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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Freilaufdiode mit Spule und Kondensator


Autor: Raul (Gast)
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Hallo,

ich suche jemand der mir hilft fachmännisch einen Stromkreis mit 
Freilaufdiode und Kondensator zu entwerfen. Es ist für ein Wohnmobil.

Eine Diode habe ich bereits und das Relais. Die Daten sind dazu unten 
aufgelistet.


Es wird eine Füllstandsanzeige betrieben.
Der Füllstandssensor ist nur für geringe Ströme ausgelegt, daher wird 
ein Relais zur Übertragung des Signals genutzt. Problem wäre hier der 
Einschaltstrom der Lampe, sonst auch ohne Relais möglich.
An der Füllstandsgrenze kann es zu häufigen an- und ausschalten der 
Füllstandslampe kommen. Hier möchte ich mit einem Kondensator 
ausgleichen. Wird dieser parallel zur Diode geschalten und wie groß 
könnte so einer sein, der Typ normal oder Elektrolytkondensator?

Noch offene Fragen:
Sind die Bauelemente richtig ausgewählt und angeordnet, ist die Diode 
schnell genug?


Diode:
1N 5408 Gleichrichterdiode
URRM             1000 V
UF               1,2 V
IF(AV)           3 A
IFSM             200 A
Sperrstrom I(r)  10 µA
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/162434-da-01-ml-DIODE_1_N_5408_de_en.pdf


Relais:
Song Chuan 103-1CHC 12 Kfz-Relais 12 V/DC 20 A 1 Wechsler
Nennspannung Spule   12 V/DC
Kontaktart           1 Wechsler
Anschluss           Print
Schaltspannung (max.)   14 V/DC
Schaltstrom (max.)   20 A
Max. Schaltleistung   280 W
R(Spule)           225 Ω
https://produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/502341-da-01-en-MIN_AUTOM_REL_103_20A_1UK_12VDC.pdf


Füllstandsschalter:
PLS-045B-6VAI
Schaltleistung max. 50W
Schaltspannung max. 200Vdc
Schaltstrom max. 1,5A
Dauerstrom max. 2A
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/506999-da-01-de-LEVELSENSOR_PIC_PLS_045B_6VA.pdf

: Verschoben durch Moderator
Autor: ArnoR (Gast)
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Raul schrieb:
> An der Füllstandsgrenze kann es zu häufigen an- und ausschalten der
> Füllstandslampe kommen. Hier möchte ich mit einem Kondensator
> ausgleichen. Wird dieser parallel zur Diode geschalten und wie groß
> könnte so einer sein, der Typ normal oder Elektrolytkondensator?

Wenn du da einen Kondensator einbaust, schaltet der Füllstandsschalter 
jedes Mal auf einen Kurzschluß. Die Kontakte werden das nicht lange 
mitmachen. Wenn du das wirklich so machen willst, solltest du einen 
niederohmigen Widerstand in Reihe zum Kontakt schalten, der der Strom 
begrenzt und das Relais noch sauber anziehen lässt.

Autor: K. S. (the_yrr)
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Raul schrieb:
> Noch offene Fragen:
> Sind die Bauelemente richtig ausgewählt und angeordnet, ist die Diode
> schnell genug?
Diode ist sogar etwas overkill, da reicht eigentlich eine 1n4001 oder 
so.

wie schnell schaltet der Sensor denn an/aus?
wenn man annimmt dass das Relais bei 12V einschaltet und bei 5V 
ausschaltet und einen Spulenwiderstand von 225Ohm (siehe Text) hat, 
kannst du selber rechnen (bzw. rechnen lassen, siehe Link).
bei 1000µF komme ich auf 0.2 Sekunden Überbrückungszeit, also entweder 
löst du das anders (mit Transistor) oder du nimmst einen ganzen Haufen 
Kondensatoren.

(Spiel mal mit den Werten hier:)
http://mustcalculate.com/electronics/capacitorchargeanddischarge.php?vfrom=12&vto=5&vs=0&c=1000u&r=225&time=

Autor: Route 6. (route_66)
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Für solche Verwendung von Relais benötigt man keine Freilaufdiode.

Raul schrieb:
> Füllstandsschalter:
> PLS-045B-6VAI
> Schaltleistung max. 50W
> Schaltspannung max. 200Vdc
> Schaltstrom max. 1,5A
> Dauerstrom max. 2A

Der kann doch deine lächerliche Kontrollampe ganz allein schalten!

Das mehrfache Schalten am Schaltpunkt kann man nur mit einer Hysterese 
verhindern.
Kurzzeitiges Aufleuchten (z.B. wenn das Wohnmobil schaukelt) verhindert 
man nicht mit einem einfachen Kondensator. Da braucht man schon eine 
etwas kompliziertere Zeitauswertung oder weniger Sekks.

Autor: Wolfgang (Gast)
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Raul schrieb:
> Sind die Bauelemente richtig ausgewählt

Deine Relaisspule wird mit 12V und weniger als 60mA betrieben. Wozu 
brauchst du dann eine Diode mit 1000V und 200A.
SIcherheitsfaktoren in dieser Größenordnung sind eindeutig übertrieben.

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Route 6. schrieb:
> Das mehrfache Schalten am Schaltpunkt kann man nur mit einer Hysterese
> verhindern.

Und ein elektromechanisches Relais hat i.d.R. eine Hysterese.

Autor: Schorsch X. (bastelschorsch)
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Torsten C. schrieb:
> Und ein elektromechanisches Relais hat i.d.R. eine Hysterese.

Kommt nur hier nicht zum Tragen, da das Relais nur komplett ein- bzw. 
ausschaltet.
Einen Transistor vorm Relais lässt den Kapazitärswert in erträgliche 
Größenordnung sinken. Aufwändiger mit 2 Transistoren als 
Schmitt-Trigger. Oder wenn es ein Spaßprojekt zum Lernen werden soll: 
Ein Mikrocontroller mit allem drum und dran.
Es geht aber auch noch größer :-)

Autor: Klaus R. (klara)
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Wolfgang schrieb:
> Wozu
> brauchst du dann eine Diode mit 1000V und 200A.

Kostet bei Reichelt 6 Cent. Noch Fragen?

Raul schrieb:
> Sind die Bauelemente richtig ausgewählt und angeordnet, ist die Diode
> schnell genug?

Ja. Diode ist schnell genug!

Raul schrieb:
> An der Füllstandsgrenze kann es zu häufigen an- und ausschalten der
> Füllstandslampe kommen. Hier möchte ich mit einem Kondensator
> ausgleichen.

Der Kondensator ist keine gute Idee. Das Relais braucht relativ viel 
Strom. Deshalb sind die Überbrückungszeiten kurz. Der Elko selber sorgt 
dann auch für einen starken Einschaltimpuls.

Eine Möglichkeit wäre ein Zeitrelais oder so etwas:
https://www.reichelt.de/elektronisches-zeitrelais-zeitrelais-1-p47587.html?&trstct=pos_0

Aber hier flattert das Relais ebenfalls, nur dann z.B. im Minutentakt. 
Abhilfe würden nur zwei Wasserstandsmelder bieten. Der obere schaltet 
bei Maximalpegel ein und der untere wieder aus. So etwas nennt sich 
Hysterese. Siehe Schmitt-Trigger.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Schmitt-Trigger

mfg klaus

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Schorsch X. schrieb:
> Torsten C. schrieb:
>> Und ein elektromechanisches Relais hat i.d.R. eine Hysterese.
> Kommt nur hier nicht zum Tragen, da das Relais nur komplett ein- bzw.
> ausschaltet.

Naja ...

ArnoR schrieb:
> Wenn du das wirklich so machen willst, solltest du einen
> niederohmigen Widerstand in Reihe zum Kontakt schalten

Damit hättest Du dann ein RC-Glied und eine Hysterese.

Aber nur zum Verständnis, denn toll ist die Lösung nicht.

Autor: Raul (Gast)
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Erst einmal vielen Dank!

@Route 6, Grund ist der Einschaltstrom der kleinen Lampe, um die 
Kontakte im Füllstandsmesser zu schonen. Der Einschaltstrom bei 
Glühlampen soll um das 10-15 fache höher liegen als normal. 0,1A der 
Lampe * 15 gleich Einschaltstrom 1,5A. Die Grenze des Füllstandsmesser 
ist 1,5A.

Bei der Diode war ich mir unsicher.

>Der Kondensator ist keine gute Idee...
Hallo Klaus, Ok. Der Schmitt-Trigger leuchtet ein, der Aufwand ist 
jedoch zu hoch. Probieren wir es ohne aus.

Gruss, Raul

Autor: Wolfgang (Gast)
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Klaus R. schrieb:
> Wolfgang schrieb:
>> Wozu
>> brauchst du dann eine Diode mit 1000V und 200A.
>
> Kostet bei Reichelt 6 Cent. Noch Fragen?

Ja

Eine 1N4148 kostet dort 2 Cent. Die tut's genauso.

Warum also so ein Monster?

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Raul schrieb:
> Der Schmitt-Trigger leuchtet ein, der Aufwand ist
> jedoch zu hoch. Probieren wir es ohne aus.

Und warum nicht mit Vorwiderstand und die Hysterese vom Relais nutzen?

Autor: Klaus R. (klara)
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Torsten C. schrieb:
> Und warum nicht mit Vorwiderstand und die Hysterese vom Relais nutzen?

Wenn der Schalter sich öffnet, dann fällt das Relais einfach ab. Der 
Schalter kennt nur ein und aus. Eine Hysterese verlangt einen stetigen 
Verlauf.

Was Du meinst, nach dem das Relais angezogen hat, kann man die 
Spulenspannung um einiges senken, z.B. von 12V auf 5V. Die Haltespannung 
des Relais liegt eben wesentlich tiefer als die Anzugspannung. Das liegt 
am Luftspalt im Magnetischen Kreis. Diesen Effekt kann man hier aber 
nicht nutzen.
mfg Klaus

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Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Raul schrieb:
> Hier möchte ich mit einem Kondensator ausgleichen.
> Wird dieser parallel zur Diode geschalten …

…, z.B. ein 2700µF Elektrolytkondensator.

Klaus R. schrieb:
> Wenn der Schalter sich öffnet, dann fällt das Relais einfach ab
… wenn der Kondensator weit genug entladen ist (Release voltage unten)!

Nehmen wir an, der Füllstand schwappt mit 1Hz, also 1s Hysterese.

ArnoR schrieb:
> einen … Widerstand in Reihe zum Kontakt

Hier ein Beispiel mit einem 6V-Relais und 180Ω in Reihe zur Spule:

K. S. schrieb:
> Spiel mal mit den Werten hier

Das Relais zieht an nach 0,1s:
http://mustcalculate.com/electronics/capacitorchargeanddischarge.php?vfrom=0.6&vto=4.5&vs=12&c=0.0027&r=90

Das Relais fällt ab nach 0,98s:
http://mustcalculate.com/electronics/capacitorchargeanddischarge.php?vfrom=4.5&vto=0.6&vs=0&c=0.0027&r=180

Die Daten basieren auf dem TE-Con T81:
https://www.mouser.de/datasheet/2/418/NG_DS_1308242_T81_0411-1234936.pdf
Sensitive coil, 6V rated, also:
Operate voltage = 4,5V (da zieht das Relais an, oder?)
Release voltage = 0,6V (da fällt das Relais einfach ab)

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Autor: Raul (Gast)
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@Torsten C.

Problem ist hier was Klaus schon schrieb:
>Der Elko selber sorgt auch für einen starken Einschaltimpuls.

Wäre für den Füllstandssensorkontakt ungünstig.

Wie ich es im Moment verstehe das Anliegen von Torsten, durch einen 
Vorwiderstand die zu schnelle Aufladung des Kondensators zu verhindern.

Frage, ist aus dem Datenblatt die Haltespannung zu erkennen von der 
Relaisspule?

Im Anhang habe ich die Skizze hinterlegt.

Autor: Klaus R. (klara)
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Raul schrieb:
> Frage, ist aus dem Datenblatt die Haltespannung zu erkennen von der
> Relaisspule?

Nein. Bei 12V Nennspannung kannst Du aber mit 5V Haltespannung rechnen. 
Vielleicht sind es sogar nur 4V.
mfg Klaus

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Torsten C. schrieb:
> Hier ein Beispiel mit einem 6V-Relais und 180Ω in Reihe zur Spule
… und zur Reihe zum Kontakt^^, siehe Bild.

PS: Sorry, das Relais zieht erst an nach 0,31s:
http://mustcalculate.com/electronics/capacitorchargeanddischarge.php?vfrom=0.6&vto=4.5&vs=6&c=0.0027&r=90

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Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Raul schrieb:
> Problem ist hier was Klaus schon schrieb:
>> Der Elko selber sorgt auch für einen starken Einschaltimpuls.
> Wäre für den Füllstandssensorkontakt ungünstig.

PS: Da hattest Du mich in diode2RC.gif^^ falsch verstanden.

Der 180Ω-Widerstand:
* sitzt in Reihe zwischen Spule und Schalter,
* begrenzt den Einschaltimpuls^^-Strom und
* sorgt zusammen mit dem Kondensator für eine Einschalt-Verzögerung.

Ich hätte gleich gestern schon das Bild malen sollen. :(

PPS zu mustcalculate.com:
Beim Einschalten wird mit einer idealen Spannungsquelle von 6V und 90Ω 
gerechnet; und die 90Ω ergeben sich aus den 180Ω vom Widerstand und den 
anderen 180Ω von der Relais-Spule.

Beim Ausschalten wird nur mit den 180Ω vom Relais gerechnet, da die 
anderen 180Ω "in der Luft hängen".

PPPS: Du musst kein TE-Con T81 als Relais nehmen. Schaue einfach in das 
Datenblatt von einem 4..8V-Relais Deiner Wahl und berechne mit 
mustcalculate.com den erforderlichen Wert vom Kondensator.

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Autor: Klaus R. (klara)
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Klaus R. schrieb:
> Raul schrieb:
>> Frage, ist aus dem Datenblatt die Haltespannung zu erkennen von der
>> Relaisspule?
>
> Nein. Bei 12V Nennspannung kannst Du aber mit 5V Haltespannung rechnen.
> Vielleicht sind es sogar nur 4V.
> mfg Klaus

Im Datenblatt des Relais sind doch Angaben zu den Spannungen für das 
Anziehen und Abfallen angegeben.

Bei 12 V Nennspannung:

Anziehen: max. 60% von 12 V = 7,2 V   (Pick up)
Abfallen: min.  5% von 12 V = 0,6 V   (Drop out)

Bei der Abfallspannung wäre ich vorsichtig. Das scheint mir doch etwas 
wenig zu sein. Aber ganz ausschliessen würde ich das auch nicht.

Der Nennstrom beträgt gemäß Datenblatt 53,3 mA. Mit den 225 Ohm der 
Spule ergeben sich so wieder 12 V. Am Serienwiderstand der Schaltung von 
Thorsten dürfen also max. 12 V - 7,2 V = 4,8 V abfallen.
->> 4,8 V / 53,3 mA = 90 Ohm.

Die 90 Ohm sind ein maximal Wert! Dabei zieht das Relais noch so gerade 
an. Im Datenblatt sind die Angaben zu Nennstrom und Spulenwiderstand mit 
einer Toleranz von +/- 10% angegeben.

Im schlechtesten Fall wären dies +/- 20%.

Aber der Serienwiderstand ist bei den Verzögerungen nicht maßgeblich 
beteiligt. Ich würde dafür 68 Ohm oder etwas weniger nehmen.

Bei Reichelt gibt es einen netten Elko den ich für diesen Zweck 
empfehlen möchte. 22 mF / 25 V für 1,99 €. Ist von der Hausmarke RND und 
sicher voll geeignet. Es ergibt sich eine Zeitkonstante von Tau = 22 mF 
x 225 Ohm = 4,95 Sekunden.

https://www.reichelt.de/becher-elko-radial-22-mf-25-v-rm-10-85-c-20-rnd-elp223m25ba-p205021.html?&trstct=pol_10

Ich denke, so klappert es nur noch gelegentlich.
mfg Klaus

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Autor: Raul (Gast)
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Guten Morgen,

@Torsten, Ich werde das mit dem zusätzlichen Widerstand probieren.

@Klaus, das 12 Volt Relais ist wegen dem zusätzlichen Widerstand auf ein 
6 Volt Relais geändert wurden. Das 12 Volt Relais habe ich getestet und 
es hielt bis 3 Volt. Weiter runter ging der Trafo nicht.

Autor: Raul (Gast)
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Nachtrag:
Der Vorteil des 180 Ohm Widerstand ist eine höhere Strombegrenzung.

An sich könnte der Serienwiderstand auch höher sein, wenn der 
Spulenwiderstand größer ist und somit den Einschaltstrom begrenzen. Bei 
einem 6 Volt Relais immer genau so groß.

Autor: Klaus R. (klara)
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Raul schrieb:
> Nachtrag:
> Der Vorteil des 180 Ohm Widerstand ist eine höhere Strombegrenzung.

Was ist das denn für ein Schalter der keine 100 mA aushält?
mfg Klaus

Autor: Klaus R. (klara)
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Raul schrieb:
> Füllstandsschalter:
> PLS-045B-6VAI
> Schaltleistung max. 50W
> Schaltspannung max. 200Vdc
> Schaltstrom max. 1,5A
> Dauerstrom max. 2A
> 
http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/500000-524999/506999-da-01-de-LEVELSENSOR_PIC_PLS_045B_6VA.pdf

Ich habe mir Deinen ersten Beitrag noch einmal genau angesehen. Das ist 
doch der Schalter. Der Schalter hält 1,5 A aus! Der hält 500 mA ein 
Leben lang aus. Wo ist das Problem???

Bei einem dicken Kondensator und 6 V reichen locker 6 V / 500 mA = 12 
Ohm.
Kondensator und Schalter werden Dich dann überleben.
mfg Klaus

Autor: Raul (Gast)
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> Bei einem dicken Kondensator und 6 V reichen locker 6 V / 500 mA = 12 Ohm.
> Kondensator und Schalter werden Dich dann überleben.


Ja, ich hatte mit dem Hersteller allgemein über den Sensor gesprochen 
und dieser war mit dem Schalter sehr vorsichtig. Ich habe das wohl 
übernommen.
Die grundlegenden Dinge sind klar, mal sehen wie es sich zusammensetzt.

Ein schönes Wochenende und vielen Dank,
Raul

Autor: Raul (Gast)
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Hallo,

darf ich noch eine grundlegende elektronische Frage stellen?
Theoretisch müsste auf die Freilaufdiode verzichtet werden können, da 
die Ladung des Kondensator der Spule entgegenwirkt bei Spannungsabfall.

Die Spule gibt die Ladung entgegengesetzt wieder ab und der Kondensator 
normal, somit müsste eine "Auslöschung" des Impulses der Spule 
stattfinden.

Wie sieht die Praxis aus?

Autor: Klaus R. (klara)
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Raul schrieb:
> Hallo,
>
> darf ich noch eine grundlegende elektronische Frage stellen?
> Theoretisch müsste auf die Freilaufdiode verzichtet werden können, da
> die Ladung des Kondensator der Spule entgegenwirkt bei Spannungsabfall.
>
> Die Spule gibt die Ladung entgegengesetzt wieder ab und der Kondensator
> normal, somit müsste eine "Auslöschung" des Impulses der Spule
> stattfinden.
>
> Wie sieht die Praxis aus?

Du hast vollkommen recht. Der Elko wird die Energie der ausgeschalteten 
Spule aufnehmen und wieder über die Spule abgeben, bis auch der Elko 
keine Energie mehr enthält. Der Kondensator darf aber nicht zu klein 
sein. Also 100 nF wären nicht so toll. Aber Du brauchst ja zum Verzögern 
des Relais eher einige mF, ich hatte mal 22 mF (22.000 µF) vorgeschlagen 
und hier schluckt der Elko die Ausschaltenergie ohne das Du eine 
Spannungserhöhung messen könntest.
mfg Klaus

Autor: Raul (Gast)
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Ja Klaus, ich habe das sogar noch weiterbewegt. Der Elko ist nach 
Abschaltzeitpunkt weiterhin die Spannungsquelle und hält die Spule auf 
Level und verbraucht langsam den Strom bis beide bei 0 Volt sind. Somit 
gibt es in dem Fall gar keinen rückläufigen Impuls.
Gruss, Raul und Danke für das interessante Gespräch.

Autor: Thomas (Gast)
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Warum nicht so evtl.?
Widerstandswerte vieleicht anpassen.

Autor: Torsten C. (torsten_c) Benutzerseite
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Thomas schrieb:
> Warum nicht so evtl.?

Weil der Q1 (PNP, bipolar) ein Stromverstärker ist.

Mit einem P-Ch-FET wärst Du dichter dran, aber dann würde beim hin-und 
herschwappen die Lampe heller und dunkler und Q1 würde warm werden.

Mit Relais hat der TO eine Hysterese: Entweder ein oder aus.

Autor: Klaus R. (klara)
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Torsten C. schrieb:
> Mit Relais hat der TO eine Hysterese: Entweder ein oder aus.

+ dickem Elko
mfg klaus

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