Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik DC 230V PWM (4,5W) durch 3.3V PWM von Sonoff Basic / ESP8266


von Bastian J. (bastianjaeger)


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Hallo zusammen,

ich arbeite gerade zu Hause mit Sonoff Geräten 
(http://sonoff.itead.cc/en/products/sonoff/sonoff-basic) und der SW 
(https://github.com/arendst/Sonoff-Tasmota/wiki/MQTT-Overview).

Ich verwende 4 Augänge des Sonoff:
 - GPIO Pin14 für das 3.3V PWM
 - GND des Chips
 - AC Out Phase
 - AC Out Neutral

Was ich tun möchte:
Eine Lichterkette (serielle LEDs, 230V, 4.5V) über das 3.3V PWM Signal 
dimmen.
Ich habe eine ähnliche Schaltung (mit Transistor statt Triac) für eine 
9V Lichterkette bereits erfolgreich verwende.

Problem:
Der Triac schaltet nicht durch.

Ich habe derzeit 2 Vermutungen.
1. Der GPIO14 kann die Schwellspannung für den Triac nicht erreichen. 
Dazu kann ihc jedoch keine Spec finden und ich kann keinen Strom messen 
(da ja nix fließt).
2. Ich kann keinen Triac nach dem AC/DC Konverter verwenden. Allerdings 
habe ich es auch so wie hier 
(https://dmohankumar.files.wordpress.com/2014/01/pir-sensor-alarm-triac-oper1.png?w=549) 
mit Wechselstrom ausprobiert. Ohne Erfolg. Verwende ich den falschen 
Triac? Oder welchen MOSFET brauche ich für solche Anwendungen?

Ich habe auch schon ein komplexeres Tutorial gefunden 
(http://www.instructables.com/id/safe-and-simple-AC-PWM-Dimmer-for-arduino-Raspberr/) 
jedoch dachte ich, es geht auch ohne Optokoppler & Co.

Danke vorab!

von Joachim B. (jar)


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Bastian J. schrieb:
> Der GPIO14 kann die Schwellspannung für den Triac nicht erreichen.

mit einem Optotriac wäre es leicht [s]S202s02[/s] o.ä. oder suche SSR 
evtl. für DC durch deine Brücke

: Bearbeitet durch User
von Schwarzseher (Gast)


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Triac und PWM an DC passt nicht zusammen.

Erstmal reicht ein Thyristor, wenn's DC ist, aber: auch den kannst du 
nur ein- und nicht ausschalten.
D.h deine PWM müsste mit 100Hz und Netzsynchron arbeiten.

Nimm einen HV-Mosfet stattdessen.

von Schwarzseher (Gast)


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Bastian J. schrieb:
> da ja nix fließt

Strom fließt in Kreisen.
Nimm dir einen Textmarker, und verfolge in deinem Schaltplan den Weg von 
GPIO14 zu sonoff-gnd, wo sich der Kreis schließt.

Interessiert der gefundene Weg den Triac? Selbes gilt auch für einen 
Mosfet stattdessen, auch da muss Source mit Sonoff-gnd verbunden sein, 
PWM mit dem Gate.


Vorsicht: dann steht alles unter Netzspannung!

von Marco H. (damarco)


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Wie soll das gehen ? Der Thyristor  bzw. Triac würde nie mehr sperren. 
Es fehlt der Nulldurchgang. Außerdem reichen die 3.3V nicht aus den 
überhaupt zu zünden und der Strom der Last ist zu gering das er 
überhaupt zündet auch bei Wechselspannung.

Das löst man genau andersherum ;). Man schließt mit dem FET die 
Gleichspannungsseite kurz. So kann kann der Strom auf der 
Wechselspannungsseite fließen. Um die Phase anzuschneiden benötigt du 
dessen Nulldurchgang. Um im richtigen Moment den Strom zu Steuern.

von Stefan F. (Gast)


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> Es fehlt der Nulldurchgang.

Bei Wechselspannung hat man 100 Nulldurchgänge pro Sekunde.

> der Strom der Last ist zu gering

Woher weisst du, wie hoch der Laststrom ist? Abgesehen davon bleib der 
Triac/Thyristor auch ohne Laststrom eingeschaltet, solange sein gate 
angesteuert wird.

> Man schließt mit dem FET die Gleichspannungsseite kurz.
> So kann kann der Strom auf der Wechselspannungsseite fließen.

Aber LEDs benötigen Gleichspannung.

> Um die Phase anzuschneiden benötigt du dessen Nulldurchgang.
> Um im richtigen Moment den Strom zu Steuern.

Ja. Sehe ich auch so. Dass also noch etwas ergänzt werden. Außerdem 
sollte man berücksichtigen, dass der LED Streifen aufgrund der niedrigen 
PWM Frequenz deutlich flimmern wird.

Wirklich Flimmerfrei wird es erst bei ein paar hundert Herz.

von Bastian J. (bastianjaeger)


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Hallo Schwarzseher,

Danke für die Info. Dann habe ich Traics doch noch zu wenig verstanden. 
:)

Zum HV MOSFET:
Ich hatte schon mal etwas gesucht, aber keinen passenden MOSFET 
gefunden, der 230V zwischen Drain und Source verkraftet und bei einer 
Gate-Spannung von 3,3V voll durchschaltet. Ich bin mir auch nicht 
sicher, wo aus dem Datenblatt ich lese, das ein MOSFET bspw. bei 3,3V 
voll schaltet.

Welchen MOSFET kann ich hier nehmen?
Wie sucht man sowas, ohne Tausende Datanblätter zu wälzen?

Danke!

von Marco H. (damarco)


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Die LEDs Ketten haben kaum Leistung. Ein Normaler Thyristor Dimmer 
funktioniert erst bei ca. 40W ordentlich.  Darunter ist der Haltestrom 
zu gering. Allerdings wird dieser durch Impulse gezündet nicht durch 
statische Ansteuerung.

Er meint bestimmt diese LED Schläuche für 230V. Da ist so ein Kasten 
dabei wo ein Gleichrichter und Kondensator drin ist. Also die LEDs 
funktionieren mit Gleichspannung. Beim Phasenanschnitt oder abschnitt 
Integriert der Kondensator dann die Spannung. Beim dimmen sieht dies 
dann nicht gerade schön aus...

Sicher na klar hinter dem Gleichrichter sind gepulste 100HZ und wenn man 
dessen Nulldurchgänge kennt kann man das ewt. auch steuern. Funktioniert 
aber nicht wirklich schön.

von Bastian J. (bastianjaeger)


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Danke an alle schnellen Antworten! Super hier! :)

Also, das mit dem Nulldurchgang wusste ich nicht. Das macht die Sache 
natürlich ganz anders. In diesem Fall sollte natürlich doch ein MOSFET 
verwendet werden.


ABER zum Verständnis: Wenn ich den Triac mit Gleichstrom betreibe (wie 
in meinem Schaltplan), dann sollte es doch, sobald das erste Mal 3,3V 
(mit mehr als 10mA) am Gate anliegt, öffnen? Also, er sollte öffnen 
und dann immer öffen bleiben, da kein Nulldurchgang kommt, oder?
DENN das geschieht gerade nicht. Es wird nie geöffnet. Liegt es dann 
doch am zu geringen Strom am Gate? Laut Datenblatt müssen es 5-10mA sein 
(http://www.produktinfo.conrad.com/datenblaetter/150000-174999/151551-da-01-en-2N6073A_Triac.pdf)

von Bastian J. (bastianjaeger)


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Hi Marco H.,

und wie sähe eine Lösung aus?

von Marco H. (damarco)


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Vorsicht da sind mehr wie 230V ! Die brauchst mindestens einen FET der 
400V besser 600V hält. Dafür gibt es Treiber die erledigen alles und 
lassen sich mir Logikpegeln steuern. Sie werden aus der Schaltenden 
Spannung auch versorgt und steuern das Gate dann mit +-15V oder mehr an.

: Bearbeitet durch User
von Marco H. (damarco)


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Das Problem ist das du ihn nicht steuern kannst ;) Also ein normaler 
Dimmer funktioniert so das man den Thyristor an einen gewissen Punkt 
(Zündwinkel) zünden und dieser sich im Nulldurchgang selber löscht. Es 
dieser erst mal gezündet kann diesen vom Gate nicht wieder aus sperren. 
Hierzu muß man natürlich den Nulldurchgang wissen. Dazu gibt es 
Schaltungen die mehr oder weniger gut sind.

Danach rechnet man einfach wenn man ihn zünden muß, in der Regel ein 
Timer dessen Value vom gewünschten wert abhängt. Wechselstrom ist aber 
nicht linear man muß schon rechnen ;).

Das mit dem Gleichrichter ist ja so, schließt man ihn kurz fließt auf 
der Wechselspannungsseite der Strom. Auf der Gleichspannungsseite auch 
aber nur immer in eine Richtung. Also du brauchst nur ein Aktives 
Element um den Strom zu steuern. Einen FET kann man auch wieder Sperren. 
Du mußt aber auch hier den Nulldurchgang kennen.

Das mit dem FET hat vor und Nachteile. Der Vorteil ist das du keinen 
Haltestrom benötigst. Der Nachteil ist der erhöhte Verlust durch die 
Dioden. Deswegen baut man diese Dimmer auch nur für geringe Lasten bzw. 
setzt dann Brücken mit(IGFET)ein. Bei sehr hohen Strömen braucht man 
immer noch Thyristoren..

von Bastian J. (bastianjaeger)


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Ok. Cool. Danke.

Also brauche ich ein Setup MOSFET Treiber und MOSFET? Oder gibt es auch 
Logic Level MOSFETs, die das können? (Ich bin kein Experte hier, aber 
Logic Level MOSFETs kommen ohne Treiber aus, dachte ich)

Wieder Fragen:
- Ich muss also einen MOSFET Treiber suchen, das als Eingang 3.3V 
akzeptiert, richtig?
- Kann jemand ein Treiber FET Paar empfehlen?
- Gibt es einen Logic Level MOSFET, der am Gate 3,3V und an Drain-Source 
230V/400V aushält?

Bzw. ganz Lösungsorientiert:
- Wie kann/soll ich mit einem 3.3V PWM Signale eine DC Last (230V mit 
4,5V) dimmen?

: Bearbeitet durch User
von Marco H. (damarco)


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Brauchst du gar nicht. Die Treiber haben Interne oder externe 
Spannungsversorgung. Mit dessen kannst du auch einen Optokoppler 
versorgen und diesen kann du mit dem ESP ansteuern.

Wenn du schlau bist benutzt du einen Treiber der schon einen PWM 
Controller drauf hat. Dann läßt sich das ganze einfach aufbauen. z.Bsp 
IC die zur PFC gut sind. Die erkennen auch den Nulldurchgang.

Dann erzeugt der ESP mit PWM über einen Koppler nur eine Spannung die 
zum Shutdown benutzt wird.

: Bearbeitet durch User
von Bastian J. (bastianjaeger)


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Hi Marco,

bin mir bei Teilen deiner Antwort nicht sicher, ob ich sie verstehe, 
bzw. bin mir sicher, dass ich sie nicht verstehe.

Also, ich will DC schalten, also sollte die Nulldurchgangs.Geschichte ja 
sowieso irrelevant sein, oder? Das PWM vom ESP soll quasi direkt 230V 
DC schalten.

Ich habe nun mal noch etwas gelesen und recherchiert. Ich bräuchte ja 
einen Treiber, das mit 230 V oder 3.3 V läuft, und mir dann den MOSFET 
mit (wie du meintest) grob 16V schaltet.
Das schwierige ist also, das Treiber - Mosfet - Paar zu finden. Ein 
Treiber mit 230 V und einem 3.3V Signal Eingang wäre ja auch ok und dann 
ein Mosfet, der am Gate 230V annimmt. Ich bin hier echt hilflos. Welche 
konkreten Teile nehme ich dazu?


Auf http://www.instructables.com/id/AC-PWM-Dimmer-for-Arduino/ habe ich 
auch noch die angehängte Schaltung gefunden. Dort lösen sie die Aufgabe 
mit einem Optokoppler. Wie seht ihr das?
Zudem bin ich mir nicht sicher, wie ich die Spannungsversorgung des 
Optokopplers mit dem Spannungsteiler finde. Da wird doch unnötig Strom 
über R1 verbraten, oder?

von Marco H. (damarco)


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Nun so ein FET muß vernünftig angesteuert werden sonst sind die Verluste 
während des Schaltens zu hoch. Die Industrie bietet hierzu Treiber an, 
die aus der schaltenden Spannung versorgt werden können. Dieser werden 
in Schaltnetzteilen etc. verwendet. suche einfach nach single FET driver 
;). Die gibt es in zahlreichen Ausführungen.

: Bearbeitet durch User
von Bastian J. (bastianjaeger)


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Es tut mir wirklich leid so dumm zu fragen, aber wo suchst du da? Ich 
fühle mich gerade schwer hilflos.
Google, Conrad und Reichelt verhelfen mir nämlich zu nichts!

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