Welche Art Schaltung/Relais um 18W direkt mit MCU zu schalten?

[Sören K. (burnersk)]

Für ein Projekt brauche ich drei unterschiedliche Spannung (3V3, 5V, 
12V).

An einer "Spannungsstrecke" (GND und +3V3, GND und +5V, oder GND und 
+12V) sind bis zu 5 Baugruppen angeschlossen die je maximal 18W Leistung 
verbrauchen dürfen.

Es soll die Möglichkeit bestehen, einzelne Baugruppen unabhängig von 
einander komplett (alle Stromstrecken gemeinsam) spannungsfrei zu machen 
und wieder mit Spannung zu versorgen. Also quasi eine 
Hard-Reset-Funktion.

Den Aufbau könnte ich mir wie im Anhang "power-control.gif" vorstellen. 
Das Signal "PwrCtrl" kann jeden Mikrocontroller direkt vor der Baugruppe 
individuell adressieren und anweisen, die Stromstrecken zu trennen oder 
zu verbinden (nur alle drei gemeinsam). Für später gibt es auch noch 
eine Idee, wo diese Mikrocontroller auch noch Strommessungen pro 
Spannungsstrecke durchführen.

Meine Frage ist jetzt, welche Art der physikalischen Trennung der drei 
Spannungsstrecken sich am besten (Relais, Reedrelais, ...) eignet? Aus 
Gründen der Simplifizierung möchte ich eigentlich für die drei 
Spannungsstrecken das gleiche Bauteil verwenden. Die Ansteuerung des 
Bauteils soll nach Möglichkeit direkt vom Mikrocontroller steuerbar 
sein.

Kenndaten (pro angeschlossene Baugruppe):

* +3V3 5.5A 18W
* +5V 3.6A 18W
* +12V 1.5A 18W
* Gemeinsames GND

[Phil (Gast)]

Entweder drei P-channel MOSFETs oder ein N-Channel MOSFET (in der 
Groundline) pro Baugruppe. Wäre vermutlich am einfachsten.

[Andreas B. (bitverdreher)]

Leistungs p-MosFet, der aber bei der uC Ausgangsspannung voll 
durchschalten sollte.

[Stefan F. (Gast)]

Wenn tatsächlich keine weiteren Angaben zur Last verfügbar sind, würde 
ich auf Relais mit jeweils einem NPN Transistor als "Treiber" setzen.

Was die Mikrocontroller angeht: Für diese Anwendung gibt es alternativ 
zahlreiche seriell steuerbare Chips. Mir fallen spontan diese ein:

* Schieberegister 74HC595 oder noch besser TPIC6B595 (da sind die 
Transistoren schon drin).
* I²C Port Expander PCF8574

[Route_66 H. (route_66)]

Phil schrieb:
> ein N-Channel MOSFET (in der
> Groundline) pro Baugruppe. Wäre vermutlich am einfachsten.

...und das Dümmste, was man machen sollte.
Wenn man den gemeinsamen GND wegschaltet, die 12P, 5P und 3.3P aber an 
der Baugruppe lässt, gibt es vielleicht "Nichts" aber im schlimmsten 
Fall magischen Rauch.

[Sören K. (burnersk)]

Also wäre das dann pro Baugruppe drei mal (3V3, 5V, 12V) die angehängte 
Schaltung?

Gibt es einen Nachteil, wenn ich (wie bei 
power-control-lanectrl-mcu.png) den µC direkt anbinde und von 
Input-Konfiguration (frei - auf Ground gezogen) auf 
Low-Output-Konfiguration (gesperrt) umschalte gegenüber der 
"klassischen" Variante (power-control-lanectrl-tran.png)?

PS: bei power-control-lanectrl-mcu.png fehlt die Last... einfach wie bei 
power-control-lanectrl-tran.png hinzu denken ;)

PPS: Laut Simulation habe ich einen Strom von 12mA (bzw. 6 mA bei 2kΩ) 
über den µC pin.

[Stefan F. (Gast)]

Nein, so geht das nicht. Die linke einfachere Schaltung ist völlig 
falsch.

In der Simulation solltest Du Dir mal Spannung und Strom an der Last 
anschauen, während der µC 5V und 0V ausgibt. Dann siehst du, dass sie 
nicht funktioniert.

Schau auch im Datenblatt nach, welche Spannungen der Mikrocontroller an 
seinen Pins verträgt.

Ich empfehle Dir, erstmal die Grundlagen zu den Transistortypen zu 
lernen und mit harmlosen Experimenten auf dem Steckbrett auszuprobieren 
- am besten erstmal ohne Mikrocontroller.

Vielleicht hilft mein Aufsatz 
http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%202.pdf 
Kapitel 2.2 und 3.4.

Die zweite Schaltung kann funktionieren. Hier fehlt mir allerdings noch 
ein Schutz gegen induktive Spannungen (z.B. Freilaufdiode).

[Manfred (Gast)]

Stefanus F. schrieb:
> Nein, so geht das nicht. Die linke einfachere Schaltung ist völlig falsch.

Sie fördert den Umsatz an Micorcontrollern und prüft, ob die 
Strombegrenzung der Quelle funktioniert :-)

Die rechte Schaltung, mit einem Low-Logic-Level-FET aufgebaut, könnte 
funktionieren. Mit einem IRF3708 ungünstige 25 mOhm angenommen, verliert 
man bei 5,5A etwa 140mV / verheizt 750 mW.

Egal, man nehme ein paar Relais und Ruhe ist.

[georg (Gast)]

Sören K. schrieb:
> Also wäre das dann pro Baugruppe drei mal (3V3, 5V, 12V) die angehängte
> Schaltung?

Nein, wozu denn - stell dir vor, es gibt Relais mit 3 (bzw. 4) x 
EIN-Kontakten. Am besten mit 12 V-Spule, und einen Transistor zwischen 
Controller und Spule.

Nach deinen Angaben sollen ja alle 3 Spannungen zusammen geschaltete 
werden, aber vielleicht hast du dir das ja wieder anders überlegt, was 
weiss man schon.

Georg

[Mani W. (e-doc)]

Sören K. schrieb:
> Es soll die Möglichkeit bestehen, einzelne Baugruppen unabhängig von
> einander komplett (alle Stromstrecken gemeinsam) spannungsfrei zu machen
> und wieder mit Spannung zu versorgen.

Wie schon vorher von Georg geschrieben, nimm pro Einheit ein
entsprechendes mehrpoliges Relais, das ist am einfachsten und
auch am sichersten zu handhaben...

[Dergute W. (derguteweka)]

Moin,

Ich glaub' ganz stark, dass da das "Projekt" an sich das Problem ist. 
3.3V bei einigen A sollte man nicht ueber irgendwelche Relaiskontakte 
fuehren (zumindest nicht, wenn danach irgendwelche Elektronik kommt) Bei 
mehreren Spannungen ist Power Sequencing auch oft ein Thema, was mit 
Relais zum Totalausfall wird.
Ich hab da so das Gefuehl, dass da schon in der Spezifikation irgendwie 
der Wurm drinnen ist. So eine Aufgabenstellung wuerde ich auf jeden Fall 
von Anfang an vermeiden. Und nicht mit irgendwelchen Klapperatismen oder 
gar einzelnen Leistungstransistoren rumwuergen.

Gruss
WK