Korrekte Komponenten gewählt? Bistabile Relais

[Lars G. (lgw)]

Hallo zusammen,

ich möchte bistabile Relais schalten, und habe zwar solide 
Grundkenntnisse in Elektronik, bin aber doch bei der Bauteilauswahl 
überfordert.

Ich habe die Schaltung im angehängten Bild zusammengestellt; das Ziel 
ist, über ein 74HC595 mehrere bistabile Relais zu schalten. Bistabil 
statt normale Relais: um Strom zu sparen. Nach langer Suche habe ich die 
Hongfa HF3F-L-12-1ZL2T ausgewählt; sie haben zwei Spulen, sollten damit 
einfach zu schalten sein, und passen für meine Verbraucher (max. 14V DC, 
max. 10A).

Die für mich schwierige Frage ist, was brauche ich an Vorschaltung. 
Sinnvoll erscheint mir, die Spulen über MOSFETs anzusteuern; 2N7000 
sollten mit 300mA genug Leistungsreserve für die 80mA Spulen der Relais 
zu bieten.

Ein Vögelchen hat mir dann noch gezwitschert, dass man Dioden parallel 
schalten sollte, um die Spannungsspitze von der Spule abzufedern; hier 
wollte ich 1N4148 verwenden.

Dann kommen noch zwei Pull Down 10kOhm damit die Gates nicht floating 
sind, und die 1kOhm um den Stromfluss durch vom 74HV595 zum MOSFET zu 
begrenzen.

Hab ich irgendwas vergessen? Klappt das so? Mit den 74HC595 habe ich 
viel Erfahrung, MOSFETs hab ich auch schon verbaut; aber nie mit 
induktiven Lasten.

Sachdienliche Hinweise nehme ich gerne an! :)

[H. H. (hhinz)]

Wenn der HC595 mit 5V betrieben wird, dann kannst du das so machen.

[Helmut -. (dc3yc)]

Meine sachdienlichen Hinweise erstrecken sich auf deinen Schaltplan. Ich 
habe mal gelernt, dass GND immer unten sein soll und Betriebsspannung 
oben. Dazu kann man wunderbar die entsprechenden Symbole verwenden und 
keine langen Leitungen. Dann dürfen durch Symbole keine Leitungen gehen 
(siehe GND und +12V). Signalfluss ist von links (Eingang) nach rechts 
(Ausgang). Das alles dient der Übersichtlichkeit.

Die 1k-Angstwiderstände kannst du dir sparen. Ansonsten hab ich nichts 
weiter auf dem Fitzelchen gesehen.

[Karl B. (gustav)]

Helmut -. schrieb:
> Meine sachdienlichen Hinweise erstrecken sich auf deinen Schaltplan.
Full ack.

Da stolpert man aber leicht drüber.
Leitungen und Bezeichnungen besser unterscheidbar machen und unnötige 
Knicke vermeiden.

ciao
gustav

[Lars G. (lgw)]

Moin zusammen,

danke für die Einschätzung; tatsächlich ist die Versorgungsspannung des 
74HC595 bei 3,3V, weil ich ein ProMicro nrf52840-Board einsetzen möchte. 
So wie ich das überblicke, dürfte das aber kein Problem sein, die 
threshold voltage vom 2n7000 ist ja 2,1-3V?

@Helmut, @Karl: danke - ich hab wirklich keine Ahnung wie man gut 
lesbare Schaltpläne erstellt. Ich nehme die Tipps mal mit!

Ich bin ja ehrlich schon froh, dass mir KiCAD irgendwas raus tut, was 
dann halbwegs nach Platine aussieht. Normalerweise löte ich immer auf 
Lochplatinen, da kann man meine Laienschaltungen einfach 
zusammenfuddeln.

Ich wollte meine Frage aber gerne konkret unterfüttern, deswegen hab ich 
mich an den Schaltplan ran getraut.

[H. H. (hhinz)]

Lars G. schrieb:
> danke für die Einschätzung; tatsächlich ist die Versorgungsspannung des
> 74HC595 bei 3,3V, weil ich ein ProMicro nrf52840-Board einsetzen möchte.
> So wie ich das überblicke, dürfte das aber kein Problem sein, die
> threshold voltage vom 2n7000 ist ja 2,1-3V?

Nimm einen MOSFET, der für 3V Gatespannung spezifiziert ist! Bei der 
Thresholdspannung können gerade mal 250µA fließen!

Oder nimm Bipolartransistoren.

[Lars G. (lgw)]

H. H. schrieb:
> Nimm einen MOSFET, der für 3V Gatespannung spezifiziert ist! Bei der
> Thresholdspannung können gerade mal 250µA fließen!

Uuuund genau deswegen frage ich hier nach :)

Da stehe ich nun aber etwas im Wald.

So wie ich das sehe würden sich z.B. anbieten:

IRLML2502 (SMD, aber RDSon von 0.08Ω bei 2,5V)
IRF3708PbF (TO-220, RDSon von 0,03Ω bei 2,8V)

Die sollten dann funktionieren, oder?

[H. H. (hhinz)]

Lars G. schrieb:
> IRLML2502 (SMD, aber RDSon von 0.08Ω bei 2,5V)
> IRF3708PbF (TO-220, RDSon von 0,03Ω bei 2,8V)
>
> Die sollten dann funktionieren, oder?

Ein popeliger BC547C oder BC337-40 ebenso.


IRF3708 von Infineon sind ausverkauft, werden nicht mehr hergestellt. 
Und für so ein winziges Relais wären die mehr als Overkill.

[Lars G. (lgw)]

H. H. schrieb:
> Ein popeliger BC547C oder BC337-40 ebenso.
>
> IRF3708 von Infineon sind ausverkauft, werden nicht mehr hergestellt.
> Und für so ein winziges Relais wären die mehr als Overkill.

Ja mir sahen die auch etwas überdimensioniert aus.

Da die Schaltzyklen ja sehr kurz sind, kann es natürlich prinzipiell 
auch ein Transistor statt eines MOSFETs sein...

Dann vllt. den BC337-40 - bei dem müsste ich doch aber tatsächlich einen 
passenden Widerstand zur Strombegrenzung auf dem Gate einsetzen, oder?

Mein Taschenrechner suggeriert mir so knapp 400Ω, damit der zuverlässig 
auf 80mA für die Spule kommt?

[Jörg R. (solar77)]

Lars G. schrieb:
> H. H. schrieb:
>> Ein popeliger BC547C oder BC337-40 ebenso.
>>
>> IRF3708 von Infineon sind ausverkauft, werden nicht mehr hergestellt.
>> Und für so ein winziges Relais wären die mehr als Overkill.
>
> Ja mir sahen die auch etwas überdimensioniert aus.
>
> Da die Schaltzyklen ja sehr kurz sind, kann es natürlich prinzipiell
> auch ein Transistor statt eines MOSFETs sein...

Ein Mosfet ist auch ein Transistor.

> Dann vllt. den BC337-40 - bei dem müsste ich doch aber tatsächlich einen
> passenden Widerstand zur Strombegrenzung auf dem Gate einsetzen, oder?

Ja, und das Gate heißt bei einem BJT Basis;-)

[H. H. (hhinz)]

Lars G. schrieb:
> Mein Taschenrechner suggeriert mir so knapp 400Ω, damit der zuverlässig
> auf 80mA für die Spule kommt?

Lass die Widerstände wie sie sind.


Und falls du SMD bevorzugst: BC817-40.

[Lars G. (lgw)]

Sooooo... mit den Infos habe ich etwas gebastelt. Der Schaltplan ist 
dank eurer Hinweise zumindest etwas übersichtlicher geworden, wenn auch 
auf jeden Fall noch weitab von Normgerecht, fürchte ich ;)

Ich hab auch mal ne Platine gestrickt, werde berichten ob alles 
funktioniert.

Danke auf jeden Fall für die Hilfe!

Roast me now :)

[Obelix X. (obelix)]

Bewusst oder unbewusst hast du auch den unnötigen Spannungsteiler an den 
Gates der FETs beseitigt, was die Gate-Spannung unnötig gesenkt hätte. 
Ist mit den jetzigen Bipolar Transistoren aber egal.

[Jörg R. (solar77)]

Lars G. schrieb:
> Sooooo... mit den Infos habe ich etwas gebastelt. Der Schaltplan
> ist dank eurer Hinweise zumindest etwas übersichtlicher geworden, wenn
> auch auf jeden Fall noch weitab von Normgerecht, fürchte ich ;)

Der Plan hat noch einige Schönheitsfehler. Der Plan ist schon nicht 
schlecht, es gibt aber einiges an Verbesserungspotential. Das betrifft 
die Übersichtlichkeit, vor allem aber die vielen Überlagerungen der 
Beschriftungen. Der Plan lässt sich auch so zeichnen das er komplett auf 
das Blatt passt. Es fehlen an einigen Bauteilen die Bezeichnungen um 
welchen Typ es geht. Verwende besser GND anstatt Earth.

Weshalb nimmst du nicht den von Hinz vorgeschlagenen BC337-40? Das würde 
dir auch die 8 Pulldouwn Widerstände ersparen.

Dem 74HC595 fehlt der Abblockkondensator.


Obelix X. schrieb:
> Ist mit den jetzigen Bipolar Transistoren aber egal.

Der 2N7000 ist ein Mosfet.

[Obelix X. (obelix)]

Jörg R. schrieb:
> Der 2N7000 ist ein Mosfet.

Im Schaltplan am Symbol nicht erkenntlich und :

Jörg R. schrieb:
> Weshalb nimmst du nicht den von Hinz vorgeschlagenen BC337-40?

;-)

Ich vermute, die Bezeichnung wurde noch nicht geändert.

[Lars G. (lgw)]

Obelix X. schrieb:
> Jörg R. schrieb:
>> Der 2N7000 ist ein Mosfet.
>
> Im Schaltplan am Symbol nicht erkenntlich und :
>
> Jörg R. schrieb:
>> Weshalb nimmst du nicht den von Hinz vorgeschlagenen BC337-40?
>
> ;-)
>
> Ich vermute, die Bezeichnung wurde noch nicht geändert.

Hey zusammen,

ja - ich mach das halt nicht beruflich und bin gerade froh, wenn mich 
mein E-Technik-Kurs aus dem ersten Semester anno 1997 halbwegs durch 
KICad führt.

Nen sauberes UML-Swimlane-Diagramm kann ich zeichnen, aber solche 
Schaltpläne hier das is halt nicht mein Leisten - but I'm trying. 
Darunter leidet die Sorgfalt leider erheblich, weil ich mehr damit 
beschäftigt bin überhaupt durch Symbols und Footprints und so 
durchzusteigen. Hab gestern irgendwie bis zwei Uhr Nachts an dem Kram 
rumgefummelt um überhaupt so weit zu kommen :)

So habe ich zwar das Symbol und den Footprint geändert (das 
MOSFET-Symbol ist in KiCAD ja anders), aber vergessen die Bezeichnung zu 
korrigieren.

Also brauche ich die 10kΩ Pulldown dann gar nicht? Dann kann ich die ja 
weglassen, das wär natürlich super.

Für mich sind Transistoren leider nur Schalter mit komischen Kennlinien 
die ich nicht verstehe. Aber selbst mir erscheint logisch, dass es bei 
einem normalen Transistor keinen Sinn macht, den Stromfluss über nen 
Spannungsteiler nach Ground zu reduzieren...

[Obelix X. (obelix)]

Lars G. schrieb:
> Also brauche ich die 10kΩ Pulldown dann gar nicht? Dann kann ich die ja
> weglassen, das wär natürlich super.
>
> Für mich sind Transistoren leider nur Schalter mit komischen Kennlinien
> die ich nicht verstehe. Aber selbst mir erscheint logisch, dass es bei
> einem normalen Transistor keinen Sinn macht, den Stromfluss über nen
> Spannungsteiler nach Ground zu reduzieren...

Ich glaube, da hast du mich Missverstanden. In deinem Eröffnungsbeitrag 
hattest du einen Spannungsteiler am Mosfet. In deinem letzten Schaltplan 
mit den Bipolartransitoren hast du den Spannungsteiler nicht mehr. Das 
ist gut so (Unterschied: Pull-Down ist vor oder hinter dem 
Vorwiderstand). Die Basis braucht unbedingt einen Basisvorwiderstand. 
aber den Pull-Down nicht. Bei dem Mosfet war der Pull-Down gut aber dann 
vor dem Gate-Vorwiderstand.

[Lars G. (lgw)]

Obelix X. schrieb:
> Ich glaube, da hast du mich Missverstanden. In deinem Eröffnungsbeitrag
> hattest du einen Spannungsteiler am Mosfet. In deinem letzten Schaltplan
> mit den Bipolartransitoren hast du den Spannungsteiler nicht mehr. Das
> ist gut so (Unterschied: Pull-Down ist vor oder hinter dem
> Vorwiderstand). Die Basis braucht unbedingt einen Basisvorwiderstand.
> aber den Pull-Down nicht. Bei dem Mosfet war der Pull-Down gut aber dann
> vor dem Gate-Vorwiderstand.

Ah, OK - ja ich sehe den Unterschied zwischen den beiden Schaltungen.

Nun habe ich ja den MOSFET ersetzt durch den BC337-40 (wenn der 
Schaltplan das auch noch nicht hergibt).

Jetzt kann ich aus deiner Aussage nicht zweifelsfrei entnehmen, ob die 
10kOhm-Widerstände gegen GND - so wie im aktuellen Schaltplan vorgesehen 
- für den BC337 nötig sind, oder nicht.

Will nur sicher gehen :)

[Karl B. (gustav)]

Lars G. schrieb:
> Jetzt kann ich aus deiner Aussage nicht zweifelsfrei entnehmen, ob die
> 10kOhm-Widerstände gegen GND - so wie im aktuellen Schaltplan vorgesehen
> - für den BC337 nötig sind, oder nicht.

Ich hatte stets die Basis-Ausräumwiderstände automatisch mit übernommen.
Die sind aber unter anderem nur dann nötig, wenn nichts anderes an der 
Basis angeschlossen ist, diese sozusagen in der Luft hängt. Der Ausgang 
des ICs hat den passenden Pegel. Damit hat die Basis verlässliches 
Potenzial.
Der Widerstand nach GND erhöhte nur ein bisschen die Ansprechschwelle. 
Kann wegfallen hier.
Der Transistor braucht auch nicht unbedingt eine so hohe 
Stromverstärkung,
wie es die -40er sind, die 25-er oder sogar 10-er gingen bei mir auch.
Mit -40ern bist Du aber auf der sicheren Seite.
Der Transistor wird so schon genug in den Bereich geschoben (Vorsicht 
mit Begriffen: Übersteuerung bzw. Sättigung), wo die UC-E so klein wie 
möglich wird.
Das kannst Du ja noch ausmessen. Ist die Spannung zwischen Kollektor und 
Emitter bei "ein" zu hoch, arbeitet der Transistor nicht mehr im reinen 
Schalterbetrieb und wird warm.

Was sagt die KI dazu:

"Die Sättigungsspannung (VCEsat) des BC337-40 NPN-Transistors beträgt 
typischerweise 700 mV bei einer Kollektorstrom (Ic) von 500 mA und einer 
Basisstrom (Ib), die zur Sättigung führt. Ein Wert von 700 mV wird in 
den Datenblättern von Herstellern wie Diotec und MCC angegeben, da dies 
die Spannung zwischen Kollektor und Emitter in der Sättigungsphase 
darstellt, wenn der Transistor als geschlossener Schalter agiert...."

Ich schau lieber nochmal im Datenblatt nach.
ciao
gustav

[H. H. (hhinz)]

Lars G. schrieb:
> Jetzt kann ich aus deiner Aussage nicht zweifelsfrei entnehmen, ob die
> 10kOhm-Widerstände gegen GND - so wie im aktuellen Schaltplan vorgesehen
> - für den BC337 nötig sind, oder nicht.

Sind nicht unbedingt nötig.

Die verringern in dem Fall nur den Leckstrom des BC337, und das auch nur 
wenn die Ausgänge des 595 hochohmig geschaltet sind.

[Karl B. (gustav)]

Noch das Datenblatt:
War noch nicht fertig:
https://www.farnell.com/datasheets/1789499.pdf

also 50 mA als Basisstrom (was die KI vorschlug) kamen mir schon komisch 
vor. Im Anhang das Bild vom gelinkten Datenblatt

ciao
gustav

[Lars G. (lgw)]

Oha, ihr bekommt mich noch dazu, mein altes E-Technik-Lehrbuch aus dem 
Regal zu kramen. Irgendwo hab ich son Ding…

Der KI scheint bei diesen Fragen nicht so zu trauen zu sein, die Zaubert 
allerlei aus dem Hut, was selbst ich schnell widerlegen kann.

Das gute ist ja, dass durch die bistabilen Relais das ganze immer nur 
sehr kurz arbeiten muss; als Dauer für sicheres Schalten sind >100mS 
angegeben, und man schaltet da ja auch eher nicht öfter als einmal pro 
Minute. Dazu sind die Relais mit 80mA angegeben, also auch sehr moderat 
im Vergleich zu dem was die Transistoren schaffen. Da sind ja bei 
40-Fach gerade mal 2mA erforderlich… wenn ich das halbwegs richtig 
verstehe.

Dann lasse ich die 10kOhm erstmal unbestückt; mit den 1kOhm kann man ja 
noch etwas spielen, wobei sich da mit 3,3mA ja ein rechnerischer Strom 
von 130mA zur Versorgung der Spulen ergeben müsste?

[H. H. (hhinz)]

Lars G. schrieb:
> Dazu sind die Relais mit 80mA angegeben, also auch sehr moderat
> im Vergleich zu dem was die Transistoren schaffen. Da sind ja bei
> 40-Fach gerade mal 2mA erforderlich… wenn ich das halbwegs richtig
> verstehe.

Da würden sogar 0,5mA noch völlig reichen, man muss den BC337-40 ja 
nicht in Sättigung betreiben.