Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Relais als Einschalter ersetzen


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von supra111 (Gast)


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Guten Abend,

folgendes Szenario:

Eine Endstufe (Verstärker für Audio) wird aktuell über ein Relais 
eingeschaltet (maximaler Strom 20A, 40VDC Schaltspannung). Der 
Einschalter (Kippschalter) schließt den Spulenkreis des Relais. Dieses 
arbeitet bei 24VDC und einer R_Spule = 320 Ohm. Um von 40VDC der 
Batterie auf c a. 20VDC zu kommen für die Spule habe ich nochmal 360 Ohm 
Lastwiderstände in Reihe geschaltet. Soweit funktioniert alles, nur 
verbrate ich für das Relais schon 2,5W....

Die Relaisvariante habe ich deswegen gewählt, damit ich die dicken Kabel 
von der Batterie zum Verstärker möglichst kurz halte und diese nicht zum 
Ein/Ausschalter führen muss. Und die meisten Kippschalter können soviel 
Strom bei VDC nicht ab.

Kennt jemand eine Variante, wie es effizienter geht ohne Funkenflug?
(MOSFET habe ich mal reingelesen, aber auch hier würde ich 1,5W brauchen 
für den Treiber IC und Innenwiderstand).

Danke für Vorschläge

von Bauform B. (bauformb)


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supra111 schrieb:
> maximaler Strom 20A, 40VDC Schaltspannung

Die 20A fließen bei einem Nf-Verstärker ja nur selten und kurzzeitig. 
Insofern ist die mittlere Verlustleistung in einem MOSFET-Schalter 
viel niedriger. Vor allem brauchen die weniger als 0.1 Watt wenn keine 
Musik spielt.

Allerdings vertragen die meisten nur 36 bis 42 Volt. Deshalb: wie hoch 
kann die Spannung mit frisch geladenem Akku maximal werden bzw. was ist 
das für ein Akku?

von supra111 (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Deshalb: wie hoch
> kann die Spannung mit frisch geladenem Akku maximal werden bzw. was ist
> das für ein Akku?

Es ist ein 10s LiIon Akku, daher maximal 42 Volt bei voll geladenen 
Akku. Das wäre ja schon Obergrenze für den Mosfet. Der FET-Treiber 
braucht ja auch nochmal Strom. Ansonsten wäre ich für diese Variante 
aufgeschlossen.

Kann eine Zener-Diode für 24V im Vergleich zum Lastwiderstand 
effizienter sein?

von Bauform B. (bauformb)


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20A bei 40V ist einfach verdammt viel. Ich finde als High Side Schalter 
nur den BTS50085-1TMB. Der kann das problemlos -- aber nur auf den 
ersten Blick. In Wirklichkeit scheitert es wahrscheinlich an den 
Eingangselkos des Verstärkers.

Wenn das 100uF wären, würde ich es probieren. Mit größeren Elkos 
schaltet der BTS ab und lässt sich nur durch abklemmen des Akkus wieder 
einschalten. Das ist sehr angenehm bei einem echtem Kurzschluss, aber...

Jeder einfache FET hat das gleiche Problem, braucht aber zusätzlich 
einen ausgeklügelten Treiber und ist dann noch nicht so gut geschützt. 
Mit etwas Aufwand und genau berechnet sind allerdings auch etwas größere 
Elkos möglich. Es gibt auch nur wenige FETs, die für diesen 
Linearbetrieb geeignet sind, evt. der PSMN2R3-100SSE.

Wenn du ein Relais hast, das diese Leistung schalten kann, ist das wohl 
das kleinere Übel. Die Spulenverluste kann man reduzieren, indem man mit 
voller Spannung einschaltet und nach 200ms die Spannung auf die 
Haltespannung (z.B. 12V, siehe Datenblatt) reduziert. Das wären zwei 
verschiedene Widerstände oder noch besser ein Schaltregler für die 
Haltespannung. Es gibt Schaltregler mit einstellbarer (also 
umschaltbarer) Ausgangsspannung. Man könnte auch mit der vollen 
Akku-Spannung einschalten, man muss nur die Zeit zuverlässig begrenzen.

Eine hohe Spannung beim Einschalten schont die Kontakte. Man sollte auf 
keinen Fall mit weniger als 24V einschalten. Insofern ist eine 
Zenerdiode deutlich schlechter als ein Widerstand.

von pegel (Gast)


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Ich habe mal vom Chinesen ein bistabiles Relais mit Motor für 80A 
gesehen.
Das verbraucht gar keinen Ruhestrom.
Sah auch Chic aus, hätte es schon deshalb beinahe gekauft.

Finde ich aber leider nicht mehr wieder.

von pegel (Gast)


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von Teo D. (teoderix)


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Bauform B. schrieb:
> Allerdings vertragen die meisten nur 36 bis 42 Volt.

Blödsinn³


Bauform B. schrieb:
> 20A bei 40V ist einfach verdammt viel.

Lächerlich....


Mal bei Mouser gegugt, ab 50VDS und 200A Single Pulse:
https://www.mouser.de/Semiconductors/Discrete-Semiconductors/Transistors/MOSFET/_/N-ax1sf?P=1yzxnagZ1z0y3dtZ1yw78ezZ1yw78j5Z1yw78j8Z1yw76gaZ1yw76atZ1yw78iv&Rl=ax1sfZgjdhozZ1yw76e0Z1yw74bfSGT

von H. B. (communicator9)


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Entweder du behältst das mechanische Relais und baust einen Step Down 
Schaltregler statt dem Vorwiderstand ein, dann kannst du die Spannung 
für die Spule runterreglen ohne viel Leistung zu verbraten.

Besser wär das mit einem Solid State Relais zu machen.
z.B. Crydom D1D100.
Da brauchst du nur einen Widerstand Spannungsteiler am Steuereingang 
3-32V/15mA.

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Was mich dabei wundert - so gut wie alle Autoendstufen werden nicht im 
Leistungskreis geschaltet, sondern über den 'Remote' Anschluss. Hat 
deine Endstufe so etwas nicht?

von MaWin (Gast)


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supra111 schrieb:
> Kennt jemand eine Variante, wie es effizienter geht

Ein passenderes 48V Relais benutzen ?

von supra111 (Gast)


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Danke an alle für den Input

Matthias S. schrieb:
> 'Remote' Anschluss. Hat
> deine Endstufe so etwas nicht?

Es gibt einen Shutdown, den ich auf GND ziehen kann. Normal ist 
angeschaltet. Mir geht es primär darum, dass wenn ich den Akku anstecke, 
ich keinen Funkenflug an den Kontakten habe und mit dem extra 
Einschalter alles komplett stillgelegt ist bis zum Einschalten kann.

MaWin schrieb:
> Ein passenderes 48V Relais benutzen ?

Da muss ich nochmal schauen, ob ich eines finde, aber ich denke die 
Verluste an der Spule würden auch nicht viel geringer sein als bisher.

H. B. schrieb:
> Besser wär das mit einem Solid State Relais zu machen.
> z.B. Crydom D1D100.
> Da brauchst du nur einen Widerstand Spannungsteiler am Steuereingang
> 3-32V/15mA.

Das mit dem bistabilen Relais hört sich gut an, werde ich mal anschauen, 
ob es was passendes gibt.

Was mich stutzig macht: Der verwendete Akku ist ein E-Fahrraf-Akku, 
welcher sich nach einiger Zeit ohne Benutzung ausschaltet, d.h. dann 
liegt an den Klemmen keine 40VDC mehr an. Dann muss ein kleiner Taster 
am Akku gedrückt werden und er schaltet ein. Wie genau weiß ich nicht, 
aber ein Relais ist nicht zu hören. (Man kann aber nicht ausschalten 
damit.) Vermute auch eine Art Mosfet? Aufschrauben wollte ich es nicht.
Extra Mosfet mit niedrigen RDs_on wäre auch eine Möglichkeit, aber wenn 
die Treiber Schaltung dann auch wieder Spannungsregler mit Verlusten 
erfordert, ist mir der Effizienzgewinn nicht erheblich genug für den 
Umbau.

von supra111 (Gast)


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Bei den Solid State Relais werden ja auch Massive Kühlkörper angeboten, 
da wird es also auch ordentlich thermische Verluste geben, so wie es 
ausschaut.

Was wäre denn mit diesem Relais:

FIN 41.61.9 48V Steckrelais, 1x UM, 250V/16A

Kann bei einer Schaltspannung von ca. 40VDC aber keine 16A vertragen...

von Bauform B. (bauformb)


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supra111 schrieb:
> FIN 41.61.9 48V Steckrelais, 1x UM, 250V/16A
>
> Kann bei einer Schaltspannung von ca. 40VDC aber keine 16A vertragen...

Naja, immerhin 0.3A, witzige Idee! Aber wenn wir einfach zwei davon 
nehmen? Doch, im Ernst. Na gut, so ähnlich. Weil: im wirklichen Leben 
müssen wir keine 40V,20A schalten. Ausgeschaltet wird nur, wenn keine 
Musik mehr spielt, dann fließt nur der Ruhestrom des Verstärkers. 
Thermisch sieht das Relais auch deutlich weniger als 16A (wenn die 
20A-Spitze stimmen).

Dann ersetzen wir noch den Kippschalter durch Taster (Ein, Aus) und eins 
der Relais durch ein bistabiles. Das ergibt eine klassische 
Relais-Schaltung mit Null Watt Eigenverbrauch, Null µA Ruhestrom und 
ohne Funkenflug.

Einzige Einschränkung: man muss den Ein-Taster so lange drücken, bis die 
Elkos aufgeladen sind. Wenn man vorher loslässt gibt es doch einen 
Funken. Das könnte man mit zwei Transistoren und ein paar Widerständen 
auch noch verhindern, aber was soll's.

Der Ein-Taster braucht einen Öffner und einen Schließer oder eben zwei 
Umschalter. K1 ist ein nicht allzu kleines 24V-Relais mit zwei 
Schließern. K2 ist ein Kompromiss aus bistabil, lieferbar und kräftig 
genug.

Wenn K1 3 Kontakten hätte, brauchte der Ein-Taster nur einen Umschalter. 
Dann könnte man Ein- und Aus-Taster in einem einzigen 2xUM-Kippschalter 
(besser: Kipptaster) mit Mittelstellung kombinieren. Nennt sich z.B. 
M-0-M oder (E)-0-(E) oder so.


Teo D. schrieb:
> Bauform B. schrieb:
>> Allerdings vertragen die meisten nur 36 bis 42 Volt.
>
> Blödsinn³

Äpfel und Birnen. Ich nehme doch freiwillig keinen einzelnen FET wenn 
ich einen High Side Switch haben kann. Und schon garkeinen P-Kanal. 
Natürlich kann man mit entsprechendem Aufwand... Aber passt das nicht so 
recht zu Fahrrad-Akku-an-Verstärker-anstecken.

: Bearbeitet durch User
von Harald W. (wilhelms)


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Bauform B. schrieb:

>> Kann bei einer Schaltspannung von ca. 40VDC aber keine 16A vertragen...
>
> Naja, immerhin 0.3A, witzige Idee! Aber wenn wir einfach zwei davon
> nehmen?

Das Problem bei Relais ist, das alle Standardrelais nicht mehr als
30V DC schalten können, weil man bei >30V mit Lichtbögen rechnen muss.
Höhere DC-Spannungen kann man nur mit speziellen Relais schalten, die
dann auch ihre speziellen Preise haben. Beim Schalten mit FETS gibt
es dieses Problem nicht.

von Bauform B. (bauformb)


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Harald W. schrieb:
> Das Problem bei Relais ist, das alle Standardrelais nicht mehr als
> 30V DC schalten können, weil man bei >30V mit Lichtbögen rechnen muss.

In der Tat, deswegen ist dieser spezielle Akku hier so richtig 
unpraktisch. Allerdings, wenn der Strom klein genug ist, reicht er 
nicht, um den Lichtbogen längere Zeit zu "heizen". Leider ist der Strom 
im eingeschalteten Zustand auch sehr hoch, also würde ich die Kontakte 
doch lieber parallel schalten. Trotzdem glaube ich, dass das RT424F24 in 
der Praxis eine ganze Weile funktionieren würde.

von supra111 (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Einzige Einschränkung: man muss den Ein-Taster so lange drücken, bis die
> Elkos aufgeladen sind. Wenn man vorher loslässt gibt es doch einen
> Funken. Das könnte man mit zwei Transistoren und ein paar Widerständen
> auch noch verhindern, aber was soll's.

Vielen Dank für die Schaltung, ich blicke nur noch nicht ganz durch bei 
dem Symbol für K2. Sind mit Elkos die des Verstärkers gemeint?


Aktuell habe ich folgendes Relais:
Zettler Electronics AZ983-1A-24D Kfz-Relais 24 V/DC 80A 1 Schließer

Das hatte ich damals rausgesucht, da es bei 40VDC noch die 20A gerade so 
vertragen könnte. Sind die Angaben eigentlich nur für den Strom beim 
Schalten oder auch nach dem Schalten relevant? Das müsste ja gegeben 
sein, wobei ich vermute, dass die Stromspitze beim Kondensatoraufladen 
stattfindet, es sei denn dieser ist begrenzt, was er eigentlich sein 
sollte.

Kann man das in die Schaltung integrieren? Nur es ist kein bistabiles...

von supra111 (Gast)


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Bauform B. schrieb:
> Der Ein-Taster braucht einen Öffner und einen Schließer oder eben zwei
> Umschalter.

Ich verstehe nicht ganz wie K2 schließen kann, wenn bei Betätigung von 
S1 der Kontakt S1B offen ist, also GND nicht anliegt?

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