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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Relais mit Mikrocontroller (Atmega32) direkt ansprechen


Autor: Stephan (Gast)
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Also ich habe ein großes Problem. Im Laufe eines Studienprojektes bastel
ich an einer Platine rum. Nun ist es notwendig das ich ein Relais mit
dem Mikrocontroller schalten muss. Das ist auch schon so vorgesehen auf
der Platine nur bekomme ich das nicht zum laufen.
Es ist ein 12V Relais welches an plus liegt und mit den Mikrocontroller
auf Masse gezogen wird. Eine Diode zur Sperrung ist da auch noch
parallel geschaltet. Nur wenn ich jetzt den Mikrocontroller anschalte
zieht das Relais sofort an auch wenn es nicht an Masse liegt.
Wo liegt da nun mein Fehler? Leider ist es aus Platzgründen nicht
möglich einen Transistor etc zu verbauen.
Das Relais ist von Conrad und hat folgende Daten:
12V (8,4 - 24,8)
Spulenwiderstand 960 Ohm
150 mW
sollte so ohne Probs unter den 20mA des Atmel sein
Als Mikroprocessor verwende ich einen Atmega 32

Autor: Gehard Gunzelmann (Gast)
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Hallo Stephan

auch wenn das so gehen soll, wird es das nicht tun. Wenn dein uC nicht
eine interne Schutzbeschaltung hätte, (deshalb zieht dein relay sofort
an), wäre er schon in den ewigen Jagdgründen. Du legst über das Relais
12 Volt auf einen Anschluß eines uC, der mit 5 Volt läuft. Das könnte
nur gehen, wenn der Anschluß ein open-collector-Ausgang wäre, und dann
müßte er immer noch 12 Volt aushalten.

Gerhard

Autor: Hubert.G (Gast)
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Das Relais wird auch noch mit 7V anziehen. Wenn schon unbedingt
notwendig dann ein 5V Relais das weniger als 20mA zieht.

Autor: Stephan (Gast)
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Ok ihr habt da natürlich recht. Das mit den 12 V habe ich so noch gar
nicht bedacht muss nur sagen das das nicht auf meinen Mist gewachsen
ist ich arbeite nur damit....
Werd dann mal schauen wie ich das lösen kann.
Aber so ne Frage am Rande wenn ich das mit einen Treiberbaustein machen
würde, würde das dann auch mit nem 12V Relais gehen ?

Autor: smartie (Gast)
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nimm nen ULN2003

Autor: Stephan (Gast)
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Ok danke muss das dann halt so fliegend aufbauen geht ja nicht anders.

Autor: Ingo (Gast)
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Für ein Relais, tut's auch ein Transistor.

Autor: karlheinz (Gast)
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hallo stephan!
ein mikrocontrollerausgang verträgt die ströme, die ein relais zieht
nicht!
du musst also das relais mit der diode über ein transistor schalten.
nimm den standard bc548 : emitter an minus, collektor an relais,relais2
an 12volt, minus(von12volt)verbindest du mit minus(von5volt), basis über
1k an +5v,basis über 1k zu deinem mikrocontrollerausgang.

wahrscheinlich hast du mit deiner relaisschaltung sogar den chipausgang
zerstört, also nimm nen anderen pin, oder am besten n anderen chip..


viele grüße andi

Autor: Stephan (Gast)
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mmmh also ich hab das nun so aufgebaut allerdings ist immer noch
derselbe Fehler.
Sobald ich den Taster betätige zieht das Relais an und hält auch
weiterhin.
Liegt auch nicht am Mikroprozessor denn ich habe auch schon einen
anderen probiert.

Autor: Hubert.G (Gast)
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Wie verhält sich die Spannung am Port?

Autor: Stephan (Gast)
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Die wechselt wie man es erwartet von Masse zu 5V

Autor: Stephan (Gast)
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Aber wenn ich nach den Widerständen messe dann wechselt der zwischen
0,72 und 0,76V zieht den hier also nicht auf Masse.

Autor: Hubert.G (Gast)
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Was für ein Transistor, kannst du mal deine Schaltung mit schicken?

Autor: stephan (Gast)
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Tschuldige natürlich kann ich das. Habe das so aufgebaut wie es
Karlheinz beschrieben hatte. Benutze dafür einen BC548C.

Autor: Matthias H. (Gast)
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lass die 5V an dem Transistor mal weg, dann funktionierts bestimmt.

Autor: Stephan (Gast)
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Nein das geht grad nicht dachte ich mir ja auch schon.

Autor: karlheinz (Gast)
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hab ich schon wieder müll erzählt!!

also die schaltung im groben passt so, aber der grund warumsnet klappt
liegt daran, dass der r1 zu klein ist, ...

wenn ein transistor schalten soll muss basis 1v mehr als emitter
haben....
wenn du ihn sicher ausgeschaltet haben willst darf an der basis max
0,5v gegenüber emitter sein......


jetzt musst du dir die 2 r bestimmen.....

wenn du n transistor schalten lassen willst, nimmst du ein
spannungsteiler, der ungefähr eine spannung = dem arbeitspunkt des
trans hat(0,7 volt)
also nimmst du ein weiteren widerstand(r3)von basis zu emitter mit zb
1k.
die gesamtv(5V) verhält sich zur teilv(0,7V) wie die Rs..
also nehmen wir grob verhältnis 7 zu 1 bei den widerständen r1 zu r3
da wir r3 =1k nehmen wir für r1=7k..
jetzt haben wir eine spannung von 0,7 v an der basis...
der R2 entscheidet jetzt , wie stark der Mikrocont. die spannung
ändert...

mit r2=1k wird die basis emitter spannung entweder bei 0,5/7  *5v
=0,35V.....oder bei grob 1zu1 also 2,5volt liegen.....

damit kommen wir unter die0,5 bzw über die 1volt


so gehts .....
sorry für die lange wartezeit








nimm mal für r1 10k

Autor: TravelRec. (Gast)
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Was soll denn jetzt die Vorspannung an der Transistorbasis? Das macht ja
nun wirklich keinen Sinn. Der Transistor gehört mit seiner Basis und
einem Widerstand von 2,2k direkt an den Prozessorpin. Wenn dieser dann
High geht, steuert der Transistor durch und schaltet das Relais ein.
Das war´s!

Autor: Michael (Gast)
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@TravelRec.
Ich würd's auch so machen.

@All
Wozu die 5V?? Ist doch klar, dass der Transistor durchschaltet. Vom der
5V Quelle fließt genügend Strom zur Basis, damit der Transistor
durchschaltet. Es reicht aus, die beiden Massen der
Versorgungspannungen zu verbinden.

Noch ein kleiner Tipp zu der Freilaufdiode. Es ist besser, eine Z -
Diode (z.B. 20V) parallel zu schalten.

Nur mal so aus Interesse, Stephan, du sprachst von einem
Studienprojekt... Hoffentlich kein Elektrotechnik - Studienprojekt...

Grüße

Autor: karlheinz (Gast)
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also da versucht man mal grob den hintergrund zu erklären... und wird
nur niedergemacht!!!
ist mir schon klar, das man massig teile sparen kann, aber für n
anfänger ist nunmal die einfachste ausführung nicht umbedingt die
beste... aber egal.....


noch n tip zum thema freilaufdiode!!
eine zehnerdiode ist der standarddiode in diesem fall NICHT
vorzuziehen, weil so ne zehner viel länger zum durchschalten braucht,
und der transistor im ernstfall im abbrennen schneller sein kann!!!!



noch n tip an die verbesserer:

ist ja schön andere zu verbessern, die sich mühe geben,was zu erklären,
aber wieso habt ihr denn diese frage 2 tage offengelassen, und seit erst
eingestiegen, als die frage, wenn auch komlexer, gelöst war?????? tolle
leistung!!

Autor: Stephan (Gast)
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@Michael
Leider muss ich zu unserer Schande gestehen das es sich um ein
Studienprojekt in Elektrotechnik handelt. Das Problem daran war nur das
die Zeit knapp ist und das Augenmerk auf die Programmierung gelegt
wird... Den Rest soll sich jeder denken :)

@Karlheinz
Vielen Dank erst mal für weitere Mühen. Ich habe gerade nicht die Zeit
das so weiter auszuprobieren aber wenn es soweit ist werde ich es dich
hören lassen ob es funzt.

Autor: Frank (Gast)
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<sarkasmus>
es wäre doch mal dringend an der Zeit die P.I.S.A. Studie auch mal auf
Studiengänge anzuwenden.....

Soll die Kampagne der Bundesregierung zur Schaffung von Eliteunis
bedeuten dass es dann auch wieder Studis gibt die die Grundlagen
kapiert haben?
</sarkasmus>

bye

Frank

Autor: TravelRec. (Gast)
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@ KarlHeinz:

Nichts für ungut, aber ich bin deswegen erst so spät ´rein, weil ich
nicht jeden Tag online bin. Sicher hätte man das Problem auch schneller
lösen können, aber man muß auch immer erst sicher wissen, was der
Fragende machen will. Und niedermachen wollte ich Dich bestimmt nicht!

Grüße!

Autor: Michael (Gast)
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@KarlHeinz

Ich habe auch nicht die Zeit, diese Forum täglich zu lesen. Und was hat
das mit Niedermachen zu tun, wenn man in so nem Forum antwortet? Das mit
dem Spannungsteiler ist ja ne nette Sache, ist nur nicht nötig bzw. bei
so einer Ansteuerung fehl am Platze (Ruhestromaufnahme, Oversized).
Zur Z-Diode: Es stimmt schon, dass sie langsamer "auslöst" wie eine
normale Diode, der Unterschied liegt darin, dass eine Z-Diode die
beiden Spulenanschlüsse beim Ausschalten quasi kurzschließt. Die Folge
ist ein schnellstmögliches ausschalten des Relais. Verwendet man ein
gewöhnliche Diode, fließt der Strom ja weiter. Dieser Strom stammt aus
dem Magnetfeld der Spule. Der Strom baut sich nur relativ langsam ab,
dies führt dann im Endeffekt dazu, dass die Kontakte des Relais
schneller verschmoren.
Das alles ist sicher für Hobbyanwendungen völlig uninteressant, da
tauscht man halt einfach das kaputte Relais aus.

Zitat KarlHeinz:
"ist ja schön andere zu verbessern, die sich mühe geben,was zu
erklären,
aber wieso habt ihr denn diese frage 2 tage offengelassen, und seit
erst
eingestiegen, als die frage, wenn auch komlexer, gelöst war??????
tolle
leistung!!"

Wieso denn gleich so genervt? Ich denke, je mehr antworten in einem
Forum in die gleiche Richtung gehen, desto wahrscheinlicher ist die
Richtigkeit eben dieser.
Wenn du dich jedesmal gleich angegriffen fühlst, wenn einer 'ne andere
Meinung / Idee hat.....

Grüße
Michael

Autor: Henning Lorch (lorchi)
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Hallo Michael,
das mit der Zenerdiode habe ich so nicht verstanden.!?
> der Unterschied liegt darin, dass eine Z-Diode die
> beiden Spulenanschlüsse beim Ausschalten quasi kurzschließt.
Das macht die normale Diode auch.

Die Z. schließt Du wie die andere Diode auch in Sperrichtung (wäre
sonst ja blöd...), oder...?
Die Relaisspule treibt nach dem Ausschalten den Strom weiter, damit
wird die Zenerdiode in Durchlassrichtung betrieben (wie die normale
Diode auch).

Dabei sind Innenwiderstand von Spule und Diode die Dämpfungselemente,
die den Strom abbauen.
Wo soll jetzt der Unterschied sein?

> Verwendet man ein gewöhnliche Diode,
> fließt der Strom ja weiter
Der Strom fließt IMMER weiter, nämlich durch das "kurzschließende"
Element, die Diode. Wenn er das nicht kann, dann hast Du eine
Zündspule.

Und warum verschmorte Kontakte? Wir reden doch vom Betreiben der
Betätigungsspule, nicht dem Ausgangskontakt...

Autor: Michael (Gast)
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Hallo,

ich habe in meinem vorherigen Posting vergessen zu erwähnen, dass die Z
- Diode nicht parallel zum Relais geschaltet wird, sondern parallel zum
Transistor. Also ich versuchs nochmal besser zu erklären.

Effekt der einfachen Diode: Nach dem Abschalten des Spulenstroms will
die Spule den Strom aufrecht halten. Der Strom fließt über die Diode.
Über der Diode fällt eine Spannung von ca. 0,7 V ab. Dies widerum führt
dazu, dass der Strom nur langsam absinkt. Diese Folgerung ziehe ich aus
der Formel: U = L * dI / dt  --> ist U klein, muss auch dI / dt klein
sein, da L konstant ist.
Da der Strom durch die Spule weiterfließt, baut sich das Magnetfeld im
Anker der Spule nur langsam ab. Dies führt zu einer nur langsamen
Kraftabnahme auf den Spulenbügel (keine Ahnung wie das Ding wirklich
heißt). Der Spulenbügel wird meistens mit einer Feder zurückgezogen.
Eine Feder übt eine konstante Kraft bei Dehnung aus. Folge: Der Bügel
bewegt sich nur langsam zurück. Fließt nun ein Hoher Strom durch die
Lastkontakte der Spule, ergibt sich eine längere Zeit, in der ein
Lichtbogen möglich ist. --> Längere Einwirkung eines Lichtbogens auf
einen Kontakt führt zu einer erhöhten Abnutzung des Kontakts.

Effekt der Z - Diode: Wählt man eine zu einem Transistor! parallele Z -
Diode(ca. 30 - 40 V), dann liegt über der Spule! während des abschaltens
eine Spannung von eben dieser Z - Spannung. (Man muss die Spule als
Spannungsquelle betrachten). Da immer noch gilt: U = L * dI / dt und U
über der Spule jetzt größer ist, muss auch dI / dt (also die Änderung
des Stroms pro Zeiteinheit) größer sein --> Der Strom wird schneller
abgebaut, die Kontakte der Spule öffnen schneller.

Grüße

Autor: Bri (Gast)
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@Michael

Hast du das, was du dir da überlegt hast, auch mal nachgemessen?

Autor: Bri (Gast)
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@Michael

Ich habs gleich mal mit Spice simuliert. Du hast recht! Bei meiner
Simulation fließt mit der Diode parallel zur Spule nach 27.6ms noch 1mA
Strom. Mit der Z-Diode parallel zum Transistor fließt schon nach 14.5ms
nur noch 1mA Strom. Man lernt nie aus :-)

Autor: Henning Lorch (lorchi)
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Hallo Michael,

ah jetzt weiß ich wie Du's meinst. Die Idee ist nicht schlecht!

Ich konnte nicht anders und musste das gleich mal simulieren. Die Werte
kann man aus den Bildern ablesen. Als ohmschen Spulenwiderstand habe ich
10 Ohm angenommen. V(in) schaltet den Transistor ein und wieder aus. Als
Zenerdiode habe ich 2 Stück à 15V eingetragen, weil in der Datenbank
keine größere war.

Man sieht den Unterschied im zweistelligen Milisekundenbereich (viel).
Mit etwas anderen Werten hatte ich sogar um die hundert Milisekunden
erreicht.

Man beachte allerdings das Schwingen beim Abschalten: wenn der Strom
Null erreicht, schließen die Dioden, und ziehen schlagartig den Knoten
mit seinen parasitären Kapazitäten runter. Zum Umladen fließt der Strom
über die Induktivität und schwingt eine Zeitlang im Spannungsbereich der
Zenerdiode.

Grüße, Henning

Autor: Henning Lorch (lorchi)
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Habe ich vergessen: Mit einem kleinen Widerstand oder Last entlädt sich
der Knoten schnell (in den Simulationen reichte ca. 20kOhm, um alleine
mit den angegebenen Bauteilkapazitäten ein Schwingen komplett zu
verhindern).
Gruß, Henning

Autor: Henning Lorch (lorchi)
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Hallo Bri,

da warst Du etwas schneller als ich...

Autor: Michael (Gast)
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Ja stimmt, für ein gutes EMV - Verhalten sind noch andere Maßnahmen
nötig.

Grüße

Autor: Stephan (Gast)
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So erst mal noch vielen Dank für die vielen Postings und die gute Hilfe
!!!

Ich hab das nun mit beiden Varianten aufgebaut und es funzt nun auch
endlich. Das Problem was ich hatte war das die Verstärkung des
Transistors um die 6 lag. Das ist etwas wenig dachte ich mir hab dann
nur mal zum testen Kollektor und Emitter vertauscht und siehe es funzt.

Entschieden habe ich mich für die einfache Version mit nur einen
Widerstand ohne Spannungsteiler da der Ruhestrom so gering wie möglich
sein soll. Dann habe ich das auch mit den Z-Dioden gelöst. Die
Simulation hat mich denn doch überzeugt das das besser ist. Aber habe
einen Prof gefragt und der kannte die Möglichkeit noch nicht :)
Fazit sehr kompetente Leutz hier!!!

Danke noch mal !!!

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