KSQ(s) mit einem Taster ein und ausschalten

[ultraschall81]

Hallo,

da ich bald meine Wohnung umbauen möchte und dabei gleich die Beleuchtung mit Leds anstrebe, möchte ich mich schon vorher über die Beschaltung informieren.

In einem Raum (Küche, Essbereich und kl. Flur) sollen insgesamt 6 LED-Kreisläufe installiert werden.
Jeweils 3 LED's+KSQ an 13,x V. Dabei sind es immer 2 LED-Kreisläufe für einen "Raumteil", also z.B. 2x3 LEDs für den Essbereich.
Eine Schaltung für die KSQ(s) (6Stück) habe ich schon gefunden und mal auf ein Experimentierboard aufgebaut. Bevor ich die jetzt auf eine Leiterplatte löte, muss ich noch wissen, wie ich die schalten kann.

Es soll je ein Taster für 2 LED-Kreise in die Wand. -> Insgsamt 3 Taster

Nun brauche ich eine Steuereinheit, die die KSQ einschaltet.
Dabei habe ich mir 2 Varianten überlegt:

1. (anscheinend die einfachere):
1. Druck auf Taster -> beide KSQ werden eingeschaltet -> 2 LED-Kreisläufe leuchten
2. Druck auf Taster -> beide KSQ werden ausgeschaltet -> beide aus

2. (würde mir besser gefallen)
1. Druck auf Taster -> eine KSQ wird eingeschaltet -> 1 LED-Kreislauf leuchtet
2. Druck auf Taster -> 2. KSQ wird auch eingeschaltet -> 2 LED-Kreisläufe leuchten
3. Druck auf Taster -> Beide KSQ werden ausgeschaltet -> beide aus

Leider habe ich noch keinen Plan, wie ich das realisieren soll/kann.
Wäre gut, wenn ihr mir ein paar Ideen/Schaltungen geben könnt.

Die Schaltung sollte nach Möglichkeit nicht mit Relais (Sondern Transistoren) aufgebaut sein.

Danke

Ultraschall81

[Sailor]

Die Schaltung die Du benötigst nennt sich bistabile Kippstufe oder einfach Flip-Flop.

Hier die Grundlagen.

Herzlich Willkommen im Forum!

Dein Vorhaben hört sich interessant an - lass uns weiter daran teilhaben!

[ultraschall81]

Danke schonmal für die Antwort.
Die Wiki Seite habe ich auch schonmal offen gehabt.
Leider weiß ich nicht, wie ich den Flip-Flop mit einem Taster bedienen kann. Er hat ja einen "set" und einen"reset" Eingang. Ich will aber keine 2 Taster.
Kannst du mir eine kurze Schaltzeichnung posten oder die Beschaltung beschreiben, damit ich das mit einem Taster hinkriege?

Am Besten für meine 2. Variante ("3-Tastendruck-Modell"). Ich denke, da brauche ich dann mehrere Flip-flops.

Ultraschall81

[Sailor]

Ich will versuchen, Dir eine Schaltung bis morgen hier einzustellen. Ich habe heute schon eine schwierige Navigationsaufgabe in einem anderen Forum einfach zu erklären und sehe im Moment hier immer nur sporadisch rein.

[ultraschall81]

Hi Sailor,

danke schonmal, das wäre super.

Ultraschall81

[jm2_de]

Deine Angaben sind auch ein wenig ungenau, daher hab ich da noch ne Frage.
Hast Du jeweils einen Taster pro LED Kreislauf, also einer der von 1 LED zu 2 LED zu AUS
wechselt wenn man ihn drückt ?

Oder mehrere ?
Also Taster 1 = 1. LED ein, Taster 2. = 2. LED ein und Taster 3. = AUS ?

Und schaltest Du das Netzteil primär (230V) oder sekundär (die 13,x Volt) ?

[Sailor]

Meine ersten Gedanken zur Schaltung, vielleicht kann ja noch jemand mitdenken?

Hier die korrigierte Fassung:

Stromstossschalter.png (6.61 KiB) 10679 mal betrachtet

Die Schaltung hatte ich mal auf einem Lehrgang erklärt, das ist aber schon lange her und die Unterlagen finde ich nicht mehr.

Einige Erklärungen dazu:

R5 ist größer als R4, damit beim Einschalten der Spannungsversorgung ein definierter Zustand herrscht, hier KSQ aus. Wenn beide Widerstände gleich groß sind ist der Einschaltzustand zufällig.

Die Kondensatoren sollten nicht zu klein gewählt werden, damit ein prellen der Schalter nicht zum unerwünschten Umschalten führt. Ansonsten sind die Werte unkritisch, ich würde aber nicht gerade die 16 Volt Typen nehmen.

Das Umschalten kann durch beliebig viele Schalter geschehen, diese werden einfach parallel geschaltet.

Bei den MOSFET habe ich nur einen schnellen Blick ins Datenblatt geworfen, das muss nochmal geprüft werden.

Das ganze ist rein aus den Gedanken, ich habe weder eine Simulation noch einen Testaufbau gemacht!

[Andy_KEH]

Für die 2. Schaltungsvariante bietet sich natürlich - heutzutage ja die Standardantwort - ein µC an. Da kann man am meisten mit machen und auch noch Sonderfunktionen einbauen.
Die Lösung ohne µC wäre ein einfaches Schieberegister. Nur mal so als Anhaltspunkt zum Googeln. ich hab grad keine Zeit da was rauszusuchen.

[Sailor]

Natürlich lassen sich solche Schaltungen auch über IC´s realisieren. Nachdem ultraschall81 aber die KSQ schon selbst aufgebaut hat gehe ich davon aus, dass er auch wissen will was da in den Schaltungen geschieht. Und dann ist ein diskreter Aufbau allemal besser.

Noch zur Schaltung: Die Schaltung benötigt einen Strom von rund 10 mA. Damit liegt die Leistungsaufnahme bei 0,12 Watt. Im Verhältnis zur Verlustleistung von Netzteil und KSQ ist diese also zu vernachlässigen. Sie könnte noch verringert werden, wenn R2, R3, R6 und R7 auf 1,7 kOhm erhöht werden.

Ein besseres Durchschalten kann je nach verwendetem Mosfet erreicht werden, wenn nur R6 und R7 auf 1,7 kOhm erhöht werden und R2 und R3 bei 1,2 kOhm bleiben, weil damit der "Logiglevel" erhöht wird.

[ultraschall81]

Danke schonmal an alle, die sich Gedanken gemacht haben.

@jm2_de: Es sollen mit einem Taster eine oder am besten 2 KSQ (12V) geschaltet werden. Also: 1.Druck->KSQ1 an, 2.Druck-> KSQ2 auch an, 3. Druck beide aus.
Das Netzteil wird voraussichtlich immer laufen.

@Sailor: Danke für die Schaltung. Ich glaube, ich habe fast alle benötigten Teile da und werde es mal aufbauen.
Als Bipolar Transistor habe ich, glaube ich, noch ein paar Kleintransistoren da, ansonnsten nehme ich den BD676 (Darlington), den habe ich rumliegen.
Als Mosfet habe ich keinen BUZ72, aber den BUZ12 oder IRF1405 Hexfet (Von der KSQ von "Muenchner_1968")

Noch ne frage zu der Schaltung: Wenn ich nicht die komplette schaltung damit ein/aus schalte, sondern nur den OP, kann man doch auch einen kleineren Transistor verwenden. Und wenn der OP aus ist, bekommt der MOSFET keine Gate-Spannung und sperrt -> Led's auch aus.

@Andy_KEH: Ja, das mit dem µC wäre die eleganteste Lösung. Ich hatte in der Schule auch schon Microcontroller (C167 ???) programmiert. Aber wie es immer so ist, wenn man das nicht ständig macht, ist es schwer da wieder reinzukommen.
Wenn ich dafür mal wieder Zeit habe, werde ich das aber auf jedenfall in Angriff nehmen.
In Foren lese ich oft was vom Atmel Tiny, reicht der für meinen Anwendungen? Eigentlich braucht der max. 6 I-Ports (3x Taster und 3x dimmen, wobei das dimmen auch über KSQ geht) und 6 O-Ports für 6 KSQ. Da braucht man aber sicher ein Experimentierboard dafür, oder wie bekommt man die geschriebene SW auf den Chip?

Ultraschall

[Sailor]

Du musst nur den Einschaltzustand beachten, damit nicht nach einem Stromausfall die Beleuchtung automatisch einschaltet. Je nach Folgeschaltung müssen R4 und R5 vertauscht werden.

Die Bauteile sind unkritisch. Die FETS habe ich nur nach den Datenblättern herausgesucht. Das ist auch eher als Beispiel gedacht, wie das Signal abgegriffen wird. Bei weniger Leistung kannst Du natürlich auch einen kleineren Transistor verwenden. Beachte nur den BE-Strom, damit er voll aufsteuert aber nicht durchhaut.

Mach die Kondensatoren nicht zu groß, sonst muss zu lange gedrückt werden, um umzuschalten und nicht zu klein, um ein Flattern beim Schalten zu verhindern.

[ultraschall81]

So, habe die Schaltung mal schnell mit den Bauteilen, die ich zur Verfügung habe, aufgebaut.
Dabei habe ich folgende Bauteile verwendet:

R1,R4:10K
R2,R3:1K
R6,R7:1,5K
R5:22K
Transistoren: BD139
Kondensatoren: 10uF, 2,2uF (hatte keine gleichen mehr da)
Mosfet: BUZ12


Soweit funktioniert sie auch.

Man muss halt sehen, wie lange man den Taster drückt, damit die Zustände stabil geschaltet werden.

Ein was ist mir aber aufgefallen:

Ich habe ein etwas betagtes Labornetzteil (1-15V, max 1,5A)
Wenn ich die KSQ voll aufdehe (ca. 950mA LED-Strom) und dann den Taster betätige, ist mir einmal die Stromschutzschaltung vom Netzteil gekommen. Die anderen Male "klackt" das Netzteil bei jedem "einschalten" der KSQ.
Das ist ein Zeichen dafür, das es kurz vor der Strombegrenzung ist.
Wenn ich die KSQ ohne die Stromstoßschaltung betreibe habe ich das noch nicht festgestellt.
In der Zeit, wo der Taster geschlossen ist fließen doch auch nur ein paar mA mehr (I(R1):12V/10k=1,2mA).
Übergroße Elkos habe ich auch nicht in der Schaltung.

Woran kann das denn liegen?

[Sailor]

Das kann eigentlich nur von den Elkos kommen, evtl. im Zusammenspiel mit anderen Elkos.

Wie Du selbst festgestellt hast kommen keine großen Ströme durch die Schaltung zustande, lediglich die Lade - und Entladeströme der Kondensatoren sind kurzzeitig etwas größer.

Im Einschaltmoment könnte aber alles zusammen gerade das gewisse Quentchen ausmachen. Die KSQ liegt dann auch schon dicht an den 1,5 Ampere.

Versuch mal, die KSQ nur mit dem Anschlussdraht einzuschalten, ob es dann nicht auch ist. Vielleicht wird das Klicken nur durch den Schalter nicht wahrgenommen.

Die Schaltzeiten können durch die Wahl der Kondensatoren etwas beeinflusst werden. unter die 2,2 µF würde ich aber nicht gehen, es sei denn, die Taster sind sehr gut entprellt.

[ultraschall81]

Werde nochmal versuchen die KSQ alleine bei voller Leistung anzuschalten.
Kannst du mir mal kurz beschrieben was genau passiert, wenn ich den Taster drücke?
Werden die Elkos beim Tastendruck nicht schlagartig komplett entladen und verpolt aufgeladen? Falls ja, können die mir da um die Ohren fleigen

Ultraschall

P.S. Hat eigentlich jemand eine Idee, wie ich die 2. Variante ohne Microcontroller lösen kann?

[Sailor]

Im Einschaltmoment wird der rechte Transistor leitend, weil der Basiswiderstand R4 kleiner ist als der Basiswiderstand des linken Transistors.

Somit haben wir eine stabile Ausgangslage. Am Gate des FET liegen etwa 0,7 Volt an und der FET sperrt.

Beide Kondensatoren sind entladen, da sie über die Widerstände R1,R2 und R6 bzw. R1, R3 und R7 an gleichem Potential liegen.

Und beim Erklären stelle ich fest dass ich die beiden Kondensatoren falsch herum eingezeichnet hatte! Da habe ich mich beim Zeichnen von Plus über R1 täuschen lassen. Die müssen unbedingt mit Minus an R1 und den Schalter! Das habe ich jetzt korrigiert. Entschuldigung, aber trotz mehrfachen nachrechnens und Kontrolle der Übertragung von Pamphlet zur Reinzeichnung habe ich diesen Dreher nicht gesehen.

Wird ein Taster gedrückt, kommt es zum Stromfluss über R2, R4 und die rechte Diode zum unteren Kondensator. Durch diesen Strom wird das Basispotential des rechten Transistors abgesenkt und der Transistor sperrt.

Damit liegen am Gate des FET die 12 Volt an und der Fet wird leitend.

Wenn der rechte Transistor sperrt, ist ein Strom über R3 und R5 zur Basis des linken Transistors möglich, weil der Kurzschluss, den der rechte Transistor zwischen R3 und R5 geschaffen hatte, nun weg ist.

Beim nächsten Tastendruck geht es umgekehrt.

Achja, noch was: Beim Drücken der Taste kann zum Kondensator des gesperrten Transistors kein Strom fließen, weil Basiswiderstand, Diode und Kondensator parallel zur CE-Strecke des leitenden Transistors sind.

Ich glaube das sollte man sich aufmalen - die Schaltung zwei oder drei mal ausdrucken und mit farbigen Stiften die Erklärung nachvollziehen.

[ultraschall81]

Hi Sailor,

habe gerade dein How² zum Umbau von Halo-Einbauleuchten gesehen und ein paar Fragen dazu:

Kann ich da auch eine 3W Z-Led einbauen und auf die Rückseite des Strahlers einen Kühlkörper kleben?
Braucht man den Alu-Reflektor um das Milchglas zu befestigen, oder kann ich den weglassen?
Suche nämlich noch Einbauringe für meine Deckenbeleuchtung und die scheinen ganz ok zu sein.

[Sailor]

Da bist Du noch etwas früh, ich warte sehnsüchtig auf meine Rebel. Hier die Vorbereitung:

Das sind alles noch Rohlinge. Ob es ausreicht, werde ich sehen.

Der Reflektor hält das Oberteil. Normalerweise ist er eingenietet. Jetzt wird alles (auch der Reflektor) über die Kühlkörper gehalten.

Die Gesamtoberfläche des Alu-Kühlkörpers ist größer als 80 cm², das sollte in Verbindung mit dem Metallgehäuse und der Durchlüftung durch das Gehäuse bis 700 mA ausreichen. Höher gehe ich bei den Leistungs-LED´s nicht. Konkret bin ich am überlegen, ob ich nicht zwischen 350 mA und etwa 500 bis 600 mA umschalte.

Deine Frage nach dem Stromstossschalter kam mir geradewegs entgegen: Ich werde den wohl auch zum Schalten von mehreren Stellen aus einsetzen.

[Borax]

Wenn Du zwei FlipFlops (wie von Sailor beschrieben) 'hintereinander schaltest', dann kannst Du auch so was wie Deine Variante2 erreichen.
Das Schaltverhalten wäre etwa:
Start=Alles aus
1. Klick => KSQ1 an, KSQ2 aus
2. Klick => KSQ1 aus, KSQ2 an
3. Klick => KSQ1 an, KSQ2 an
4. Klick => KSQ1 aus, KSQ2 aus
(siehe auch Sim)

Schaltungsbeispiel:

BiStab1.png (7.04 KiB) 10955 mal betrachtet

Simulation:

BiStabSim1.png (2.81 KiB) 10841 mal betrachtet

Anstatt der Pulse-Spannungsquelle einfach Taster, und anstatt der 100Ohm Widerstände (R13/R14) die KSQs (wie im Schaltplan von Sailor). Die Kondensatoren eher größer (10µF sollten kein Problem sein)

[Sailor]

Danke, Borax, auch für die Simulation. Ich arbeite noch auf Papier und übertrage dann "ins Reine" mt TinyCad. Da passieren dann solche Fehler wie oben. Jetzt hast Du mich überzeugt, dass so ein Simulationsprogramm doch Sinn macht.

Ich war gerade dabei zu beschreiben, die 2. Schaltung am rechten Transistor abzugreifen. Damit wäre dann die Schaltfolge:

Druck: 1 2 3 4 5 ...
KSQ 1: X 0 X 0 X ...
KSQ 2: X X 0 0 X ...

[Borax]

Kann Dir LTSpice empfehlen. Ist kostenlos, nicht so stark eingeschränkt wie PSpice Student, und ein Haufen gängige OPs, Mosfets... sind dabei.
Gibt es hier: http://www.linear.com/designtools/software/

[Sailor]

Hier meine derzeitige "Entwicklungsumgebung", dargestellt am aktuellsten Projekt:

Konnte ich gerade noch aus dem Papierkorb retten.

Die Methode hat den Vorteil, dass man versteht, was man gemalt hat (wenn es dann auch funktioniert).

Sie hat aber den Nachteil, dass man genau weiss, dass es nur so funktioniert, aber nicht versteht, warum nach dem Aufbau nur Qualm zu sehen ist ...

Danke für den Link auf das Programm!

[Andy_KEH]

@Andy_KEH: Ja, das mit dem µC wäre die eleganteste Lösung. Ich hatte in der Schule auch schon Microcontroller (C167 ???) programmiert. Aber wie es immer so ist, wenn man das nicht ständig macht, ist es schwer da wieder reinzukommen.
Wenn ich dafür mal wieder Zeit habe, werde ich das aber auf jedenfall in Angriff nehmen.
In Foren lese ich oft was vom Atmel Tiny, reicht der für meinen Anwendungen? Eigentlich braucht der max. 6 I-Ports (3x Taster und 3x dimmen, wobei das dimmen auch über KSQ geht) und 6 O-Ports für 6 KSQ. Da braucht man aber sicher ein Experimentierboard dafür, oder wie bekommt man die geschriebene SW auf den Chip?
Ultraschall

Beim Atmel kommt man da ganz schnell rein. Den kann man sehr einfach mit Basic (Bascom) programmieren und findet auch in allen Foren jemanden, der einem weiterhelfen kann. Nebenbei wimmelt das Netz von AVR-Seiten. Der ATTiny reicht für solche Zwecke problemlos und braucht fast keine externe Beschaltung. Ein Experimentierboard ist praktisch aber auch nicht unbedingt nötig. Bekommt man aber schon für 15 Euro beim Pollin. Nebenbei kannst du mit dem Prozessor auch die PWM erzeugen um zu dimmen - du brauchst also nur eine einfache lineare KSQ dazu.
Aber das alles jetzt nur am Rande. Man kann das natürlich auch auf die vorgeschlagenen Arten mit diskreten Teilen machen.

[ultraschall81]

Werde mal den 2.Teil noch nachbauen und ausprobieren.
Gibt es die Stromstoßschaltung eigentlich auch irgendwie in einem etwas mehr integriertem Bauteil? Das wäre dann schneller aufzubauen. (Bei 6-8 KSQ macht sich das schon bemerkbar)
Was auch noch sinnvoll wäre, ist ein Programm, das aus einem Schaltplan (Schematic wie in PSpice oder LTSpice) ein Layout für eine Loch/Streifenrasterplatine macht. Habe schon Lochmaster probiert, aber da muss man die Bauteile selber anordnen. Und die normalen PCB layout Programme, sind nur für geätzte Platinen.
Kennt ihr so ein Programm?

Kann ich für den Mosfet auch einen billigeren nehmen? Habe mal bei Reichelt geschaut, da gibt es z.B. den IRF630 für 36 Cent und 5A sollten ja locker reichen. Vielleicht schalte ich auch damit nur den OP der Schaltung und der braucht ja fast nichts.

Gibt es eigentlich bei LTSpice auch ein Poti als Modell?
Kann man auch eine Simulation starten, wo die Spannung gleich ist und sich z.B. der Widerstandswert die veränderbare Größe ist?

[ultraschall81]

Habe gerade eine Schaltung gefunden, die mit kleiner Veränderung (keine set/reset/direkt Eingange, mosfet,...) und in doppelter Ausführung das gleiche tun sollte. (Bauteile)Aufwand ist aber fast gleich.

Was haltet ihr davon?

Edit: Man sollte natürlich auch die Schaltung zeigen:
http://www.elexs.de/schalt3.htm

[Borax]

Gibt es eigentlich bei LTSpice auch ein Poti als Modell?

Jain, man muss sich schon selbst was 'konstruieren'. Oder man nimmt ein fertiges Konstrukt. Die gibt es z.B. in der Yahoo Tech-Group:
http://tech.groups.yahoo.com/group/LTspice/

(Kostenlose Registrierung erforderlich, wie im Forum)

Gibt es die Stromstoßschaltung eigentlich auch irgendwie in einem etwas mehr integriertem Bauteil?

Klar. Entweder als Multi-FlipFlop Baustein (am einfachsten JK-Flipflops mit J=K=High, dann wird daraus ein T-Flipflop; siehe auch: http://de.wikipedia.org/wiki/Flipflop) oder gleich als Zähler bzw. Schieberegister (beim Zähler ist es ähnlich wie bei der besprochenen diskreten Schaltung, mit Schieberegister bekommst Du so ein Verhalten wie Deine zuerst geplante Variante 2).

...ein Programm, das aus einem Schaltplan ein Layout für eine Loch/Streifenrasterplatine macht...

Hätte ich auch gerne!