Hallo, ich möchte mit einem Mikrocontroller bzw. Raspberry Pi ohmsche Lasten (je ca. 1W bei 24V) galvanisch getrennt per Optokoppler und FET schalten (kein PWM nötig). Zwischen Controller und Last sind allerdings zwischen 10m und max. 50m Distanz zu überbrücken (indoor). Nun zerbreche ich mir etwas den Kopf, was an Schutzmassnahmen bzgl. Einstrahlungen und Störimpulsen notwendig bzw. sinnvoll ist. Hauptsächliches Augenmerk liegt eher darauf, dass der Mikrocontroller, respektive Raspberry Pi, nicht zerstört wird. Die ohmsche Last ist weder etwas kritisches , noch sonderlich empfindlich. Ich habe zwei Möglichkeiten skizziert, siehe Bild. Bei der oberen Variante sitzt der Optokoppler nahe am Controller und sollte für dessen Schutz eigentlich schon ausreichen. Dafür kann ich mir auf der langen Leitung zur Last einiges einfangen, was dem FET vielleicht nicht gefällt. Die zweite, untere, Variante sollte recht störsicher sein, allerdings befürchte ich, dass die lange Leitung am Controller einiges an Schaden anrichten könnte. Hier evtl. zwei 1N4148 Richtung Versorgung und GND? Wie sind Eure Meinungen? Danke und viele Grüße Stefan
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Ich denke, dass beide Varianten sich nicht so viel nehmen. Aber wenn ich mich entscheiden müsste, würde ich Variante 1 nehmen, sofern die Ströme durch LED und Vorwiderstände / Spannungsteiler großzügig gewählt sind. Denn dann wirken sich vermeintliche Störungen auf der langen Leitung nicht mehr so aus. Niederohmiger Spannungsteiler halt. :) Gruß Migelchen
Oder ich würde ich würde Variante 2 mit Funkschaltern basteln. Die FETs sind dann nahe an den 24V und die Ansteuerung geschieht kabellos. ^^
Oder eine kleine abgewandelte Variante 2 mit Eingangstreibern, um mehr Strom durch den OPtokoppler zu drücken. Möglichkeiten über Möglichkeiten.
Ein gutes Kabel als Grundlage wäre ein Doppelzweier vom Telefonbau, abgeschirmt und verdrillte Leitungen. Das kann man parallel zu Starkstromleitungen legen und hat dennoch Ruhe. Die Variante 2 ist mir sympathischer. Der Ausgang ist niederohmig. Schutzdioden nach VCC und GND können nicht schaden.
Ich würde Variante 2 nehmen und am Ausgang des Controllers ein Diode antiparallel zu Diode des OK schalten. Wenn die Schaltgeschwindigkeit kein Thema ist, würde ich noch ein C von 10-100nF (FKP) parallel zur Diode setzen. Wäre noch zu erwähnen, dass man eine abgeschirmte Leitung verwenden sollte.
ein PI ist kein Arduino, er reagiert viel sensibler auf Pegel am GPIO. Ich würde den Optokoppler dicht am GPIO lassen um dort keine Leitungseinkopplungen zu provozieren. Ein GPIO Port sollte möglichst nicht über 2 bis 3mA belastet werden, ergo bieten sich bessere Koppler an mit CTR 300% oder CTR 400% wie der CNY17 F3/F4 oder der IR LED vom Opto muss noch ein Treiber spendiert werden für höhere Ströme. Ist alles eine Lastfrage, je nachdem wie schnell der FET umschalten soll und welche Gatekapazität umzuladen ist. Jedenfalls der 680 Ohm passt schon mal zu 3mA. Evtl noch Ableitdioden nach VCC 3,3V und GND am GPIO dann ist der PI schon mal besser geschützt.
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Ich würde Variante 1 bevorzugen und den MOSFET wie folgt schützen: - R3 und LED1 tauschen, so dass R3 an die "lange Leitung" angeschlossen ist - an der Verbindung zwischen R3/LED1 einen kleinen Kondensator und ggf. ESD-Schutzdiode gegen Massse anbringen
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Ich halte beide Lösungen für schlecht, weil sie recht störanfällig sind. Der RPi gibt nur 3,3 Volt aus, die schon bei wenigen mA zusammenbrechen. Daher würde ich zuerst mit einem Transistor den Strom auf 10 mA erhöhen, dann auf einen Optokoppler gehen, damit wird ein Schaden am RPi ausgeschlossen. Dann die lange Leitung und auf einen Transistor, der an der Basis noch einen Widerstand und Kondensator erhält. Stefan N. schrieb: > Zwischen Controller und Last sind allerdings zwischen 10m und max. 50m > Distanz zu überbrücken (indoor). Zeichne bitte noch den Ort der Spannungsquelle ein.
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Hallo, vielen Dank für Eure Anregungen. Ging also nicht nur mir so, dass ich auf zahlreiche Möglichkeiten gekommen bin. :-) Mir war nicht bewusst, dass die GPIO-Pins des RPi nur so wenig Strom hergeben, bin, warum auch immer, von 20mA ausgegangen. Danke für den Hinweis. Aus allen Beiträgen zusammen genommen tendiere ich zu einer abgewandelten Variante 1 (Optokoppler nah am Pi), siehe Bild. Widerstand und LED am FET getauscht, zusätzlich Kondensator gegen Masse als Tiefpass. Der Strom durch den Zweig wäre auf ca. 2mA abgestimmt, passend zu einer low current LED (ggegnüber meiner ersten Zeichnung Strom erhöht). Oder wäre hier eine "normale" LED und 20mA über die lange Leitung geschickter? Nur dann bin ich bald schon bei der gleichen Leistung wie meine eigentliche Last ;-) Strom durch Optokoppler könnte ich erhöhen, vom GPIO des RPi unabhängig, mit z.B. 74HC04... ..irgendwie so, oder? Viele Grüße Stefan
Was hältst Du eigentlich von der grundsätzlichen Idee, die Last direkt mit einem PhotoMOS-Relais zu schalten? Von Panasonic gibt es durchaus eine ganz erhebliche Auswahl an Schaltspannungen und Strömen. Allerdings sind PhotoMOS-Relais wesentlich langsamer als Optokoppler, d.h. teilweise mit Schaltzeiten im Millisekundenbereich, was natürlich durch die Funktionsweise bedingt ist.
Stefan N. schrieb: > Mir war nicht bewusst, dass die GPIO-Pins des RPi nur so wenig Strom > hergeben, bin, warum auch immer, von 20mA ausgegangen. Danke für den > Hinweis. die können von 2 bis 16 mA liefern, dazu werden 1 oder 4 Ausgangstreiber geschaltet! Keiner weiss aber bei welchem Kernel welche Grundkonfiguration geschaltet wird und ob nicht irgendeine SW das umstellt während der Laufzeit. Auch ist die Summe nach VCC als sink oder als hidrive nach GND begenzt, der SoC kann nur ca. 50mA zusätzlich aufnehmen für GPIO und wer alle 17 GPIO belegt der hat pro GPIO nur 50mA / 17 nach VCC und GND übrig. Es fehlt jede Strombegrenzung, also kann ein GPIO für eine Weile zumindest auch 20mA aber wielange steht auf einem anderen Blatt weil der Strom eben nicht begrenzt wird, der Strom der von 2 - 16mA genannt wird ist der Ausgangstrom den die Treiber sicher liefern ohne Schaden zu nehmen, wenn ich aber nur einen Treiber einschalte der mit 2mA spezifiziert ist wird der mit 16mA dauerhaft überlastet. Es gibt so ein Symbolbild mit den 4 ausgangstreibern in Stufen 1. 2mA 2. 2mA 3. 4mA 4. 8mA was alle zusammen 16mA für einen GPIO geben würde, aber wie oben geschrieben, auch Schutzbeschaltung gibt es nicht wie beim Arduino. Suchwort wäre BCM GPIO output strength
Andreas S. schrieb: > Was hältst Du eigentlich von der grundsätzlichen Idee, die Last direkt > mit einem PhotoMOS-Relais zu schalten? An sich wäre das auch denkbar. Wenn ich ein Kabel mit relativ geringem Querschnitt für die lange Leitung verwenden wollte (z.B. Telefon, Cat 6, etc), dann wäre der PhotoMOS wieder eher auf der Last-Seite zu sehen... hm.... > Von Panasonic gibt es durchaus > eine ganz erhebliche Auswahl an Schaltspannungen und Strömen. Allerdings > sind PhotoMOS-Relais wesentlich langsamer als Optokoppler, d.h. > teilweise mit Schaltzeiten im Millisekundenbereich, was natürlich durch > die Funktionsweise bedingt ist. Das ist unerheblich, das zeitliche Schaltverhalten ist für die Anwendung nicht relevant. Ein mechanisches Relais täte es im Prinzip auch. Viele Grüße Stefan
Stefan N. schrieb: > Wenn ich ein Kabel mit relativ geringem Querschnitt für die lange > Leitung verwenden wollte (z.B. Telefon, Cat 6, etc), dann wäre der > PhotoMOS wieder eher auf der Last-Seite zu sehen Deine Last hat nur 40 mA, das schafft jedes Kabel.
Alexander S. schrieb: > Deine Last hat nur 40 mA, das schafft jedes Kabel. Im Schnitt bzw. Dauerbetrieb, nach dem Einschalten bis zu 300mA (Angaben laut Hersteller) für einige Minuten. Ist ein PTC-Heizelement. Mit einem gewissen Sicherheitsfaktor bin ich von max. 500mA ausgegangen.
Joachim B. schrieb: > Ein GPIO Port sollte möglichst nicht über 2 bis 3mA belastet werden Das hast du genau welchem Datenblatt entnommen?
Der RPi (BCM2835) stellt 2 bis 16 mA zur Verfügung, je nachdem, wie er konfiguriert wurde. Bei HIGH bricht die 3,3 Volt Spannung auf 1,3 Volt ein. Bei LOW fließt der Strom in den RPi hinein und die Spannung steigt maximal von 0 Volt auf 0,8 Volt. Es lässt sich also sagen, dass die IO-Pins ausgesprochen schwach sind. http://elinux.org/RPi_Low-level_peripherals#Interfacing_with_GPIO_pins http://de.scribd.com/doc/101830961/GPIO-Pads-Control2 Stefan N. schrieb: > Im Schnitt bzw. Dauerbetrieb, nach dem Einschalten bis zu 300mA Schreib das doch gleich. > ... bin ich von max. 500mA ausgegangen. Mit der Faustformel 10 A/mm² kommt man auf 0,05 mm², von der Kühlung her kann ein solches Kabel sogar noch mehr vertragen, allerdings würde die Spannung mit so einem dünnen Kabel ganz schön einbrechen, denn es hätte 36 Ω.
1 | 17,8 mΩ*mm²/m / 0,05mm² * 2 * 50m = 35,6 Ω |
Mit einem 0,26 mm² Kabel, wie es für CAT 6 typisch ist, wären es noch 7 Ω. Damit sollte es sich gut leben lassen.
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