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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Relais "effizient" ansteuern, 3 Varianten


Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Guten Morgen!
Es gibt ja diverse Möglichkeiten ein Relais effizienter anzusteuern als 
einfach "nur" die Spule zu bestromen. Man nutzt dabei ja den Effekt, 
dass der Haltestrom wesentlich geringer ist als der Anzugsstrom.

Mir sind von der Theorie her drei Möglichkeiten bekannt wie man diesen 
Effekt in einer Schaltung nutzen kann, siehe Anhang.

Soweit zur Theorie, jetzt kommt die Praxis und da fehlt es mir noch en 
Erfahrung.
In meiner Anwendung werden zwei Relais zum Einsatz kommen. Im Datenblatt 
der Relais steht:

R = 60Ohm
t_Anzug = 12ms
U_Halten = 0.4 * U_Anzug

Über die Anzugsspannung bin ich mir noch nicht ganz schlüssig, ob ich 
nun 5V, 6V, 9V oder 12V Relais nehmen soll...

Aber die eigentliche Frage ist: Welche der Stromsparschaltungen aus dem 
Anhang nimmt man in meinem Fall?? Was hat sich da bewährt?

Kriterien sollten sein: Preis, Effizienz, Zuverlässigkeit, Baugröße etc.

Ich wende mich an euch, da ich mir erhoffe etwas aus eurer Erfahrung zu 
lernen.
Schöne Grüße,
Alex

Autor: ein Gast (Gast)
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Und was soll an den Ansteuerungen "stromsparend" sein?

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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Bei allen drei Varienten hat man die Möglichkeit über die Auslegung der 
Komponenten den Haltestrom zu begrenzen. Gerade so hoch eben das das 
Relais nicht wieder abfällt. So muss man nur kurz zum Anziehen den 
vollen Strom aufwenden und kann ihn anschließend reduzieren.

Autor: crazy horse (Gast)
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die stromsparendste Variante ist die Verwendung bistabiler Relais. 0 
Haltestrom.

Autor: Chris D. (myfairtux) (Moderator) Benutzerseite
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Hi Alex,

eine von mir öfter verwendete Variante ist gleichzeitig platzsparend:

Wie üblich Basisvorwiderstand, Transistor, Relais und Freilaufdiode und 
dann den Rest den Controller erledigen lassen: also beim Anziehen z.B. 
für 200ms voll durchsteuern und dann per PWM den Durchschnittsstrom 
entsprechend absenken (stabile Versorgung vorausgesetzt!).

PWM hat auch den Vorteil, dass Du den Haltestrom leicht ändern kannst, 
weil z.B. andere Relais eingesetzt werden.

Geht natürlich nur dann einfach, wenn Du über Controller ansteuerst - 
freut aber den Auftraggeber, wenn wie so oft gilt: "Jung, mach' et 
billich!" (im Sinne von preiswert natürlich ;-)

Grüße,
Christoph

Autor: Gast (Gast)
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Wenn Du nicht nur den Spulenstrom sondern auch die verbrauchte Leistung 
senken willst, dann kommt nur eine PWM-Ansteuerung in Frage. Deine 
1.Variante wäre ansonsten die einfachste, wenn die Schaltgeschwindigkeit 
nicht zu hoch ist (C muß ja auch entladen werden, wenn das Relais 
abgeschaltet ist).

Ob Deine Sparmaßnahme den Aufwand rechtfertigt, ist bei wenigen Relais 
die große Frage, es sei denn, es ist ein mobiler Batteriebetrieb 
notwendig. Zu beachten ist dabei jedoch, daß ein reduzierter Haltestrom 
das Relais anfälliger für mechanische Schwingungen macht: es hält eben 
nicht mehr so gut!

Autor: Peter Dannegger (peda)
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In Schaltung 3 ist bestimmt ein Fehler drin, sie erhöht den 
Stromverbrauch.

OPV mögen es garnicht, wenn man den Ausgang direkt an VCC legt, der 
dürfte also leich köcheln.


Peter

Autor: Passt scho (Gast)
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Klar ist ein bistabiles Relais noch stromsparender, nur wird es bei 
etwas höheren Schaltfrequenzen etwas problematisch. Die Ansteuerung wird 
auch komplexer.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>In Schaltung 3 ist bestimmt ein Fehler drin, sie erhöht den
>Stromverbrauch.

Da hast du Recht. Ich habe im "Eifer des Gefechts" einen Transistor 
vergessen.
Siehe Anhang.

>die stromsparendste Variante ist die Verwendung bistabiler Relais. 0
>Haltestrom.

Allerdings kosten Bistabile Relais auch ca. 3x so viel wie 
"gewöhnliche".


Mechanische Schwingungen sind (nahezu) auszuschließen, da das Gerät an 
einer Hauswand festgeschraubt sein wird.

Ich wollte die Relais-Steuerung deshalb in Hardware machen damit sich 
das System selbst regelt.
Ich bin mir über die "Konstanz" der Versorgungsspannung nicht so sicher.
Wenn ich nun in Software eine Feste PWM vorgebe und die 
Versorgungsspannung bricht evtl. ein fällt das Relais ab. Ich hatte mir 
mit der Umsetzung in Hardware erhofft das sich das System selbst 
regelt...

Autor: jack (Gast)
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>Klar ist ein bistabiles Relais noch stromsparender, nur wird es bei
>etwas höheren Schaltfrequenzen etwas problematisch.

So, so. Kennst du eine Anwendung, bei der ein Relais mit "höheren"
Schaltfrequenzen betrieben wird?

Autor: Bernd Rüter (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)
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Man kann evtl. auch einen PTC einsetzen, der wird aber warm, oder die 2. 
Schaltung vereinfachen, indem man bei Transistoren parallel zeichnet und 
gegen Masse schalten läßt, dem einen aber den Widerstand zum Relais an 
den Kollektor hängt.

Aber Vorsicht: Wenn man den Haltestrom reduziert verändert sich auch das 
Haltemoment des magnetischen Kreises. Ist das Relais Erschütterungen 
ausgesetzt, kann es einfach abfallen.

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>indem man bei Transistoren parallel zeichnet und
>gegen Masse schalten läßt, dem einen aber den Widerstand zum Relais an
>den Kollektor hängt.

So hatte ich das in Variante 2 auch geplant. Wie wäre denn dann der 
Ansteuerungszyklus bei deiner Variante?
Wenn der Transistor ohne Kollektorwiderstand #1 ist, der mit Widerstand 
#2. Gilt dann:

#1 on, #2 on, #1 off, #2 off ?

Autor: Chris None (lamda)
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abo

Autor: Wähler (Gast)
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>Mechanische Schwingungen sind (nahezu) auszuschließen, da das Gerät an
>einer Hauswand festgeschraubt sein wird.

Halt einfach mal die Hand an eine Hauswand, während ein LKW durch die 
Strasse fährt. Die Schwingungen kannst du fühlen.

Mit anderen Worten, zu kleiner Haltestrom ist auch nichts.

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Für Schaltströme bis 100mA sind auch Optomosfets zu gebrauchen.

MW

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>Für Schaltströme bis 100mA sind auch Optomosfets zu gebrauchen.

Das Relais soll einen Ein-Phasen-AC-Motor ansteuern, ich denke 
Optomosfet ist da leider nicht möglich.

Ich denke ich werde es dann wirklich mit einer Software-PWM machen. 
Falls es sich nicht bewährt, warum auch immer, kann ich dann ja ohne 
Hardwareänderungen auf Dauerstrom umschalten...

Autor: crazy horse (Gast)
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und, welcher Strom, welche Spannung?
Dann gibts ja auch noch die Triac-Relais, bruacht nur kurze Zündimpulse 
am Anfang jeder Halbwelle.

Autor: Gast (Gast)
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>Das Relais soll einen Ein-Phasen-AC-Motor ansteuern, ich denke
>Optomosfet ist da leider nicht möglich.

Dann kommt es doch aufs Stromsparen garnicht an. Wozu dann der Aufwand 
für ein einziges futziges Relais?

Autor: Stefan Salewski (Gast)
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>Wenn Du nicht nur den Spulenstrom sondern auch die verbrauchte Leistung
>senken willst, dann kommt nur eine PWM-Ansteuerung in Frage.

PWM ist hinsichtlich Energieeinsparung sicherlich das Beste, wenn man 
den Aufwand treiben will und wenn man sich damit nicht Störungen in 
empfindlichen Analogschaltungen einhandelt. Aber selbstverständlich 
reduziert sich auch dann die verbrauchte Leistung, wenn man nur einem 
Serienwiderstand in Reihe schaltet. (Der Gesamtwiderstand R vergrößert 
sich, P=U*I=U^2/R)

Autor: tex (Gast)
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Spricht etwas gegen Solid State?

Autor: Dietmar E (Gast)
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Solid price?

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>Spricht etwas gegen Solid State?

Der Preis spricht gegen Solid State.

>und, welcher Strom, welche Spannung?

230V AC, I < 2A. Es handelt sich um einen Rolladenmotor.

>Dann kommt es doch aufs Stromsparen garnicht an. Wozu dann der Aufwand
>für ein einziges futziges Relais?

Es kommt hier sehr wohl auf das Stromsparen an, da die 
Versorgungsspannung der Relais nicht an der Einbaustelle des Motors 
erzeugt wird, sondern extern.

Es gibt insgesamt 15 Relais die entlang eines 200m langen Busses 
platziert sind. Wenn nun alle 15 Relais "gleichzeitig" den Befehl zum 
Anziehen bekommen sind das 1,5 A mehr Last an der 
Bus-Spannungsversorgung. Bei einer 200m langen Leitung können dann 
schnell einige Volt abfallen. Daher => Last so weit reduzieren wie 
möglich oder größeres Netzteil...

Autor: Helmi (Gast)
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>Es gibt insgesamt 15 Relais die entlang eines 200m langen Busses
>platziert sind. Wenn nun alle 15 Relais "gleichzeitig" den Befehl zum
>Anziehen bekommen sind das 1,5 A mehr Last an der

Oder halt per Software dafuer sorgen das nicht alle gleichzeitig 
schalten sondern nacheinander.


Gruss Helmi

Autor: Alex Bürgel (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22) Benutzerseite
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>Oder halt per Software dafuer sorgen das nicht alle gleichzeitig
>schalten sondern nacheinander.

Exakt gleichzeitig werden sie nicht schalten, da ja jeder Busteilnehmer 
vom Master  einzeln angesprochen werden muss und den Befehl zum Anziehen 
bekommt.
Da ein Rollo aber durchaus einige Sekunden zum kompletten Schließen 
benötigt fände ich es sehr "unschön" wenn dann eins nach dem anderen 
eingeschaltet werden würde. Besser wäre es, wenn sie sich alle (nahezu) 
gleichzeitig in Bewegung setzten.

Dennoch vielen Dank für all' die hilfreichen und anregenden Kommentare.

Autor: Hauke Radtki (lafkaschar) Benutzerseite
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Kondensator auf jedem board, der den nötigen schaltstrom im 
einschaltmoment zur verfügung stellt

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