12V via GPIO schalten

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Wer Lust hat, kann sich gerne beteiligen. ;)
  • Tach,

    Nach langem googlen und viel Verwirrung möchte ich mich an euch wenden. Habe mir vor kurzem einen Raspi geholt. Wollte über GPIO hierfür im Auto verschiedene Sachen intergrieren (Fenster hoch/runter, Blinker, etc.). Hab mich schon überall schlau gemacht und bin aber mittlerweile verwirrt. Kenne mich zwar ein wenig mit Elektronik aus, aber verstehe ich nicht ganz was ich jetzt benötige. Habe auf paar Seiten von Transistorvorstufen, Relaisschaltungen oder Opptokopplern gelesen. Was brauch ich den nun wirklich? Dachte eigentlich das es reicht an die Basis des Transistor einen GPIO Pin auf High zu legen und dann hat sich die Sache... Oder einfach ein Relais bzw. Optokoppler holen und hier einen Pin an Ground und den anderen an den GPIO Pin zu legen.
    Lange Rede, kurzer Sinn: Ich möchte möglichst einfach und günstig 12V mit dem Raspi schalten.

    Danke schonmal im Vorraus.

    Greetz


  • Normale Auto bzw. Motorradbatterie also 12 Volt bzw. 30A wenn mich nicht alles irrt.

    ??? der Starter zieht bis zu 200A

    lasst die PIs & ESPs am Leben !
    Energiesparen:
    Das Gehirn kann in Standby gehen. Abschalten spart aber noch mehr Energie, was immer mehr nutzen. Dieter Nuhr
    (ich kann leider nicht schneller fahren, vor mir fährt ein GTi)

  • > Dachte eigentlich das es reicht an die Basis des Transistor einen GPIO Pin auf High zu legen
    > und dann hat sich die Sache...
    Nicht bei 30A. Das braucht einen Leistungstransistor mit Kuehlkoerper und
    mehr mehr Strom zur Ansteuerung des Transistors als der PI liefern kann.

    > Oder einfach ein Relais bzw. Optokoppler holen und hier einen Pin an
    > Ground und den anderen an den GPIO Pin zu legen.
    Fuer 30A braucht es ein massives Relais, das wiederum einen beachtlichen
    Strom zur Ansteuerung braucht. Moeglicherweise geht es mit einem Solid-
    State Relais, aber die wollen meist mehr als 3.3V Eingangsspannung.

    Ich denke, die Loesung wird zweistufig sein: ein Optokoppler der eine
    Ansteuerschaltung fuer ein grosses Relais treibt. Das grosse Relais
    wird dann direkt mit 12V betrieben.

    Dass der PI in einem Auto lange durchhaelt, bezweifle ich. Der ist nicht
    fuer solche Anwendungen gebaut.

    Ein Schwachpunkt duerfte die SD-Karte sein. Die haengt zu zwei Dritteln
    in der Luft, und die Halterung sieht nicht ruetteltauglich aus.

    Und dazu noch eine Umgebungstemperatur von -20 bis +70 Grad, das
    macht einem Print ziemlich zu schaffen ...

    Es gibt hier zwar einige Leute die Raspberries in Autos einbauen. Eine
    Frage zu diesem Thema im Forum bringt wahrscheinlich weitere Erkenntnisse.

    Einmal editiert, zuletzt von Tell (5. Juni 2014 um 00:14)

  • Der Pi soll ja nicht die Zündung übernehmen, ich will lediglich beispielsweise das Fenster herunterkurbeln... Hatte auch schon eine etwas umständliche Idee, das der Pi einen Motor ansteuert, welcher dann über ein Zahnrad praktisch gesagt einen Schalter betätigt. Aber irgendwie muss das doch auch einfacher gehen oder nicht?


  • Der Pi soll ja nicht die Zündung übernehmen, ich will lediglich beispielsweise das Fenster herunterkurbeln... Hatte auch schon eine etwas umständliche Idee, das der Pi einen Motor ansteuert, welcher dann über ein Zahnrad praktisch gesagt einen Schalter betätigt. Aber irgendwie muss das doch auch einfacher gehen oder nicht?

    normalerweise sitzt der Motor in einer Brückenscaltung, du willst ja hoch und runter können ! also muss der Motor umgepolt werden. Was ist wenn der Motor über eine Buslogik, Canbus mit Controller gesteuert wird ?

    Wenn alles so einfach wäre ;)

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  • Für deinen Verwendungszweck würde ich dir empfehlen an den GPIO einen kleinen Transistor zu hängen, der dann ein Relais ansteuert. Relais gibts für 12 Volt zu kaufen, großer Vorteil ist das eine Galvanische Trennung der Last stattfindet wenn es geöffnet ist. Ein Relais ist quasi ein Schalter, der durch einen elektromagneten betätigt wird, also so ähnlich wie deine Idee einen Schalter mit einem Elektromotor zu schalten.
    Relais können außerdem je nach Typ auch relativ hohe Ströme schalten.

  • Hi! Also das die Zündung 200A zieht ist für deine Verwendung völlig egal! Was du mit 30 A bei deiner Batterie meinst weiss ich noch nicht so genau... Aber...

    Die verbraucher wie Fensterheber, Licht oder sonstige Sachen die zur Ausstattung gehören kannst du einfach an Relais anschließen! Autos arbeiten eh meistens (wo die Sicherungen sind) mit Relais.. Wenn du das jetzt nicht komplett nachrüstest kannst du diese auch gleich verwenden... optokoppler würde ich sagen sind dazu nicht nötig..

    Wenn du es für Blinker und so nehmen willst.. dann lass das aber nicht den TÜV sehen ^^

    Rede wenig, rede wahr, trinke mäßig, zahle bar.:angel:

    Einmal editiert, zuletzt von Kornfeld (27. Juli 2014 um 17:06)


  • Die verbraucher wie Fensterheber, Licht oder sonstige Sachen die zur Ausstattung gehören kannst du einfach an Relais anschließen!

    und was soll das nutzen wenn sie busgesteuert sind ?

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  • Wenn du da noch genauere Infos brauchst musst du die Verbraucher und die Art deiner Vorhaben etwas genauer beschreiben.. z.B. denke ich nicht das du unbedingt normal blinken willst?!

    Code
    und was soll das nutzen wenn sie busgesteuert sind ?

    Sind sie das denn? Wenn er ein neuartiges Modell hat wo die Fensterheber über einen Bus gesteuert werden.. dann würde ich wahrscheinlich die Finger von lassen wenn ich in einem Forum nach Relais oder Transistoren frage (da es sonst z.B. auch schnell mal stehen bleibt und keiner wegen den Basteleien etwas probieren möchte)... wenn man es aber in z.B. einem Golf 3,4 oder sowas ähnliches vom Modell nachrüsten möchte oder einfach nur erweitern möchte dann sind Relais die Wahl die ich empfehlen würde

    Relais, Blinkrelais etc gibt es ja auch für Autos zu kaufen bestimmt auch für sein Modell

    Rede wenig, rede wahr, trinke mäßig, zahle bar.:angel:

    Einmal editiert, zuletzt von Kornfeld (27. Juli 2014 um 17:16)

  • Hallo,

    ungeachtet der Dinge bei welchem Fahrzeug nun welche Art der Steuerung wo und wie
    eingesetzt werden würde, ist das Schalten von 12V mit 30A heutzutage nicht mehr so schwer.

    Vorschlag (Theorie):
    Zum Einsatz würde dabei bsp. ein HEXFET® Power MOSFET des Typ's "IRL2203N" kommen im
    TO-220 Gehäuse (lässt sich einfach kühlen durch die Bauform bedingt). :thumbs1:

    Die durch den Raspberry-PI verfügbare kleine Ansteuerspannung von 3.3-3.5V dürfte bei
    diesem Model ausreichen, um laut Datenblatt gekühlt bis zu 60A locker schalten zu können.

    Der Innenwiderstand würde geschaltet bei nur ca. 7 mOhm liegen. Benötigt würden dazu noch
    zwei Widerstände von bsp. 10k (GPIO zu Gate) und 1M (Gate zu Source).
    Dies wäre die notwendige Mindest- oder Grundbeschaltung des besagten Transistors.

    Diese Art wird auch sehr viel im Modellbau eingesetzt, bei denen es um weitaus höhere Ströme
    dreht, beispielsweise in Fahrtreglern für einfache Modell-Motoren. :rolleyes:

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
    und sind zum Auslösen allg. Verwirrung und Panik vorgesehen! :lol:

    Einmal editiert, zuletzt von Cancriformis (27. Juli 2014 um 19:41)

  • Hallo PsychoMantis,

    von den Leistungsdaten her kommt der von Dir vorgeschlagene schon recht gut rüber, aber - es schaut auf den ersten Blick auch nur so aus. :huh:

    Laut Datenblatt (im Datasheet, auf Seite 3, Fig 1. Typical Output Characteristics) würde bei einer VGS, Gate-to-Source Spannung von nur ca. 3.2V-3.5V (anstatt 5V oder mehr) - das sagt zumindest die Grafik aus, nur ein Strom von max. 3-5A fliessen. Das würde nicht reichen wenn man selbst min. 30A bei 12V schalten möchte! =(

    Er fängt wohl erst bei einer Gatespannung von ca. 5V - 7V erst so richtig an, die notwendige Stromstärke die er kann, durchzulassen. :(

    Wenn müsste man auf jeden Fall einen Power-MOSFET im Niederspannungsbereich finden, der schon bei einer Gatespannung von bis zu 3.3V fast "durchschalten" würde, sprich auch der Innenwiderstand schon sehr gering wäre, somit nur noch ein paar Milliohm. Andernfalls wäre die Verlustleistung bei einer Spannung von nur 12V doch recht hoch vergleichbar mit dem, was möglich wäre.

    Wenn alle Stricke reißen könnte man auch noch mit einer Vorstufe als Ansteuerung arbeiten, welche dann aus der GPIO-Spannung von nur 3.3V seitens des Raspberry-PI eine höhere Gate-Source Schaltspannung liefern würde (kleines Power-MosFet Einmaleins), und dann erst in die Leistungsendstufe geht (ähnlich einer Darlingtonschaltung). Eine andere Möglichkeit wäre auch ggf. der Einsatz eines PhotoMOS-Relais als Vorschaltstufe, aber das müsste ich auch erst wenn in der Praxis erst einmal austesten. :)

    Es gäbe somit viele techn. Möglichkeiten um die doch sehr geringe Signalspannung des Raspberry-PI in einen richtigen "Schalter" mit hoher Leistung zu verwandeln, ohne das die GPIO mit "hoher" Stromentnahme belastet würde (quasi "statisch leistungslos"). :D

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
    und sind zum Auslösen allg. Verwirrung und Panik vorgesehen! :lol:

    Einmal editiert, zuletzt von Cancriformis (28. Juli 2014 um 07:51)

  • Danke für die kleine Anleitung zum lesen des Datenblattes. Jetzt habe ich das mit der Gate-Source-Spannung kapiert. Eine Sache habe ich allerdings noch nicht verstanden: Bei meinem oben erwähnten Punktschweißgerät habe ich noch ein MOSFET-Treiber gebraucht. Wofür und was ist das? Das müsste ja eigentlich so eine Vorstufe sein, wie du meinst, oder?
    Und noch was: Das mit der Gate-Source-Spannung ist ja nun klar, aber was ist mit der Gate-Source-Stromstärke? Der Mosfet braucht doch sicherlich eine bestimmte Stromstärke um zu funktionieren, oder? Könnte man einen BC337 als Vorstufe nehmen?

    Einmal editiert, zuletzt von PsychoMantis (28. Juli 2014 um 10:06)


  • aber was ist mit der Gate-Source-Stromstärke? Der Mosfet braucht doch sicherlich eine bestimmte Stromstärke um zu funktionieren, oder? Könnte man einen BC337 als Vorstufe nehmen?

    Der Trasi könnte klappen
    imwesentlichen ist die Gate Kapazität zu berücksichtigen die sind bei fetten MOS FETs auch fett und brauchgen einiges an Umladestrom um auf kurze Schaltzeiten zu kommen, sonst verbrät man die meiste Leistung beim Ein- und Ausschalten vom FET

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  • Und noch was: Das mit der Gate-Source-Spannung ist ja nun klar, aber was ist mit der Gate-Source-Stromstärke? Der Mosfet braucht doch sicherlich eine bestimmte Stromstärke um zu funktionieren, oder? Könnte man einen BC337 als Vorstufe nehmen?


    Bei einem Mosfet fliesst dauerhaft praktisch kein Steuerstrom, nur zur Umladung der Gate-Source-Kapazität bei Steuerspannungsänderung.
    Uups, zu spät...

    Einmal editiert, zuletzt von habichthugo (28. Juli 2014 um 10:26)

  • PsychoMantis: Bin mir da nicht 100%ig sicher, aber ich denke das die von mir zuvor alternativ erwähnte "Vorstufe", ähnlich wie in Abb. 2 von Dir, mit dem Einsatz eines "PhotoMOS-Relais" da automatische deinen Anforderungen genügen würde. ;)

    Ob die 3.3V von der GPIO ausreichen hängt vom Modell dieses Schalters ab, diese fangen so bei 1.2 - 1.7V nach an (Steuerspannung). Müsste man mal intesiver nach ausschau halten. :shy:

    Hinweis am Rande:
    Die hier vorkommenden Fremdwörter sowie Schreibfehler besitzen ein Echtheitszertifikat
    und sind zum Auslösen allg. Verwirrung und Panik vorgesehen! :lol:

    Einmal editiert, zuletzt von Cancriformis (28. Juli 2014 um 10:54)


  • ...Ob die 3.3V von der GPIO ausreichen hängt vom Modell dieses Schalters ab, diese fangen so bei 1.2 - 1.7V nach an (Steuerspannung). Müsste man mal intesiver nach ausschau halten. :shy:


    die Spannung ist nicht das Problem, mir ist kein Optokoppler begegnet der mehr als 1,2V für die LED braucht, IR LED ABER alle wollten mindestens 10mA was ohne Treiber am PI eher ungünstig ist.

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