In diesem Beitrag vergleiche ich drei gängige Möglichkeiten, um Lasten mit Arduino oder ESP8266/ESP32 zu schalten: das klassische Relais, den MOSFET und das Solid State Relais (SSR). Es wird also ein Battle Relais vs MOSFET vs SSR. Aber müssen diese Bauteile überhaupt gegeneinander antreten oder ergänzen sie sich womöglich sogar?
Ich zeige dir, wie die einzelnen Bauteile funktionieren, wann du sie einsetzen solltest und welche Vor- und Nachteile sie in der Praxis haben.
Ob du also LEDs, Motoren oder ganze Netzteile schalten willst – hier findest du die passende Lösung für dein Projekt.
Inhaltsverzeichnis
Hinweis (Disclaimer)
Die in meinen Beiträgen gezeigten Inhalte dienen ausschließlich zu Informations- und Unterhaltungszwecken. Es liegt in der Verantwortung der Leser, jegliche Nachbauten, die auf meinen Inhalten basieren, auf eigene Gefahr durchzuführen
Relais – Klassiker der Elektronik
Die klassische Variante im Battle Relais vs MOSFET vs SSR ist das Relais. Hier gibt es bereits fertige Platinen mit 1-8 Kanälen für den Einsatz mit einem Arduino oder ESP. Diese können direkt mit dem Mikrocontroller verbunden und genutzt werden. Alternativ können aber auch eigene Ansteuerungen, sogenannte Treiber, selbst gebaut werden. Wichtig ist nur, das Relais nie direkt mit dem Controller zu verbinden. Der hohe Spulenstrom übersteigt die zulässige Stromstärke des Controllers und führt im schlimmsten Fall zum defekt der Steuerung.
Durch den potentialfreien Kontakt des Relais, der vollständig vom Steuerteil getrennt ist, können sämtliche Spannungen und Quellen geschaltet werden. Einzige Voraussetzung ist das die Angaben zum Schaltstrom und -spannung , die auf dem Relais aufgedruckt sind, nicht überschritten werden. Da das Relais ein mechanischer Schalter ist, geht der Schaltvorgang mit Geräuschen und Verschleißerscheinungen einher. Je häufiger geschaltet wird und je höher der Laststrom ist der geschaltet wird, umso höher ist der Verschleiß an den Kontaktpunkten.
Relais – Vor- und Nachteile beim Schalten mit Arduino / ESP
Vorteile | Nachteile |
Galvanische Trennung | Mechanischer Verschleiß durch bewegliche Teile |
Hohe Spannungen und auch Wechselspannungen schaltbar | Träge, nicht PWM geeignet |
Robust gegen Spannungsspitzen | Schaltgeräusch könnte als störend empfunden werden |
Sehr gute Verfügbarkeit | Hoher Spulenstrom, nicht direkt mit Arduino / ESP steuerbar |
MOSFET – modern und effizient
Als Vertreter in der Halbleiterklasse im Battle Relais vs MOSFET vs SSR ist der MOSFET das Mittel der Wahl, wenn es darum geht Lasten mit dem Arduino oder dem ESP zu schalten. Im Gegensatz zu seinem Bruder, dem bipolaren Transistor, ist er nicht strom- sondern spannungsgesteuert. Außerdem kennt er nur die beiden Zustände leitend oder nicht leitend. Er ist daher zwar nicht für lineare Regelungen geeignet, kann aber durch seine schnellen Schaltzeiten prima für PWM-Anwendungen genutzt werden. Auch sein Innenwiderstand (Durchlasswiderstand) ist geringer wodurch weniger Verlustwärme umgesetzt wird und weniger Kühlmaßnahmen erforderlich sind.
In meinem YouTube-Video erkläre ich worauf du bei der Ansteuerung sowie der Auswahl des richtigen Bauteils achten musst. Das ist dann auch schon der schwierigste Part denn die Anwendung ist denkbar einfach. Auch das gibt es auf YouTube zu sehen.
Aufgrund der halbleiterbedingten Verbindung zwischen Steuer- und Lastteil können nur Gleichspannungen mit identischer Masse zuverlässig geschaltet werden. Sein Einsatz ist daher auf Schaltungen mit Gleichspannungen begrenzt. Man wird aber mit einem geräuschlosen Schaltvorgang und einer hohen Lebensdauer belohnt.
MOSFET – Vor- und Nachteile beim Schalten mit Arduino / ESP
Vorteile | Nachteile |
Schnelle Schaltzeit – PWM geeignet | Keine galvanische Trennung – nur DC Spannung möglich |
Lautlos | Wärmeentwicklung – Kühlung |
Hohe Lebensdauer | Empfindlich bei Spannungsspitzen |
Sehr kompakte Bauform | Schutzbeschaltung (Gate-Widerstand, Freilaufdiode) notwendig |
Solid State Relais – leise & langlebig
Das Solid-State-Relais bildet die dritte Variante im Battle Relais vs MOSFET vs SSR um Lasten mit dem Arduino oder ESP zu schalten. Es soll die Vorzüge des klassischen Relais und des MOSFET vereinen. Ohne störende Geräusche und mechanischen Verschleiß lassen sich mit kleinen Gleichspannungssignalen spielend leicht hohe Wechsel- und Gleichspannungen schalten. Die galvanische Trennungen zwischen Steuer- und Lastseite wird meisten durch einen Optokoppler gewährleistet.
Leider sind diese Bauteile um einiges teuerer als die klassische Variante. Auch muss sich im Vorfeld festgelegt werden, ob Gleich- oder Wechselspannungen geschaltet werden sollen. Dafür ist die Ansteuerung sehr einfach. Solid-State-Relais benötigen sehr wenig Strom zur Ansteuerung, sodass sogar auf ein Vorwiderstand verzichtet werden kann. Passt also das Spannungsniveau auf der Steuerseite kann das SSR direkt mit einem Arduino oder ESP angesteuert werden.
SSR – Vor- und Nachteile beim Schalten mit Arduino / ESP
Vorteile | Nachteile |
Keine beweglichen Teile – hohe Lebensdauer | Teurer als klassische Relais |
Lautloser Betrieb | Verlustleistung erzeugt Wärme – Kühlung nötig |
Galvanische Trennung bei hochwertigen Modellen – Optokoppler | Nur bedingt für PWM-Anwendungen geeignet |
Schnelle Schaltzeiten | Hohe Qualitätsunterschiede |
Empfehlung nach Anwendung (DC/AC, Stromstärke, Steuerung)
Für die Wahl der richtigen Schaltlösung kommt es stark auf die jeweilige Anwendung an. Wenn es darum geht, einfache Verbraucher wie Lampen, Ventilatoren oder Netzgeräte zu schalten, ist das klassische Relais oft die unkomplizierteste und sicherste Lösung – besonders, wenn Netzspannung im Spiel ist. Es trennt die Steuerseite galvanisch von der Lastseite und ist damit universell einsetzbar.
Soll dagegen im Gleichspannungsbereich gearbeitet werden, etwa beim Schalten von LED-Streifen, Pumpen oder anderen DC-Lasten, bietet ein MOSFET meist die bessere Effizienz und eine deutlich längere Lebensdauer, da keine beweglichen Kontakte vorhanden sind.
Solid State Relais eignen sich vor allem dann, wenn häufig geschaltet werden muss oder Störungen durch Schaltgeräusche und Funkenbildung vermieden werden sollen. Sie sind ideal für empfindliche Anwendungen, allerdings oft teurer und mit höheren Eigenverlusten verbunden.
Entscheidend ist daher, die Schaltart, Spannungsebene und Lastcharakteristik genau zu kennen, bevor man sich für eine der drei Varianten entscheidet.
Zusammenfassung
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es keine universell beste Lösung gibt, sondern die Wahl des passenden Schaltelements immer vom konkreten Anwendungsfall abhängt. Somit ging das Battle Relais vs MOSFET vs SRR unentschieden aus.
Relais punkten durch ihre einfache Handhabung und hohe Spannungsfestigkeit, sind aber mechanisch begrenzt und auf Dauer verschleißanfällig.
MOSFETs sind effizient, schnell und ideal für Gleichspannungsanwendungen, erfordern jedoch ein gewisses Verständnis für Gate-Ansteuerung und Verlustleistung.
Solid State Relais schließen die Lücke zwischen beiden Welten: Sie sind verschleißfrei, leise und zuverlässig, haben dafür aber ihren Preis und meist einen höheren Eigenverbrauch.
Wer seine Schaltung bewusst auswählt und die jeweiligen Eigenschaften berücksichtigt, kann mit allen drei Varianten zuverlässige und sichere Steuerungen aufbauen – ganz gleich, ob im Hobbylabor oder in der praxisnahen Anwendung.
