Relais per Atmel ansteuern - aber ohne Qualm und Rauch

Hallo Forum,
so langsam nimmt der Robotikbrei um mich herum die ersten Formen an.

Eine Baustelle ist das ansteuern eines externen Motors über ein Relais (wegen der relativ hohen Last und der galvanischen Trennung).
Das Relais soll über meinen Atmel Butterfly geschaltet werden und so weit ich weiß, muss dazu noch eine Diode und ein Transistor benutzt werden.

Gesagt getan, Schaltplan im Netz gesucht, nachgebaut und jetzt... Ja, und jetzt traue ich mich nicht, die Geschichte anzuschließen.

Meine Fragen an euch, liebe Lesenden, sind folgende:
1. Stimmt der Schaltplan, sind Plus und Masse vertauscht, passt der Rest?
2. Der Butterfly legt, soweit ich das sehen kann, den geschalteten Port auf Masse. Klappt das dann überhaupt mit der Schaltung?
3. Wie siehts mit einem Vorwiderstand bei der Basis aus, muss da einer hin?

Ihr seht schon, Ich habe mal wieder (noch) keine Ahnung von Tuten und Blasen und freue mich über hilfreiche Antworten.

Cheers und Danke,
Florian.

Geht grundsätzlich:

Der Transistor muss ein NPN Typ sein.
Bei High am Butterfly schaltet auch das Relais durch. Falls das Relais nicht anzieht musst Du die Spannung am Relais etwas erhöhen, da über dem Transistor ebenfalls Spannung abfällt.

Einen Basis-Vorwiederstand brauchst du auf jeden Fall, da die Basis-Emitter Strecke im Grunde nur eine Diode ist, durch die fast unbegrenzt Strom fließen kann. Ich würde sagen so 470 Ohm sollten reichen. (Hab mal nen BC547 angenommen, der schaltet damit gut durch.)

Zu den Pegeln am Butterfly kann ich dir leider nix sagen, die Schaltung schaltet in der jetzigen Form dann durch, wenn das Eingangssignal High-Pegel hat.

MfG

...ich würde auf jeden Fall noch einen Basisvorwiderstand spendieren, dessen Wert richtet sich nach verwendetem Transistor. Du schliesst nämlich ansonsten den Ausgang vom MC bei geschaltetem Transistor direkt gegen Masse.

Danke schonmal für die Antworten, bei dem Schaltplan hatte ich den Pfeil an dem Transistor vergessen - und es jetzt korrigiert.

Ist der von Dennisstrehl angesprochene Widerstand der sogenannte PullUP-Widerstand??

Jaja, Fragen über Fragen...
PS: Das Relais läuft eigentlich mit 5V, der Butterfly kann aber nicht ganz so viel, dem müssen (max) 4.5V reichen. Sonnst brennt mir der kleine auch noch durch...

Und hier das Datenblatt vom Transistor
http://www.ebg-darmstadt.de/pdf/BC550.pdf

a.) Der gezeigte Typ ist ein NPN-Transistor, er schaltet bei positiver Ansteuerung.
b.) Ein Pullup-/Pulldownwiderstand ist etwas komplett anderes. Er bringt einen unbeschalteten Eingang eines MC`s lediglich in einen fest definierten Zustand.

Ich denke mal, das der BC550 dem BC547 ähnelt, also müssten 470 Ohm zwischen Butterfly und Basis vom Transistor reichen.

MfG

Welchen Widerstand hat die Spule? Wie groß ist deine Versorgungsspannung?
Welchen Transitor hast du zur Verfügung? Welche minimale Ausgangsspannung steht liefert dein µC (steht im Datenblatt).
Nachdem du das alles beantwortet hast kann man es genau berechnen.

Wenn der Ausgang des µC ein Open-Collektor-Ausgang ist, und nur dann, brauchst Du einen PullUp-Widerstand von 1k.
Einen BasisVorwiderstand brauchst Du dann nicht, weil der PullUp den Strom von +5V zur Basis auf (5V - 0,7Vbe) / 1k = 4,3mA begrenzt. Wenn der Ausgang Low ist, zieht der Ausgang die Basis auf GND, also auf (fast) 0V, der Transistor sperrt, das Relais fällt ab.

PS: theoretisch kannst Du 4,3mA * 150 hfe = 645mA, praktisch ca. 300mA mit einem BC546...550 schalten

Da hat der kleine Florian also mal wieder in ein Wespennest gestochen und muss sich nun der Selbsterkenntnis hingeben, dass er mal wieder keine Ahnung hat...

Also, auf folgende Fragen habe ich eine Antwort:
Der Spulenwiderstand beträgt beim Messen 120 Ohm.
Jedoch habe ich jetzt im eingelöteten Zustand gemessen und die Diode ist bereits parralel geschaltet. Verfälscht die Diode das Messeergebnis (Ja, ich habe in beiden Richtungen 120 Ohm gemessen). Zusätlich habe ich noch das Datenblatt aufgetrieben:
http://www.findernet.com/de/pdf/S30DE.pdf

Die Versorgungsspannung am Relais soll 5V betragen. Der Butterfly jedoch hält keine 5V aus und muss mit einem Vorwiderstand auf 3.0 bis 4.5V gebracht werden. Je nach Eingangsspannung ist das dann auch die Versorgungsspannung, die er an die Basis abgeben würde.

Der Transistor ist angeblich ein BC550 von Phillips, dessen Datenblatt hier gelesen werden kann:
http://www.ebg-darmstadt.de/pdf/BC550.pdf. Jetzt bitte nicht böse werden, aber ich kann nicht genau sagen, ob es eben dieser Transistor ist. Es steht nur C550C und kurz darunter PH99. Im Onlineshop meines Händlers ist als Transistor mit 550 aber nur eben dieser zu finden.

Anbei noch ein Bild mit Pinbelegung des Butterflys. Über PORTB-1 und dem entsprechendem +3V-Pin messe ich beim Anlegen einer 1 die entsprechende Eingangsspannung von derzeit 4.5V.

Weiterhin vielen Dank für die schnelle Hilfe,
Florian.

Hi Florian,
du kannst den Transistor nehmen.
Rv vor Basis muss 6,8k OHM sein. Die Betriebsspannung für das Relais kannst du ja auch vor deinem Widerstand abgreifen, dann hast die vollen 5V.

Aus deinen Datenblättern:
B=400 bei Ic=40mA(berechneter Wert siehe unten)
Ucesat=0,2V
Ube=0,7V
Relais=120 OHM

berechnet:
Ic=40mA
Ib=300µA mit 3 facher Übersteuerung

wenn schlechtester Wert für das H Signal = 3V (Angabe von dir), dann gilt:
Rv=7,6 kOHM aus E12 Reihe 6,8 kOHM

Gruß Daniel

Dann die uralte Frage: ist ein interner PullUp enabled oder schaltet der µC Plus durch ? Ich glaube an einen internen PullUp.
Das kannst Du aber ganz einfach feststellen: wenn der Ausgang auf High ist und 4,5V gegen GND !!! zu messen sind, den Pin mit 470Ohm...1kOhm nach GND !!! belasten. Wenn die Spannung dann um 2 und mehr Volt runter geht, handelet es sich um einen internen PullUp, bleibt die Spannung auf 4...4,5V, hat der µC einen Gegentakt-Ausgang.
Bei einem Gegentakt-Ausgang benötigt der Transistor einen BasisVorwiderstand 470Ohm...1kOhm, ansonsten einen zusätzlichen externen PullUp in gleicher Größe, weil der Transistor bei einem internen PullUp von 4,7...10kOhm in den Regelbereich kommt und heiß wird.
4,5V / 120Ohm = 0,0375A = 38mA 'zieht' die Spule; das schafft ein BC550 locker. Der C550C könnte allerdings ein 2SC550C sein ? Daß '2S' nicht mit aufgedruckt ist, kenne ich; mir ist bis heute kein BCxxx bekannt, wo das 'B' fehlt.

Moment mal... Kannst du nicht, obwohl das Butterfly mit 4,5V arbeitet, eine höhere Versorgungsspannung für die Relaisplatine verwenden? Dann wäre das Problem mit der Relaisspannung auf jeden Fall gelöst. Sollte aber auch so funktionieren, im Datenblatt steht Arbeitsbereich bis 0,7*Unenn=3,15V.

Als Basisvorwiederstand wären ca. 330 Ohm optimal, aber mit allem was kleiner als 5 kOhm ist, funktioniert es auch. Der Spannungsabfall am Transistor ist bei 5 kOhm ca. 0,1V, das ist noch vertretbar. (Bei einer Spannung von 4,5V am Ausgang vom Butterfly.)

Zitat:

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Anbei noch ein Bild mit Pinbelegung des Butterflys. Über PORTB-1 und dem entsprechendem +3V-Pin messe ich beim Anlegen einer 1 die entsprechende Eingangsspannung von derzeit 4.5V.

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Wie meinst du das genau? Spannung zwischen 3V und Portpin oder Spannung zwischen GND und dem 3V bzw. zwischen GND und Portpin?
Ersterer Fall könnte kompliziert werden.

MfG

Edit: Verdammt, viel zu lang gebraucht

1. Der 2SC550C ist ein VHF-Transistor mit 1,5A und 10W in einem Gehäuse, das aussieht wie eine Sechskant-Schraube (ist eben für Hochfrequenz). Dein C550C dürfte dann wohl ein BC550C sein.
2. Wenn Du 5V oder mehr als Plus für das Relais nehmen kannst, dann besorge Dir einen BC517 = NPN-Darlington, 1...2,2kOhm BasisVorwiderstand dran und dann es ist vollkommen gleich, ob Gegentakt-Ausgang oder interner PullUp; der schaltet immer sicher durch.

Hallo Forum,
mittlerweile habe ich auch den Bug mit dem Messen des Butterflys rausbekommen - der GND-Pin der PORTB-Leiste ist tot. Naja, soll vorkommen.

Weiterhin kann die Frage nach irgendwelchen PullUp-Widerständen gelöst werden: Ist der Pin des Butterflys auf Ausgang geschaltet, gibt es gar keine internen PullUps mehr :-D

Das ganze ist jetzt mit dem entsprechendem Vorwiderstand von 380Ohm für den Anschluss an den Butterfly vorgesehen.

Die einzige Frage, die ich jetzt noch habe ist, ob Kollektor und Emitter richtig angeschlossen sind.

Dazu habe ich ein kleines Bildchen gemalt und hätte vor dem Anschließen gerne das offizielle GO der RN-Community ;)

Schonmal vielen Dank,
Florian.

GND von Netzteil und GND von Butterfly MÜSSEN miteinander verbunden sein !

Dann komme ich mal wieder auf den PullUp am Ausgang des Butterfly. Du hast dazu geschrieben:

Zitat:

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Ist der Pin des Butterflys auf Ausgang geschaltet, gibt es gar keine internen PullUps mehr

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Hast Du mal gemessen, ob am Ausgang irgendwas um +3...4,5V anliegt, wenn der Ausgang vom Programm auf logisch 1 gesetzt wird ?
Wenn nicht, wo bekommt der Transistor dann seinen Basisstrom her ?

PS: Was bedeutet 4,5V vom Butterfly ? Ist ein Widerstand vor der Basis ?

Na da schau her. Und wieder hat sich ein Denkfehler eingeschlichen.

Also an Kollektor sollen die 5 Volt vom Netzteil,
an den Emitter das GND vom Netzteil und
an die Basis natürlich die positiven (ca.) 4 Volt, die vom BTFly kommen.

Natürlich hängt der Butterfly an der gleichen Versorgung wie der Transistor - nur das Teil hinter dem Relais ist galvanisch getrennt.

Und ja, der kleine Schmetterling gibt bei einer logischen 1 auf dem Ausgang die entsprechende Eingangsspannung wieder raus, also 3 bis 4.5 Volt.

Wenn es keine weiteren Bugs gibt, würde ich das ganze spannend machen.

Weiterhin Danke,
Florian.

Hier die Schaltung:
R11 = 330 Ohm ... 1 kOhm
T1 = NPN-Transistor BC546...550 oder Darlington BC517
K1 = Relais
FD = Freilauf-Diode 1N4148, 1N4007, ...

Auf dem letzten Foto sind C und E vertauscht.

Hi Forum,
schonmal vielen Dank für die Tipps - vor allem das vertauschen von C und E. Kleiner Hint für andere Anfanger: Auf dem Bild im Datenblatt ist die Ansicht von unten gemeint, nicht die Kontur der Aufsicht....

Kein Wunder, dass mir die Dinger beim letzen mal abgeraucht sind ;)

Bei diesem Versuch hat es besser geklappt. Zwar hat das Relais nicht geschaltet (ich müsste es doch klacken hören, oder??) aber dafür ist nichts in Rauch aufgegangen. Ich suche dann mal die Fehler raus...

Mit der Ansicht von unten ist in den meisten Datenblättern, da bei einer Draufsicht, wenn man also von oben auf den Transistor drauf schaut, die Beinchen nicht zu sehen sind.

Sagtmal welchen Sinn erfüllt eigentlich die Diode bei dem Relais? Ich hab ne ähnliche Schaltung und die funktioniert auch ganz wunderbar ohne die Diode.

Das ist eine Freilaufdiode, wenn ich mich nicht irre.

Mfg fabian

Beim abschalten der Induktivität entstehen hohe Spannungen die den Transistor oder sogar das Port zertören können.
Die Diode fängt diese Spannung ab.

bzw eine Stromspitze in entgegengesetzter richtung

Was ich mich frage...

Transistor an einenTTL ausgang. Wir verwenden einen Transistor der bis 1A schaltstrom und glaube 500mA Steuerstrom belastbar ist - da brauch ich dann eigentlich keinen Vorwiderstand oder sollte ich sicherheitshalber einen vorwiderstand errechnen?

gut dann sollte ich die wohl bei meiner Schaltung auch wieder einbauen ^^

Dass Dein Transistor bei Ic=1A einen dauerhaften Ib von 500mA verträgt bezweifel ich mal am Rande, aber der Portausgang Deines Controllers, so er denn ei aktives high produziert, also Strom liefert und nicht bloß einen Pullup hat, findet den beinahe-Kurzschluss gegen Masse bestimmt nicht so toll. Im Datenblatt steht, wieviel Strom rein und rausfliessen darf, und die Vernunft sagt: nie mehr als nötig. Wenn Du also das eine Ampere wirklich brauchst und Dein Transistor 100-fach verstärkt, begrenzt Du den Basisstrom auf das zwei- bis dreifache dessen, was 1A/100=10mA ergibt, also auf max. 30mA. Das heisst bei 5V (die werden bei CMOS-Bauteilen fast erreicht) - 0,7V für die BE-Strecke des Transistors dann 430 Ohm, dass das ein durchschnittlicher Controller schafft, glaube ich kaum. Die, die ich verwende (MCS51, AVR, MSP430) können's auf jeden Fall nicht, d.h. hier wird ein Darlington-Transistor oder ein MOSFET fällig.

Was die Freilaufdiode angeht: alle drei Antworten stimmen irgendwie. Die Diode nennt man so, weil sie im Freilauf der induktiven Last, also unmittelbar nach dem Abschalten, aktiv wird. Die Spule möchte den Strom, der durch sie fliesst weiter aufrecht erhalten, daraus resultiert eine Induktionsspannung, die der erregenden Spannung entgegengesetzt ist. Diese bewirkt einen Stromfluss durch Bauteile, die ihn u.U. nicht verkraften, daher die Diode, über die dieser Strom abfliessen kann. Dieses Bestreben der Spule resultiert aus dem in ihr gespeicherten Magnetfeld, das sich irgenwie abbauen muss. Mathematisch sieht das so aus, dass die Spulenspannung die Ableitung des Spulenstromes nach der Zeit multipliziert mit der Induktivität ist (U=L*dI/dt), beim beliebig schnellen Abschalten wird diese Spannung also theoretisch unendlich hoch. Praktisch können das einige hundert Volt sein, die ihr wirklich nicht in euren Controllerschaltungen haben wollt. Also: Diode rein, auch wenn es vielleicht eine Weile ohne geht, und Transistorschaltungen sinnvoll dimensionieren!

Hallo Forum,
da sieht man ja richtig den Frühling strahlen, wenn man aus dem Fenster blickt. Naja, wenigstens erfreuen mich hier ein paar leuchtende LED´s...

Zuallererst: Vielen Dank für alle bisherigen Antworten. Sieht bis jetzt auch alles ziemlich gut aus - denn die Relaisschaltung funktioniert. Dank euch!

Die Frage, die ich jetzt leider stellen muss: Wieso?
Nachdem ich rausgefunden habe wierum man die Bauteile einzulöten hat (bitte jetzt lachen) habe ich einen neuen Anlauf gestartet und es hat sich nichts getan. 5 Volt, 12 Volt, alles nichts.

Des Problems Lösung war das einfache Umpolen, also anstatt Plus am Kollektor halt GND.
Wieso es funktioniert? Das Glück der Dummen natürlich.

Was ich jetzt gerne von euch wissen möchte, liebes Forum: Wie herum muss ich jetzt die Freilaufdiode einlöten? Hat sie in der derzeitigen Richtung eine Funktion? Ich tippe mal auf Nein und plädiere auf umdrehen.

Damit Derjenige, der mir weiterhin helfen mag, auch weis, worum es geht, habe ich noch den Schaltplan und ein Foto beigefügt.

Wie gesagt, mit GND an C(wahrscheinlich ist es der Kollektor) und 4.5V an E und B klappt alles.

Schonmal vielen Dank,
cheers,
Florian.

Die Freilaufdiode muss parallel zur Spule des Relais "in Sperr-Richtung" eingebaut werden. Also tatsächlich mit der Kathode richtung VCC, respektive Anode richtung GND. Andersherum würde entweder gar nichts passieren, da der Strom, der eigentlich für die Spule dagewesen wäre, über die wesentlich niederohmige Diode abfließt, oder im "schlimmsten" Fall zuckt deine Diode mit den Axeln und geht in Rente...

Also in deiner letzten Zeichnung ist sie tatsächlich verkehrtherum.

Hallo SeveQ,
danke für die knackige Auskunft.

Im Zuge der bundesweiten Erhöhung des Renteneintrittsalters ist jetzt auch die Diode neue eingelötet und sollte nach Deiner Aussage jetzt ihren Dienst verrichten.

Trotzdem ist mir noch unklar, wieso ich die Schaltung von kalledom zwar nachgebaut habe, sie aber nur aufgrund einer falchen Polung funktioniert.

Schönes langes Wochenende,
Florian.

Hallo,
Sorry, aber lese bitte, was auf dem Transistor drauf steht und poste es bitte hier rein.

Gruß Sebastian

<flüster>habe ich schon </flüster> ;)

Für Suchfaule:

Zitat:

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Es steht nur C550C und kurz darunter PH99

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Was funktioniert denn noch genau nicht? Wenn ich das jetzt richtig gelesen habe, funktioniert nichts, aber es geht auch nichts in Rauch auf oder?

Wenn dem so ist, dann messe doch mal bitte ein paar Spannungen:
Zwischen GND der Relaisplatine und Dem Pin am Butterfly
Zwischen GND der Relaisplatine und der Basis des Transistors
Zwischen Collector und Vcc (also die Spannung die an der Spule anliegt)

(Jeweils im aus- und eingeschalteten Zustand.)

Ist eigentlich ein Vorwiderstand vor der Basis? In der Zeichnung fehlt der ja noch.

Aha, sorry, BC550 :-)

Dann hoffe ich, daß es einen Elektronikgott hier im Forum gibt, der uns mal sagt, warum es nach Deiner Zeichnung oben klappen soll.

Gruß Sebastian

Oh... ich sehe erst jetzt, dass GND da oben ist. GND gehört nach unten und 4,5V nach oben.

Zitat:

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Oh... ich sehe erst jetzt, dass GND da oben ist. GND gehört nach unten und 4,5V nach oben.

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Danke,
endlich sieht auch mal jemand, was ich sehe....
Und ich dachte die E-Technik wird hier neu erfunden.

Gruß Sebastian

Sorry, wenn ich dieses alte Thema wieder ausgrabe.
Bin durch google darauf gestoßen und hatte das gleiche "Problem".

Ich habe aber eine zusätzliche Frage:
Ist es wichtig oder von Vorteil das Relais am Collector zu betreiben oder kann ich es auch am Emitter anschließen?
Also zu gehen scheint es, denn mein Relais arbeitet.
Die Frage bezieht sich also eher darauf, ob es einen Nachteil hat.

Vielen Dank schon mal.
Gruß ZAG

Wenn du es am Emitter anschließt verringert sich die U um die am Relais abfallende Spannung. Damit stimmt die ganze Rechnung nicht mehr und die Werte pendeln sich dann irgendwo ein. Es ist auf jedenfall kein sauberer Schaltbetrieb gewährleistet!

MFG teslapower

edit:
hier noch ein Link mit den Basics:
http://www.mikrocontroller.net/articles/Transistor

Danke dir!
Genau so etwas habe ich erwartet, da ich komische Spannungswerte am Relais gemessen hatte.

Ich nochmal:

Habe meine Schaltung jetzt fertig aufgebaut gehabt.
Funktionierte auch soweit einwandfrei.

Jetzt habe ich sie noch einmal gebaut und sie um ein LCD Display erweitert.
Funktioniert auch alles schick soweit.
Wenn ich aber nun an das Relais eine 12V Autohupe dran hänge, dann spinnt meine Schaltung rum. Wenn ich sie in das Gehäuse einbaue wird es noch schlimmer. Vor allem das LCD zeigt nur noch Müll an, aber auch stürzt der Prozessor ab und an ganz ab.

Die Anordnung des Relais außerhalb des Gehäuses bringt nichts.
Freilaufdiode am Relais ist auch dran.

Wie gesagt funktioniert alles wunderbar, solange ich keine Hupe dran habe.
Spannungsversorgung der Hupe und des Controllers sind identisch.

Ich vermute, dass die Hupe in irgendeiner Weise was in die Schaltung induziert oder so.

Weiß einer was das sein kann und wie ich Abhilfe schaffe?
In meiner ersten Schaltung (ohne LCD) funktioniert alles nahezu einwandfrei. Da hatte ich ganz selten Aussetzer.

Gruß ZAG