Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DS3231 RTC Modul, Raspberry Pi, Zeitschaltung


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von Michael D. (hildegardmitbart)


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Hallo zusammen,

Ich würde gerne, neben einem Raspberry Pi auch weitere Sensoren, LEDs, 
LF33cv u.a. zeitgesteuert schalten.
Nach einigen Recherchen, u.a. auch hier im Forum, habe ich eine 
vermeintlich einfache Lösung für mein Problem gefunden und diese 
gezeichnet*.  Ein Aspekt für diesen Aufbau ist der Einzelteilepreis als 
auch das alle Teile in gut handhabbarer Größe vorhanden sind. Mit SMD 
o.ä. kann ich aufgrund einer körperlichen Einschränkung nicht umgehen. 
Daher entfielen auch viele logik level Mosfets.

*Die Lösung stammt also nicht von mir, sondern wurde in ähnlicher Form 
im englischen Magazin HackSpace Ausgabe 30 / Seite 98ff veröffentlicht. 
Ich habe den LF33cv mit den Kondensatoren für die DS3231 Versorgung 
ergänzt.

--> Der Schaltplan ist in der Anlage.

Diese Schaltung funktioniert, wenn eine LED mit Vorwiderstand an „VDD to 
RPi“ und GND2 angeschlossen wird.

Kommt der Raspberry PI, im Test Vers. 2, hinzu bzw. werden die LED und 
der Vorwiderstand ersetzt, funktioniert die Schaltung nicht mehr.

Nach meinem Verständnis ist der P-Mosfet IRF9540 eher etwas zu groß 
dimensioniert. 1,5-2A@5V würden mir reichen.

Leider kann ich mir das nicht erklären und bitte hiermit um Eure Hilfe.

Vielen Dank fürs Lesen und einen guten Tipp :-)

Gruß

Michael

: Bearbeitet durch User
von Joachim B. (jar)


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Michael D. schrieb:
> Mit SMD
> o.ä. kann ich aufgrund einer körperlichen Einschränkung nicht umgehen.
> DS3231 RTC Modul, Raspberry Pi
für den PI gibt es
https://www.ebay.de/i/123703546247

ich nutze ja immer diese mit LiR Akku mitgeliefert!
https://www.ebay.de/i/282086505632

Es gibt viel günstigere Angebote, aber dann mit Ladeschaltung ohne LiR 
Akku oder sogar mit CR Batterie geliefert!
muss man den LiR extra bestellen wirds teurer und oft wird auch mit CR 
geliefert die nicht aufgeladen werden dürfen.
Da muss man aufpassen und vorher fragen!

Leider braucht das Modul dann 5V für die Ladeschaltung und deswegen 
einen Pegelwandler zum PI für 3,3V I2C
Ebay-Artikel Nr. 253050668603

von Michael D. (hildegardmitbart)


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Vielen Dank für Deine Antwort.
Um das DS3231 Modul geht es nicht direkt.
Die Schaltung in der Anlage im 1. Betrag funktioniert grundsätzlich, 
jedoch nicht, wenn man einen Raspberry Pi dranhängt / dieser geschaltet 
werden soll.

Der DS3231 schaltet, der Raspberry Pi bootet nicht. Die Spannung, über 
den RPi gemessen, liegt dann bei ~2,xxV

Gruß

Michael

von Joachim B. (jar)


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Michael D. schrieb:
> Um das DS3231 Modul geht es nicht direkt.

sorry, ich konnte wohl nicht erkennen worum es dir ging!

Es tauchte in der Überschrift auf und dann noch:

Michael D. schrieb:
> Mit SMD
> o.ä. kann ich aufgrund einer körperlichen Einschränkung nicht umgehen.

Dein eagle Bild wird übersichtlicher wenn du die Pins nicht einblendest.

von Hildegardmitbart (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> Dein eagle Bild wird übersichtlicher wenn du die Pins nicht einblendest.

Anfängerfehler ;-/, danke für Deine Info!

M.

von Rolf U. (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> ich nutze ja immer diese mit LiR Akku mitgeliefert!
> https://www.ebay.de/i/282086505632

Hmm, da hab ich mit den Lir2032 wohl immer Pech gehabt (hochohmig, 
geringe Kapazität, kurze Haltbarkeit) - allerdings machen die bei einer 
DS3231 auch keinen Sinn (Ibatt = ~1 µA).

von Joachim B. (jar)


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Rolf U. schrieb:
> Hmm, da hab ich mit den Lir2032 wohl immer Pech gehabt (hochohmig,
> geringe Kapazität, kurze Haltbarkeit)

und ich immer Glück?
mir ist die geringe Kapazität egal, soll ja nur kurz puffern, aber CR 
muss ich immer wechseln, das nervt!

von Rolf U. (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> Rolf U. schrieb:
>> Hmm, da hab ich mit den Lir2032 wohl immer Pech gehabt (hochohmig,
>> geringe Kapazität, kurze Haltbarkeit)
>
> und ich immer Glück?
> mir ist die geringe Kapazität egal, soll ja nur kurz puffern, aber CR
> muss ich immer wechseln, das nervt!

immer?
200mAh/1µA => alle 10+ Jahre

von Joachim B. (jar)


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Rolf U. schrieb:
> immer?
> 200mAh/1µA => alle 10+ Jahre

10 Jahre sind schnell um, ich bastel auch schon über 10 Jahre.

Ich habe keine Lust auf CR, das kann jeder gerne anders sehen!
Zum "puffern" bei Stromausfall wäre vielleicht auch ein Goldcap gut aber 
bis dahin reichen mir die LiR

von Ozvald K. (ozvaldk)


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Michael D. schrieb:
> Die Spannung, über
> den RPi gemessen, liegt dann bei ~2,xxV

Wie groß ist die Spannung gemessen am S und D vom MOSFET? Ich schätze 
der MOSFET schaltet nicht richtig durch. Ein Raspberry brauch wesentlich 
mehr Strom als eine LED.

von Michael D. (hildegardmitbart)


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Super, das Du mir hilfst.

Spannung über S und D
  Unbelastet: 0 V
  LED + Vorwiderstand: 2 V
  Raspberry Pi 2: 2,77 V

Ich erkenne den Unterschied verstehe aber nicht, warum die Spannung S zu 
GND nicht abfällt. Hier sollte doch der hohe Strom fließen?

Was sollte ich an der Schaltung verändern?

@Joachim B.: Ein Bild ohne Pins ist im Anhang.

Die HackSpace Zeitungen können hier als PDF geladen werden:
https://hackspace.raspberrypi.org/issues
Siehe "Issue 30 / Seite 98ff"

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Nach meinem Verständnis ist der P-Mosfet IRF9540 eher etwas zu groß
> dimensioniert. 1,5-2A@5V würden mir reichen.

Er ist nicht zu groß dimensioniert sondern einfach die falsche Wahl.
Der IRF9540 schaltet prima durch, wenn man ihm am Gate 10V anbietet. Du 
steuerst den aber über das RTC-Modul mit 3.3V und hast zudem noch einen 
Spannungsteiler (R4/R5) davor.
Du brauchst einen, bei dem der R_DS_on auch schon bei <3V definiert ist.
Ich könnte dir welche in SMD nennen, nach bedrahteten musst du selber 
suchen ...

von Ozvald K. (ozvaldk)


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Michael D. schrieb:
> warum die Spannung S zu
> GND nicht abfällt. Hier sollte doch der hohe Strom fließen?

Eigentlich darf die Spannung am Source nicht abfallen, eher am Drain auf 
+5V steigen im durchgeschalteten Zustand, d.h. Spannung zwischen S und D 
ist im idealen Fall 0V. Schau im Katalog an: Vgs ist mit -10V angegeben, 
d.h. um komplett durch zu schalten Gate soll um 10V niedriger sein als 
Source, in deinem Fall ist es nicht vorhanden. Der MOSFET selbst mit 0,2 
Ohm im durchgeschaltetem Zustand ist auch nicht der Knaller.

Michael D. schrieb:
> Was sollte ich an der Schaltung verändern?

Eine Möglichkeit wäre einen MOSFET mit niedrigerem Rdson und niedrigerem 
Vgs ein zu setzen. Aber die Schaltung gefällt mir so nicht. Durch den 
Spannungsteiler R4/R5 bleibt am Gate eine Restspannung wodurch der 
P-MOSFET noch weniger durchschaltet.

von Rollo (Gast)


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Der IRF9540 ist für deine Anwendung die falsche Wahl. Schau dir mal den 
IRF7220 an, der könnte hier besser passen. Den R4 kannst du auch 
weglassen, oder was soll der hier bewirken.

von Michael D. (hildegardmitbart)


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Mir ist da ein Fehler in der Angabe des Wertes von R5 passiert.
Nur im Schaltplan steht 10K.
RICHTIG ist 4k7.

Ich schalte nicht mit 3v3 sondern mit 5V bzw. werden die 5V vom DS3231 
auf GND gezogen.
Daher auch der Widerstand R4 mit 2k2 der zusammen mit R5 / 4k4 den 
Stromfluss in diesem Moment begrenzen soll.

Kommen vom DS3231 3v3 so sorgen die Widerstände, das die von VDD 
kommenden 5 V nicht am DS3231 anliegen. So mein Verständnis aus dem 
Artikel.

Wie gesagt mit einer Diode / 20mA geht es auch gut.

Aus den Artikel übersetz in Deutsche:
Die Widerstände R4 und R4 sind an einem Ende mit der Versorgungsspannung 
und am anderen Ende mit dem SQW-Pin und dem MOSFET-Gate verbunden. Wenn 
SQW abgeschaltet wird, wird die Spannung am MOSFET-Gate durch die 
Widerstände hochgezogen, so dass der MOSFET abschaltet. Beim Einschalten 
von SQW wird die Spannung am MOSFET-Gate nach unten gezogen, wodurch der 
MOSFET eingeschaltet wird. Leider bedeutet der Strom, der durch R4 und 
R5 zum DN3231 durchsickert, dass wir beim Ausschalten des MOSFET keinen 
Null-Stromverbrauch erhalten, aber er beträgt viel weniger als 1 
Milliampere.

Das mit dem 10V ärgert mich sehr. Danke für den Hinweis. Ich hatte 
erwartet, das der Mosfet bei 5V voll durchschaltet.

Falls jemand einen TO-220 P-Channel kennt... :-)...
Die Übersicht hier im Forum habe ich durch.
RDS(on) sollte < 0,2 Ohm und Vgs <3 V sein?
Bei Infinion hab ich etwas gefunden IRLIB9343, das passen könnte ?
--> Anlage

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Mir ist da ein Fehler in der Angabe des Wertes von R5 passiert.
> Nur im Schaltplan steht 10K.
> RICHTIG ist 4k7.
Das verringert eben die Gatespannung nochmal. Das, was auf SQW kommt, 
hat nur 3.3V oder eben 0V. Um den Mosfet auszuschalten, sollte die 
Spannung an der Source erreicht werden, also 5V oder nur wenig darunter. 
Das soll der Teiler aus R4 und R5 erreichen.
Leider verringert er auch die Spannung zum Einschalten des Mosfet.

Richtig wäre es, man entfernt den Pullup auf dem Modul an der 
SQW-Leitung und spendiert extern einen nach 5V. Der IC DS3231 ist dafür 
spezifiziert.
Und dann kann R4 zu Null werden und R5 sollt >50k haben.
Damit hat das Gate entweder 0V oder 5V und für den genannten 
Infineon-Typ wäre das ideal.

> Ich schalte nicht mit 3v3 sondern mit 5V bzw. werden die 5V vom DS3231
> auf GND gezogen.
Ja, zum Einschalten schon, aber wegen des Spannungsteilers nicht auf 0V 
am Gate, sondern nur auf ca. 1.5V. Damit hat das Gate nur UGS=3.5V. Zu 
wenig.
Zum Ausschalten liefert SQW 3.3V und damit liegen am Gate immer noch 
UGS=1.5V statt 1.7V ohne Teiler - keine echte Verbesserung, nur 
'hingepfriemelt'. Das ist zuviel für einen Mosfet für AUS, der mit den 
3.5V perfekt EIN sein soll!

> Daher auch der Widerstand R4 mit 2k2 der zusammen mit R5 / 4k4 den
> Stromfluss in diesem Moment begrenzen soll.
Wie erklärt, er soll den Mosfet besser ausschalten. Ohne den Teiler 
liegen am Gate 1.7V an. Diese Stelle der Schaltung aus dem 'Maker' ist 
Murks.
Entweder ist er besser gesperrt und schlecht leitend oder umgekehrt - je 
nach Dimensionierung.

Michael D. schrieb:
> Bei Infinion hab ich etwas gefunden IRLIB9343, das passen könnte ?
Er wird besser eingeschaltet aber dafür schlechter aus - siehe oben.
Zusammen mit der oben beschriebenen Modifikation geht es aber mit dem 
gut - bis etwa 2.5A.

von Rollo (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Mir ist da ein Fehler in der Angabe des Wertes von R5 passiert.
> Nur im Schaltplan steht 10K.
> RICHTIG ist 4k7.
>
> Ich schalte nicht mit 3v3 sondern mit 5V bzw. werden die 5V vom DS3231
> auf GND gezogen.
> Daher auch der Widerstand R4 mit 2k2 der zusammen mit R5 / 4k4 den
> Stromfluss in diesem Moment begrenzen soll.

Damit machst du das Problem noch schlimmer, da du nun nur noch 3V Ugs am 
MOSFET hast.

> Kommen vom DS3231 3v3 so sorgen die Widerstände, das die von VDD
> kommenden 5 V nicht am DS3231 anliegen. So mein Verständnis aus dem
> Artikel.

Du solltest nicht nur den Artikel, sondern auch die entsprechenden 
Datenblätter anschauen. Vom DS3231 kommen keine 3,3V, da der INT/SQW Pin 
ein Open Drain Ausgang ist. Er benötigt immer einen Pullup, und die 
Pullup Spannung darf 5,5V betragen. Pullup ist also dein R5, und R4 
sollte ersatzlos entfallen.

Und bei der Gelegenheit kannst du dir auch noch die Tabelle der Alarm 
Mask Bits anschauen. Ich interpretiere die Tabelle so, daß der INT/SQW 
Pin nur für eine konfigurierbare Zeitspanne von 1 Sekunde bis maximal 1 
Minute auf GND gezogen wird, und anschließend wieder nach High Impedance 
geht. Ich glaube nicht, daß du den Raspberry nur so kurz versorgen 
möchtest.

> Aus den Artikel übersetz in Deutsche:
> Die Widerstände R4 und R4 sind an einem Ende mit der Versorgungsspannung
> und am anderen Ende mit dem SQW-Pin und dem MOSFET-Gate verbunden. Wenn
> SQW abgeschaltet wird, wird die Spannung am MOSFET-Gate durch die
> Widerstände hochgezogen, so dass der MOSFET abschaltet. Beim Einschalten
> von SQW wird die Spannung am MOSFET-Gate nach unten gezogen, wodurch der
> MOSFET eingeschaltet wird. Leider bedeutet der Strom, der durch R4 und
> R5 zum DN3231 durchsickert, dass wir beim Ausschalten des MOSFET keinen
> Null-Stromverbrauch erhalten, aber er beträgt viel weniger als 1
> Milliampere.
>
> Das mit dem 10V ärgert mich sehr. Danke für den Hinweis. Ich hatte
> erwartet, das der Mosfet bei 5V voll durchschaltet.
>
> Falls jemand einen TO-220 P-Channel kennt... :-)...
> Die Übersicht hier im Forum habe ich durch.
> RDS(on) sollte < 0,2 Ohm und Vgs <3 V sein?

Ich denke du hast die Bedeutung von Ugs(th) noch nicht erfasst. Das ist 
nicht die Gate-Source Spannung, bei der der MOSFET sicher leitet und den 
angegebenen Rds(on) hat, sondern das ist Schwelle, bei der der MOSFET 
anfängt wieder einen kleinen Strom durchzulassen. Meist wird Ugs(th) bei 
250uA spezifiziert.

> Bei Infinion hab ich etwas gefunden IRLIB9343, das passen könnte ?
> --> Anlage

Wenn du R4 weglässt kann der gehen, ist bei -4,5V Ugs mit 150..170 mOhm 
spezifiziert. Schau dir noch den NDP6020P an, der hat bei -4,5V Ugs nur 
40..50 mOhm.

von HildeK (Gast)


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Rollo schrieb:
> Er benötigt immer einen Pullup, und die
> Pullup Spannung darf 5,5V betragen. Pullup ist also dein R5, und R4
> sollte ersatzlos entfallen.

Ja, du hast recht, ich hatte den internen PU und den OD-Ausgang vom SQW 
nicht im Fokus. Damit stimmen meine angegebenen Spannungswerte nicht.

Wenn man R4 zu Null macht, für R5 niederohmiger wird (2k2), dann wird 
die Gatespannung entweder 4.5V sein oder für EIN auf fast 0V liegen. Das 
passt dann prima für den IRLIB9343 oder den NDP6020P.

Ich würde die Pullups auf dem Modul entfernen und extern die passenden 
anbringen. Leider sind das Arrays in SMD, so dass man dann auch den I2C 
mit externem PU versehen muss. Oder man trennt in dem Fall hier nur die 
PU-Verbindung zum SQW mit einem scharfen Messer. Dann kann der R5 auch 
10k betragen. R4 entfällt nach wie vor.

Generell zu den Modulen:
Die beiden Widerstandsarrays auf dem Modul sind sowieso (fast) sinnlos, 
nur die I2C-PUs sind OK, man kann aber alle auch extern setzen und hat 
dann mehr Freiheiten. SQW und 32K dürfen bis auf 5.5V 'gepullt' werden, 
unabhängig von der Versorgungsspannung des Moduls.
Und die PUs an den Adressleitungen des EEPROMS sind erst recht falsch: 
sie kosten nur Strom, denn der AT24C32 ist intern mit Pulldowns 
versehen. Besser wäre es, Lötbrücken nach VCC zu haben und keine 
Widerstände zu verbauen.

Rollo schrieb:
> Ich interpretiere die Tabelle so, daß der INT/SQW
> Pin nur für eine konfigurierbare Zeitspanne von 1 Sekunde bis maximal 1
> Minute auf GND gezogen wird, und anschließend wieder nach High Impedance
> geht.

Ich fürchte, du hast recht. Damit ist noch ein Zusatz zur Selbsthaltung 
notwendig, vom RasPi gesteuert.

von Michael D. (hildegardmitbart)


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Super Infos, ich werde das mit dem NDP6020P ausprobieren.
Der ist auch schon bestellt :-)

Als Plan "B" habe ich das im Auge:
"Indirekte Methode: Ansteuerungen mit Push-Pull-Transistoren"
https://www.mikrocontroller.net/articles/Snippets#Wie_schlie.C3.9Fe_ich_einen_MOSFET_an_einen_Mikrocontroller_an.3F 
angesehen.


Rollo schrieb:
> Ich interpretiere die Tabelle so, daß der INT/SQW
> Pin nur für eine konfigurierbare Zeitspanne von 1 Sekunde bis maximal 1
> Minute auf GND gezogen wird, und anschließend wieder nach High Impedance
> geht.

Das ist, zumindest mit der LED, nicht so.
SQW bleibt auf GND, die LED leuchtet bereits länger als 2h.
Ggf. gibt es da Unterschiede in den Modulen.
Ich hatte dazu auch gelesen, das SQW manchmal gar nicht wirklich 
herausgeführt ist. Mein Modulen sieht so aus: 
https://www.ebay.de/i/282086505632


Rollo schrieb:
> Ich denke du hast die Bedeutung von Ugs(th) noch nicht erfasst.
Ja das stimmt(e) ;-)

Vielen, vielen Dank Rollo und HildeK für die Hilfe!
Echt Klasse von Euch!!!

Gruß Michael

von HildeK (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Als Plan "B" habe ich das im Auge:
> "Indirekte Methode: Ansteuerungen mit Push-Pull-Transistoren"

Diese indirekte Methode läuft aber invertiert zu deiner bisherigen 
Schaltung. Außerdem kannst du in deiner Anwendung T2 und die Diode 
1N4148 weglassen (Diode -> Draht). Die beiden sollen nur das Ausschalten 
beschleunigen, bei PWM oder sehr großen Strömen wichtig.
Es reicht, wenn es so aussieht: 
https://www.mikrocontroller.net/attachment/462349/P_Channel_MC_Switching.png

Michael D. schrieb:
> Mein Modulen sieht so aus

Ja, auf das hatte ich mich bezogen. Das Modul ist eigentlich egal, der 
Chip auf dem Modul (DS3231) macht es aus.
Vermutlich muss man den Alarm per I2C im DS3231 quittieren, nachdem er 
ausgelöst hat, so dass SQW wieder auf HIGH geht.
Ich schrieb jedenfalls in meiner Anwendung in das Controlregister (0x0E) 
den Wert 0x45 und in das Control/Status-Register (0x0F) den Wert 0 zum 
quittieren und setze die neue Alarmzeit.

von Michael D. (hildegardmitbart)


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Das sieht ja noch besser aus.
Den BC547 hab ich sogar liegen. Mosfets nur IRF9540 und IRF9530 bis der 
NDP6020P da ist.

Für mich sieht das wie eine gut und flexibel anpassbare Schaltung aus, 
die ich gerne auch für andere, ähnliche Fälle nutzen würde.

Mit dem 2k2 fliessen ja 2,2mA über den durchgeschalte BC547 bei 5V bzw. 
5,45mA bei 12V. Wie finde ich denn, den für die jeweilige Spannung 
perfekten Wert?

Also größter Widerstand für geringsten Strom aber sicheres Durchschalten 
des Mosfets? Wie rechnet man das?

von HildeK (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Mit dem 2k2 fliessen ja 2,2mA über den durchgeschalte BC547 bei 5V bzw.
> 5,45mA bei 12V. Wie finde ich denn, den für die jeweilige Spannung
> perfekten Wert?
>
> Also größter Widerstand für geringsten Strom aber sicheres Durchschalten
> des Mosfets? Wie rechnet man das?

Nochmal: die Schaltung verhält sich invertiert! D.h. EIN und AUS sind 
vertauscht bei gleichem Ansteuersignal!

Im Prinzip tut das auch ein sehr hochohmiger Widerstand. Nur: im Gate 
ist eine relativ große Kapazität, je nach Typ auch mal bis zu 10nF, 
meist von einigen hundert pF bis einige nF. Diese Kapazität muss du beim 
Ausschalten entladen und das möglichst schnell, damit der FET möglichst 
kurz im aktiven (linearen) Bereich bleibt. In dem Bereich heizt der sich 
nämlich auf.
Und natürlich auch beim Einschalten aufladen, aber das macht der BC457 
mit wesentlich größerem Strom als die Entladung durch den 
2k2-Widerstand.

Das ist insbesondere dann wichtig, wenn man damit PWM machen will, weil 
dabei die Schaltvorgänge sehr häufig sind. Und auch wichtig, wenn man 
große Ströme schalten will. Stelle dir den Übergang so vor: irgendwann 
zwischen EIN und AUS hat die Drain-Sourcespannung den halben Wert und 
der Drainstrom auch. Das miteinander multipliziert ergibt eine Leistung, 
die der FET aushalten muss. Ist dieser Zustand nur sehr kurz und selten 
vorhanden, dann reicht die Wärmekapazität aus, die Erwärmung 
aufzunehmen.

Also: rechnen ist etwas schwierig. Man kann aus dem SOA-Diagramm 
entnehmen, welche maximale Leistung (bzw. Strom bei bestimmtem U_DS) für 
wie lange fließen darf. Es hängt also vom eingesetzten FET ab.
Mit der Schaltung in 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Snippets#Indirekte_Methode:_Ansteuerungen_mit_Push-Pull-Transistoren 
sorgt der zweite Transistor T2 für eine extra schnelle Entladung.
Besser ist jedenfalls ein kleiner Widerstand, die Grenze nach unten ist 
gegeben durch den max. Kollektorstrom (des BC547) und auch durch den 
Strom, den man hier 'verschwenden' will, wenn dieser leitet. Die Grenze 
nach oben durch die Schalthäufigkeit, das SOA-Diagramm und die 
Gateladung des FETs.

Entgegen kommt einem aber die Tatsache, dass für U_GS bereits wenige 10 
mV mehr oder weniger den Transistor in die ungefährlicheren Regionen 
bringt: entweder schon weitgehend aus (geringerer Strom I_D) oder schon 
fast ein (geringe Spannung U_DS).

Und es ist auch nicht falsch, für unterschiedliche Versorgungsspannungen 
den selben Widerstand zu nehmen: bei höheren Spannungen ist auch mehr 
Ladung im Gatekondensator.

Übrigens: die beiden genannten IRF95xx sind ebenso in deiner Anwendung 
wenig geeignet, auch die benötigen zum vollständigen Durchschalten 10V 
am Gate.

Ich hoffe, es war einigermaßen verständlich ... :-)

von Michael D. (hildegardmitbart)


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Das mit der schnellen Ladung/ Entladung hab ich gut verstanden, danke!

Heute kam der NDP6020P.
Also gleich die Schaltung mit dem BC547 und den NDP6020P aufgebaut und 
was soll ich sagen :-) :-) :-) funktioniert gut.

Invertiert, wie Du schon sagtes.
Also muss ich das Signal noch investieren. Setze ich dazu einen bc547 
zwischen die Basis und den GND des 1. Bc547 oder wie würdest Du das 
machen?

von HildeK (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Also muss ich das Signal noch investieren. Setze ich dazu einen bc547
> zwischen die Basis und den GND des 1. Bc547 oder wie würdest Du das
> machen?

Du musst es nicht investieren, sondern invertieren! 😀

Ja, ein zusätzlicher Transistor ist notwendig und am einfachsten; den 
Basisvorwiderstand kannst du weglassen (1k-10k schadet aber nicht, falls 
du die Schaltung auch anderweitig verwenden willst, brauchst du einen), 
denn das RTC-Modul hat intern einen 4k7 Pullup. Und einen 
Arbeitswiderstand (5k-10k) am Kollektor nach VCC (3.3V oder 5V - egal). 
Dann die Basis vom 2.Transistor direkt an den Kollektor vom ersten. Und 
beim FET nur einen R zwischen G und S. Brauchst du eine Zeichnung?

Michael D. schrieb:
> Also gleich die Schaltung mit dem BC547 und den NDP6020P aufgebaut und
> was soll ich sagen :-) :-) :-) funktioniert gut.

Wenn wir dir was erzählen, dann funktioniert das auch 😉 ...

von Michael D. (hildegardmitbart)


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> Brauchst du eine Zeichnung?
Wenn Du hast, gerne.
Sonst erstelle ich die, so wie ich das verstanden habe.

von HildeK (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Wenn Du hast, gerne.
> Sonst erstelle ich die, so wie ich das verstanden habe.

Hab ich auch nicht. Dann mach mal du eine und ich kommentiere dann 😀.

Übrigens: wir hatten ja schon herausgefunden, dass mit dem passenden 
FET, den du ja jetzt hast, auch die Originalschaltung verwendbar ist mit 
diesen Änderungen:

- R4 weglassen (überbrücken)
- R5 auf 2k2 reduzieren
Das wäre doch deutlich einfacher!
Das hatte ich hier schon geschrieben:
HildeK schrieb:
> Wenn man R4 zu Null macht, für R5 niederohmiger wird (2k2), dann wird
> die Gatespannung entweder 4.5V sein oder für EIN auf fast 0V liegen. Das
> passt dann prima für den IRLIB9343 oder den NDP6020P.

Bei 4.5V (bez. GND oder UGS=0.5V) ist der FET ausreichend gesperrt, bei 
fast 0V bez. GND (oder UGS ≈ 4.8V) ist er innerhalb der Spezifikation 
zum Leiten bzw. Sperren.

von Michael D. (hildegardmitbart)


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Sorry das ich mich erst jetzt wieder melde.

Habe gerade ausprobiert, was passiert, wenn man 12v auf den DS3231 gibt.

Der AT24C32 wird zum Raucher und rauchen ist ja ungesund :-|
Ein neuer ist bestellt aber ich brauchte eine Pause ;-)

Zwischenzeitlich hab ich beide Versionen gezeichnet. Zumindest so wie 
ich das verstanden habe.

Gruß

Michael

von Joachim B. (jar)


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Michael D. schrieb:
> Sorry das ich mich erst jetzt wieder melde.

kein Problem, deine Connectorwahl ist noch suboptimal, aber es bessert 
sich, dann noch etwas üben mit der logischen Anordnung, das wird schon.

von Wolfgang (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Zeitschaltung1.png

Und wie soll Q4 abgeschaltet werden, i.e. das Gate entladen werden?

von HildeK (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Zwischenzeitlich hab ich beide Versionen gezeichnet. Zumindest so wie
> ich das verstanden habe.

Warum ist jetzt auf ein Mal Vin 12V? Bisher sind wir von 5V ausgegangen. 
Bei 12V ist die Variante 2 definitiv nicht möglich!

Variante 1 geht, wenn das Gate noch einen R nach GND erhält (5k-10k). 
Allerdings ist für 12V R4 zu klein, da tun es 10k locker. Sonst fließt 
unnötig viel Strom durch R4.

von Michael D. (hildegardmitbart)


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Wolfgang schrieb:
> Michael D. schrieb:
>> Zeitschaltung1.png
>
> Und wie soll Q4 abgeschaltet werden, i.e. das Gate entladen werden?

Stimmt, da fehlt noch ein R=10K vom Mosfet Gate zum Kollektor vom Q5.
Danke!

von Michael D. (hildegardmitbart)


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HildeK schrieb:
> Michael D. schrieb:
>> Zwischenzeitlich hab ich beide Versionen gezeichnet. Zumindest so wie
>> ich das verstanden habe.
>
> Warum ist jetzt auf ein Mal Vin 12V? Bisher sind wir von 5V ausgegangen.
> Bei 12V ist die Variante 2 definitiv nicht möglich!
Hab 2 Pläne, da ich zwischenzeitlich überlegt habe 12v zu schalten und 
einfach nicht gesehen, das ich die angefangen Kopie verwendet.
Die 5V bzw. 5,0-5,2V kommen von einem LM2596 Modul.
Das LM2596 Modul sitzt aber nur davor, wenn keine 5V vorhanden sind.
Danke für den Hinweis!

> Variante 1 geht, wenn das Gate noch einen R nach GND erhält (5k-10k).
> Allerdings ist für 12V R4 zu klein, da tun es 10k locker. Sonst fließt
> unnötig viel Strom durch R4.
Also nicht R=10K vom Mosfet Gate zum Kollektor vom Q5, sondern direkt 
zum GND.

ich habe zur Zeit die Schaltung "Zeitschaltung2.png" auf dem Breadboard
Der DS3231 ist über I²C/SDA/SCL mit einem Rasperry Zero verbunden.
Dieser setzt die Alarmzeit in den DS3231.
Der DS3231 schaltet mit der Schaltung "Zeitschaltung2.png" eine RPi2
(Der 2.RPi sollte erstmal nur eine Last darstellen)

Wenn ich nun den RPi2 rausnehme und stattdessen den RPi Zero anklemme,
also LM2596 - DS3231(Zeitschaltung2.png)- RPi Zero, dann und der Álarm 
ausgelösst wird, dann startet der RPi Zero kurz.
Die Spannung aus dem NDP6020P geht langsam runter von 5,0V auf 4,7V der 
RPi Zero natürlich ausschaltet.
Ist die Zeitschaltung1.png da besser geeignet?

von Michael D. (hildegardmitbart)


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HildeK schrieb:
> Michael D. schrieb:
>> Zwischenzeitlich hab ich beide Versionen gezeichnet. Zumindest so wie
>> ich das verstanden habe.
>
> Warum ist jetzt auf ein Mal Vin 12V? Bisher sind wir von 5V ausgegangen.
> Bei 12V ist die Variante 2 definitiv nicht möglich!
>
> Variante 1 geht, wenn das Gate noch einen R nach GND erhält (5k-10k).
> Allerdings ist für 12V R4 zu klein, da tun es 10k locker. Sonst fließt
> unnötig viel Strom durch R4.

So Zeichnung ist nun korrigiert.

von HildeK (Gast)


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Michael D. schrieb:
> Also nicht R=10K vom Mosfet Gate zum Kollektor vom Q5, sondern direkt
> zum GND.

Ja klar, der Q6 schaltet Ein und Aus und bei Aus muss das Gate ja auf 
GND kommen, damit der FET leiten kann. Sonst wäre das Gate ja offen bzw. 
würde durch die unvermeidbaren Restströme durch Q6 auf VCC bleiben.

Ich habe aber R2 und Q6 vertauscht. Damit wird U_GS im AUS-Zustand 
richtig zu Null, bei deiner Anordnung bleiben 0.7V.
Es war doch so: Alarm geht auf LOW und dann willst du einschalten? Aber 
es geht mit beiden Varianten.

R4 muss hier nicht so niederohmig sein, denn die Transistoren verstärken 
ja. Insbesondere, wenn es darum geht, höhere Spannungen zu schalten, 
denn dann 'verschwendest' du durch den Strom im EIN-Zustand.

Mit der Schaltung kannst du alle Spannungen zwischen der minimal (die 
Spannung, für die im Datenblatt der R_DS_on definiert ist) und der 
maximal zulässigen Gatespannung (meist 20V, sie Datenblatt) schalten. 
Für noch höhere Spannungen braucht man zwischen G und S dann eine 
Z-Diode mit etwa 50-75% der maximal zulässigen Gatespannung.

Nebenbei: deine Schaltplandarstellung ist maximal unübersichtlich 😀 und 
ich muss jedes Mal die Leitungen explizit verfolgen. Da übersieht man 
leicht mal was ...
Ich hab dir mal ein Beispiel für einen übersichtlichere Darstellung 
angehängt.
- verwende GND-Symbole, das reduziert schon mal die Leitungsanzahl
- verwende ggf. auch VCC-Symbole aus dem selben Grund, aber möglichst 
eine unterschiedliche Form für unterschiedliche Spannung, mindestens 
aber beschriftet.
- vermeide zu viele Ecken bei der Darstellung der Leitungen.
- dein Spannungsregler sollte gedreht dargestellt werden, links der 
Eingang, rechts der Ausgang und unten der GND-Anschluss.
- wenn auch sparsam zu verwenden: Wire by Name, wie mit SCK und SDA 
gemacht

All das lässt sich durch einfaches Verschieben/Drehen/Spiegeln deutlich 
verbessern und man sieht auf den ersten Blick, was Sache ist.

von Joachim B. (jar)


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HildeK schrieb:
> Nebenbei: deine Schaltplandarstellung ist maximal unübersichtlich

Danke! top!

Joachim B. schrieb:
> dann noch etwas üben mit der logischen Anordnung, das wird schon.

das meinte ich, hatte nur nicht die Zeit das auch zu zeichnen, leichter 
wäre es gewesen mit der eagle.sch als File hochgeladen!

von HildeK (Gast)


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Bitte gern!
Wenn ich gewusst hätte, dass der Thread so lange geht, hätte ich das 
schon viel früher getan 😀.

Joachim B. schrieb:
> leichter wäre es gewesen mit der eagle.sch als File hochgeladen!
Für so kleine Sachen starte ich mein (altes) Eagle eher ungern, da bin 
ich mit LTSpice als Schaltplaneditor schneller. Es sind halt keine 
Steckverbinder, VCC-Symbole uvm. vorhanden. Zur Not zeichne ich halt ein 
Rechteck als Symbolersatz.

von Michael D. (hildegardmitbart)


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HildeK schrieb:
> Michael D. schrieb:
>> Also nicht R=10K vom Mosfet Gate zum Kollektor vom Q5, sondern direkt
>> zum GND.
>
> Ja klar, der Q6 schaltet Ein und Aus und bei Aus muss das Gate ja auf
> GND kommen, damit der FET leiten kann. Sonst wäre das Gate ja offen bzw.
> würde durch die unvermeidbaren Restströme durch Q6 auf VCC bleiben.
>
> Ich habe aber R2 und Q6 vertauscht. Damit wird U_GS im AUS-Zustand
> richtig zu Null, bei deiner Anordnung bleiben 0.7V.
> Es war doch so: Alarm geht auf LOW und dann willst du einschalten? Aber
> es geht mit beiden Varianten.
>
> R4 muss hier nicht so niederohmig sein, denn die Transistoren verstärken
> ja. Insbesondere, wenn es darum geht, höhere Spannungen zu schalten,
> denn dann 'verschwendest' du durch den Strom im EIN-Zustand.
>
> Mit der Schaltung kannst du alle Spannungen zwischen der minimal (die
> Spannung, für die im Datenblatt der R_DS_on definiert ist) und der
> maximal zulässigen Gatespannung (meist 20V, sie Datenblatt) schalten.
> Für noch höhere Spannungen braucht man zwischen G und S dann eine
> Z-Diode mit etwa 50-75% der maximal zulässigen Gatespannung.
>
> Nebenbei: deine Schaltplandarstellung ist maximal unübersichtlich 😀 und
> ich muss jedes Mal die Leitungen explizit verfolgen. Da übersieht man
> leicht mal was ...
> Ich hab dir mal ein Beispiel für einen übersichtlichere Darstellung
> angehängt.
> - verwende GND-Symbole, das reduziert schon mal die Leitungsanzahl
> - verwende ggf. auch VCC-Symbole aus dem selben Grund, aber möglichst
> eine unterschiedliche Form für unterschiedliche Spannung, mindestens
> aber beschriftet.
> - vermeide zu viele Ecken bei der Darstellung der Leitungen.
> - dein Spannungsregler sollte gedreht dargestellt werden, links der
> Eingang, rechts der Ausgang und unten der GND-Anschluss.
> - wenn auch sparsam zu verwenden: Wire by Name, wie mit SCK und SDA
> gemacht
>
> All das lässt sich durch einfaches Verschieben/Drehen/Spiegeln deutlich
> verbessern und man sieht auf den ersten Blick, was Sache ist.

Vielen Dank für Eure Mühe.
Bin Anfänger in 3-facher Ansicht: Elektronik, Schaltplan, Eagle CAD, 
usw.
Gerade deswegen finde ich es wirklich Toll, dass Ihr euch (vor allem Du 
HildeK) so viel Mühe gegeben habt!
So, es Juckt mir in den Fingern und ich muss das erstmal so aufbauen :-)
Gruß

Michael

von Joachim B. (jar)


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HildeK schrieb:
> Bitte gern!
> Wenn ich gewusst hätte, dass der Thread so lange geht, hätte ich das
> schon viel früher getan 😀.

das Folgende ging an den TO!

Joachim B. schrieb:
> das meinte ich, hatte nur nicht die Zeit das auch zu zeichnen, leichter
> wäre es gewesen mit der eagle.sch als File hochgeladen!

nicht an HildeK! (ich werde so oft falsch verstanden und schreibe wohl 
selten verständlich)

Michael D. schrieb:
> Vielen Dank für Eure Mühe.
> Bin Anfänger in 3-facher Ansicht: Elektronik, Schaltplan, Eagle CAD,
> usw.

es gibt einige Grundregeln:
Kreuzungen und Knicke vermeiden.
+VCC immer oben als Symbol mit graden Linien.
-GND immer unten als Symbol mit graden Linen.
Eingänge (auch Schaltspannungen) immer links.
Ausgänge (auch Schaltspannungen) immer rechts.

So wie wir lesen, von links nach rechts, von oben nach unten, wie ein 
Buch, Kapitel für Kapitel.
Man fängt mit Kapitel 1 an und nicht mit dem Schlußkapitel.

Warum heist dein GND GND2 wenn es nur ein GND gibt?
Wenn es mehrere GND gibt, also GND und GND2 und diese auch elektrisch 
verschieden sind dann nehme auch ein anderes Symbol für GND2, z.B. 
analogGND.
Man sieht sofort welches digital (nur) GND ist oder welches analogGND 
ist.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #6361198 wurde vom Autor gelöscht.
von HildeK (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> das Folgende ging an den TO!

Ja, das hatte ich schon verstanden, nur hätte ich eben ungern dieses 
Umzeichnen dann auch in Eagle gemacht; heißt: ich hätte nicht davon 
profitiert 🙄. Also, auch ich drücke mich oft mal missverständlich aus 
...
Aber ein Screenshot ist trotzdem wichtig für diejenigen ohne Eagle.

Michael D. schrieb:
> Bin Anfänger in 3-facher Ansicht: Elektronik, Schaltplan, Eagle CAD,
> usw.
> Gerade deswegen finde ich es wirklich Toll, dass Ihr euch (vor allem Du
> HildeK) so viel Mühe gegeben habt!

Gerade, weil es erkennbar ist, dass du in dem Metier weniger Übung hast, 
dich aber trotzdem bemühst, helfe ich gerne auch ausführlicher.

Man sollte zu meinem Bild oben noch dazu sagen, dass die Ansteuerung von 
Q5 so nur geht, weil das DS3231-Modul einen Open-Drain-Ausgang mit 
eingebauten Pullup 4k7 hat (Alarm_SQW). Für andere Signalausgänge mit 
einem Push-Pull-Ausgang fehlt ein Basiswiderstand!

von Verwirrter AVR Fanboy (Gast)


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HildeK schrieb:
> ScreenShot_426_LTspice_XVII_-__Draft5.asc_.png

Danke, sehr übersichtlich!

Aber das Signal ALARM_SQW vom DS3231 ist doch 'open drain'?

Die ganze Schaltung sollte doch nur Strom ziehen wenn ALARM_SQW  ~= 0V, 
IMHO.

von HildeK (Gast)


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Nachtrag (du hattest nochmal nachgearbeitet während ich schrieb):
Joachim B. schrieb:
> Eingänge (auch Schaltspannungen) immer links.
> Ausgänge (auch Schaltspannungen) immer rechts.
>
> So wie wir lesen, von links nach rechts, von oben nach unten, wie ein
> Buch, Kapitel für Kapitel.

Ja, ich hatte mir noch überlegt, die Teil mit den drei Transistoren 
horizontal gespiegelt zu zeichnen, mich aber trotzdem für die Variante 
mit dem Eingang rechts entschieden wegen der übersichtlicheren 
Leitungsführung.
Also das 'immer' unterstreiche ich nicht generell, wenn ich andere 
Vorteile sehe.
Generell stimme ich jedoch zu.

von Joachim B. (jar)


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Verwirrter AVR Fanboy schrieb im Beitrag #6361228:
> Aber das Signal ALARM_SQW vom DS3231 ist doch 'open drain'?

das würde ich auch gerne wissen, noch nie auf dem Grund gegangen!

Ist interessant wenn ein AVR oder ESP geweckt werden soll mit 
unterschiedliche Spannungen, eine LiR Ladeschaltung braucht VCC 5V, und 
die LiR oder CR am RTC Chip liegt auf 3V, arbeitet auch der ALARM_SQW 
ohne VCC? mit nur BAT?

Welche Spannung liegt am ALARM_SQW wenn VCC abgeschaltet ist?
Welche Spannung liegt am ALARM_SQW wenn VCC 5V ist?

Alles habe ich noch nie gemessen, kann man aber mal machen.

von HildeK (Gast)


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Verwirrter AVR Fanboy schrieb im Beitrag #6361228:
> Aber das Signal ALARM_SQW vom DS3231 ist doch 'open drain'?
Ja, mit Pullup 4k7 auf dem Modul.

> Die ganze Schaltung sollte doch nur Strom ziehen wenn ALARM_SQW  ~= 0V,
> IMHO.
Diese Forderung war ist jetzt nicht mehr bewusst, wenn es die (je) gab. 
Die 5V könnte theoretisch von einer Powerbank kommen, ja, ich hatte aber 
hier eher ein Netzteil vermutet, auch weil der TO kräftigere Ströme 
schalten will:

Michael D. schrieb:
> 1,5-2A@5V würden mir reichen.

So ist es im Aus-Zustand eben der Strom durch R4, welchen man auch 
locker auf 50k oder mehr erhöhen könnte, also 100µA ... 500µA 'Verlust'.
Außerdem: das DS3231-Modul hat eine LED eingebaut, die dauerhaft 
leuchtet, hat an den EEPROM-Adressleitungen externe Pullups, wobei 
interne PDs im Chip sind usw. Da macht der Strom durch R4 den Kohl auch 
nicht mehr fett 😀 und es gibt außerdem den noch größeren Strom vom 
internen PU des Moduls zur Basis des Q6.
IMHO verkraftbar.

von Joachim B. (jar)


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HildeK schrieb:
> Außerdem: das DS3231-Modul hat eine LED eingebaut,

wobei ich mal schwarzen Lack rübermache weil es nervt und mal auch den 
Rv auslöte, je nach Einsatz. (man kann auch die LED auslöten, aber ein R 
ist leichter beschaffbar und billiger wenn man den mal wieder nachrüsten 
will, man kann auch LED oder R verschieben das nur ein Pin verlötet ist)

von HildeK (Gast)


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Joachim B. schrieb:
> Ist interessant wenn ein AVR oder ESP geweckt werden soll mit
> unterschiedliche Spannungen, eine LiR Ladeschaltung braucht VCC 5V, und
> die LiR oder CR am RTC Chip liegt auf 3V, arbeitet auch der ALARM_SQW
> ohne VCC? mit nur BAT?
Nein, der interne PU geht nach VCC.

> Welche Spannung liegt am ALARM_SQW wenn VCC abgeschaltet ist?
0V.
> Welche Spannung liegt am ALARM_SQW wenn VCC 5V ist?
VCC vom Modul? Dann liegen am (ruhenden) ALARM_SQW 5V an. Der TO hat 
aber einen 3V3-Regler davor, dort sind es dann nur 3.3V logischerweise.

Ich habe das bei meiner Anwendung (Batteriebetrieb) so gelöst:
- die LED entfernt (bzw. deren Vorwiderstand) -
- die PUs für den Alarm entfernt und auf VCC des Prozessors gelegt.
- die PUs für die EEPROM-Adressen entfernt, damit Adresse 0.
- die Backupbatterie (war kein Akku) entfernt und durch einen GoldCap 
ersetzt und von der DS3231_VCC-Ladeanbindung getrennt.
- den 32k-Ausgang umgelötet, um damit die Goldcap-Ladung durchzuführen.
- DS3231_VCC wird über einen GPIO an und abgeschaltet.
Beim Warten des µC im Power-Down ist DS3231_VCC ausgeschaltet, das Modul 
wird vom GoldCap versorgt. Zwei, drei mal pro Woche wird der µC von 
ALARM_SQW aufgeweckt, schaltet dann DS3231_VCC ein und erledigt die 
Aufgaben, um dann wieder DS3231_VCC abzuschalten und selber 
einzuschlafen.
Siehe Bild im Anhang.

von HildeK (Gast)


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und ein Bild mit den DS3231-Modulmodifikationen.

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