bistabiles Relais ansteuern

[Alex B. (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22)]

Hallo zusammen!
Leider muss ich mich erneut an euch wenden da ich mir bezüglich meiner 
"Lösung" einfach nicht sicher bin und ungern wegen eines dummen Fehlers 
unbrauchbare Platinen herstellen möchte.

Es geht um die Ansteuerung eines bistabilen 6V-Relais mit einer Spule 
durch eine H-Brücke.
Die Zeichnung im Anhang zeigt:

1. einen Ausschnitt aus dem Datenblatt des Relais auf dem ein Beispiel 
der Ansteuerung gezeigt ist.

2. das Blockdiagramm der H-Brücke (L293DD) die ich verwenden möchte.

3. den aufs wichtigste reduzierten Entwurf davon, wie ich mir die 
Ansteuerung durch einen Mikrocontroller vorstelle.
Achtung,in der Beschaltung der H-Brücke habe ich leider VSS mit VS 
verwechselt

Das Relais ist spezifiziert für 4,4V bis 6,6V.
Die H-Brücke hat interne Überspannungsschutzdioden für das Schalten 
induktiver Lasten (siehe Blockdiagramm). Diese führen ja den Strom, der 
nach dem Abschalten des Relais weiter fließen will, in Richtung VS ab. 
Doch wo soll der Strom dann hinfliessen? Rückwärts in den Linearregler 
wird ja nicht möglich sein, oder?
Aus diesem Grund habe ich D3 und C1 vorgesehen.

Ist diese Idee in Ordnung?
Wie dimensioniert man C1 ?

Es wäre toll, wenn jemand anregende Kritiken zu der Schaltung äußern 
könnte.

Schöne Grüße,
Alex

P.S. Es wird dann hoffentlich die letzte Frage vor der Erstellung des 
Prototypen sein :-)

[Falk B. (falk)]

@ Alex Bürgel (alex22) Benutzerseite

>Doch wo soll der Strom dann hinfliessen? Rückwärts in den Linearregler
>wird ja nicht möglich sein, oder?

Nein.

>Aus diesem Grund habe ich D3 und C1 vorgesehen.

D3 ist überflüssig bis falsch.

>Ist diese Idee in Ordnung?

Fast. D3 weglassen.

>Wie dimensioniert man C1 ?

Theoretisch über die Enegieberechnung.

E = 1/2 L * I^2   Energie der Spule
E = 1/2 C * U^2

Die in der Spule gespeicherte Energie wird dann in den Kondensator 
entladen, dabei steigt die (Betriebs)Spannung. Je grösser der 
Kondensator, umso kleiner der Anstieg.

MFG
Falk

[Alex B. (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22)]

Danke schonmal! :-)

Falk Brunner wrote:

> D3 ist überflüssig bis falsch.

Diese "Idee" mit D3 hatte ich von dieser Quelle, Kapitel 25.2:
http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.25.2

         Diode (verhindert Rückstrom von Relais in Stromversorgung)
 + ---+---|>|--+-----+-----+
      |      Elko  Relais  |
  +---+---+    |     +-|>|-+ Freilaufdiode
  |  uC   |----(----|<
  +---+---+    |     |E
 - ---+--------+-----+

Ich hatte gehofft die ASCII-Zeichnung korrekt abstrahiert zu haben, 
anscheinend leider nicht?!

Gibt es eine Möglichkeit an das L des Relais heranzukommen, außer zu 
messen? (es steht leider nicht im Datenblatt... warum ist das so? was 
ist wohl "in etwa" das L eines 6V-Relais?)

Schöne Grüße,
Alex

[Falk B. (falk)]

@ Alex Bürgel (alex22) Benutzerseite

>Diese "Idee" mit D3 hatte ich von dieser Quelle, Kapitel 25.2:
>http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-fa...

Die Aussage dort ist teilweise falsch. Ein normales Relais über Open 
Collector angesteuert kann keine Energie zurückspeisen, die wird 
komplett in der Freilaufdiode verheitzt. Bei H-brücken ist das was 
anderes.

>Gibt es eine Möglichkeit an das L des Relais heranzukommen, außer zu
>messen?

Nein.

> (es steht leider nicht im Datenblatt! warum ist das so?)

Wird selten gebraucht. Kann man ja messen ;-)
Einfach die Anstiegskurve von Strom messen (R-L Tiefpass).

MfG
Falk

[Alex B. (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22)]

Falk Brunner wrote:

> Wird selten gebraucht. Kann man ja messen ;-)
> Einfach die Anstiegskurve von Strom messen (R-L Tiefpass).

Hmm, na gut, dann muss ich wohl warten bis die Probeexemplare da sind 
und dann mal messen.

Kennst du vielleicht schon mal eine Größenordnung?

Rekapitulation:
-D3 weglassen
-L des Relais messen
-Berechnung von C1:

L*I^2 = C*U^2 mit I = Relaisstrom wenn es eingeschaltet ist; U = U_B + 
delta_U (eine geringfügige Spannungserhöhung um z.B. 500mV)

korrekt?

Schöne Grüße,
Alex

[Marvin M. (Gast)]

Kleiner Tipp am Rande: Die Herstellung unbrauchbarer Platinen lässt sich 
(fast) verhindern, indem man einen Prototypen auf Lochraster oder 
Breadboard herstellt.
Mir wäre das zu heiß, von einem nie getesteten Schaltplan Platinen 
herstellen zu lassen...
By the way: Der L293DD ist nicht gerade ein Stromsparwunder. Ich 
liebäugle gerade mit einem KA8602B. Das ist ein Audio-Verstärker, der 
auch wunderbar Relais ansteuern kann.

[Alex B. (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22)]

Danke für die Antworten schonmal!

Marvin M. wrote:

> By the way: Der L293DD ist nicht gerade ein Stromsparwunder. Ich
> liebäugle gerade mit einem KA8602B. Das ist ein Audio-Verstärker, der
> auch wunderbar Relais ansteuern kann.

Danke für den Tipp, ich denke ich werde dennoch bei dem L293DD bleiben, 
da es sich um eine Netzbetriebene Schaltung handelt.

>indem man einen Prototypen auf Lochraster oder
>Breadboard herstellt.

Geht hier leider nicht, da nicht alle Teile in DIP o.ä. erhältlich sind. 
Ich werde aber einen Prototypen selber ätzen und erst wenn dieser 
funktioniert die restlichen Platinen herstellen lassen.

-----
Mir ist da allerdings vorhin in der Bahn ein Fehler in meiner 
Rekapitulation aufgefallen:

>>L*I^2 = C*U^2 mit I = Relaisstrom wenn es eingeschaltet ist; U = U_B +
>>delta_U (eine geringfügige Spannungserhöhung um z.B. 500mV)

müsste hier nicht sein: U = delta_U, da der stationäre Ladezustand des 
Kondensators ja vorher U_B ist und sich nur um delta_U ändert?

Schöne Grüße,
Alex

[Falk B. (falk)]

OK, mal ne Beispielrechnung als Überschlag.

L = 10mH, das ist schon ein recht grosses Relais
I = 100mA
C1 = 100uF, wie im Schaltplan

Energie in der Relaisspule

$$E_L= \frac{1}{2} \cdot L \cdot I^2= \frac{1}{2} \cdot 10mH \cdot 0,1A^2 =0,05mWs$$

Die Energie wird im Kondensator gespeichert. VORSICHT, nicht einfach die 
Spannungen addieren, das ist eine quadratische Gleichung für U! Es 
müssen die Energien addiert werden und daraus die Spannung berechnet 
werden!

Energie im Kondensator

$$E_C=\frac{1}{2} \cdot C \cdot U^2$$

umgestellt nach U

$$U = \sqrt{\frac{2 \cdot E_C}{C}}$$

Energie im Kondensator nach Rückspeisung

$$E_R = E_C + E_L = \frac{1}{2} \cdot C \cdot U_0^2 + \frac{1}{2} \cdot L \cdot I^2$$

$$= \frac{1}{2} \cdot 100 \mu F \cdot 9V^2 + \frac{1}{2} \cdot 10mH \cdot 0,1A^2$$

$$= 4,05mWs + 0,05mWs = 4,1mWs$$

-> Spannung am Kondensator nach Rückspeisung

$$U_R = \sqrt{\frac{2 \cdot 4,1mWs}{100uF}}=9,055V$$

Sieht gut aus.

MfG
Falk

[Alex B. (Firma: Ucore Fotografie www.ucore.de) (alex22)]

Falk Brunner wrote:

> Sieht gut aus.

Und deine Rechnung auch. Ich werde es mir merken und in Zukunft selber 
anwenden. Ich komme aus dem Maschinenbaugewerbe und muss erst lernen die 
Gleichungen (z.B. E-erhaltungs-Satz) auf die elektronik zu 
abstrahieren...

Schöne Grüße,
Alex