Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Dickes Relais mit Logik ansteuern


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von Holger (Gast)


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Hallo zusammen,

ich bin gerade dabei, eine möglichst einfache und zuverlässige Schaltung 
zur Überwachung einer größeren Batterie zu bauen. Die eigentliche 
Überwachung erfolgt über eine Stromschleife. Daraus werden über eine 
Handvoll Gatter Impulse geformt, die ihrerseits ein relativ kräftiges 
bistabiles Relais ansteuern sollen, welches dann nacheinander erst die 
Lader und dann die Last abwirft. Das Relais ist z.B. sowas hier: 
https://de.rs-online.com/web/p/bistabile-relais/6900802/

Die Logik tut's inzwischen auf dem Steckbrett prima. Damit stellt sich 
die Frage, wie man möglichst sicher die Relaispule (24V, 20 Ohm 
statisch) ansteuert. Ich vermute mal, dass sowas heute niemand mehr "zu 
Fuß" mit einem oder mehreren Transistoren/FETs macht, oder? Vermutlich 
gibts für sowas Treiber-ICs, nur wonach suchen? Hat jemand 
Ideen/Anregungen?

Die Logik ist aus der CD4500 Serie und wird wohl mit 12 V versorgt 
werden. Eine kräftige Ansteuerung mit steilen Flanken ist wünschenswert, 
da das Relais relativ hoch belastet wird und sich möglichst flink 
bewegen soll.

Grüße
  Holger

von H. B. (communicator9)


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N-Kanal MOSFET.
Und Zenerdiode zwischen Drain und Source nicht vergessen.

: Bearbeitet durch User
von Georg G. (df2au)


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Irgendwie sind die Relaisdaten für mich widersprüchlich. 24V 
Spulenspannung und 20Ohm Spulenwiderstand passen nicht zu den 7W 
Spulenleistung. Verlangt das Ding vielleicht nach einer etwas 
komplexeren Ansteuerung?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Holger schrieb:
> Ich vermute mal, dass sowas heute niemand mehr "zu
> Fuß" mit einem oder mehreren Transistoren/FETs macht, oder?

Doch

wegen der Stromstärke mit einem MOSFET. Zum Beispiel einem IRML6402 - 
und einer 1N4001 als Freilaufdiode.

: Bearbeitet durch User
von Praktiker (Gast)


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Hallo

wenn auch OT und ich schon einen schon höheren Preis erwartet habe - 
aber über 115 Euro für so ein Relais...
WTF ?
Hand gefertigt von Schweizer Jungfrauen am ersten Weihnachtstag um 2:00 
Uhr nachts...?

Praktiker

von Georg G. (df2au)


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Praktiker schrieb:
> höheren Preis

1.5kA sind nicht ohne

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Praktiker schrieb:
> aber über 115 Euro für so ein Relais?

Wegen: Hohe Spitzenstromfestigkeit bis 1500 A

von Georg G. (df2au)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> 1N4001 als Freilaufdiode

nicht nötig, ist eingebaut.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Georg G. schrieb:
>> 1N4001 als Freilaufdiode
> nicht nötig, ist eingebaut.

Ist nicht ganz eindeutig. In der Application Note weisen sie darauf hin, 
dass Dioden hinzugefügt werden sollen. Siehe Seite 3: 
https://docs.rs-online.com/4ef1/0900766b814ef529.pdf

von H. B. (communicator9)


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Besser ist die Schaltung mit der Z-Diode zwischen Drain und Source vom 
MOSFET.
Mit der Diode über der Relaisspule schaltet das Relais langsamer.

von Georg G. (df2au)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> dass Dioden hinzugefügt werden sollen

mit Verlaub... das lese ich anders. Dioden sind das schlechteste, das 
man einem Relais antun kann bezüglich Kontaktbelastung und 
Arbeitsgeschwindigkeit. Z-Dioden oder nur ein Widerling über der Spule 
sind besser. In dem PDF findest du die Kurven, wie eine Freilaufdiode 
die Lebensdauer verkürzt.

Wie dem aber auch sei. Das Relais des TO ist bistabil und damit sind 
Zeitkonstanten nicht so relevant und deshalb sind laut Datenblatt auch 
Dioen gleich an den Spulen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Georg G. schrieb:
>> dass Dioden hinzugefügt werden sollen
> Z-Dioden ... sind besser

Ich habe nicht geschrieben, welche Dioden besser sind, nur dass welche 
empfohlen werden. Z-Dioden sind auch Dioden. Wenn ich schon auf den Text 
verweise, darf ich wohl davon ausgehen, dass der TO ihn auch liest. Da 
wird ja auf die Unterschiede bezüglich seiner Anforderung hingewiesen.

von MaWin (Gast)


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Holger schrieb:
> Damit stellt sich die Frage, wie man möglichst sicher die Relaispule
> (24V, 20 Ohm statisch) ansteuert

Möglichst sicher wird es, wenn die Induktionsspannung der Spule deine 
Ansteuerelektronik nicht stört.

Da das von der (Masse)Leitungsführung und dem Platinenlayout abhangt 
kann man nur eines empfehlen: Optokoppler.

Allerdings schalten sie nicht 1.5A.

Also muss der Optokoppler einen MOSFET steuern, und der dann das Relais. 
Oder einen Darlingtontransistor, der ist robuster.
Dafür muss man dann die Spannung von der Lastseite nutzen. Bei 24V killt 
die ein MOSFET-Gate. Eine Z-Diode zwischen Gate und Source ist also 
nicht verkehrt, und ein Vorwiderstand.

von michael_ (Gast)


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MaWin schrieb:
> Oder einen Darlingtontransistor, der ist robuster.

Und die hatten für solche Anwendungen schon die Schutzdiode integriert.

von H. B. (communicator9)


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von Andreas B. (bitverdreher)


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MaWin schrieb:
> Möglichst sicher wird es, wenn die Induktionsspannung der Spule deine
> Ansteuerelektronik nicht stört.

Das dürfte mir hier das Hauptproblem sein.
Hast Du Dir Gedanken über die Störsicherheit Deiner Schaltung gemacht?

von H. B. (communicator9)


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Andreas B. schrieb:
> MaWin schrieb:
>> Möglichst sicher wird es, wenn die Induktionsspannung der Spule deine
>> Ansteuerelektronik nicht stört.
>
> Das dürfte mir hier das Hauptproblem sein.
> Hast Du Dir Gedanken über die Störsicherheit Deiner Schaltung gemacht?

Nicht nur wegen der Induktionsspannung der Relaisspule.
Auch das Schalten hoher Lasten mit mechanischen Kontakten kann zu 
massiven Störungen in elektronischen Schaltungen führen.

: Bearbeitet durch User
von Andreas B. (bitverdreher)


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H. B. schrieb:
> Auch das Schalten hoher Lasten mit mechanischen Kontakten kann zu
> massiven Störungen in elektronischen Schaltungen führen.

Stimmt, das hatte ich bei diesen Strömen eigentlich auf den Schirm.

von H. B. (communicator9)


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Wenn das Teil recht oft schalten soll, wäre es eine Überlegung wert das 
mit High Current Solid State Relay´s zu machen.

von hinz (Gast)


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michael_ schrieb:
> MaWin schrieb:
>> Oder einen Darlingtontransistor, der ist robuster.
>
> Und die hatten für solche Anwendungen schon die Schutzdiode integriert.

Humbug!


Die Freilaufdiode ist ja bei dem Relais des TE eh schon eingebaut.

von Axel R. (axlr)


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1.2A für maximal 100msekunden erst auf die eine Spule, dann auf die 
andere Spule. Alle Anschlüsse sind separat herausgeführt. Die 
24V-Variante darf noch mit Minimum 12V betrieben werden. Von daher ist 
es relativ egal, wenn im ansteuernden Halbleiter 1 oder 2Volt als 
Sättigungsspannung verbleiben.
Ich würde da wahrscheinlich trotzdem einen N-Kanal Fet nehmen, der etwas 
mehr Spannung als 60V und entsprechende Avalanche -Ratings vorweisen 
kann, verwenden. Auf kleine Gate-Charge achten. RdsOn ist erstmal 
nebensächlich, weil das Relais eh nur kurz mal einen Impuls braucht. 
100ms steht im Datenblatt.
Bipolar npn geht auch, den muss man im Schaltbetrieb dann aber wieder 
mit ordentlich Basisstrom beaufschlagen.
BD179 oder BD349 wären also eher "oldskuhl".

von hinz (Gast)


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Axel R. schrieb:
> Bipolar npn geht auch, den muss man im Schaltbetrieb dann aber wieder
> mit ordentlich Basisstrom beaufschlagen.

Darlington nehmen, da reicht 1mA Basisstrom.

von Axel R. (axlr)


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hinz schrieb:
> Axel R. schrieb:
>> Bipolar npn geht auch, den muss man im Schaltbetrieb dann aber wieder
>> mit ordentlich Basisstrom beaufschlagen.
>
> Darlington nehmen, da reicht 1mA Basisstrom.

2.5Volt bleiben da "hängen"
https://www.reichelt.de/darlington-transistor-npn-80v-4a-40w-to-126-bd-679g-ons-p217275.html

von hinz (Gast)


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Axel R. schrieb:
> 2.5Volt bleiben da "hängen"

Macht bei dem erwähnten Relais und 24V Versorgung nichts aus.

von Holger (Gast)


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Hallo zusammen,

danke erst mal für die vielen Tips und Anregungen.

Die Ansteuerung der Relais-Spule wird auf jeden Fall am Spannungsregler 
der Steuerschaltung vorbei direkt von der Lastspannung erfolgen. Das ist 
auch anders kaum möglich, ich möchte ja nicht dauerhaft einen dicken 
Spannungsregler betrieben, um eine Logikschaltung mit einem Bedarf von 
wenigen mA zu speisen.

Etwas unenschlossen bin ich noch beim Optokoppler: Steuerschaltung und 
Laststromkreise haben ja eine gemeinsame (oder zumindest verbundene) 
Masse, es gibt also keine echte galvanische Trennung. Was bringt mir der 
da? Die Steuerlogik muss ich nicht wirklich schützen. Wenn der 
Transistor hochgeht, darf die Logik auch kaputt sein.

Sonstigen Enstörmaßnahmen: die Logikschaltung wird wahrscheinlich von 
einem Längsregler versorgt werden - außer ein paar Pullups/Pulldowns 
zieht ja in Ruhe niemand Strom. Neben eintsprechenden LC-Filter hinterm 
Regler würde ich noch eine Z-Diode zwischen +12V und GND vorsehen, um 
zumindest nicht allzu energiereiche Spitzen zu entsorgen.

Im praktischen Testbetrieb an einem kleinen uC (ESP8266-Platine mit 
Relais) hat sich das bistabile Relais bislang in Hinblick auf Störungen 
als nicht als problematisch erwiesen, selbst an einem einfachen 
Labornetzteil nicht.

Grüße
  Holger

von Andreas B. (bitverdreher)


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Holger schrieb:
> Im praktischen Testbetrieb an einem kleinen uC (ESP8266-Platine mit
> Relais) hat sich das bistabile Relais bislang in Hinblick auf Störungen
> als nicht als problematisch erwiesen, selbst an einem einfachen
> Labornetzteil nicht.

Na, dann schalte mal öfters 100A mit dem Relais an und aus und berichte 
mal.

von Holger (Gast)


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Andreas B. schrieb:
> Na, dann schalte mal öfters 100A mit dem Relais an und aus und berichte
> mal.
Das ist so nicht vorgesehen. Das Relais muss Dauerströme von gut 100A 
vertragen und diese als Batterie-Notabschaltung hin und wieder (in der 
Praxis: hoffenlich nie) sicher abschalten können. Das so en ungeschützer 
ESP da nicht allzuviel taugt hinsichtlich Zuverlässigkeit, ist mir 
absolut klar und war nicht mehr ein schneller Hack. Umso mehr habe ich 
gestaunt, das das eigentlich recht gut funktionierte.

Zusätzlich muss das Relais als Batterie-Hauptschalter die Batterie zu 
Wwartungszwecken häufiger mal an und abschalten können, dann aber mehr 
oder weniger im Leerlauf ohne Strom. Nervig sind dabei jedoch die 
Eingangskapazitäten der Verbraucher (insbesondere Wechselrichter) und 
Lader, was mich zu einer gewissen Überdimensionierung des bistabilen 
Relais verleitet hat. Sollte es beim Einschalten nämlich verschweißen, 
siehts mit der Notabschaltung auch schlecht aus.

von Wolfgang (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Ist nicht ganz eindeutig. In der Application Note weisen sie darauf hin,
> dass Dioden hinzugefügt werden sollen.

Dazu steht in Fig.7 der Application Note: "(External or Internal)". Wenn 
du im Datenblatt auf S.3 ins Circuit Diagram guckst, trifft für dieses 
Relais offensichtlich "internal" zu.
Was ist daran nicht eindeutig?
Notfalls hilft Nachmessen.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Wenn du mehr als 10µF Eingangskapazität hast, solltest du die 
Kondensatoren vorladen. Oder du besorgst dir Relais, die man sonst im 
Antrieb von Straßenbahnen findet.

von Holger (Gast)


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Die Dioden sind definitiv drin, die AN ist wohl eher allgemein für alle 
Automobile-Relais von TE zu verstehen.

Über eine Vorladeschaltung habe ich in der Tat auch schon nachgedacht, 
im Prinzip ist Platinenplatz nicht knapp. Die Kapazität der Geräte ist 
kaum sinnvoll abschätzbar (da veränderlich), aber sehr sehr viel höher 
10µ und wohl auch auch ziemlich niederohmig. Ich habe bei meinen ersten 
Tests - noch ohne Relais - mal eben kurz den WR angeschlossen. War 
optisch und akustisch eindrucksvoll und der 35qmm-Kabelschuh hatte 
deutliche Spuren vom Blitz davongetragen. Im Handbuch des steht übrigens 
dazu nur "kann ein bischen blitzen beim ersten anschließen" :-)

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Holger schrieb:
> War optisch und akustisch eindrucksvoll und der 35qmm-Kabelschuh hatte
> deutliche Spuren vom Blitz davongetragen. Im Handbuch des steht übrigens
> dazu nur "kann ein bischen blitzen beim ersten anschließen" :-)

Dann überlege dir mal, was diese heißen Lichtbögen mit den armen 
Kontakten im Relais anstellen.

von Joachim B. (jar)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Dann überlege dir mal, was diese heißen Lichtbögen mit den armen
> Kontakten im Relais anstellen.

gute Hersteller lassen den Kunden die Wahl bei den Relaiskontakten je 
nach Einsatzzweck, AC oder DC, Dauerstrom oder Schaltstrom!

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