Stromkreis mit GPIO-Port schließen

  • Hallo Leute,


    ich habe dieses Thema des öfteren schon eröffnet. Leider wurden die Diskussionen meistens recht verwirrend und der letzte Thread ist schon einige Monate her.
    Deswegen wollte ich dieses Mal recht allgemein meine Frage formulieren:

    Was benötige ich, um einen Stromkreis mit Hilfe der GPIO-Ports zu schließen?
    Bisher hätte ich zwei Antworten:
    A1. Einen Optokoppler oder

    A2. Ein Relais.



    Meine Frage zielt speziell auf folgende Unterfragen ab:
    B1. Woran merke ich, wann oben Antwort A1 oder A2 richtig ist?

    Bei Verwendung eines Optokopplers:
    B2. Wie wähle ich den Optokoppler?
    B3. Ich messe am zu schließendem Stromkreis die Spannung, wie genau berechne ich anschließend den Widerstand vor dem Optokoppler LED und was muss ich noch machen, um dann den Optokoppler mit dem PI schalten zu können?

    B4. Benötigt der zu schaltende Strom auch einen Widerstand?


    T

    Edited once, last by DEVV ().

  • Du zaeumst das Pferd von hinten auf. Wenn du einen Strom schalten willst, dann musst du erstmal definieren, was du schalten willst. Und dann kann man sich der Frage widmen, *wie* man das macht.

  • Na dann. Schauen wir mal, ob dir einer deinen gewuenschten Roman schreibt. Ich bin skeptisch.


  • Was benötige ich, um einen Stromkreis mit Hilfe der GPIO-Ports zu schließen?
    Bisher hätte ich zwei Antworten:
    A1. Einen Optokoppler oder

    A2. Ein Relais.

    Die Frage ist relativ und lässt sich damit auch recht vieldeutig beantworten. Weitere mögliche Antworten wären u.a. ein Stück Draht, ein Schalter o. Taster, ein Widerstand bzw. um den RPi bei einer Fehlprogrammierung nicht zu beschädigen, sollte aber immer ein strombegrenzender Widerstand mit in deiner Schaltung sein, falls Du vorhaben solltest einen GPIO Port direkt mit +3,3V bzw. GND zu verbinden. Schreib einfach was genau dein Ziel sein soll, dann kann dir bestimmt auch jemand helfen.

  • Na dann. Schauen wir mal, ob dir einer deinen gewuenschten Roman schreibt. Ich bin skeptisch.

    Die oben beschriebenen Fragen stelle ich mir nunmal. Aktuell gibt es nichts genaues umzusetzen. Wenne kein Bock hast die Fragen zu beantworten, ist das okay, dann brauchst du hier aber einfach nichts schreiben.
    Ansonsten bin ich für Antworten Dankbar.


    @Relbmessa: Ich lese mir den Link gleich mal durch. Beim groben überfliegen habe ich allerdings nicht das Wort Optokoppler gefunden.

  • Hallo,

    ein Optokoppler ist nicht zwingend.

    Nur wenn man eine galvanische Trennung benötigt wird, ist er eine Möglichkeit.

    Auch mit einem Relai erreicht man eine galvanische Trennung.

    Die zu beachtenden Parameter werden in dem Link beschrieben.


    RE

  • Das hängt im wesentlichen davon ab, welche Spannung und welchen Strom du schalten willst.

    Wenn dir 3,3 Volt und 3 mA genügen, kannst du bereits ohne weitere "Zutaten" einen Stromkreis über den GPIO schließen. Du könntest eine LED mit einem Widerstand von ca. 430 Ohm an den GPIO und an GND anschließen. Schaltest du den GPIO auf HIGH, ist der Stromkreis geschlossen und es fließen ca. 3 mA.


    Wenn du andere Spannungen und/oder höhere Ströme schalten willst, geht das so nicht, weil die GPIOS sehr empfindlich sind und weder das eine noch das andere verkraften.


    Ein Optokoppler lässt sich mit dem geringen GPIO-Strom schalten und kann an seinem Ausgang je nach Typ eben höhere Spannungen und Ströme schalten. Ein 817 wird in Datenblättern z. B. mit 35 V und 30 mA angegeben. Der Ausgang eines Optokopplers ist eigentlich nichts anderes als ein Transistor. Ein Optokoppler hat den Vorteil, dass er den Stromkreis des Pi (GPIO) vom Lastkreis galvanisch trennt - es gibt also keine Leitende Verbindung zwischen dem empfindlichen GPIO und der für den Pi "gefährlichen" Spannungsquelle, die du schaltest.
    Willst du mehr, musst du ggf. einen anderen Optokoppler wählen oder hinter den Optokoppler einen Transistor schalten, der noch mehr Spannung/Strom verträgt. Es gibt auch Darlington-Optokoppler, die also schon einen zweiten Transistor eingebaut haben und z. B. 300V, 150 mA schaffen.

    Zwei (oder mehr) Transistoren hintereinander können höhere Ströme schalten, weil sich die Stromverstärkung der Transistoren potenziert (Darlington-Schaltung).

    Du kannst auch direkt einen Transistor (oder eine Darlington-Schaltung) mit dem GPIO ansteuern, dann entfällt logischerweise die galvanische Trennung.


    Für noch höhere Spannungen und Ströme kannst du mechanische Relais oder Halbleiterrelais verwenden. Die werden in der Regel wiederum über Optokoppler/Transistoren angesteuert. Während Transistoren nur Gleichspannung schalten können, kannst du mit einem mechanischen Relais auch Wechselspannung schalten. Halbleiterrelais gibt es je nach Bedarf für Gleichspannung und Wechselspannung. Spätestens wenn du also Hauhaltsgeräte, Lampen usw. schalten willst, musst du auf Relais zurückgreifen.


    Für einen Konkreten Fall musst du also Spannung und Strom kennen und entscheiden, ob du eine galvanische Trennung haben möchtest.

    Oh, man kann hier unliebsame Nutzer blockieren. Wie praktisch!

  • Die oben beschriebenen Fragen stelle ich mir nunmal. Aktuell gibt es nichts genaues umzusetzen. Wenne kein Bock hast die Fragen zu beantworten, ist das okay, dann brauchst du hier aber einfach nichts schreiben.
    Ansonsten bin ich für Antworten Dankbar.


    @Relbmessa: Ich lese mir den Link gleich mal durch. Beim groben überfliegen habe ich allerdings nicht das Wort Optokoppler gefunden.

    Der Hinweis, dass eine Frage ggf. zu breit gestellt ist, ist durchaus eine sinnvolle Antwort. Aber pamp ruhig rum, davon kriegen nur mehr Leute Bock, dir mit Engelsgeduld von Adam & Eva zu erzaehlen.

  • :angel:Stell dir vor, es gibt eine Insel namens Pi, da kann man Brücken zum Festland bauen, auf der Brücke dürfen aber nur 2-3 Leute gleichzeitig drüber laufen (Die Bewohner von Pi streiten manchmal drüber, ab wievielen Leuten gleichzeitig die Brücke einstürzt, aber sicher ist sicher).

    Ausserdem können die Leute von Pi nicht mehr als 3,3 Meter Höhenunterschied bewältigen, weil sie sonst einen Herzkasper bekommen.

    Und weil die ganzen Waren nicht in Pi gebraucht wurden, hat man nur die wenigen über die Brücke geschickt, die sagten, welche und wieviele Waren wohin geschickt werden sollten. Den einen wenigen auf der anderen Seite reichte schon das leuchten einer Taschenlampe um sie zu dirigieren, die anderen, die in Scharen kamen, brauchten viele Wegweiser von Pi, die ihnen den Weg absperrten. Da letztere aber so viele waren, konnten sie viel mehr transportieren, als die wenigen und wenn sie nicht gestorben sind, leben sie noch heute.:angel:

  • Wenn dir 3,3 Volt und 3 mA genügen, kannst du bereits ohne weitere "Zutaten" einen Stromkreis über den GPIO schließen. Du könntest eine LED mit einem Widerstand von ca. 430 Ohm an den GPIO und an GND anschließen. Schaltest du den GPIO auf HIGH, ist der Stromkreis geschlossen und es fließen ca. 3 mA.


    Wenn du andere Spannungen und/oder höhere Ströme schalten willst, geht das so nicht, weil die GPIOS sehr empfindlich sind und weder das eine noch das andere verkraften.


    Ein Optokoppler lässt sich mit dem geringen GPIO-Strom schalten und kann an seinem Ausgang je nach Typ eben höhere Spannungen und Ströme schalten. Ein 817 wird in Datenblättern z. B. mit 35 V und 30 mA angegeben. Der Ausgang eines Optokopplers ist eigentlich nichts anderes als ein Transistor. Ein Optokoppler hat den Vorteil, dass er den Stromkreis des Pi (GPIO) vom Lastkreis galvanisch trennt - es gibt also keine Leitende Verbindung zwischen dem empfindlichen GPIO und der für den Pi "gefährlichen" Spannungsquelle, die du schaltest.
    Willst du mehr, musst du ggf. einen anderen Optokoppler wählen oder hinter den Optokoppler einen Transistor schalten, der noch mehr Spannung/Strom verträgt. Es gibt auch Darlington-Optokoppler, die also schon einen zweiten Transistor eingebaut haben und z. B. 300V, 150 mA schaffen.


    wieviel 817 soll er denn kaufen um genau den zu finden der einen CTR über 100% hat?

    Das Datenblatt schreibt

    https://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A500/LTV817.pdf

    CTR 50%-600% bei 5mA

    bei 3mA also weniger!


    das bedeutet er findet vielleicht einen der mehr kann wenn er nur genügend viele kauft mit etwas Glück, mit Pech erwischt er auch 500Stück die nur 1,5mA schaffen also halben Opto LED Strom!


    Aber wenn du einen kennst der sicher mehr als CTR 100% hat dann wäre es hilfreich diesen zu nennen.


    Ich sage dazu eher nicht Optokoppler sondern Photomos Relais wie den AQV252g

    Der kann schon 1A schalten bei 3mA

    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)

  • Was benötige ich, um einen Stromkreis mit Hilfe der GPIO-Ports zu schließen?
    Bisher hätte ich zwei Antworten:
    A1. Einen Optokoppler oder

    A2. Ein Relais

    Was willst du denn ansteuern?

    Eine LED, einen fetten Elektromotor, eine 3KW Heizung?


    Wenn du deine GPIOs schützen willst, nimmst du den Optokoppler.

    Wenn du größere Lasten schalten musst und/oder andere Spannungen benötigst, ist ein entsprechendes Relais zu verwenden (zulässige Schaltfrequenz Spannung und Strom beachten).

    Relais würde ich grundsätzlich mit Optokoppler betreiben, um die GPIOs zu schützen.


    Eine LED kannst du mit Vorwiderstand ohne Optokoppler ansteuern.


    Wenn du mehr wissen willst, solltest du ein paar Bücher über Elektrotechnik und Halbleiter lesen.

  • Wenn man die Ausgänge des GPIO schützen will, muss man auf alle Fälle entweder mit Optokopplern oder mit Treibern arbeiten.

    Wecher Art dann das Ganze ist, ergibt sich dann aus der Schalung, die dann am GPIO hängen soll, von der wir nix wissen.

    Wenn du dir z.B. einfach als Beispiel diese Relaismodule anschaust, für Arduino oder Raspberry PI, haben die meist einen Optokoppler am Eingang und einen Trasistor dahinter, der dann das Relais treibt.

    Relais Modul mit Optokoppler (Affiliate-Link)

    Das Ganz gibt es auch als Mosfet Treiber, wo am Eingang ebenfalls ein Optokoppler hängt, aber dahinter dann ein MosFet.

    MosFet Modul mit Optokoppler (Affiliate-Link)

    Sowas gibt es sogar zum AC schalten, da hängt dann hinter dem Oprokoppler ein Triac.

    AC Modul mit Thyristor (Affiliate-Link)


    Soll heißen, pauschal kann man da nichts genaues sagen ohne zu wissen, WAS da denn am GPIO geschaltet werden soll!

    Solange es 3.3V DC und ein paar mA nicht überschreitet, kann man es direkt mit dem GPIO machen.

    Aber zur Sicherheit und um den PI zu schützen, würde ich immer einen Treiber dahinterhängen.

    Also entweder einen Optokoppler wegen der galvanischen Trennung der Stromkreise oder einen banalen Transistor, der dann ein Relais schaltet oder einen Treiberbaustein alá ULN2803, der bis 50V DC und insgesamt 500mA schalten kann.

    ULN2803