Spannungswandler-Erweiterungsboards

  • Hallo zusammen,

    das Thema Spannungswandler (mit Optokoppler) kommt hier eh öfters vor, mir geht es hier weniger um Hilfestellung bei der Schaltung sondern um folgendes:
    Ich habe ein Projekt wo ziemlich alle Eingänge und Ausgänge mit 24VDC arbeiten. Das ganze mit Optokopplern lösen wäre an sich kein Problem, aber wird relativ aufwändig hier selber alles machen, vor allem weil soweit ich das finden konnte, es bei Optokopplern maximal welche mit 4 Ein/Ausgängen gibt. Außerdem ist selber Gebautes schlicht und einfach eine zusätzliche Fehlerquelle, daher würde ich gerne was Fertiges verwenden (Ganz bestimmt nicht wegen Faulheit :P )

    Die Frage ist also, ob es Tipps bzw. Empfehlungen gibt für fertige Erweiterungsbords, mit denen ich mit 3.3V GPIO Ausgängen 24V schalten bzw. mit 24V Eingängen auf 3.3V GPIO schalten kann und das ganze am besten gleich mit möglichst vielen Ein-/Ausgängen auf einmal. Meine Steuerung wird aus einem Raspi5 und I/O-Erweitungen, die via I²C kommunizieren, bestehen.


    Habe schon diverse Online-Stores (Conrad, Reichelt,...) durchsucht, aber bin nicht wirklich fündig geworden, auch hier im Forum konnte ich soweit nichts finden. Denke eigentlich, ich bin sicher nicht der erste mit dieser Anforderung, aber vlt. gibts da wirklich nichts?

  • Das klingt zwar erst einmal alles ganz toll, was dieses Superplatinchen beherrschen soll. Nur würde der TO jocki dafür beide Versionen benötigen.
    Aus Outputplatine benötigt er die 5 Volt Version, wenn der I2C Schaltexpander den er bei seinem Aufgab verwendet 3,3 V oder 5 V Ausgangspannung liefert. Zudem muss dieser OUT Pro Kanal Minimum mind. 8 bis 15 mA bereitstellen können, damit diese Schaltung funktioniert.
    Ohne die Details zu kennen welchen I2C Schaltausgangs-Dingsdabums er verwendet, der PCF8574 könnte es gerade noch so überleben ( PTOT) wenn zufälliger Weise alle 8 Ausgänge gleichzeitig auf HIGH gesetzt werden. Würde er die 16 Bit Versionen ( 16 Kanal ) wie aus der MCP23x17/18 Serie verwenden wollen, wäre das der sichere Tot ( Überlast ) dieses Ausgangsschaltbausteins. Oder er verwendte von eine weitere Zwischenschaltstufe -> Siehe Datenblatt dieses Portexpanders: Der einzelne Pin als Ausgang kann maximal 25 mA liefern, und in der Summe aller OUTPUT GPIOs dürfen bei einer Vcc ( Versorgungsspannung ) von 5,0 Volt maximal 150 mA durch den ganzen Chip / alle Ausgänge zusammen fließen. Fall er diesen I2C Schaltausgangs- Irgendwas ( weil ja die genaue Spezifizierung fehlt ) nur mit 3,3 Volt betreibt, sinkt der maximale Ausgangsstrom ( Summe aller Output GPIOs zusammen ) auf 125 mA.
    Ich kann nicht abschätzen ob der Fall eintreten könnte das mehr wie 8 dieser Output Kanäle gleichzeitig aktiv werden könnten, aber das reicht keinesfalls aus, um mehrere dieser "Pegelwandle" und Leistungsschaltplatinen parallel zu betreiben.

    Und um den Fall Eingang zu betrachten, müsste er auf die 12 Volt Variante zurückgreifen, um mit einem 24 Volt Eingangssignal ein 3,3 V Ausgangssignal zu erzeugen.
    In meinem Augen technischer Wahnsinn, einen solchen Aufwand nur für eine INPUT Lösung zu betreiben. Zumal zu bedenken ist, das nach dem Optokoppler ( 24 Volt Input ) auf der Ausgangsseite noch ein MOSFET hängt der alles Grillen könnte was auf der Ausgangsseite ( 3,3V ) = Input hängt.
    Als Input-Converter würde besagte und verschmähte Optokopler mit einem Vorwiderstand für den 24 Volt Eingang ( LED Seite ) ausreichen, dazu eine kleine Hilfsschaltung aus einem Pullup zum Collektor und einem Basisvorwiderstand zu einem Kleinlast PNP Transitor, und das wieder ausgekoppelt als zweite Inverterstufe und die Sache hätte sich erledigt.

    https://tinyurl.com/24pw7dgu

    Hier stellt der 10 K + Schalter + den NPN Transistor die Empfängerseite im Optokoppler dar. Die Beschaltung rechts des NPN Transistors mit seinem Collector Pullup würde dann die ruhestromfreie Schaltung und Inverterstufe darstellen -> so dass das dargestellte Voltmeter der Eingang des I2C Eingangs-Schaltkreises darstellen würde. Auf die Darstellung der Eingangsseite 24 Volt Eingang habe ich mal bewusst weggelassen, weil mir nicht bekannt ist, um welche Art von Ausgangs diese 24 Volt Komponenten haben, OpenCollector oder PushPull.

    Da der TO auch keine Angaben macht welche Ströme diese geschaltenen 24 Volt Komponenten haben sollen / werden, halte ich diese Ebay Angebot eher für eine Bauernfängerei die viel verspricht, aber wenn man auf die Details schaut, besonders was diese MOSFETs ( falls PWM Ausgangsseitig genutzt werden soll ) zu leisten vermögen, ist das alles nicht wirklich durchdacht.
    Wenn das keine LogicLevel MOSFETs sind, aber man hier schon eine maximale Schaltfrequenz von 2 kHz angiebt und dabei den Strom bei 24 Volt schon auf 2 A begrenzt, oder dieses als Lastgrenze betrachtet, dann ist diese Art der Ansteuerung des Gates mehr als fraglich, wie auch die Art der MOSFETs ( Typenbezeichnungen ) auf den Bildern nicht zu erkennen ist.

    Bevor es mir irgendwas wegraucht, oder ich bestehende Schaltungskomponenten, wie diese I2C I/O Bausteine überlastet werden, würde ich von dieser Schltung ganz klar die Finger lassen.

    Aber das ist nur meine Einschätzung.

    In diesem Sinne, überlege dir genau, was du wiklich vor hast und ob die Rahmenparameter dieser Platinen nicht die Grenzparameter deiner schon vorhandenen Komponenten überschreiten ?

    Gruß
    Roland

  • Roland53 erstmal Danke für die ausführliche Information.

    Ich bin im Moment noch am Planen und werde demnächst mal einen Testaufbau machen, aber hier mal die Infos und Überlegungen die ich grundsätzlich schon habe:

    - Die Steuerung ist geplant für eine Haussteuerung, entsprechend sollte die Hardware möglichst langlebig und robust sein. (Gleich vorweg, ja ich hab eine entsprechende Ausbildung und darf/kann mit 230V arbeiten).
    - Um Normgerecht (Österreich) zu sein, würde ich alle Ausgänge mit 16A Relais schalten: https://www.reichelt.at/at/de/shop/pro…16a_24vdc-62762. Die haben eine Spulenleistung von 0.5W, also würde ich auf 20.833mA kommen.
    - PWM (oder generell Schaltgeschwindigkeit) ist überhaupt kein Thema
    - Eingänge auf 24VDC, weil ich sowieso diese Spannungsebene durch die Relais habe und ich den Gedanken mag, die 3.3V Ebene komplett von der Hausinstallation zu trennen.
    - I²C Expander: Im Moment tendiere ich hier einfach zu Picos. Wären günstig, und ich könnte zur Not noch eine Logik einprogrammieren. Soweit ich das jetzt im Kopf habe, sind die GPIOs auf 16mA pro Kanal bzw. max 51mA gesamt ausgelegt.

    Ja die verlinkte Platine passt vielleicht nicht ganz zu meinen Anforderungen, aber ich war generell schon verwundert, dass es hier extrem wenig Angebot gibt. Ich habe mir auch schon Optokoppler-Schaltungen angeschaut/durchgerechnet und das ist auch nicht übermäßig kompliziert, aber eine fertige Lösung wäre mir schon lieber gewesen anstatt selber was zusammen zu löten. Die Optokoppler, den ich ins Auge gefasst hätte, wäre das Modell hier: https://www.reichelt.at/at/de/shop/pro…00_dip-16-76175 - da muss ich aber zugeben, dass hinsichtlich Optokoppler mein Wissen eher theoretisch ist und ich die ganze Schaltung erst mal am Breadboard austesten wollte (wo im schlimmsten Fall ein paar € weg sind weil ich mich ev. verrechnet oder in der Doku verschaut habe :) )

  • ...und was bei den Chinesen immer noch dazukommt, dass es denen sch..ßegal ist, ob Du ihre Platine verwenden kannst oder nicht oder ob Dir damit Dein RPi und sonstiges Zubehör abraucht. Die Schaltpegel für so manche Relaisplatine sind zwar mit 5V spezifiziert, aber dann schreibt der Shopbetreiber, dass es für Arduino (PASS) und RPi (FAIL!) funktionieren würde.
    Das Problem ist, dass Neulinge die 3,3V vs. 5V-Problematik nicht kennen und oft darauf hereinfallen. In der Regel ist dann auch keine Schutzbeschaltung und auch kein Pegelwandler dazwischengeschaltet. So mancher GPIO-Pin und wenn's blöd geht, der ganze RPi wurden damit schon gegrillt.

    Man kann schon beim Chinesen kaufen, aber man muss wissen, worauf man sein Augenmerk richten muss und die (oft spärliche) Dokumentation genau studieren!

  • Vllt. ist das, was Du suchst ein bidirektionaler Pegelwandler. der wandelt in beide Richtungen. Also von Pi 3,3 V Out nach SPS (?) 24 V In, als auch umgekehrt. Als "Schalter" wird ein MOSFET verwendet.

    Üblicherweise gibt es Bastel-Fertigplatinen nur von 3,3 V <-> 5 V. Ein MOSFET, das 3,3 und 24 V schalten kann, ist in Fertigmodulen vermutlich nicht verbaut und auch schwer zu finden. Im kommerziellen Bereich wird wieder 5 V TTL (statt 3,3V des Pi) verwendet, aber es ist nicht ausgeschlossen, dass es ein Fertigmodul eines bidirektionalen Pagelwandlers irgendwo im Internet 3,3V <-> 24 V findest. Mir ist keines untergekommen.

    Allerding frage ich mich auch, ob Du überhaut einen bidirektionalen Pegelwandler brauchst/meinst.


    Servus !

    RTFM = Read The Factory Manual, oder so

  • Hallo,
    also nach dem ich via Direktnachricht von Roland noch einige Tipps bekommen habe und wir uns etwas ausgetauscht haben, werde ich es wahrscheinlich doch einfach selber machen, mit KiCAD planen und über einen PCB Service die Platinen herstellen lassen.

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