230Volt mit Arduino schalten

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SP4C3

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Hallo zusammen,

kleinere Elektribasteleien etc. bekomme ich problemlos hin, Löten auch kein Problem... Aber: Ich habe keine Ahnung von der "Bauteile"-Welt.

Ich habe vor, mittels einem kleinen IC(ATMEGA Whatever, also Arduino Basis), Steckdosen, also 230Volt an und aus zu schalten.
Momentan nutze ich dafür Funksteckdosen und einen 433Mhz Sender.

Da ich aber kein Freund von Funk bin, möchte ich in meiner nächsten Wohnung folgendes realisieren:
ICs sind mit Steuerungs"rechner"(vermutlich pi) vernetzt und empfangen Befehle. Bei "an", soll die Steckdose Strom bekommen, bei aus logischerweise diesen nicht mehr bekommen.

Die gesamte IC, Kommunikationsseite ist für mich kein Problem, aber das Schalten von 230Volt durch einen Impuls des ICs, schon.

Ich habe 5Volt Ausgangsspannung an den Digitalen Output Pins. Das ganze muss nach meinem Verständnis, durch eine entsprechende "Verstärkerschaltung" und dann ein Relai umschalten welches die 230Volt schaltet.

Hat hier jemand Tips/Quellen oder Schaltungen für mich?


Gruß/Danke...
 
Du nimmst ein normales Relais mit einer Spulenspannung von 5V und hängst eine Seite der Spule auf die 5V mit denen der ATMega läuft.
Die 2. Seite der Spule kommt an den Drain eines N-Kanal-FETs, dessen Source auf die Masse und das Gate an einen Pin deines Controllers.
Dann brauchst du noch eine Diode, die du antiparallel (d.h. die 5V Versorgung müssengegen die Flussrichtung anliegen) zur Spule des Relais schaltest, sonst wird der FET von der Induktivität gegrillt.
Solange der Pin 1 ist, leitet der FET und das Relais zieht an.

Beim Relais solltest du darauf achten dass es mindestens 16A schalten kann und für mindestens 230V~ geeignet ist.
Als FET kannst du jeden nehmen der bei UGS=5V den Spulenstrom deines Relais aushält.

Noch eine Anregung: Wenn du zB Licht so schalten willst, kannst du auch einen Optotriac benutzen und somit sogar einen Phasenanschnittsdimmer realisieren.
So in der Art:
puXQb.png
Für alles andere nimmst du aber Relais!

Falls du noch Fragen hast, immer raus damit.
 
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  • #3
Nunja, ein normales Relai schaltet nach meinem Verständnis ja nur wenn Spannung anliegt. Das finde ich irgendwie unschön. Habe mal was von "Solidstate" Relais gelesen.
Btw. ich habe maximal 20mA Strom, aber wenn ich das richtig lese, hast du daran ja gedacht.
 
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Der FET zieht nur Strom beim Umschalten, danach praktisch nicht mehr - das ist für den ATMega gar kein Problem.

Dass "normale" (monostabile) Relais Leistung benötigen um eingeschaltet zu bleiben ist richtig.
Solid State-Relais sind auch nur an solange Spannung anliegt - sie verbrauchen vermutlich etwas weniger Leistung dafür, aber doch. Solid State heißt, dass keine Beweglichen Bauteile drin sind, nicht dass es den Zustand erhält.

Du könntest ein bistabiles Relais verwenden, das verhält sich genau so: Es bleibt in jedem Zustand hängen bis man es in einen anderen schaltet.

Dafür benötigst du dann 2 FETs um das Relais umzuschalten.
 
Wenn nur durch einen einzelnen Puls ein und ausgeschaltet werden soll, bietet sich ein Stromstoß-Schalter an. Ist quasi ein Bistabiles Relais.
 
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Stimmt, aber soviel ich weiß gibt es die nur mit 230V~ Eingangsspannung.
D.h. er braucht wieder einen Optotriac - wobei das ja auch nicht schlimm ist.

Aber wenn ein Bistabiles Relais ähnlich viel kostet, würde ich das nehmen.

Edit: Außerdem kann man die Stromstoßschalter nur toggeln, d.h. man muss den Zustand kennen...
 
Dann muß man aber für den ein und auschalt-Vorgang separate Ausgänge haben, weil diese Art von Relais über 2 Spulen angesteuert werden muß.
Eventuell kann man auch über 2 Dioden das Relais wahlweise mit positiver oder negativer Spannung ansteuern.

Bei Erstinbetriebnahme kann dann ein definierter Zustand festgelegt werden. "Alles aus"
Jeder Schaltvorgang wird dann halt in einem EEProm gespeichert.
Somit ist der Zustand immer bekannt.

Der ABB E251-12 ist übrigens ein Stromstoß-Schalter der mit 12 Volt angesteuert werden kann.
Sollte also kein Problem darstellen den über einen FET direkt vom Arduino zu steuern.
 
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Sofern er 12V hat.
Ich würde bei solchen Projekten 5V/1-2A-Netzteile nehmen, die es zum Handyaufladen gibt. Kosten fast nichts und haben einen guten Wirkungsgrad.

Das mit der Spannungsrichtung ist aber auch wieder scheiße, ich würde ein bistabiles mit 2 Spulen nehmen. Dafür braucht man nur 1 zusätzlichen FET...
bistabiles_relais_01.jpg
 
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Zum "Umdrehen" der Spannung brauchst du dafür Vollbrücken, oder Halbbrücken und eine symmetrische Versorgung.
Ein ATMega hat mindestens 32 Ausgänge, 16 Relais auf einem Haufen sollten wohl reichen...
Falls der TS ganze Schaltschränke bauen will, werden zusätzliche ATMega auch nicht weiter ins Gewicht fallen...
 
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  • #11
Hallo nochmal,
nur zur Info wegen Spannungsversorung.
Ich werde wohl auf eine über mehrere ICs geteilte Spannungsversorgung setzen. Da eh alle ICs miteinander verkabelt sein sollen, sollte das ja gehen.

Ob es nun ein ATMega oder ATTiny oder ... wird ist auch noch nicht ganz klar, tut aber für die grundsätzliche Schaltung von "geringe Spannung und Geringe Leistung" zu "Relai Schalten" glaube ich nicht allzuviel zur Sache.

Danke erstmal, ich werde mich wohl dann mit einem konkreten Plan inkl. Stückliste melden...
 
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Noch ein Hinweis zur Spannungsversorgung: Wenn dein Bus eine Masse mitführt, spannt dir die mit der Masse der Spannungsversorgung eine riesige Masseschleife auf. Eventuell musst du da mit RS422 o. Ä. arbeiten, Optokoppler wären auch eine Möglichkeit...

Welchen Bus willst du den einsetzen?
 
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  • #13
Bussystem ist noch nicht entschieden...
Hier muss ich tatsächlich auch noch schauen, was sich da am besten eignet...
 
Hm, in den Bereich evtl. eine blöde Frage... warum willst du das selber bauen?
Ich bastle auch gerne mal was (zuletzt einen 22zoll Bilderrahmen für mein Wohnzimmer ^^) - aber meißt dann wenn die selberbau-lösung erheblich billiger und schöner ist als das was man kaufen kann.

Aber für über das Netzwerk schaltbare Dosen gibt es doch sehr günstig schöne Lösungen?

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(gut ist auch Funk... aber hast ja nicht definiert was dich an Funk stört ;D)
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- zwar etwas teurer aber dafür gleich 4 Steckdosen, getrennt schaltbar.
 
Pleitgengeier schrieb:
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Deine billigste Lösung kostet 15€/Steckdose, das geht im Eigenbau wesentlich billiger...
Zum Vergrößern anklicken....

Bei den Preisen für Steckdosengehäuse und wenn man auch nur 10€ in der Stunde verdient wohl kaum. Vom Sicherheitsaspekt ganz zu schweigen.

Und den sehe ich als durchaus relevant an bei der Treiberschaltung mit dem FET die du produziert hast, die ist so Murks. Zum einen hast du den Ladestrom für das Gate nicht begrenzt (bzw. sichergestellt, dass dieser ausreichend hoch ist), genausowenig sichergestellt, dass das Gate wieder entladen (und das schnell) wird bzw. sauber definiert ist - in deinem Fall kann es dazu kommen, dass der FET nicht ganz durchgesteuert ist und dir dann abraucht...

Der Haltestrom bei Relais ist relativ gering im Verhältnis zum Anzugsstrom. Zudem ist es ein Irrglaube, dass ein SSR weniger Energie verbraucht - hier wird nämlich oft das Schaltelement im Lastkreis vergessen und das ist der Knackpunkt - hier ist bei dem Schalten von Leistungs nichts effektiver als ein Schütz.
 
carlos schrieb:
Zum einen hast du den Ladestrom für das Gate nicht begrenzt (bzw. sichergestellt, dass dieser ausreichend hoch ist), genausowenig sichergestellt, dass das Gate wieder entladen (und das schnell) wird bzw. sauber definiert ist - in deinem Fall kann es dazu kommen, dass der FET nicht ganz durchgesteuert ist und dir dann abraucht...
Zum Vergrößern anklicken....
Du weißt aber schon dass aktuelle Mikrocontroller Tristate-Ausgänge haben und nicht mehr Open Collector wie die Dinosaurier der Bauteilklasse (zB der 8051)
 
Dann schau dir mal wie ein derartiger Ausgang aufgebaut ist. Wenn du ein Gate darüber schnell lädst bzw. entlädst kannst du durchaus Probleme mit deiner Versorgungsspannung bekommen. Mag zwar sein dass das bei dir "immer so ging", aber sauber angesteuert ist etwas anderes. Zudem hast du während der Initialisierung deines Mikrocontrollers zum Teil undefinierte Zustände am Pin. Wenn der dann deinen angesprochenen Tri State Modus hat und in der Luft schwebt, dann bekommst du ein Problem. Denn dann ist dein FET nicht sicher in der Sättigung.
 
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Ich weiß ja nicht mit welchen Mikrocontrollern du arbeitest, bei allen mit denen ich bisher zu tun hatte trifft das nicht zu.
Der Ausgangszustand ist sehr wohl definiert - auch während dem initialisieren, der Strom ist im Push-Pull-Betrieb auf 20mA begrenzt weshalb man das Gate sehr schnell laden/entladen kann ohne die Versorgung zu gefährden - solange diese halbwegs vernünftig ausgeführt ist.

Benutzt du an jedem einzelnen FET einen FET-Treiber?
 
Pleitgengeier schrieb:
Benutzt du an jedem einzelnen FET einen FET-Treiber?
Zum Vergrößern anklicken....

Nö. Aber ich dimensioniere jede Ansteuerung sauber. Dazu gehört, dass ich mir erst mal einen Mikrocontroller (Familie reicht hier jedoch in der Regel) raussuche, dessen Daten aus dem Datenblatt entnehme und anschließend auch noch den passenden Leistungsschalter auswähle und nicht einfach "nen FET". Aber ich geh nicht mehr und sag, dass ich einen Feldeffekttransistor für diese Anwendung direkt an den Ausgang von irgendeinem Mikrocontrollter häng. SO entwickelt man keine Schaltungen. Das ist nämlich Pfusch. Klar, funktioniert in 99% der Fälle weil im Basterbereich gnadenlos überdimensionierte FET benutzt werden. Aber wenn der Threadstarter 10 Steckdosen hat und so einen FET für 1,50€ nimmt obwohl einer für 50ct reichen würde, dann hat er hier schon 10€ zu viel ausgegeben und sowas merkt auch ein Bastler hinsichtlich des Budgets.

Ein möglicher Ansatz wäre übrigens der, dass man einen Optotriac nimmt und mit diesem die Spule des Schütz direkt mit 230V ansteuert, dadurch spart man sich einige Bauteile und hat selbst bei hohen Lasten an einer Steckdose keine Probleme mit der Verlustleistung. Hier muss man natürlich schauen welches Schütz man nimmt und welche Bauform (ggf. hoher Haltestrom).
 
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