoren auch richtig 
bestückt habe :-/

[Martin R. (martin84)]

Oh man :-( :-( :-(

Ich hab tatsächlich die Transistoren falsch rum bestückt :-(((

Ich hab sie gerade mal gedreht und gehe jetzt testen.

Vielen Dank euch beiden!!!!!!!!! :-)

Ich meld mich nach dem Test noch mal.

[Falk B. (falk)]

@ Martin R. (martin84)

>Im Anhang habe ich jetzt mal Bilder vom Anschluß angehängt.

Hmm, stimmt soweit.

>N halbes Glas Senf ist gut :-D

Damit man immer was zu dazugeben hat ;-)

Klemm doch einfach mal den Optkopplerausgang ab, dann MUSS der PNP 
komplett sperren.

[Martin R. (martin84)]

VIELEN DANK!!! Es funktioniert super :-) War wohl doch schon zu spät am 
Abend, als ich die Transistoren bestückt habe :-(

MfG Martin

[Falk B. (falk)]

@ Martin R. (martin84)

>VIELEN DANK!!! Es funktioniert super :-) War wohl doch schon zu spät am
>Abend, als ich die Transistoren bestückt habe :-(

Was war's denn? Transistor verdreht eingelötet?

Wenn man Emitter und Kollektor vertauscht, funktioniert ein Transistor 
immer noch, aber mit deutlich schlechteren Eigenschaften.

- deutlich kleinere Stromverstärkung (nur die Basis-Emitter Region ist 
hochdotiert und macht so die hohe Stromverstärkung)
- deutlich kleinere Sperrspannung (Sperrspannung Basis-Emitter liegt so 
bei 5-6V, dann bricht sie wie eine Z-Diode durch)
- niedrigere Grenzfrequenz

[Jonas Biensack (Gast)]

>Das Ganze wird in einem "Hau den Lukas" eingebaut.

Ja also von Menschen getriggert->ein Relais würde die Maschine mit 
Sicherheit überleben, aber es geht ja auch "anders" :D.

Gruß Jonas

[FPGASchubser (Gast)]

>>N halbes Glas Senf ist gut :-D
>
> Damit man immer was zu dazugeben hat ;-)

War doch spassig :-) Ich hab hier ein Regal voll von Senfgläsern.....
Besser ich wette demnächst um ein halbes Glas Bier !?

Gruß

[Martin R. (martin84)]

Hallo,

@Falk: ja ich habe die Transistoren leider verdreht eingelötet.

@Jonas: Die Lösung mit dem Relais ist mir dann auch erst in den Sinn 
gekommen, als ich die Hardware fertig hatte. Und ich hatte leider keine 
Zeit nochmal umzuplanen.

@FPGASchubser: ...das Glas Bier hätt ich euch für die Tips und eure Mühe 
gern ausgeben, von mir aus auch zwei oder drei... ;-)

MfG Martin