Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Ausschaltverzögerung für ein Relais


von Yves G. (ygoe)


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Hallo,

ich möchte einen Rolloaktor bauen, der über mein eigenes Busprotokoll 
angesteuert wird und die Position der Rollläden sowie auch den Winkel 
der Raffstores intern verwalten kann, also nicht auf (unmögliche) exakte 
Timings der Ansteuerung über einen Bus (ohne Kollisionsverhinderung) und 
von einem Linux-Controller angewiesen ist. Meines Wissens nach gibt es 
sowas noch nicht. Das wird aber nur ein privates Projekt, der ganze 
Zertifizierungskram für CE und WEEE ist mir zu viel.

Die grundsätzliche Schaltung mit einem Schließer- und einem dahinter 
geschalteten Wechsler-Relais ist mir bekannt. Den Rest macht dann die 
Firmware. Soweit funktioniert das also im Sunshine-Case. Damit wird 
zumindest verhindert, dass beide Leitungen des Motors gleichzeitig 
bestromt werden.

Daneben möchte ich folgende Fälle aus der Kategorie „Safety“ 
berücksichtigen:

1. Die minimale Umschaltzeit der Richtungen soll eingehalten werden. Das 
macht die Firmware.
2. Beim Ausfall des Mikrocontrollers (alle GPIOs sofort auf Low) soll 
verhindert werden, dass das Wechsel-Relais vor dem Freigabe-Relais 
ausschaltet, was zu einer Unterschreitung der Umschaltzeit führen würde, 
und danach gleich wieder zur Abschaltung. Relais haben Toleranzen, das 
kann also passieren.
3. Beim Ausfall der Versorgungsspannung des Geräts soll das ebenfalls 
verhindert werden.

Zur Abschaltverzögerung findet man regelmäßig Schaltungen mit einem 
Kondensator, oft vor dem Schalttransistor. Das wäre aber nur für 
Bedingung 2 ausreichend. Um auch Bedingung 3 zu erfüllen, müsste der 
Kondensator wohl hinter dem Transistor hängen, also direkt am Relais.

Die Verzögerung soll mindestens so lang sein, wie die beiden Relais sich 
in ihrer Abschaltverzögerung und -dauer unterscheiden (Toleranzen), aber 
höchstens 100 ms, damit ein zügiger Richtungswechsel ab 200 ms möglich 
bleibt.

Anbei ein Bild meiner bisherigen Testschaltung, ohne diese 
Safety-Anforderungen. Relais K1 schaltet an oder ab, Relais K2 stellt 
die Richtung ein und darf nur bei ausgeschaltetem K1 umgeschaltet 
werden. Relais K2 soll in Hardware sicher ausschaltverzögert werden, 
ohne Relais K1 zu beeinflussen. Ein Kondensator parallel zu K2 würde 
aber wohl auch K1 mitversorgen, wäre so also nutzlos.

Jetzt stellt sich mir die Frage, wie man das umsetzen müsste. Dioden 
irgendwo rein? Widerstände? (Spannungsabfall in beiden Fällen?) Aus 
anderen Threads hier entnehme ich, dass das erstens nicht so einfach ist 
und es zweitens verschiedene Meinungen (oder Kenntnisstände) darüber 
gibt. Ich hoffe, da etwas schlauer zu werden.

Weitere Eckdaten: Ein Gerät soll 8 Rollos steuern können, in ein 
REG-Gehäuse mit 6 TE passen und wird mit 12 V betrieben. Ich werde zwei 
davon verbauen. Später soll alles als OSHW veröffentlicht werden.

von Nemopuk (nemopuk)


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Mit 1 nF wirst du nichts spürbares bewirken. Da werden eher einige 
hundert uF nötig sein. Allerdings wird es den Transistoren wohl nicht 
gut tun, so viel Ladung kurz zu schließen.

Bei deinen Punkten 2 und 3 übertreibst du meiner Meinung nach. Halbwegs 
vernünftige Antriebe sollten solche seltene und kurze Ereignisse 
vertragen.

: Bearbeitet durch User
von Yves G. (ygoe)


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Nemopuk schrieb:
> Mit 1 nF wirst du nichts spürbares bewirken.

Der C1 und C2 dient einem anderen Zweck, siehe Kommentar im Schema. Habe 
ich an anderer Stelle von jemandem gelernt, der sich scheinbar sehr gut 
mit Transistoransteuerung von Relais auskennt. Dürfte wohl eine 
Detailoptimierung sein. Aber wenn ich einen Fehler leicht ausschließen 
kann, dann mache ich das.

Die gewünschte Verzögerung ist in dieser Schaltung wie gesagt noch gar 
nicht enthalten. Dass ich eine Kapazität im Bereich von 10 bis 100 µF 
brauche, habe ich schon erwartet. Den genauen Wert kann ich 
ausprobieren. Aber wie muss die da genau eingebaut werden, damit sie wie 
gewünscht wirkt?

von Nemopuk (nemopuk)


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Yves G. schrieb:
> Aber wie muss die da genau eingebaut werden, damit sie wie gewünscht
> wirkt?

Ich würde das gar nicht in Hardware implementieren, weil ein simpler 
Tiefpass vor dem Transistor alle Schaltvorgänge verzögert. Du willst 
aber nicht verzögern, sonder zu schnelle Wechsel unterbinden. Das macht 
man besser in der Software.

von Yves G. (ygoe)


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Nemopuk schrieb:
> Bei deinen Punkten 2 und 3 übertreibst du meiner Meinung nach. Halbwegs
> vernünftige Antriebe sollten solche seltene und kurze Ereignisse
> vertragen.

Das nehme ich auch mal als Antwort, bin jedoch auf weitere Meinungen 
gespannt. In der Anleitung eines der Motoren steht, dass zumindest die 
Bestromung beider Leiter „auch im Millisekunden-Bereich“ den Motor 
zerstören kann. Zu zu schnellen Richtungswechseln habe ich nirgends eine 
Aussage gefunden. Falls es nur ein mechanisches und kein elektrisches 
Problem ist, dürfte die kurze Zeit tatsächlich nicht viel ausmachen, da 
sich da nicht mehr viel Masse in Bewegung setzt.

Kann schon sein, dass ich diese Sicherheitsfunktion nicht brauche. Falls 
sie mit geringem Aufwand umzusetzen wäre, würde ich es mir trotzdem 
überlegen.

von Yves G. (ygoe)


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Nemopuk schrieb:
> Ich würde das gar nicht in Hardware implementieren, (...). Das macht
> man besser in der Software.

Ja, Software kümmert sich um die Sunshine-Fälle, in denen die Software 
die volle Kontrolle behält.

Es geht mir um den Fall, dass die Software während einer Motorfahrt 
abstürzt oder die Versorgungsspannung wegfällt. In diesen Fällen macht 
man mit Software vermutlich nichts mehr. Deshalb in Hardware.

von Heinz R. (heijz)


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warum macht man das heutzutage noch wenn es fertige günstige und sichere 
Lösungen wie Shelly gibt?

Eigenes Protokoll?  Evtl. mal generell auf MQTT wechseln?

von Yves G. (ygoe)


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Heinz R. schrieb:
> Eigenes Protokoll?  Evtl. mal generell auf MQTT wechseln?

Und wie bekomme ich den Raffstore damit zuverlässig auf eine bestimmte 
Höhe gefahren und danach den ursprünglichen Lamellenwinkel wieder exakt 
eingestellt? Oder allgemein bei mehreren kurzen Fahrten die aktuelle 
Position noch getrackt? Deshalb soll das der µC in Echtzeit machen und 
das bietet so niemand an. MQTT läuft über TCP/IP, bei Shelly zudem noch 
über WLAN. Immer mehr Jitter. Shelly macht auch nur einen Rollo pro 
Gerät, das wird teuer.

von Manfred P. (pruckelfred)


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Nemopuk schrieb:
> Das macht man besser in der Software.

Heinz R. schrieb:
> warum macht man das heutzutage noch wenn es fertige günstige und sichere
> Lösungen wie Shelly gibt?

Er möchte funktionale Sicherheit und keinen smarten Spielekram!

Oder, für Euch vereinfacht: Es soll kein Schaden entstehen, wenn sich 
die Software falsch verhält.

von Werner H. (werner45)


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Die klassische Relaisschaltung dazu:
Elko parallel zur Relaiswicklung, Diode in die Kollektorleitung.

von Jörg R. (solar77)


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Yves G. schrieb:
> (..)
> Ein Kondensator parallel zu K2 würde
> aber wohl auch K1 mitversorgen, wäre so also nutzlos.

Ein Kondensator parallel zur Relaiswicklung sorgt für eine Anzugs- und 
Abfallverzögerung. Das Relais schaltet langsam ein und langsam aus, was 
für schnelleren Kontaktabbrand sorgen kann. Zudem bilden der C und L vom 
Relais einen Schwingkreis.

Das Problem musst du in der Ansteuerung der Relais lösen, also vor dem 
Transistor.

von Yves G. (ygoe)


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Werner H. schrieb:
> Elko parallel zur Relaiswicklung, Diode in die Kollektorleitung.

Elko ist klar. Wo die Diode hinsoll, habe ich nicht verstanden. Meinst 
du eine Diode zwischen Relais und Transistor? An welchem der 3 
Abschnitte?

von Yves G. (ygoe)


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Jörg R. schrieb:
> Ein Kondensator parallel zur Relaiswicklung sorgt für eine Anzugs- und
> Abfallverzögerung.

Ich hätte erwartet, dass der C (ohne R) unabhängig und schnell auflädt, 
ohne das Relais aufzuhalten. Beim Abschalten kann er das Relais aber 
noch einen Moment versorgen. Das ergäbe nur eine Abschalt-, aber keine 
Einschaltverzögerung. Mit R kann man andere Effekte erzielen.

> Das Relais schaltet langsam ein und langsam aus, was
> für schnelleren Kontaktabbrand sorgen kann.

Hab ich auch schon von gelesen. Dieses Wechselrelais darf sowieso nicht 
unter Last geschaltet werden, weil das einen zu schnellen 
Richtungswechsel des Motors zur Folge hätte. Ist hier also unkritisch.

> Zudem bilden der C und L vom Relais einen Schwingkreis.

Und was sind die unerwünschten Folgen hier?

> Das Problem musst du in der Ansteuerung der Relais lösen, also vor dem
> Transistor.

Damit kann aber der Wegfall der Versorgungsspanung nicht gepuffert 
werden, weil eine längere Ansteuerung ohne längere Versorgung des Relais 
keinen Effekt hat. (Oder?)

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