Schwellwertschalter + 2 Monoflops

[Achim H]

Ich suche eine Schaltung oder ein Schaltbild, mit dem ich 2 Wicklungen eines bistabilen Relais in Abhängigkeit der Spannung switchen kann.

Das 12V Relais (Link zu Reichelt: HFE20-1-012-1HD) hat 2 Wicklungen (gemeinsamer Pluspol) mit jeweils 240 Ohm und benötigt minimal 9,6V. Die Impulsdauer muss größer 50mSec. sein.

+12V --> Monoflop auf Wicklung 1,
+10V (oder ein ähnlicher Wert, jedoch größer 9,6V) --> Monoflop auf Wicklung 2.

Denkbar wäre auch eine niedrigere Schwellspannung, wobei dann ein geladener Kondensator vorhanden sein muss, dessen Energie zum Abschalten genutzt werden kann.
+12V --> Diode --> Kondensator = ca. 11,3V.

Wer kann mir bitte weiterhelfen?

[dBase]

Ich habe mir für Weihnachtsbeleuchtung ab einem Solar-geladenen Blaiakku einen Tiefentladeschutz mit ATtiny45 und Bistabil-Relais gebaut. Das kommt Deinen Anforderungen sehr nahe (in der Annahme, dass die benötigte uC-Speisung auch bei Spannung unter der unteren Schwelle noch bezogen werden darf oder sonstwie 3-5V vorhanden sind), bräuchte nur etwas re-coding, um das Einschalten bei der hohen Schwelle zu realisieren (ich hab im Moment einen Kickstart-taster zum Einschalten).
Wenn der Aufbau mit uC eine Alternative ist, kann ich hier Schaltung und Code posten.

[Borax]

Mit µC wäre es auf alle Fälle am einfachsten. Ansonsten halt ein paar OPs (oder Komperatoren) und zwei Monoflops...

[Achim H]

Ich habe von µCs Null Ahnung. Diesbezüglich wäre es ausgesprochen nett, wenn jemand die Programmierung für mich übernehmen könnte.

Zwischenzeitlich ist mir noch eine Idee gekommen, ob man (ich) nicht einfach einen LM3914 (VU-Meter) dafür zweckentfremden kann. Ich wüsste nur nicht, wie ich dessen Ausgänge in einen Monoflop integrieren muss. Ich bin kein gelernter Elektroniker, nur hobbymäßig.

[Borax]

einen LM3914 (VU-Meter) dafür zweckentfremden

Geht auch. Ist aber (auch wegen den nachgeschalteten Monoflops) auf alle Fälle ein wesentlich größerer Aufwand als ein ATTiny und ein Transistor.
Ich hab an einem ATTiny25 auch zwei solche Relais am laufen (als Flipflop für die Treppenhausbeleuchtung). Mit einem Nokia Netzteil ist das die mit Abstand stromsparendste Variante für eine Taster-Steuerung.

[Achim H]

Eine Tastersteuerung wollte ich nicht haben. Das sollte schon automatisch laufen.

Gebraucht wird es für ein 12V Netzgerät (Meanwell IRM-20-12).
Wenn die 12V Spannung vorhanden ist, soll das Relais anziehen.
Wenn eine niedrigere Spannung anliegt (wenn das 12V Netzgerät ausgeschaltet wird) soll das Relais resettet werden. Als Energiequelle dient dann die Kapazität eines geladenen Kondensator (wie viele µF dafür notwendig sind, weiß ich nicht).

[dBase]

Ich kann Dir sowas bauen und zukommen lassen.
Verstehe ich's richtig, Du willst:
- wenn NG eingeschalten wird, soll das Relais einschalten
- solange NG Spannung liefert, ist das Relais 'on', braucht aber keinen Strom (weil bistabil)
- wenn NG abgeschalten wird, soll das Relais möglichst sicher abschalten
Dabei kann ich die nötige Speisung des uC aus den 12V vom NG beziehen (möglichst wenig, aber darf wenige mA sein - mir schwebt einfachheitshalber LM78L05 vor, der braucht 2-5mA, der uC viel weniger).
Besteht Zeitdruck? Wir können auch nähere Spezifikationen per PN austauschen.

[Achim H]

Ich kann Dir sowas bauen und zukommen lassen.

Bauen ist nicht notwendig. Ich bräuchte nur einen Schaltplan und falls erforderlich auch den programmierten µC. Möglicherweise auch mehrere ICs.

Verstehe ich's richtig, Du willst:
- wenn NG eingeschalten wird, soll das Relais einschalten
- solange NG Spannung liefert, ist das Relais 'on', braucht aber keinen Strom (weil bistabil)
- wenn NG abgeschalten wird, soll das Relais möglichst sicher abschalten

Hast Du richtig verstanden.

Besteht Zeitdruck?

Du kannst Dir damit Zeit lassen, supereilig ist es nicht.
Es gibt aber bereits Projekte, wo ich dieses Relais gut gebrauchen könnte. Unter anderem: Einschaltstrombegrenzer.
Die derzeitigen Varianten verursachen rund 0,45W und das jede Stunde. Über die Zeit gerechnet ist das einfach zu viel.

[dieterr]

Wie sieht denn deine aktuelle Schaltung aus und was schaltest du mit dem Relais? 450mA scheint mir sehr viel für eine reine 12VLösung zu sein.

Gruß,
Dieter

[Achim H]

... was schaltest du mit dem Relais?

Es gibt genügend Anwendungen, wo ein Relais etwas schalten soll, aber nicht ständig unter Strom stehen soll.

Ein paar Beispiele:
Zum Umschalten der Versorgungsspannung (Batterie oder Netzspannung).
Zum Ein-/Ausschalten anderer Verbraucher.
Zum Kurzschließen eines NTC, wenn dieser die Aufgabe der Einschaltstoßstrom-Minderung erledigt hat.
...

... 450mA scheint mir sehr viel für eine reine 12VLösung zu sein.

Bitte richtig lesen: nicht 450mA, sondern 450mW = 0,45W.

Falls 450mW gemeint waren:
Ein 12V Relais mit einem Spulenwiderstand von 360 Ohm benötigt einen Strom von U/R = 0,03333A = 33,33mA.
12V x 0,03333A = 0,039996W --> gerundet 0,4W.
Ein 24V Relais mit einem Spulenwiderstand von 1440 Ohm benötigt einen Strom von U/R = 0,016666A = 16,67mA.
24V x 0,01667A = 0,40008W --> gerundet 0,4W.

Als optische Anzeige wird eine Low Current Led + Vorwiderstand parallel dazu betrieben.
Bei 2mA sind das 12V x 0,002A = 0,024W.

0,4W + 0,024W = 0,424W --> großzügig aufgerundet 0,45W.

Falls mehrere Relais verwendet werden summieren sich die Leistungen aller zeitgleich aktivierten Relais + Leds.

Bei Wechselspannungsrelais (230V~) ist die Leistung deutlich höher.
Beispiel: Tyco/Schrack RT424730 (230VAC) = 0,76VA = 0,76W.

[dieterr]

Verzeih mir den Lesefehler

Und ja, ich weiß dass sowohl Relais als auch bistabile Relais ihre Berechtigung haben. Manchmal einfach deshalb, weil mechanische Schalter halt einfach zu handhaben sind im Vergleich zu Mosfets oder Optokopplern wenn galvanische Trennung gefordert ist.

Zurück zum Thema: Was spricht gegen einen klassischen Akkuwächter, wie hier http://www.deelkar.net/elektronik/d-pb-us-as.html

[Achim H]

Was spricht gegen einen klassischen Akkuwächter

Wenn ich einen Taster betätigen muss, kann ich auch einen Schalter betätigen. Die Schaltung wäre somit überflüssig.
Mir ist wichtig, dass ich nichts betätigen muss. Die Schaltung soll automatisch funktionieren.

[dieterr]

Solltest du besser dokumentiertes benötigen http://www.atx-netzteil.de/unterspannun ... elais.html

Die Taster sind Komfortfunktion, damit auch manuell geschaltet werden kann.

[dBase]

mein Vorschlag mit ähnlich grossem Bauteil-Aufwand wie obiger Link mit TL7712:

die 12V kommen unten links über Diode D2 an Kondensator C2, der mit VDD die Energie zum Abschalt-Impuls halten soll (220uF ist Startwert für Versuche).
aus den 12V wird mit LM78L05 die 5V VCC für den uC.
über Spannungsteiler R1/R2 werden die 12V unter 5V gebracht und als Ux an den uC zur Messung gegeben.
bei power-up misst der uC Ux, wenn > 11V gibt's einen on-Impuls an T1
periodisch misst der uC Ux, wenn < 11V, gibt's einen off-Impuls an T2

K2 ist die Stiftleiste für's Programmieren und kann weggelassen werden
K7 ist optionaler reset Eingang
K8 ist optionaler Toggle-Eingang, wo ein Taster für on/off angeschlossen werden könnte
D3 ist eine Anzeige LED, die zB kurz blinkt, während gemessen wird (oder 'Lebenszeichen')
D4 und D5 sind die Freilaufdioden zum Schutz von T1 und T2
D1 schützt uC Eingang vor zu grosser Spannung, C1 glättet ein wenig Ux
C4 ist der Glättkondensator der uC-Speisung

[Achim H]

Der Bauteileaufwand ist in der Tat etwas viel.

Gehe ich recht in der Annahme, dass die Ausgänge B1 + B2 TTL-Pegel liefern?

Ich bin gerade beim grübeln, ob man das nicht noch etwas vereinfachen kann.

Meine Spinnerei (keine Ahnung, ob es eine ist oder nicht):
Der Attiny wird durch 2 Inverter ersetzt.

Die zu überwachenden 12V (stabil, nicht Autobatterie) werden mit einem Spannungsteiler auf 5V herunter geteilt und durch 2 Inverter in Reihe geschickt.
Bei Vorhandensein einer 5V Spannung hätten wir am Ausgang von Inverter1 ein Low, am Ausgang von Inverter2 ein High. Das reicht doch schon um einen Monoflop anzusteuern, der den Transistor 1 veranlasst, die Wicklung für Set gegen GND durchzusteuern.
Am Ausgang von Inverter1 hätten wir eine logische Null. Dieser wird High sobald die 5V Spannung nicht mehr vorhanden ist. Dieser steuert den Transistor T2 direkt an. Die im Kondensator geladene Spannung reicht ohnehin nur für eine Zeit X, sodass wir uns keine Gedanken um ein Abschalten machen müssen.

Kann das funktionieren?

[Borax]

Die Idee mit dem TL-7712 gefällt mir gut. Und weil der keinen eigenen 5V Regler braucht, ist das sogar effizienter als die µC Lösung. Man kann die Effizienz der µC Lösung wesentlich steigern, wenn man einen µPower-Regler verwendet (z.B. TS2951: http://www.reichelt.de/TS-2951-CS50/3/i ... CLE=115979 - braucht nur ca. 70µA) und den µC überwiegend 'schlafen' lässt. Mit dieser Methode hab ich vor kurzem jemandem einen Solarregler programmiert, der nur ca. 0.1mA 'Eigenstromverbrauch' hat.

[dBase]

ja, B1/B2 sind 0 oder 5V und T1/T2 sind logic-level-kompatibel. Wenn Du mit Deiner Idee mit den Invertern die Transistoren beibehältst, sparst Du nicht viel Bauteile. Meiner uC-Schalung kann man noch die LED, die Zener-Diode und Glättkondensatoren C3 und C4 weglassen (und LM7805 durch Borax's uPower ersetzen) - der Spannungsteiler bleibt und anstatt uC hast Du das Inverter-IC...

allenfalls so mit den Invertern? Hier Idee mit CMOS 4049, dann brauchts keine 5V und keine Transistoren.

12V kommt untern links rein, und über D8 an C10 entsteht VDD zur Speisung des Inverters (CMOS 4049) und Energie zum Abschalten.
12V lädt über R5 C7 auf und lässt Ux ansteigen. Zu Beginn ist Ausgang von Inverter b also Hi, was die on-Spule ziehen lässt, und wird 0.
12V geht auch direkt an Inverter a, dessen Ausgang ist also zu Beginn Lo, die off-Spule ist nicht bestromt.
Geht Speisung 12V weg, geht Eingang von Inverter a auf 0, also Ausgang auf Hi, was die off-Spule ziehen lässt. Der Eingang von Inverter b ist noch 'ne Weile Hi, von C7.
Irgendwann ist dann der Energie-Kondensator C10 leerer, die off-Spule zieht nicht mehr, während der Inverter hoffentlich immer noch genügend hat, um die Ausgänge definiert zu halten. Dann stirbt der dann auch an Unterernährung.
C7 entlädt sich dann über R6, um wieder leer zu sein für's nächste Einschalten (vielleicht brauchts den aber auch gar nicht).
C8 st Glättkondensator für's IC
D6 und D9 sind die Freilaufdioden des Relais.
die übrigen Inverter c..f braucht's nicht und werden auf Lo gehalten. (IC3P ist die Speisung des 4049)
Die Werte von C10, C7, R5 und R6 sind nur hingeschrieben und müssen experimentell oder rechnerisch ermittelt werden.
Ich hab's nicht aufgebaut und weiss nicht, ob's klappt.

[Achim H]

Ich war im ersten Moment etwas verunsichert, weil das Relais mit gemeinsam Plus angegeben ist. Sicherheitshalber habe ich im Datenblatt nachgeschaut (mit nachdenken hätte ich das nicht gemusst -> manchmal ist man etwas blöde im Kopp). Die Polarität kann umgekehrt werden: gemeinsam Minus funktioniert auch.

Im Datenblatt zum 4049 stehen für IOL (Low Level Output Current) folgende Werte:
bei 25°C
UB = 10V: typ. 12mA
UB = 15V: typ. 40mA

Da ich dort nur mit 12V ran gehe, könnte der Strom möglicherweise etwas zu gering sein, um jeweils eine Wicklung (240 Ohm) anzusteuern.
Sollte ich besser 2 Inverter parallel schalten, um den Strom zu verdoppeln?

C7 entsprechend auf 2,2µF vergrößern.

[Borax]

Sollte ich besser 2 Inverter parallel schalten, um den Strom zu verdoppeln?

Da würde ich lieber zwei Transistoren verwenden. Die schalten dann auch sicher genügend Strom durch.

[dBase]

stimmt, es kommt draufan, welchen genauen Typ 4049ger man hat, die können verschiedene Ströme, und er hat andere Werte für drive und sink.
-> also besser wäre, nach Minus zu schalten, also jeweils zwei hintereinander und dafür Relais an gemeinsam Plus. Aber er hat dann bei 40mA 1.5V Drop...
Wegen 'zu nahe am Strom-Maximum hätte ich weniger Bedenken, da es ja nur selten 'mal einen einzelnen Pulse gibt (und hast ja noch 2 Resevenräder .
Ich fürchte eher den grossen Drop (Vo = 1.5 bei 40mA) das reicht dann allenfalls nicht mehr zum Abschalten (12V - 0.7V von D8 - 1.5V drop = 9.8V)

Dann also Borax's Vorschlag, die FET-Transistoren schalten zu lassen, dann können die Inverter auch aus NAND oder NORs gebaut werden, was grad rumliegt.

[Achim H]

Bis hierher:
Vielen Dank an dBase und Borax. Das hilft mir schon sehr weiter.

Nächster Schritt: Aufbau auf einem Steckbrett.
Hierzu erforderlich: Bauteile bestellen.

[dBase]

wart noch mit bestellen - ich habs neugierigkeitshalber aufgebaut...
wenn die 12V hart ein und ausgeschalten wird (mit Schalter von Speisung trennen, ohne einen Ausgangskondensator, der sich entlädt), könnte es klappen. Aber wenn die 12V nich schnell genug abfallen, kommen sich die Pegel in die Quere.
Der Einschaltpuls kommt gut so, die geschätzten Werte mit 100kOhm und 1uF ergeben zumindest gut sichtbaren Impuls.
Beim Abschalten (12V trennen) gibt es auch den Abschaltpuls, aber auch der Einschalt-pin kommt nach kurzer Zeit dazu, um dann zusammen mit Auschalt den Speisungstod zu gehen. Wird 12V nicht getrennt sondern Primärseitig abgeschlaten und der Ausgangskondensator entlädt sich, kommt kein Ausschaltpuls und am Einschalt-pin zuckt sich noch 'was zu Tode.
Ich habe noch eine Diode zwischen R5 und Ux rengetan, dass sich der einschalt-puls Kondensator nicht über die 12V-entlädt und damit den Einschalt-pin unten halten soll beim abschalten.
... steht also noch etwas Tüfteln an... allenfalls die beiden nichtgenutzten Gatter als Flipflop verwenden und die entstehenden Pulse auf ein oder ein anderes zuätzliches AND leiten, um saubergetrennte ein oder aus puls zu kriegen.
muss nun los, sorry.

[dieterr]

Der 4049 ist dafür auch nicht ideal geeignet, wenn CMOS dann eher 4093.

[Achim H]

Aber wenn die 12V nich schnell genug abfallen, kommen sich die Pegel in die Quere.

Wir brauchen doch nur A2 an +12V und B2 an Y1 anklemmen.

Y1 = Ausgang von IC 3a

A2 = Eingang 1 von IC 3b
B2 = Eingang 2 von IC 3b
Y2 = Ausgang von IC 3b

Code: Alles auswählen

A2=+12V     B2=Y1      Y2
1           1          0
1           0          1
0           1          1
0           0          1

Edit: Wahrheitstabelle falsch abgeschrieben, jetzt korrigiert.

[dBase]

nicht ganz.
Das Problem (bei meinem Schnell-Aufbau) war, dass sich auch am Ausgang vom IC3a (K14 on) beim Absinken von 12V ein Puls zeigt. Den gilt es zu unterbinden. Der Puls, der am Ausgang vom IC3b (K13 off) kommt, ist OK.
Mit dieterr's 4093 schmidt-trigger NAND an Stelle von 4011 und Feedback von off nach on könnte's gehn:

[edit: falsche Aussage zu Wahrheitstabelle entfernt]