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Thema: 15V Steuerspannung fest, 24V 10A schalten - günstige Lösung?

  1. #1
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    15V Steuerspannung fest, 24V 10A schalten - günstige Lösung?

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    Hi Leute,

    ein Nachruf: Ruhe in Frieden, liebes Relais. Deine Zeit war kurz, dein Einsatz unermüdlich. Du hast bei jedem Wetter, bei großer Hitze, bei Eiseskälte... umh... Raumtemperatur stets zuverlässig deinen Dienst verrichtet. Doch letztlich müssen wir alle eines Tages gehen. Deine Zeit war gekommen. Letzten Endes bist du doch der zu hohen Belastung erlegen. Ich hab dich sehr gemocht. Möge der Herr deiner Spule gnädig sein. Amen.

    Ähem... nun ja, ich bin gerade auf der Suche nach einer neuen Möglichkeit, mit einer unveränderlich in Beton gemeißelten 15V Steuerspannung eine Last von 24V/10A zu schalten. Ich hatte bis eben besagtes Relais auf einem Breakout Board genutzt. Das hat auch eine Zeit lang gut funktioniert. Aber anscheinend sind ihm die 15V Steuerspannung nicht dauerhaft bekommen. Jedenfalls ist es mir gerade gestorben. Ich brauche also Ersatz, möglichst einbaufertig, möglichst kurzfristig, möglichst günstig, möglichst zuverlässig.

    Geht im Kern um meinen 3D Drucker, dem ihm sein Heizbett. Das Dumme ist, dass auf dem Controller-Board des 3D Druckers schon ein MOSFET für das Schalten von 12V sitzt. Das war ursprünglich dafür da, die Betriebsspannung von 15V für das originale Heizbett zu schalten (ja, ist schon ein bisschen bräunlich angelaufen, ob der vom Heizbett gelutschten Leistung). Ich habe aber jetzt ein Heizbett, das ich mit 24V betreiben will und brauche da also jetzt eine Möglichkeit, aus den 15V 24V zu machen. Da ich extra über ein 24V Netzteil mit 10A Nennstrom verfüge, möchte ich dieses gerne über die ursprünglich für das alte Heizbett vorgesehenen 15V schalten. Also einfachste aller Lösungen: 15V als Steuerspannung für ein Relais, das im Schaltstromkreis das 24V Netzteil und das Heizbett hat. War ja bis eben auch so... nur eben leider auf Dauer tödlich für das arme Relais-Modul. Kleine Anmerkung noch am Rande: der Controller macht zumindest beim Heizbett bang-bang-Regelung mit Hysterese. Also mechanisch kein Problem für ein Relais. Ich jag da kein PID geregeltes PWM drüber. Da würd mir allein schon das Gesumme flink auf den Keks gehen. Und dem Relais würde wohl in kürzester Zeit die Mütze abfackeln.

    Das bislang von mir verwendete Relais war jenes folgende: http://www.ebay.de/itm/1-Kanal-12V-2...-/252355367728

    Ein genaues Lesen der Spezifikation hätte mich vielleicht auf die Idee gebracht, dass die angegebenen 12VDC nur die Ankerspannung, nicht aber die Steuerspannung für das vorgeschaltete Treiber-MOSFET ist. Das kriegt wohl im Normalfall nur 5V von einem µC und ist deswegen halt leider jetzt krepiert.

    Wenn also jemand 'nen Link hätte, zu einem Relais/MOSFET-Modul, das mit 15V gesteuert werden kann, für das ich also keinen Vorwiderstand oder ähnliche Leistungsverbräter zur Spannungsreduktion brauche und auch sonst keine Lötkolbenakrobatik auf dem Controllerboard des 3D Druckers betreiben muss, und das auf Lastseite die enormen 24V/10A verträgt, wäre ich sehr dankbar!

    Cheers!

    Hendrik
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  2. #2
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hallo Hendrik,

    Ich würde da etwas aus dem Automobilbereich nehmen!
    Die Kontakte vertragen wesentlich höhere Ströme!
    Per Spezifikation liegt die zulässige maximale Bordspannung bei 12V sowieso bei 14.4V.

    Möglicherweise kommt ein 24V-Relais (Lkw) mit den 15V auch noch zurecht, hier ist die minimale Testspannung beim Bordnetz bei 16V.
    Hinzu kommt noch, dass die Relais bei Erschütterungen/Vibrationen nicht abfallen dürfen, da ist bei deiner Anwendung noch etwas Reserve drin, der 3D-Plotter fährt eher nicht über Schlaglöcher ....

    MfG Peter(TOO)
    Manchmal frage ich mich, wieso meine Generation Geräte ohne Simulation entwickeln konnte?

  3. #3
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    Ich habe das selbe Problem gehabt. Ich habe einen Mosfet verwendet, dieser wird von einem selbstgebauten Mosfet Treiber (mit bc327 und bc337 Transistoren) angesteuert.

    MfG Hannes

  4. #4
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    Zitat Zitat von Peter(TOO) Beitrag anzeigen
    Hallo Hendrik,

    Ich würde da etwas aus dem Automobilbereich nehmen!
    Die Kontakte vertragen wesentlich höhere Ströme!
    Per Spezifikation liegt die zulässige maximale Bordspannung bei 12V sowieso bei 14.4V.

    Möglicherweise kommt ein 24V-Relais (Lkw) mit den 15V auch noch zurecht, hier ist die minimale Testspannung beim Bordnetz bei 16V.
    Hinzu kommt noch, dass die Relais bei Erschütterungen/Vibrationen nicht abfallen dürfen, da ist bei deiner Anwendung noch etwas Reserve drin, der 3D-Plotter fährt eher nicht über Schlaglöcher ....
    Hmm... also von den Specs her müsste das ja passen. Ich schau mich da mal um, danke! Ich hoffe nur, der Anker verbrät nicht noch mehr Leistung als das Heizbett vorher ((15V)²/3Ohm ~ 75W). Sonst bange ich auf Dauer um das MOSFET auf dem Controllerboard. Keine Ahnung, was so'n KFZ- oder gar LKW-Relais an Steuerstrom wegsaugt.

    Zitat Zitat von 021aet04 Beitrag anzeigen
    Ich habe das selbe Problem gehabt. Ich habe einen Mosfet verwendet, dieser wird von einem selbstgebauten Mosfet Treiber (mit bc327 und bc337 Transistoren) angesteuert.
    Wäre auch eine Möglichkeit. Kannst du mir da mehr Details zu geben? Lustigerweise hieße dies, dass ich mittels eines bereits vorhandenen MOSFETs einen MOSFET-Treiber ansteuere, der ein MOSFET aufschaltet, mit dem ich dann das Heizbett schalte. Jippie! MOSFET-Kette!

    Ich möcht nochma betonen, dass ich so wenig wie möglich basteln müssen möchte... würde... hätte... dürfte. Hier und da einen Draht flicken, okay, aber selbst Platinen löten möchte ich in diesem speziellen Fall gern vermeiden. Aus purer Faulheit, zugegebenermaßen. Daher wäre mir ein fertiges Modul wie das ursprünglich verlinkte ganz lieb. Nur halt ein bisschen potenter.
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  5. #5
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von 021aet04
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    Ich habe das Heizbett galvanisch von der Steuerung getrennt. Der Fettreiber ist optisch isoliert. Einzige Änderung zur tatsächlichen Schaltung, R4-R6 bzw Q4 und Q5 wurde gegen einen Spannungsregler getauscht.

    MfG Hannes
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  6. #6
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Zitat Zitat von 021aet04 Beitrag anzeigen
    Ich habe das Heizbett galvanisch von der Steuerung getrennt. Der Fettreiber ist optisch isoliert. Einzige Änderung zur tatsächlichen Schaltung, R4-R6 bzw Q4 und Q5 wurde gegen einen Spannungsregler getauscht.

    MfG Hannes
    Hmm... danke für deine Lösung, aber mir ist das leider zu aufwendig. Ich muss das schnellstmöglich wieder ans Laufen bringen.

    Die einfachste Lösung wär's wahrscheinlich, die jetzt abgerauchte Lösung wieder aufzubauen und der Steuerleitung einfach 'nen Vorwiderstand zu verpassen, an dem die überschüssigen 10V abfallen. Ist ja nur an/aus, sprich 0 oder 15V, mit denen ich arbeiten muss. Die Frage wäre, wie groß müsste ein Vorwiderstand sein, der im Gate-Strang des MOSFET 10V Abfall erzeugt? Es fließt ja kaum Strom ins Gate... Klingt für mich so, als würde das nicht funktionieren.

    Eine Alternative fiele mir noch ein... Ich bin nicht soooo bewandert in Elektronik, auch wenn ich es ob meines Mechatronikstudiums eigentlich sein müsste... fehlende Praxis, leider. Könnte ich nicht auch eine 5V Z-Diode parallel (natürlich in Sperrrichtung) von der Steuerleitung auf Masse ziehen? Geht ja eigentlich keine Leistung über die Steuerleitung, weil die, soweit ich das erkenne, nur ein FET auf dem Relais-Modul aufsteuert, das dann dem Steuerstromkreis des Relais die 15V Steuerspannung überantwortet. Wie müsste ich die Schaltung dann vervorwiderstanden? Überhaupt
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  7. #7
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein Avatar von 021aet04
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    Ich habe mir das Datenblatt vom Relais angeschaut. Dort steht das die Spulenspannung max. 120% der Nennspannung betragen darf, das sind bei 12V max. 14,4V.

    Ich weiß zwar nicht was genau der Fehler ist (wo die dunkle stelle sich befindet), aber die Spulenspannung muss reduziert werden, z.b. Mit Dioden oder Spannungsregler (7812). Es könnte auch am Kontaktverschleis liegen, bei jedem abschalten entsteht ein Funken, dagegen kann man auch etwas machen. Ich würde aber generell nur Mosfets nehmen (bei diesen Strömen) .

    Wenn du keine galvanische Trennung brauchst/willst kannst du den Spannungsregler entfernen und die Versorgung von der Steuerung nehmen und den Optokoppler kannst du ehenfalls entfernen und stattdessen den Ausgang direkt mit Basis vom Q1 verbinden. Wenn du willst kannst du Q2 und Q3 ebenfalls entfernen, dann wird der Mosfet aber wärmer, weil er länger zum schalten benötigt (dann könnte man R2 kleiner machen um schneller zu schalten)

    MfG Hannes
    Geändert von 021aet04 (04.07.2016 um 10:39 Uhr)

  8. #8
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    Hannes, ich danke dir ehrlich für deine Mühen, mir diesen Ansatz schmackhaft zu machen, aber es ist und bleibt mir zu kompliziert.

    Ich habe ja ein fertiges Modul gehabt (siehe Datenblatt), das im Prinzip all das vereint. Inklusive galvanischer Trennung von Controller-Board und Heizbettkreis. Galvanische Trennung von Steuerkreis des Relais und Controller-Board geschieht mehr oder weniger auch bereits über das MOSFET auf dem Controller-Board, das eben ursprünglich das Heizbett direkt geschaltet hat.

    Kontaktverschleiß schließe ich übrigens aus, da das Relais nur ein paar wenige 100 Schaltzyklen durchgemacht hat. Ich vermute, da ist halt das MOSFET gestorben und eventuell zusätzlich noch die Spule wegen 15V statt 12V Betriebsspannung.

    Nochmal auf Anfang...

    Ich will im Prinzip nur das originale Heizbett (15V Betriebsspannung) durch ein Relais ersetzen, das dann das neue Heizbett (24V Betriebsspannung) schaltet. Das hatte ich bis gestern ja auch schon. Aber ich hab halt das Relais-Modul gegrillt, weil die Steuerspannung für das zusätzlich darauf befindliche MOSFET offenbar zu hoch war. Und wahrscheinlich auch für das Relais selbst.

    Für mich wäre es jetzt am einfachsten, nochmal das gleiche Modul zu ordern und nur die Spannungen für die Ansteuerung anzupassen, indem ich Vorwiderstände oder Spannungsregler benutze. Aber eigentlich wollte ich auch das vermeiden, hatte daher anfangs gehofft, jemand hier würde ein Relais oder Relais-Modul kennen, das ich da Plug&Play direkt und ohne weiteres an die vorhandenen 15V anschließen kann.

    Der Tipp mit dem KFZ-Bereich ist schon interessant. Die Relais aus'm KFZ müssten ja auch noch ganz andere Spannungen vertragen, da im Bordnetz eines KFZ (zumindest älteren Baujahres) ja alles Mögliche an lustigen elektrischen Effekten rumfleucht.
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  9. #9
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    Zitat Zitat von SeveQ Beitrag anzeigen
    Der Tipp mit dem KFZ-Bereich ist schon interessant. Die Relais aus'm KFZ müssten ja auch noch ganz andere Spannungen vertragen, da im Bordnetz eines KFZ (zumindest älteren Baujahres) ja alles Mögliche an lustigen elektrischen Effekten rumfleucht.
    Die Dinger sind günstig und für hohe Ströme ausgelegt:
    https://www.conrad.de/de/kfz-relais-...2v-504352.html
    Die 12V Version arbeitet garantiert zwischen 7.8-15.6V Spulenspannung.

    MfG Peter(TOO)
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  10. #10
    Erfahrener Benutzer Begeisterter Techniker
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    Warum so ein kompliziertes Modul? Wenn der alte 15V-Ausgang ein Heizbett versorgen konnte, kann er doch allemal ein Relais direkt schalten. Also dickes stinknormales Relais (KFZ, Print etc.) aus dem Conrad-Katalog suchen und gut. Lieber etwas überdimensionieren, dann gibts auch keine Wärmeentwicklung.

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