Forum: Projekte & Code Kurzschlußfester Schalter für VCC


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von Falk B. (falk)



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Hallo liebe Gemeinde,

hier mal eine kleine Schaltung aus der Praxis, als es vor ein paar Tagem 
mal wieder schnell gehen sollte. Ein 24V/210mA Relais sollte über VCC 
geschaltet werden. Die erste einfache Schaltstufe mit nur einem BC327 
(PNP) wurde beim Verpolen der Relaisspule mit intergierter Freilaufdiode 
zerstört. Also muss jetzt was Kurzschlußfestes her. Doch eine einfache 
Strombegrenzung geht bei 210mA nicht so einfach und einen fetten TO220 
Transistor mit Kühlkörper konnte und wollte ich nicht einbauen. Also 
muss eine schnelle Stromabschaltung her, die wie ein Sicherungsautomat 
wirkt. Sprich, nach der Abschaltung muss erstmal das Steuersignal 
deaktiviert werden, um den Schalter wieder aktivieren zu können. Doch 
wie? Ahhh, mit einem Minithyristor! Dessen Gate wird über einen 
Stromshunt angesteuert, im gezündeten Zustand schließt er die 
Ansteuerung des Ausgangstransistors kurz. Der Minithyristor wird durch 2 
Transistoren nachgebildet. Siehe Anhang.

Die 1. Version wurde aufgebaut. Der ULN2003 schaltet den Basisstrom für 
Q2. Steigt der Laststrom durch RL und damit auch der Emitterstrom zu 
weit an, wird Q3 angesteuert, dazu reichen wenige uA! Wenn Q3 leitfähig 
wird, wird auch Q1 angesteuert, der Thyristor rastet ein. Dessen 
Flußspannung von Emitter zu Emitter beträgt ca. 0,8V. Das ist weniger 
als die beiden Diodenstrecken von D1 und Q2, damit bekommt Q2 keinen 
Basistrom und sperrt. Erst wenn der ULN seinen Ausgang abschaltet, 
verlischt der Thyristor und der Q2 kann wieder eingeschaltet werden. Die 
RC-Kombination parallel zu den BE-Strecken der Transistoren dienen der 
EMV, damit der Thyristor nicht beim kleinsten Husten auslöst, was vor 
allem in meiner Anwendung wichtig ist (Hochspannungsquelle mit 
Überschlägen an den Kontakten eines HV-Relais, welches hier mit 24V 
angesteuert wird). Die Abschaltschwelle liegt bei ca.

I = 0,4V / R1 = 0,4V / 1,5R ~270mA

Die 2. Version mit LED habe ich nicht getestet, sollte aber 
funktionieren. Die LED leuchtet, wenn der Thyristor gezündet hat und 
signalisiert damit die ausgelöste Überstromsicherung. Einziger Nachteil 
ist ein kurzes Aufblitzen der LED beim Einschalten.

Natürtlich gibt es fertige Smart Switches, welche das alles mit deutlich 
weniger Beuteilen und Platz können, die hat man aber nicht immer parat 
oder kann sie aus anderen Gründen nicht verwenden. Es gibt immer mal 
eine Nische für eine diskrete Lösung alter Schule.

Viel Spaß damit

: Verschoben durch Admin
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Interessanter Beitrag.

Hattest du eventuell auch die Nutzung eine Polyfuse erwägt? Falls ja, 
was sprach dagegen?

von Michael B. (laberkopp)


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Falk B. schrieb:
> hier mal eine kleine Schaltung

Uff, das ist ja erine halbe Platine voll.

Falk B. schrieb:
> Der Minithyristor wird durch 2 Transistoren nachgebildet

Vielleicht hätte man sich wenigstens einen Thyristor suchen sollen.
1
                +-------+
2
Pin --680R--+---|ULN2003|--RL-- +24V
3
            |   +-------+   
4
           _|_      | GND
5
     BT149 /_\------+
6
            |       |
7
            |      2R2
8
            |       |
9
GND --------+-------+

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


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Hattest du eventuell auch die Nutzung eine Polyfuse erwägt? Falls ja,
> was sprach dagegen?

Die lösen meistens erst aus, wenn der Rest schon bei den Engelein ist.

Der Artikel sollte m.M.n. in Projekte & Code verschoben werden, hier 
geht er ja nach 1 Woche unter.

von Falk B. (falk)


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Stefan ⛄ F. schrieb:

> Hattest du eventuell auch die Nutzung eine Polyfuse erwägt?

Ja.

> Falls ja,
> was sprach dagegen?

Der Transistor stribt schneller als die Polyfuse reagiert.

von Falk B. (falk)


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Matthias S. schrieb:
> Der Artikel sollte m.M.n. in Projekte & Code verschoben werden, hier
> geht er ja nach 1 Woche unter.

Ich hab ihn im Artikel Transistor verlinkt.

von Falk B. (falk)


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Michael B. schrieb:
> Vielleicht hätte man sich wenigstens einen Thyristor suchen sollen.

Es musste schnell gehen und ich hatte nix passendes in der Schublade. 
Außerdem sollte/musste VCC geschaltet werden. Außerdem schalter der ULN 
noch andere Sachen.

Wie bereits geschrieben ist das eine Nischenlösung.

: Bearbeitet durch User
von Wolfgang (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Die erste einfache Schaltstufe mit nur einem BC327
> (PNP) wurde beim Verpolen der Relaisspule mit intergierter Freilaufdiode
> zerstört. Also muss jetzt was Kurzschlußfestes her.

Wenn du statt der 24V aus Versehen 230V Netzspannung anschließt, stirbt 
das Ding immer noch ;-)

Wäre es nicht einfacher gewesen, die Freilaufdiode in die 
Ansteuerschaltung zu verlegen und ein Relais ohne integrierte 
Freilaufdiode zu verwenden?

von Der Wahnsinn hat einen Namen (Gast)


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Wolfgang schrieb:

> Wäre es nicht einfacher gewesen, die Freilaufdiode in die
> Ansteuerschaltung zu verlegen und ein Relais ohne integrierte
> Freilaufdiode zu verwenden?

Na, das kann ja jeder.

Um den Aufwand noch weiter zu erhöhen, hätte man auch 48-Volt Relais 
verwenden können und dafür mittels astabilen Multivibrators noch eine 
Verdoppler-Schaltung betreiben können.

von Bauform B. (bauformb)


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Michael B. schrieb:
> Uff, das ist ja erine halbe Platine voll.
>
> Vielleicht hätte man sich wenigstens einen Thyristor suchen sollen.

knifflig, das wäre ein ziemlich exotisches Teil mehr. Die Transistoren 
und selbst der Optokoppler sind viel weiter verbreitet und schon am 
Lager. Jetzt stell dir vor, alle Teile werden auf der Platine sowieso 
gebraucht. Dann kostet dein Thyristor oder ein High Side Switch einen 
Gurt mehr und ist plötzlich die teuerste Lösung...

Aber richtig standesgemäß wäre nur ein ESP32 statt dem Thyristor. Das 
spart nämlich auch die LED, die Fehlermeldung geht per WLAN in die Cloud 
;)

von Falk B. (falk)


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Wolfgang schrieb:
> Wäre es nicht einfacher gewesen, die Freilaufdiode in die
> Ansteuerschaltung zu verlegen und ein Relais ohne integrierte
> Freilaufdiode zu verwenden?

Nein, denn das Ganze ist ein Prüfaufbau für Hochspannungsrelais, da ist 
das Relais nicht wählbar.

von HildeK (Gast)


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Falk B. schrieb:
> hier mal eine kleine Schaltung aus der Praxis,

Danke, gefällt mir!

Warum hast du die beiden Cs so groß gewählt? Die verlängern ja die Dauer 
bis abgeschaltet wird. In deinem Anwendungsfall (Relais, Freilaufdiode) 
könnte es zum Schutz der Diode auch locker um Faktor 10 schneller gehen. 
Im korrekten Betrieb mit einem Relais (Induktivität) wäre ja ein 
Einschaltstrompeak nicht zu erwarten. Oder gab es in der Praxis noch ein 
paar Nebeneffekte?

Generell kann man mit den beiden Cs die Reaktionsgeschwindigkeit in 
anderen Anwendungsfällen an seine Gegebenheiten anpassen.

von Falk B. (falk)


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HildeK schrieb:
> Warum hast du die beiden Cs so groß gewählt?

War eine Pi mal Daumen Entscheidung. Ohne die Cs lief es nicht stabil, 
sobald die HV-Überschläge am Relais einsetzten, fiel das Relais ab.

> Die verlängern ja die Dauer
> bis abgeschaltet wird.

Ja, aber ich glaube da reden wir bestenfalls von ein paar Dutzend 
Mikrosekunden. Ich hab es allerdings nicht gemessen, nur mehrfach mit 
hartem Kurzschluß getestet.

> In deinem Anwendungsfall (Relais, Freilaufdiode)
> könnte es zum Schutz der Diode auch locker um Faktor 10 schneller gehen.

Naja, der Transistor war da eher die Schwachstelle, der ist abgefackelt.

> Im korrekten Betrieb mit einem Relais (Induktivität) wäre ja ein
> Einschaltstrompeak nicht zu erwarten. Oder gab es in der Praxis noch ein
> paar Nebeneffekte?

Die EMV vom brutzelnen Funken am Relaiskontakt (Messung der 
Durchschlagsspannung bei ca. 15kV)

Wenn einer mal sowas sucht, RL42

https://www.spselectronic.com/de/produkte/hochfrequenzrelais/

von HildeK (Gast)


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Falk B. schrieb:
> War eine Pi mal Daumen Entscheidung.
OK.
Mein Daumen scheint kleiner zu sein - ich wäre bei 10n gelandet 😀.

> Ohne die Cs lief es nicht stabil,
> sobald die HV-Überschläge am Relais einsetzten, fiel das Relais ab.
Ja, verständlich. Das hatte ich nicht bedacht, obwohl du es erwähnt 
hast:

Falk B. schrieb:
> Hochspannungsquelle mit
> Überschlägen an den Kontakten eines HV-Relais,

von Karl B. (gustav)


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Falk B. schrieb:
> Die EMV vom brutzelnen Funken am Relaiskontakt (Messung der
> Durchschlagsspannung bei ca. 15kV)

Hi,
Aufbau mit geschirmten Kabeln und VDRs/ Surge Suppressordioden, da wo 
nötig.
Prüfschaltung (µP) in Metallgehäuse. Sinnvoll erden. (Saubere Erde)
Die Sache mit Opto ist begrüßenswert.
Hier bei mir habe ich lange nach effektivem Blitzschutz gesucht. (Bei 
DCF77 Dachaktivantenne mit DC-Fernspeisung)
Meine Idee: Statt Optokoppler eine Glasfaserkabel gestützte Übertragung.
Ist praktisch ein Optokoppler, nur die Länge zwischen "Sendediode" und 
"Empfängertransistor" (GBic) ist etwas beliebiger wählbar.
(Oder Toslink "Gelumpe")

ciao
gustav

von Falk B. (falk)


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Karl B. schrieb:
> Hi,
> Aufbau mit geschirmten Kabeln und VDRs/ Surge Suppressordioden, da wo
> nötig.

Jaja, die Experten und ihre Tips . . .

> Prüfschaltung (µP) in Metallgehäuse. Sinnvoll erden. (Saubere Erde)

Glaubst du, ich bin auf der Wurstsuppe hergeschwommen und hab mein 
Diplom im Lotto gewonnen?

> Die Sache mit Opto ist begrüßenswert.

Die ist nur Spielerei, hab ich gar nicht eingabaut.

> Hier bei mir habe ich lange nach effektivem Blitzschutz gesucht. (Bei
> DCF77 Dachaktivantenne mit DC-Fernspeisung)
> Meine Idee: Statt Optokoppler eine Glasfaserkabel gestützte Übertragung.
> Ist praktisch ein Optokoppler, nur die Länge zwischen "Sendediode" und
> "Empfängertransistor" (GBic) ist etwas beliebiger wählbar.
> (Oder Toslink "Gelumpe")

Jaja, vielen Dank für deine wertvollen, sachdienlichen Hinweise.
Man sieht, daß du der EMV-Experte schlechthin bist.

von Der Wahnsinn hat einen Namen (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Karl B. schrieb:
>> Hi,
>> Aufbau mit geschirmten Kabeln und VDRs/ Surge Suppressordioden, da wo
>> nötig.
>
> Jaja, die Experten und ihre Tips . . .
>
>> Prüfschaltung (µP) in Metallgehäuse. Sinnvoll erden. (Saubere Erde)
>
> Glaubst du, ich bin auf der Wurstsuppe hergeschwommen und hab mein
> Diplom im Lotto gewonnen?
>
>> Die Sache mit Opto ist begrüßenswert.
>
> Die ist nur Spielerei, hab ich gar nicht eingabaut.
>
>> Hier bei mir habe ich lange nach effektivem Blitzschutz gesucht. (Bei
>> DCF77 Dachaktivantenne mit DC-Fernspeisung)
>> Meine Idee: Statt Optokoppler eine Glasfaserkabel gestützte Übertragung.
>> Ist praktisch ein Optokoppler, nur die Länge zwischen "Sendediode" und
>> "Empfängertransistor" (GBic) ist etwas beliebiger wählbar.
>> (Oder Toslink "Gelumpe")
>
> Jaja, vielen Dank für deine wertvollen, sachdienlichen Hinweise.
> Man sieht, daß du der EMV-Experte schlechthin bist.

Oijoijoi....

Da bläst aber Einer die Leute an.

Vorschlag: Frage mal einen normalen Elektriker (ohne Diplom scnr), was 
er macht, wenn er ein Relais mit eingebauter Freilaufdiode das erste Mal 
falsch herum angesteckt hatte.

a) er schließt das Relais richtigherum an, nachdem er den 
Schalttransistor getauscht hat und kennzeichnet den Anschluß der Kathode

b) er geht davon aus, daß die Dioden vom Hersteller wahllos mal sorum 
oder mal rosum eingebaut werden

c) er hat alle Zeit der Welt, ersinnt und baut eine Schutzschaltung, die 
das erneute Mist-Geschick verhindern soll

d) er ruft einen bekannten Thyristor als Telefonjoker an

von HildeK (Gast)


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Der Wahnsinn hat einen Namen schrieb:
> a) er schließt das Relais richtigherum an, nachdem er den
> Schalttransistor getauscht hat und kennzeichnet den Anschluß der Kathode
Nein, er wirft das Relais weg, weil die Diode kaputt ist.

> b) er geht davon aus, daß die Dioden vom Hersteller wahllos mal sorum
> oder mal rosum eingebaut werden
Er hat ggf. nur zwei gleichfarbige Käbelchen gefunden und weiß nichts 
weiter, als dass da ein Relais dahinter ist - weil ein anderer normaler 
Elektriker gar nicht geblickt hat, dass das ggf. polrichtig betrieben 
werden muss.

> c) er hat alle Zeit der Welt, ersinnt und baut eine Schutzschaltung, die
> das erneute Mist-Geschick verhindern soll
Die Schaltung kann man nicht nur verwenden um in einem Relais eingebaute 
Dioden zu schützen.
Wenn dir dazu nichts weiter einfällt, dann ist das eben so.

von diplom mat (Gast)


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Falk B. schrieb:
> Glaubst du, ich bin auf der Wurstsuppe hergeschwommen und hab mein
> Diplom im Lotto gewonnen?

Mal überlegen:

Falk B. schrieb:
> Die erste einfache Schaltstufe mit nur einem BC327
> (PNP) wurde beim Verpolen der Relaisspule mit intergierter Freilaufdiode
> zerstört.

Hmmm, na ja...

von Karl B. (gustav)


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Falk B. schrieb:
> Glaubst du, ich bin auf der Wurstsuppe hergeschwommen

Hi,
Deutschland Schlaraffenland. Genug Wurstsuppe für alle. Können sogar 
drin schwimmen. SCNR
Finde die Artikelseite von Falk nicht.
Gibt's die überhaupt noch?

ciao
gustav

: Bearbeitet durch User
von HildeK (Gast)


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Karl B. schrieb:
> Finde die Artikelseite von Falk nicht.
> Gibt's die überhaupt noch?

Ja, es ist und wie er sagte, es ist ein Link auf diesen Thread. Hier in 
dem Abschnitt zu finden:
https://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor#Wie_kann_ich_mit_5V_vom_Mikrocontroller_12V_und_mehr_schalten.3F

von Karl B. (gustav)


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Hi,
danke für den Link.
Ich meinte, es gibt doch noch Autorenseiten?
https://www.mikrocontroller.net/articles/Spezial:Spezialseiten

ciao
gustav

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