Bistabiles Relais (2 Spulen) direkt an Atmega!?

[Set/Reset (Gast)]

Hallo,
Ich habe hier ein kleines bistabiles Relais AZ850P2–5 mit zwei Spulen 
zum umschalten ("Set/Reset").

http://www.azettler.com/pdfs/az850.pdf

Ich habe das ganze schonmal kurz aufgesteckt, beide Spulen auf GND und 
jeweils einen Pin, das Relais toggelt einwandfrei bei Stromstößchen von 
3ms im Wechsel auf die Spulen.

Der Spulenwiderstand beträgt 125Ohm, kommt also am Atmega bei 5V gerade 
hin mit den 40mA Strom pro Pin. Bei Einer Einschaltdauer von 3-5ms sehe 
ich das eher entspannt?!

Ach ja, geschaltet werden soll lediglich eine Steuerspannung 0-5V ohne 
nennenswerten Strom.

Frage nun: Kann man das so machen, oder stirbt der AVR nach ein paar 
Schaltspielen? Reichen Freilaufdioden "über die Spule" nach GND um den 
AVR zu schützen? Oder reichen gar die internen Dioden des AVR?

Was meint ihr? Meinungen/ Erfahrungen wären super!

Warum wird eigentlich in 99,9% mittels Transitor gegen GND geschaltet? 
Ok, meist sind die Spulenströme zu groß. Aber warum gegen GND?

[Harald (Gast)]

Mit dem Push-Pull Ausgang würdest Du dem Strom beim Abschalten sogar 
einen Weg definieren. Allerdings hat man den Umschaltmoment, wo man dann 
wieder auf eine Diode angewiesen ist. Mir wäre das zu kniffelig, dann 
doch lieber noch einen Transistor mit integrierten Widerständen einbauen 
(z.B. BCR505), das macht die Sache definierter.

Warum gegen Masse? Meist der einfachste Weg. High-Side schalten ist 
meist ein Transistor mehr.

[Karl H. (kbuchegg)]

Set/Reset schrieb:

> Der Spulenwiderstand beträgt 125Ohm, kommt also am Atmega bei 5V gerade
> hin mit den 40mA Strom pro Pin. Bei Einer Einschaltdauer von 3-5ms sehe
> ich das eher entspannt?!

Kommt gerade so hin. Achte auch auf das 2.te Limit: alle Ströme am 
Prozessor zusammengenommen kleiner als 200mA. Kommt also auch ein wenig 
auf die restliche Beschaltung an, ob ich da Bauchweh bekomme oder nicht.

> Frage nun: Kann man das so machen, oder stirbt der AVR nach ein paar
> Schaltspielen? Reichen Freilaufdioden "über die Spule" nach GND um den
> AVR zu schützen?

Würde ich auf jeden Fall machen

> Oder reichen gar die internen Dioden des AVR?

die sind zu schwach.

> Warum wird eigentlich in 99,9% mittels Transitor gegen GND geschaltet?
> Ok, meist sind die Spulenströme zu groß. Aber warum gegen GND?

Weil es einfacher ist.
Egal mit welcher Spannung die Spule zu schalten ist, zwischen Spule und 
GND kommt ein NPN und gut ists. Willst du die Spannungsseite schalten, 
brauchst du einen PNP und wenn die Spule mit mehr als der 
Versorgungsspannung des µC zu schalten ist, dann braucht dieser PNP 
wieder einen NPN zur Ansteuerung (sonst kriegst du den PNP wieder nicht 
gesperrt)

Der Spule ist es wurscht. Unterbrochener Stromkreis ist unterbrochener 
Stromkreis. Egal ob der jetzt an der Spannungsseite oder der GND Seite 
unterbrochen wird.

[Marek L. (mareklew)]

Set/Reset schrieb:

> Der Spulenwiderstand beträgt 125Ohm, kommt also am Atmega bei 5V gerade
> hin mit den 40mA Strom pro Pin. Bei Einer Einschaltdauer von 3-5ms sehe
> ich das eher entspannt?!

Es fließt sogar ein wenig weniger, da der ATMega bei der 20-40mA schon 
einen nennenswerten Spannungsabfall am Portpin aufweist.

> Frage nun: Kann man das so machen, oder stirbt der AVR nach ein paar
> Schaltspielen? Reichen Freilaufdioden "über die Spule" nach GND um den
> AVR zu schützen? Oder reichen gar die internen Dioden des AVR?

Interne Dioden auf keinem Fall, Du brauchst schon externe Beschaltung. 
Und hier ist der Haken: diese muss schneller als die interne sein und 
zwar mit weniger Spannungsabfall, so dass der Strom nicht doch durch die 
interne Dioden fließt.

Ich verstehe aus Deiner Beschreibung nicht eindeutig, wie Du die Diode 
geschaltet hast, sie soll ja jeweils parallel zur Spule, mit Katode nach 
VCC gehen.

> Warum wird eigentlich in 99,9% mittels Transitor [gegen GND] geschaltet?

um genau sicher zu stellen, dass der µC kein Dreck davon bekommt

> Ok, meist sind die Spulenströme zu groß. Aber warum gegen GND?

1. Da NPN bzw. NMOS für den gleichen Strom kleiner und somit billiger 
sind
2. Da Ansteuerung einfacher ist - man kann den "Plus" an der Last z.B. 
an 12V klemmen und den Schalter trotzdem mit µC 3.3/5.0V ansteuern.

Es gibt aber auch "intelligente Schalter" die den Plus schalten, kommen 
hauptsächlich in der Industrie (24V) und Automotive (12V) -welt, da 
schaltet man "mit Plus" um im Falle einen Leitungskurzschlusses auf 
Masse (Karosse) keine Gerätschaften ungewollt einzuschalten.
Gruß,
Marek

[Ulrich H. (lurchi)]

Die Spulen die Magentisch gekoppelt: ein Puls in der einen Spule erzeugt 
auch eine Spannung in der anderen. Da wären also die Freilaufdioden 
wirklich gefordert, nicht nur beim Ausschalten, sondern auch wenn die 
andere Spule schaltet. Um den µC zu schützen müssten das schon genügend 
große Schottkydioden als Freilaufdioden sein. Wegen der Dämpfung durch 
die Freilaufdiode muss der Puls ggf. länger sein als im Datenblatt 
angegeben.
Die Internen "Dioden" sollten nicht mehr als 1 mA leiten, schon vorher 
können Funktionen wie der ADC des µC gestört werden.

Es ist auch nicht sicher das der AVR die forderten 3,8 V an der Spule 
erreicht um sicher zu schalten. Das kann funktionieren, je nach 
Temperatur, µC und Relais kann es aber auch schief gehen und das Relais 
schaltet nicht zuverlässig.

[Set/Reset (Gast)]

Marek Lewandowski schrieb:
> Ich verstehe aus Deiner Beschreibung nicht eindeutig, wie Du die Diode
> geschaltet hast, sie soll ja jeweils parallel zur Spule, mit Katode nach
> VCC gehen.

Da ich ja gegen GND schalte, würde ich die Kathode an den Spuleneingang 
("+") legen und die Anode gegen GND.

Marek Lewandowski schrieb:
> Interne Dioden auf keinem Fall, Du brauchst schon externe Beschaltung.
> Und hier ist der Haken: diese muss schneller als die interne sein und
> zwar mit weniger Spannungsabfall, so dass der Strom nicht doch durch die
> interne Dioden fließt.

Hm, konkrete vorschläge?

[Paul B. (paul_baumann)]

Ich habe an einem Atmega8, der mit 5 Volt betrieben wird, 2 Relais
direkt dran, wie auf dem Bild zu sehen.

Die Widerstände reduzieren den Haltestrom, zum sicheren Anziehen reicht
es auch und einen extra Schutz (zu den Freilaufdioden) gegen die
Induktionsspannung stellen sie auch noch dar.

MfG Paul

[Set/Reset (Gast)]

Auf die schnelle finde ich im Datenblatt des Atmega2560 die Angabe zur 
Schaltzeit der internen Dioden nicht.

Kennt die jemand aus dem Kopf, bzw. kann mir sagen, ob z.b. eine 1N4148 
schnell genug wäre als Freilaufdiode?

[Paul B. (paul_baumann)]

Set/Reset schrieb:
> Kennt die jemand aus dem Kopf, bzw. kann mir sagen, ob z.b. eine 1N4148
> schnell genug wäre als Freilaufdiode?

Hast Du meinen Beitrag gelesen? Ich HABE 1N4148 drin...

MfG Paul

[Stefan F. (Gast)]

Bei einigen (nicht allen) bistabilen relais sind die Spulen magnetisch 
gekoppelt.

Wenn der eine Ausgang 1 auf Low steht, schließt er die Spule 1 kurz.

Wenn gleichzeitig Ausgang 2 von Low nach High wechselt, zieht Spule 2 
an. Aber gleichtzeitig wird auch Spannung in Spule 1 induziert, die der 
Mikrocontroller gerade kurz geschlossen hält.

Die Funktion des Relaise dürfte dadurch beeinträchtigt sein. Vielleicht 
wird der AVR dabei auch überlastet.

Um diesen Effekt zu verhindern, solltest du die I/O Pins als Eingang 
konfigurieren, wenn die Spulen nicht angesteuert werden. Damit sie nicht 
kurzgeschlossen werden.

Achtung: Da die gearde inaktive Spule evetuell Spannung abgibt, solltest 
du sie mit Zenerdioden auf den Bereich beschränken, den der AVR 
verträgt. Und außerdem muss die Polarität beachtet werden. Wenn Ausgang 
1 auf High gelegt wird, soll an Ausgang 2 ein positiver Impuls entstehen 
(kein negativer). Denn sonst müsste die Zenerdiode diesen Impuls 
kurzschließen und dann wird die Funktion des Relais wieder 
beeinträchtigt.

Mit zwei NPN Transistoren hast du den ganzen Hickhack nicht.

[Ulrich H. (lurchi)]

Die 1N4148 ist wie praktisch alle Dioden schnell genug als 
Freilaufdiode. Direkt am µC ist aber die zu hohe Flussspannung ein 
Problem - da fließt dann auch über die µC interne "Diode" ggf. schon zu 
viel Strom und kann einen Latchup triggern. Passend wäre so etwas wie 
SB130 oder 1N5818.
Mit einem externen Transistor ist dann die 1N4148 in Ordnung - da wäre 
eine hohe Flussspannung so gar gut und man könnte auch noch einen 
Widerstand in Reihe schalten.

Bei gekoppelten Spulen hilft es nicht viel den anderen Pin als Eingang 
zu schalten - dann fließt der Strom halt über die Freilaufdiode.

Besser geht ggf. ein Relais mit nur einer Spule. Die kleineren kann man 
mit einem Elko in Reihe über nur 1 Pin ansteuern. Oft braucht man mit 
einer Spule weniger Leistung. Ggf. könnte man es auch mit den 2 Spulen 
parallel probieren.

[Erich (Gast)]

Das Relais das du ausgesucht hast, ist offensichtlich eine 
Billigvariante des "TQ2" Relais (Matsushita / Nais, früher SDS), in 
diesem Fall des TQ2-L2.

Datenblatt hier
https://www3.panasonic.biz/ac/e_download/control/relay/signal/catalog/mech_eng_tq.pdf

Das Originalrelais hat in der 5V Ausführung 178 Ω entsprechend 28.1 mA .
Bereits vor guten 15 Jahren haben sie eine 4.5 Volt Ausführung erfunden, 
weil die 5V Version grenzlastig war bei nur 5V Versorgung.
--> Siehe Note2 auf Seite 1/11 der PDF.
Dieses hat dann 145 Ω mit 31 mA.

Dein Billigrelais hat sicher schwächere Magneten und weniger 
Wirkungsgrad.
Es ist weniger empfehlenswert.

Gruss

[Set/Rest (Gast)]

Sooo, habe mal die Schaltung von Paul übernommen und die 1N5818 von 
Ulrich H eingesetzt. Das ganze lief jetzt rund 4000 Zyklen Set/Reset 
ohne Probleme am Atmega2560.

Gibt es eigentlich auch TTL-Relais, die die ganze Schutzbeschaltung etc. 
intern haben?

Ich habe hier auch noch MAX4624 Analogschalter, aber SOT23 ist mir etwas 
ungemütlich und der braucht wieder eine eigene Versorgung, wogegen ich 
bei meiner Relaisschaltung mit GND und 2 Pins auskomme.

Man mag das Anstellerei nennen, ist aber gerade besser so.

Also, kennt jemand eine Relaisserie, die da in Frage käme?

[Frank K. (fchk)]

Und zwei BC848 sind zu teuer?

[Set/Rest (Gast)]

Set/Rest schrieb:
> SOT23 ist mir etwas
> ungemütlich

[Frank K. (fchk)]

Set/Rest schrieb:
> Set/Rest schrieb:
>> SOT23 ist mir etwas
>> ungemütlich

Dann halt BC548.

[Set/Rest (Gast)]

Ich bin zugegebenermaßen ein Freund möglichst hochintegrierter Bauteile. 
Klar kann man jede H-Brücke etc. diskret aufbauen. Aber es gibt einige 
Firmen die viel Geld ausgegeben haben, um kompaktere Lösungen dafür zu 
entwickeln.

Das gilt für sehr viele Bauteile, und es gibt auch Relais mit 
integrierten Freilaufdioden und evtl. sogar noch mehr Schutzbeschaltung, 
die extra dafür entwickelt und getestet worden ist.

[Frank K. (fchk)]

Du hast noch nie einen über zu hohe Kosten nörgelnden Kunden gehabt, und 
auch noch keine Lieferprobleme wegen Spezialbauteilen.

[Set/Rest (Gast)]

tja, einer von uns ist anscheinend in der falschen branche...

[Ulrich H. (lurchi)]

Bei normalen kleinen Relais sind interne Freilaufdioden nicht so selten. 
Bei bistabilen Relais ist die reine Freilaufdiode aber nicht ideal, und 
da findet man eher keine integrierte Freilaufdiode.

Die Sparvariante mit Bipolarem Relais ist da auch mehr die Version mit 1 
Spule und Elko (ca. 100 µF) in Reihe an einem µC Pin.