Mit 1,2V 12V schalten: komplementäre Darlington-Schaltung

[Dominik (koelner)]

Hallo,

ich möchte mit dem Timer-Modul aus einer ehem. 220V-Zeitschaltuhr ein 
bistabiles 12V-Relais schalten (Stromstoßschalter).
Das Timer-Modul wurde 2014 hier ausführlich beschrieben:
Beitrag "Umbau Anleitung: 220 Volt AC Zeitschaltuhr auf 12 Volt DC"

Die Schaltung funktioniert aus dem Beitrag ( 
https://www.mikrocontroller.net/attachment/206093/Schaltplan.PNG ) mit 
meinen Relais allerdings nicht - zumindest mit den 1K 
Basisvorwiderstand: Es fließen nur 100mA CE-Strom, was mein Relais nicht 
schalten lässt.
Meine Relaisspule brauch min 400mA (typ 500mA bei 12V). Den 1K 
Basis-Vorwiderstand verkleinern wollte ich nicht, weil a) das 
Zeitschaltuhr-Modul autark mit einer kleinen Batteriezelle läuft und 
möglichst wenig Strom brauchen soll und b) ich nicht weiß, ob ich es mit 
höheren Schaltstrom überlasten oder gar beschädigen kann.
Mein erster Gedanke einer "normalen" Darington-Schaltung mit 2 NPN ging 
nicht so wie ich sie kenne, weil hier ja zwei verschiedene 
Spannungsquellen im Spiel sind. Also habe ich eine komplementäre 
rausgesucht und sie funktioniert auf dem Steckbrett auch. Mir ist nur 
nicht klar ob ich den Widerstand Rx aus der Beispielschaltung brauche, 
bzw. welche Funktion er hat: Mit und ohne kann ich erst mal keinen 
Unterschied feststellen. Kann ich ihn dauerhaft weglassen? Wenn nicht, 
wie müsste er dimensioniert sein, habe 1K und 10K probiert, machte aber 
wie gesagt keinen Unterschied.


Da ich der Relaisspule nur einen Schaltimpuls verpassen möchte, die 
Zeitschaltuhr aber nur 1Minute als kürzeste Einschaltdauer kann, habe 
ich ein 2200uF Elko in Reihe vorgeschaltet. Parallel dazu einen 10K 
Entladewiderstand. Entladedauer sind 110sek (5tau). Während der 
Schaltminute fließen dann weiter 1,2mA sinnlos durch Relaisspule, was 
ich meinem kleinen Solar-Bleiakku noch zumuten kann. Ansonsten erhöhe 
ich produktiv später noch auf 100K, was dann halt immer noch 
unproblematische 18Minuten Entladezeit sind (soll nur 2x oder später 
vielleicht 4x täglich schalten).
Kann man sonst etwas einfacher machen? Ich dachte erst an nur einen 
kleineren Impulskondensator vor einer der Basen statt direkt im 
Hauptzweig. Aber da macht der Entladewiderstand sicher zuviel 
"Leckstrom" an der Basis, was bei der Relaisspule dagegen völlig 
unproblematisch ist.

Danke im Voraus,
Dominik

[Stefan F. (Gast)]

Wenn dein Zeitschaltmodul 1 mA liefern kann, reich ein einfacher NPN 
Transistor. Ich würde Rx weg lassen. Das bisschen Leckstrom ist für dein 
Relais völlig egal.

[Stefan F. (Gast)]

Dominik schrieb:
> Da ich der Relaisspule nur einen Schaltimpuls verpassen möchte, die
> Zeitschaltuhr aber nur 1 Minute als kürzeste Einschaltdauer kann, habe
> ich ein 2200uF Elko in Reihe vorgeschaltet.

Wenn du das zwischen Zeitschaltuhr und Transistorschaltung packst, 
kannst du einen viel kleineren Kondensator verwenden.

> Aber da macht der Entladewiderstand sicher zu viel
> "Leckstrom" an der Basis

                                o Zum Relais
                                |
Zeitschaltuhr                 |/
Ausgang  o--[===]---||---+----|
                         |    |\>
                        |~|     |
                        |_|     |
                         |      |
                        GND    GND

Setzt voraus, dass der Ausgang der Zeitschaltuhr eine Pull-Pull Stufe 
hat.

Ansonsten müsstest du dort noch einen zweiten Pull-Down Widerstand 
hinzufügen.

[Dominik (koelner)]

sorry, Rx habe ich falsch eingezeichnet, was ich erst nach dem Posten 
bemerkt habe. Kann ich mit der Edit-Funktion leider nicht mehr 
rausnehmen. Richtig ist sie nun in export.png. Hier noch mal.

[Dominik (koelner)]

Stefan F. schrieb:

> Wenn du das zwischen Zeitschaltuhr und Transistorschaltung packst,
> kannst du einen viel kleineren Kondensator verwenden.
>
>> Aber da macht der Entladewiderstand sicher zu viel
>> "Leckstrom" an der Basis
> 1                                o Zum Relais
> 2                                |
> 3Zeitschaltuhr                 |/
> 4Ausgang  o--[===]---||---+----|
> 5                         |    |\>
> 6                        |~|     |
> 7                        |_|     |
> 8                         |      |
> 9                        GND    GND
>
> Setzt voraus, dass der Ausgang der Zeitschaltuhr eine Pull-Pull Stufe
> hat.
>
> Ansonsten müsstest du dort noch einen zweiten Pull-Down Widerstand
> hinzufügen.

Die Zeitschaltuhr läuft mit einer kleinen AAA-Zelle. Ich bin froh, dass 
ich durch den Darlington den Basisvorwiderstand problemlos auf 10K 
erhöhen konnte, was jetzt (gemessen) nur noch 0,05mA Schaltstrom macht. 
Ein Pull-Down würde wieder unnötig Batterie verbrauchen.
Davon abgesehen, würde durch den Kondensatorladevorgang der Transistor 
nicht mehr schlagartig geschaltet, sondern stetig und für einige Zeit in 
Linearbetrieb gehen. Ich weiß nicht, ob das unproblematisch ist?

[Michael B. (laberkopp)]

Dominik schrieb:
> man sonst etwas einfacher machen

Wie soll deine Schaltung funktionieren ? Wenn das Zeitschaltmodul 
einschaltet und der Transistor Strom durch die Relaisspule fliessen 
lässt, dauert das so lange bis der Elko aufgeladen ist.
Dann ist Schluss, auch wenn die Zeitschaltuhr abschaltet.
Das bistabile Relais wird nie wieder abgeschaltet.

Wenn dein bistabiles Relais eine Umpolung verlangt, dann geht das so:

           +12V
        |       |
      100k      |
        |       |E
        +------|< PNP
        |       |
       10k      +--|>|--+---+
        |       |       |   | +
        |       |       | 1000uF
        |       |    PNP|E  |
--10k--|< NPN   +------|<   |
        |E      |       |   |
        |      10k      |  Relais
        |       |       |   |
           GND

Wenn es stattdessen 2 Spulen hat muss die steigende Flanke der 
Zeitschaltuhr eine bestromen, die fallende Flanke die andere Spule.

[Stefan F. (Gast)]

Dominik schrieb:
> Ein Pull-Down würde wieder unnötig Batterie verbrauchen.

Ja schon, aber nur für eine Minute.

> Davon abgesehen, würde durch den Kondensatorladevorgang der Transistor
> nicht mehr schlagartig geschaltet, sondern stetig und für einige Zeit in
> Linearbetrieb gehen. Ich weiß nicht, ob das unproblematisch ist?

Das hast du doch mit deinem 2200µF Kondensator ebenso. Wenn du das 
vermeiden willst, musst du einen Schmitt-Trigger benutzen. Die kommen 
aber auch nicht ganz ohne Ruhestrom aus, soweit ich weiß.

[Stefan F. (Gast)]

Michael B. schrieb:
> Wie soll deine Schaltung funktionieren ? ...
> Das bistabile Relais wird nie wieder abgeschaltet.

Ich glaube er meint einen Stromstoßschalter (auch bekannt als "Eltako" 
für Beleuchtung).

[Dominik (koelner)]

Es ist ein Stromstoßschalter. Bei jedem Impuls wechselt es.
Also es ist kein bistabiles Relais mit 1Spule, das Umpolung verlang. 
Aber trotzdem danke für die Schaltung! Ich habe vor langer Zeit mal eine 
Fehlbestellung gemacht und jede Menge solcher Relais hier, die Umpolung 
verlangen. Eine H-Brücke für jeder Relais fang ich übertrieben und 
seitdem liegen sie ungenutzt herum.

[Dominik (koelner)]

Stefan F. schrieb:

>> Davon abgesehen, würde durch den Kondensatorladevorgang der Transistor
>> nicht mehr schlagartig geschaltet, sondern stetig und für einige Zeit in
>> Linearbetrieb gehen. Ich weiß nicht, ob das unproblematisch ist?
>
> Das hast du doch mit deinem 2200µF Kondensator ebenso. Wenn du das
> vermeiden willst, musst du einen Schmitt-Trigger benutzen. Die kommen
> aber auch nicht ganz ohne Ruhestrom aus, soweit ich weiß.

Stimmt. Danke. Könnte man das RC-Glied nicht auch irgendwie an die Basis 
von dem 2.Transistor (also den PNP) bringen? Dann würde der 
Zeitschaltuhrbatterie zumindest nicht mehr belastet, sondern der 12V 
Akku, dem ein paar mA für eine Minute nicht viel aus machen, da er bei 
Sonne eh immer nachgeladen wird. Die Batterie der Zeitschaltuhr möchte 
ich so selten wie möglich tauschen.

[Stefan F. (Gast)]

Ja könnte man. Aber du brauchst insgesamt viele Bauteile. Da würde ich 
mal erwägen, die ganze Schaltung mit einem Komparator IC aufzubauen.

Was die Senkung der Stromaufnahme angeht: Übertreibe es nicht mit deinen 
Ansprüchen. Eine AAA Zelle hat ungefähr 1000 mAH Kapazität. Das reicht 
bei 1 mA für 60000 Schaltvorgänge. Nach ein paar Jahren ist die Batterie 
sowieso von alleine leer, ganz egal wie sehr du deine Schaltung 
"optimierst".

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Dominik schrieb:
> Könnte man das RC-Glied nicht auch irgendwie an die Basis von dem
> 2.Transistor (also den PNP) bringen?

Dann sollte der PNP-Transistor aber ein Darlington (BC516) sein.