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Schaltungsauslegung für Schalten mit digitalem Ausgang

16/02/2011 - 11:41 von Benjamin Wiese | Report spam
Hallo,

da ich studientechnisch eher aus der Informatik-Richtung komme
(Computational Engineering) und nur sehr oberflàchliche
Elektronik-Kenntnisse besitze wollte ich euch um Hilfe bitten.

Ich möchte eine induktive Last (hydraulisches Quetschventil, 850 mA bei
12 V DC) über einen digitalen Ausgang vom PC aus ein- und ausschalten.
Hierzu verwende ich das I/O-Geràt "NI USB-6009" von National Instruments
(Produktseite: http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/...nid/201987
Handbuch:http://www.ni.com/pdf/manuals/371303l.pdf). Es verfügt über
digitale Ausgànge, welche als open-collector oder active-drive
konfiguriert werden können. Beim open-collector-Betrieb haben sie 5 V
DC, bei active-drive 3.3 V DC. Der Maximalstrom betràgt 8.5 mA pro Kanal
(das Geràt wird ausschließlich über USB versorgt).

Wegen des begrenzten Stroms habe ich mir überlegt die Last über ein
Relais zu schalten, welches wiederum von einem Transistor geschalten
wird dessen Basis mit dem digitalen Ausgang verbunden ist im
active-drive Betrieb.
Ich verwende hierzu den NPN Darlington Transistor "BD 679A" (Datenblatt:
https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/...data_e.pdf).
Mein Relais hat einen Spulen-Widerstand von 700 Ohm und eine
Spulen-Leistung von 0.206 W bei 12 V DC. Es wird über ein 12V AC/DC
Netzteil (Schaltnetzteil - falls das einen Unterschied macht) betrieben,
dessen Minus-Ausgang ich mit dem Masse-Ausgang des digitalen Ausgangs
verbinden würde um ein gemeinsames Bezugspotential zu haben (macht man
das so?).

Den von mir erstellten Plan dieser Schaltung findet ihr hier (PDF):
http://dl.dropbox.com/u/1587838/cir...valves.pdf

Ich habe nun etwas recherchiert und bin bei der Dimensionierung des
Basiswiderstands folgendermaßen vorgegangen (Matlab-Code):

V_CE_sat = 0.9; % V DC Collector-Emitter saturation Voltage
h_FE = 250; % DC current gain of transistor
V_BE_sat = 1.35; % V DC Base-Emitter saturation-voltage

V_CC = 12; % V DC Supply voltage for load
P_load = 0.206; % W Power of the load
V_BB = 3.3; % V DC Supply voltage for base

R_load = V_CC^2 / P_load; % Ohm Resistance of the load
I_C_sat = (V_CC - V_CE_sat)/R_load; % A Collector current

I_B_min = I_C_sat/h_FE; % A Minimum base current at saturation
I_B_min = 3*I_B_min; % multiply by 3 to be safe
V_R_B = V_BB - V_BE_sat; % V DC Voltage drop at base resistor
R_B = V_R_B/I_B_min; % Ohm Resistance of Base Resistor

Das Ergebnis ist: 10.2 kOhm für den Basiswiderstand.

Die Werte des Transistors habe ich aus den Kennlinien abgelesen (Figure
6 und Figure 8 im Datenblatt). Ich habe mich für einen
Darlington-Transistor entschieden, da alle "normalen" Transistoren die
ich fand ein zu kleines h_FE von 10 oder 20 hatten (bei Sàttigung
wohlgemerkt).

Meine Frage ist nun: habe ich die Werte richtig abgelesen und den
Basiswiderstand korrekt berechnet? Weiterhin: Ist mein Vorgehen
prinzipiell sinnvoll oder macht es z.B. mehr Sinn den Ausgang als
open-collector zu verwenden?

Außerdem möchte ich Relais und Transistor vor Überspannung beim
Abschalten schützen, indem ich eine Rectifier-Diode ("1N 4001"
Datenblatt:
https://www1.elfa.se/data1/wwwroot/...4007_E.pdf)
jeweils parallel dazu verbinde. Ist das sinnvoll bzw. habe ich die Diode
richtig dimensioniert?


Mit einer Antwort würdet ihr mir wirklich sehr weiterhelfen.

Danke schonmal und Gruß,
Benjamin
 

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#1 Dieter Wiedmann
16/02/2011 - 13:08 | Warnen spam
Benjamin Wiese schrieb:

http://dl.dropbox.com/u/1587838/cir...valves.pdf



Ganzes Geraffel weglassen, AQZ102 nehmen. Vorwiderstand für die LED und
Freileufdiode fürs Magnetventil sind natürlich noch nötig.
Als erheblichen Vorteil hast du dann galvanische Trennung zwischen Last
und Steuerkreis.


Gruß Dieter

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