Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 24V-Ausgang potentialgetrennt aus einem STM32 3,3V


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von Sheldon G. (Firma: MyOwnComP) (quereinsteiger4)


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Hallo an Alle,

ich will mit einem STM32 der mit 3,3V versorgt wird mehrere 24V-Ausgänge 
potentialfrei schalten. Ausgansstrom pro Kanal ca. 2 A, PWM für einen 
DC-Motor sollte auch möglich sein.

Auf die Platine kommt ein 24V=>5V DC-DC-Wandler. Die 3,3V werden aus den 
5V mittels Festspannungsregler erzeugt.

Ich habe hier im Forum und andereswo schon lange nach einer geeigneten 
Schaltung bzw. Komponenten dafür gesucht wurde aber leider nicht 
wirklich fündig. Prinzip-Schaltungen findet man in Kursen und Büchern 
viele - aber immer ohne konkrete Bauteile.

Da Optokoppler anscheinend alle min. 10mA brauchen müsste ich zwischen 
STM32 und OC einen Treiber setzten, denn der STM32 kann nicht so viel 
Strom liefern.

Für einen Kanal würde wohl ein "normaler" bipolarer Transisor reichen. 
(FET scheint ja wegen der nur 3,3V auch keine gute Idee zu sein !?)

Für mehrere Ausgänge wäre ein IC aber schöner (weniger SMD-Lötarbeit). 
Der ULN280x passt aber dafür nicht was ich so gelesen habe..?

Wäre ein 74HC7014 (non-inverting precision Schmitt-trigger) an der 
5V-Versorung dafür brauchbar?

Falls der oder was ähnliches: Was sollte zwischen STM32 und 74HC? 
Direkte Verbindung oder Widerstand (=> wie groß)?

Wie kann es nach dem OC weitergehen? Direkt ein Power-Mosfet oder muss 
da noch ein Gate-Treiber dazwischen? => Bipolar oder FET?

Vielleicht hat ja einer von Euch schon mal dasselbe gemacht (3,3V und 
24V sind ja keine "seltenen Umgebungen") und kann hier einen Vorschlag 
machen.

Ich wäre sehr dankbar dafür...

Viele Grüße

S.

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Sheldon G. schrieb:
> Da Optokoppler anscheinend alle min. 10mA brauchen

Das stimmt so nicht. Optokoppler funktionieren auch mit 0,1mA, 
allerdings sind dann die Flanken der Signale flacher. Hinter die 
Optokoppler würde ich allerdings ohnehin Schmitt-Trigger schalten, damit 
die Leistungstransistoren sauber an/aus schalten ohne unnötig heiß zu 
werden.

Willst du jeden Ausgang einzeln Potentialfrei haben (wie bei Relais) 
oder dürfen sie alle gemeinsam an der gleichen 24V Versorgung hängen?

: Bearbeitet durch User
von Paddy (Gast)


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Der kann 3V3. 😉

von Frederic S. (Gast)


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Hallo Sheldon,

Die Anforderung Potentialfrei macht die Sache etwas kompliziert mit 
Standard Teilen.

Es gibt aber eine einfache Lösung:

Ein Photorelay, bei deinen Anforderungen passt der
TLP3543A oder TLO3543AF von Toshiba. Für den Preis würde ich die 5A 
Ausführung nehmen, dann hast Du es robust, evtl. Sogar die 60V Variante.
Unter Anwebdungsbeispiele ist deine Schaltung als Schaltung C aufgemalt.

Zur Ansteuerung der LED im Photorelay reichen 5mA, mit 10mA schaltet es 
aber schneller.
Wenn der STM das nicht schafft nimm einen ULN2803 etc.

Die Dinger sind langsam, mehr als 120 Hz PWM solltest Du denen auch mit 
10mA LED Strom nicht geben.

Ausgangsseitig empfehle ich eine Bidirektionale TVS Diode und eine 
flinke Sicherung oder Selbstrückstellene PTC Sicherung.


Frederic

von Frederic S. (Gast)


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Paddy schrieb:
> Der kann 3V3

Hilft dem TO aber leider nicht da er mit einem einfachen Mosfet nicht 
Potentialfrei schalten kann.

von Udo S. (urschmitt)


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Sheldon G. schrieb:
> Ausgansstrom pro Kanal ca. 2 A, PWM für einen
> DC-Motor sollte auch möglich sein.

Je universeller die Forderung, desto aufwändiger die Realisierung.
Du schreibst von einer Platine auf der 24V sind und du einen DC/DC 
Wandler mit 5V hast. Daraus machst du dann nochmal 3,3V.
1. Warum sind die 5 und 3.3V potentialfrei? Kannst du auf der Platine 
nicht gemeinsame Masse benutzen?
2. Warum müssen alle Ausgänge sowohl potentialfrai als auch für PWM 
geeignet sein? Relais ist langsam haben aber viele Vorteile in Bezug auf 
Robustheit und Einfachheit der Schaltung.

: Bearbeitet durch User
von Axel S. (a-za-z0-9)


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Udo S. schrieb:
> Je universeller die Forderung, desto aufwändiger die Realisierung.

Amen!

von Wolfgang (Gast)


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Frederic S. schrieb:
> Die Dinger sind langsam, mehr als 120 Hz PWM solltest Du denen auch mit
> 10mA LED Strom nicht geben.

Bei einer Turn-On Time von maximal 3ms (TLP3543AF @ 10mA) können 120Hz 
schon sportlich sein. Da muss man dann genauer gucken, wie lange davon 
der FET braucht, um den linearen Bereich zu durchlaufen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Am einfachsten ist es vielleicht, die 24V Baugruppe mit einem 
Schieberegister oder einem I²C Port-Expander anszusteuern, den man 
wiederum optisch getrennt mit dem Mikrocontroller verbindet.

Wurde hier nicht neulich ein I²C Portexpander genannt, dessen Open-Drain 
Ausgänge die 24V vertragen? Da kann man dann direkt die P-Kanal MOSFET 
anschließen.

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