Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Shelly 1/2: Wie bauen die eine so kleine Stromversorgung?


von Roman K. (rk_aus_s)


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Hallo zusammen

Habe vor kurzem meine beiden Shelly 1 und 2 bekommen. (Siehe 
https://shelly.cloud)

Da die Dinger wirklich klein sind habe ich den Shelly 2 geöffnet 
(Vorsicht: Gehäuse ist geleimt; beim öffnen habe ich eine Spule 
beschädigt), weil es mich wundert, wie die Ingenieure bei Shelly die 
Stromversorgung (230V -> 5V, ev. auch 12V für die Relais?) gebaut haben.

Natürlich sieht man das nicht auf anhieb, aber was man sieht ist, dass 
es sehr wenig Bauteile sind: 1-2 Widerstände, ein Kondensator, ggf. eine 
Spule, 1-2 sehr kleine(!) Elkos und (vermutlich?) ein oder zwei 
Zehnerdioden? Kein Trafo (für Schaltnetzteile) und keine 4 
Gleichrichter-Dioden sind zu sehen (es sei den die sind in einem IC 
versteckt).

Wenn ich nach minimalen, ultra-einfachen Stromversorgungen für 230V AC 
-> 5/12V DC google, dann finde ich nichts mit so wenig Bauteilen bzw. 
was auf so engem Raum Platz findet. Meist werden Gleichrichter (4 
Dioden) verwendet, und/oder relativ fette Elkos die in so einem kleinen 
Gehäuse keinen Platz fänden.

Frage:
Kann sich jemand ausmalen oder vorstellen, wie die Designer (am Beispiel 
eines Shelly oder vergleichbar kleinem Gerät) eine so minimalistische, 
kleine Stromversorgung bauen?

Grüsse
Roman

: Bearbeitet durch User
von foobar (Gast)


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Google mal nach Kondensatornetzteil.

von Der Elektroniker (Gast)


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Stichwort: Kapazitive Stromversorgung

von N. M. (mani)


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Kondensator Netzteil mit Einweggleichrichter?
Wenn nur der uC versorgt ist braucht der weder eine sonderlich genaue 
Spannung (meist 2,x-5V) noch sonderlich viel Strom.

von Falk B. (falk)


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Roman K. schrieb:
> Natürlich sieht man das nicht auf anhieb, aber was man sieht ist, dass
> es sehr wenig Bauteile sind: 1-2 Widerstände, ein Kondensator, ggf. eine
> Spule, 1-2 sehr kleine(!) Elkos und (vermutlich?) ein oder zwei
> Zehnerdioden? Kein Trafo (für Schaltnetzteile) und keine 4
> Gleichrichter-Dioden sind zu sehen (es sei den die sind in einem IC
> versteckt).

Ein Bild sagt mehr als 1000 Worte. Beachte die Bildformate.

> Wenn ich nach minimalen, ultra-einfachen Stromversorgungen für 230V AC
> -> 5/12V DC google, dann finde ich nichts mit so wenig Bauteilen bzw.
> was auf so engem Raum Platz findet. Meist werden Gleichrichter (4
> Dioden) verwendet, und/oder relativ fette Elkos die in so einem kleine
> Gehäus  nicht Platz hätten.

Wahrscheinlich ein Kondensatornetzteil.

https://www.mikrocontroller.net/articles/Controller_an_230V#Versorgung_.C3.BCber_Vorwiderstand.2FKondensator

von Jan L. (ranzcopter)


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Falk B. schrieb:
> Wahrscheinlich ein Kondensatornetzteil.

wohl eher nicht; zum einen sieht man auf dem hier nicht vorhandenen Bild 
;) die typische Schaltregler-Spule, zum anderen kann das Teil offiziell 
mit "DC: 24-60V AC: 110V-230V" betrieben werden.

von Roman K. (rk_aus_s)


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Ok - und sorry; werde heute Abend ein, zwei Bilder nachliefern.
Dann macht die Diskussion wirklich mehr Sinn.

von Joker (Gast)


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> wohl eher nicht
wohl eher doch. Vielleicht ist die "ggf. eine Spule" ja in Wirklichkeit 
ein BGR oder eine Drossel. Und auf der Webseite finde ich nur "Power 
Supply: 110-230V ±10%, 50/60Hz AC", nix von DC.

von Rufus Τ. F. (rufus) Benutzerseite


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Jan L. schrieb:
> sieht man auf dem hier nicht vorhandenen Bild

Das hier?
https://shelly.cloud/wp-content/uploads/2018/11/Shelly_1_home-500x500.png

von Jan L. (ranzcopter)


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Joker schrieb:
>> wohl eher nicht
> wohl eher doch. Vielleicht ist die "ggf. eine Spule" ja in Wirklichkeit
> ein BGR oder eine Drossel. Und auf der Webseite finde ich nur "Power
> Supply: 110-230V ±10%, 50/60Hz AC", nix von DC.

https://shelly.cloud/shelly1-open-source/ :

Shelly 1 OS support wide range of AC and DC power supply: 110-265V, 
50/60Hz AC, 12V DC, 24 – 48V DC

von Jan L. (ranzcopter)


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von (prx) A. K. (prx)


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Das Teil hat einen Debug/Flash-Port. Will hoffen, dass der netzgetrennt 
ist.

von Jan L. (ranzcopter)


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Jan L. schrieb:
> Joker schrieb:
>>> wohl eher nicht
>> wohl eher doch. Vielleicht ist die "ggf. eine Spule" ja in Wirklichkeit
>> ein BGR oder eine Drossel. Und auf der Webseite finde ich nur "Power
>> Supply: 110-230V ±10%, 50/60Hz AC", nix von DC.
>
> https://shelly.cloud/shelly1-open-source/ :
>
> Shelly 1 OS support wide range of AC and DC power supply: 110-265V,
> 50/60Hz AC, 12V DC, 24 – 48V DC

https://forum.creationx.de/index.php?attachment/1995-shelly-2-pins-jpg/

...scheint wohl was LNK304-ähnliches zu sein, zumindest beim Shelly2...

von Andre (Gast)


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Kannst du mal Fotos machen? Mich interessiert das auch sehr.
Ich wollte mal was mit dem St Viper Schaltregler bauen, der ist ja auch 
schön klein.

von oldeurope O. (Gast)


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Roman K. schrieb:
> Da die Dinger wirklich klein sind habe ich den Shelly 2 geöffnet
> (Vorsicht: Gehäuse ist geleimt; beim öffnen habe ich eine Spule
> beschädigt), weil es mich wundert, wie die Ingenieure bei Shelly die
> Stromversorgung (230V -> 5V, ev. auch 12V für die Relais?) gebaut haben.

Ich tippe auf einen Buck-Converter.

Mach doch mal bitte selbst Bilder auf denen man genaueres sieht.

LG
old.

von Jan L. (ranzcopter)


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Andre schrieb:
> Kannst du mal Fotos machen? Mich interessiert das auch sehr.
> Ich wollte mal was mit dem St Viper Schaltregler bauen, der ist ja auch
> schön klein.

guckst du hier - Shelly1 (mit LNK304 und "kleinem Problem" :)
http://forum.creationx.de/forum/index.php?thread/1019-eure-fragen-an-shelly/&postID=14452#post14452

von (prx) A. K. (prx)


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Aus der W. schrieb:
> Ich tippe auf einen Buck-Converter.

Mit Netztrennung?

von oldeurope O. (Gast)


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A. K. schrieb:
> Mit Netztrennung?

Wohl kaum.

LG
old.

von oldeurope O. (Gast)


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Anbei der AC-DC-Converter der Fritz!dect 200
Er ist entstört. Auch AM-Empfang ist, zumindest bei mir,
ohne Einschränkungen möglich.

Anbei ein Bild vom Netzteil. Ich brauche nur den open collector
für meine Heizungssteuerung und betreibe das Ding mit 3,5V
die ich oben links einspeise.
Ob das Teil Netztrennung hat, habe ich nicht geprüft.
Kann eigentlich nicht, wegen der Energiemesseinrichtung schon nicht.
Wenn ich das Teil nochmal zerlege, prüfe ich interessehalber mal nach.


LG
old.

von Roman K. (rk_aus_s)


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A. K. schrieb:
> Das Teil hat einen Debug/Flash-Port. Will hoffen, dass der
> netzgetrennt
> ist.

Der Hersteller warnt deutlich davor, den Shelly 1 zu flashen, wenn er am 
Netz angeschlossen ist(!) - ausser natürlich wenn Over-The-Air (OTA) 
geflasht wird, wie z.B. bei hauseigenen Firmware-Updates.
Beim Flashen muss der Shelly mit ext. 3.3V betrieben werden.

: Bearbeitet durch User
von Martin O. (ossi-2)


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Kann es sein, dass die Shelly Elektronik nicht netzgetrennt ist?
Fänd ich ziemlich übel, weil man am Debug/Flash Port dann direkt 
Netzspannung liegen hat. Gibt es einen entsprechenden Hinweis in der 
Bedienungsanleitung?

von Roman K. (rk_aus_s)


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Martin O. schrieb:
> Kann es sein, dass die Shelly Elektronik nicht netzgetrennt ist?
> Fänd ich ziemlich übel, weil man am Debug/Flash Port dann direkt
> Netzspannung liegen hat. Gibt es einen entsprechenden Hinweis in der
> Bedienungsanleitung?

http://shelly-api-docs.shelly.cloud/#shelly1-flash-debug-power-options

von MaWin (Gast)


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Roman K. schrieb:
> Frage:
> Kann sich jemand ausmalen oder vorstellen, wie die Designer (am Beispiel
> eines Shelly oder vergleichbar kleinem Gerät) eine so minimalistische,
> kleine Stromversorgung bauen?

Keine galvanische Trennung, nur eine Strombegrenzung durch den 
Kondensator.

Aber HLK PM01 sind auch klein und trotzdem ordentlich galvanisch 
trennend.

von Roman K. (rk_aus_s)


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MaWin schrieb:

> Aber HLK PM01 sind auch klein und trotzdem ordentlich galvanisch
> trennend.

Mit einem HLK PM01 wäre der Shelly 1/2 nicht so klein realisierbar 
gewesen. Dieser Baustein ist klein, das ist wahr, aber trotzdem zu gross 
für den Shelly 1/2.

: Bearbeitet durch User
von oldeurope O. (Gast)


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MaWin schrieb:
> Keine galvanische Trennung, nur eine Strombegrenzung durch den
> Kondensator.

https://de.wikipedia.org/wiki/Abwärtswandler

Wie soll der Kondensator da den Strom begrenzen?
Oder bist Du gedanklich noch beim Kondensatornetzteil?

LG
old.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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A. K. schrieb:
> Das Teil hat einen Debug/Flash-Port. Will hoffen, dass der
> netzgetrennt ist.

Da würde ich nicht drauf wetten. Das wäre dann mal ein Fall, wo ein 
(guter) USB-Isolator [1] nicht nur nice-to-have, sondern echt notwendig 
ist. Oder ein 230V Trenntrafo. Oder die Speisung aus Kleinspannung.


[1] wurde letztens erst in einem Nachbarthread diskutiert

von (prx) A. K. (prx)


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Axel S. schrieb:
>> Das Teil hat einen Debug/Flash-Port. Will hoffen, dass der
>> netzgetrennt ist.
>
> Da würde ich nicht drauf wetten.

Nach den eindrücklichen Warnungen ist er es offensichtlich nicht.

> Das wäre dann mal ein Fall, wo ein (guter) USB-Isolator

Da geht nur Seriell drüber. Könnte billiger sein.

: Bearbeitet durch User
von Sven S. (schrecklicher_sven)


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So ähnlich wird die Schaltung sein.

von oldeurope O. (Gast)


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Sven S. schrieb:
> So ähnlich wird die Schaltung sein.

Warum sind da D3 und D4 im Eingang?
D3 würde doch genügen.

LG
old.

von Dieter (Gast)


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Resonanzwandler fuer kleine Leistungen. Das geht so klein.

von Robin (Gast)


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> D3 würde doch genügen.

wenn man an RTN grabscht, bekommt man nur eine Halbwelle ab :-)

von Harald W. (wilhelms)


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Sven S. schrieb:

> So ähnlich wird die Schaltung sein.
> https://www.mikrocontroller.net/attachment/387978/LNK304.png

Hmm, irgendwie sehe ich bei dieser Schaltung keine grossen
Vorteil gegenüber einem simplen Kondensatornetzteil.

Unabhängig davon, ich bin mir ziemlich sicher, bei ebay schon
mal einen AC/DC-Wandler mit Netztrennung im Zuckerwürfel-
Format gesehen zu haben. Den Link habe ich mir allerdings
nicht gemerkt.

von oldeurope O. (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Hmm, irgendwie sehe ich bei dieser Schaltung keine grossen
> Vorteil gegenüber einem simplen Kondensatornetzteil.

Es ist kleiner, hat einen weiteren Eingangsspannungsbereich
und liefert eine vom Laststrom unabhängige Ausgangsspannung.
Du musst also keine Energie in einer Z-Diode verheizen,
wenn das Relais nicht gezogen ist.

LG
old.

von MaWin (Gast)


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Aus der W. schrieb:
> Wie soll der Kondensator da den Strom begrenzen?
> Oder bist Du gedanklich noch beim Kondensatornetzteil?

Ja  ich bin davon ausgegangen dass die beiden

foobar schrieb:
> Google mal nach Kondensatornetzteil.

und

Der Elektroniker schrieb:
> Stichwort: Kapazitive Stromversorgung

schon recht haben und nicht irgendeinen Scheiss schreiben und ich nicht 
nochmal extra selber nachgucken muss.

Offenkundig schreiben sie aber beide dummen Scheiss.

Es ist also ein LNK step down, dafür kommt es auch mot Gleichspannung am 
Eingang klar. Trotzdem nicht potentialgetrennt. Hätte man ja nun leicht 
mit einer zweiten Wicklung auf der Spule hinbekommen können, und 
Optokoppler zum TRIAC.

von oldeurope O. (Gast)


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MaWin schrieb:
> Trotzdem nicht potentialgetrennt.

Wozu denn? Bei einem LED-Leuchtmittel legst Du auch keinen
Wert auf Potentialtrennung der eingebauten LEDs, oder doch?

LG
old.

von Roman K. (rk_aus_s)


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Hier wie versprochen die Bilder des Shelly 2:

von MaWin (Gast)


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Aus der W. schrieb:
>> Trotzdem nicht potentialgetrennt.
>
> Wozu denn

Weil ich oben zur Vorsicht (bei Kondensatornetzteilen) wegen fehlender 
Potentialtrennung aufgerufen hatte, die Vorsicht gilt immer noch, auch 
wenn es nun ein step down ist.

von Dieter (Gast)


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> D3 würde doch genügen.
>
> LG
> old.

Das läßt sich schwer simulieren, warmum hier D4 vorhanden ist. Dazu 
müßte man noch eine Masse einzeichnen und die parasitären Kondensatoren, 
die von allen Flächen hingehen würden.

von Roman K. (rk_aus_s)


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Sven S. schrieb:
> So ähnlich wird die Schaltung sein.

Also der LNK304 ist auf alle Fälle zu sehen.

Da wir jetzt ein paar Antworten gelesen haben und nun ein paar Bilder 
haben; welche Beschreibung trifft denn nun am ehesten auf die 
angewendete Stromversorgung zu?
"LNK step down"?

von Dieter (Gast)


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Much Higher Performance over Discrete Buck and
Passive Solutions
• Supports buck, buck-boost and flyback topologies

Datasheet Page 6 Übersicht über die Schaltungen.


"The second rectifier diode D4 is optional, but may be
included for better EMI performance and higher line surge
withstand capability."

08.01.2019 21:31 betraf EMI.

von oldeurope O. (Gast)


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Roman K. schrieb:
> "LNK step down"?

Ja, ich bleibe dabei.
Danke für die Bilder.

LG
old.

von Alex G. (dragongamer)


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MaWin schrieb:
> Aus der W. schrieb:
>>> Trotzdem nicht potentialgetrennt.
>>
>> Wozu denn
>
> Weil ich oben zur Vorsicht (bei Kondensatornetzteilen) wegen fehlender
> Potentialtrennung aufgerufen hatte, die Vorsicht gilt immer noch, auch
> wenn es nun ein step down ist.
Ist allerdings nicht wirklich relevant, denn man soll/muss das Ding 
nicht am Netz haben, beim Flashen und Debuggen.
Der Anschluss erlaubt es eine 3.3V Quelle anzuschließen und so steht das 
auch oben in der verlinkten Doku.

von oldeurope O. (Gast)


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Alex G. schrieb:
> Ist allerdings nicht wirklich relevant

Sehe ich auch so.

Dieter schrieb:
> D4

Interessant, danke. Mir ist es eigentlich lieber der N-Leiter
hängt direkt an der Ausgangsspannung. So habe ich klar definierte
Potentiale gegen Netz.

LG
old.

von Andre (Gast)


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Roman K. schrieb:
> Hier wie versprochen die Bilder des Shelly 2:

Danke, sehr interessant! Bin ich der einzige, der das Layout etwas ... 
sportlich findet?
Es ist wohl entspannter weil keine Netztrennung nötig ist. Aber trotzdem 
hätte ich etwas mehr Kriechstrecke 230V -> 3,3V erwartet. Und deutlich 
weniger Flussmittel Rest über die Kriechstrecke verschmiert.
So ein fest verbauter Schaltaktor fällt soweit ich weiß in die 
Überspannungskategorie 3. Und das traue ich der Platine nicht zu.

von oldeurope O. (Gast)


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Andre schrieb:
> Bin ich der einzige, der das Layout etwas ...
> sportlich findet?

Nein, bist Du nicht. Ich würde das Teil über eine
Feinsicherung anklemmen, so wie das bei Dimmern
üblich ist. Zumindest kenne ich nur welche mit
Feinsicherung.

LG
old.

von Dieter (Gast)


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Der Widerstand dient auch als Sicherung:

The input stage comprises fusible resistor RF1. Resistor RF1 is a
flame proof, fusible, wire wound resistor.
Input fuse should any other component fail short-circuit
(component fails safely open-circuit without emitting smoke,
fire or incandescent material).

Mir sind auch richtige Sicherungen lieber.

von oldeurope O. (Gast)


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Dieter schrieb:
> The input stage comprises fusible resistor RF1.

Ist der nicht für den Buck?
Ich glaube kaum, dass da auch der Lastsrom drüber geht.

LG
old.

von Andre (Gast)


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Dieter schrieb:
> The input stage comprises fusible resistor RF1.

Wenn ich das Layout richtig deute, liegt der zwischen N und dem 
Netzteil.
Der Laststrom fackelt also eher die SMD Shunts ab. Und wenn eine Last 
ausreichend niederohmig ist und die Relais offen, liegt dann auch genug 
un-abgesichertes "N"-Potential auf der Platine rum, damit es am RF1 
vorbei kokeln kann. ?
Versteht mich nicht falsch, ich will das Layout nicht unbedingt schlecht 
reden. Meiner Meinung nach hat es aber Verbesserungsbedarf, also 
besonders wenn das jemand als Inspiration zum Selbstbau nimmt!

von Dieter (Gast)


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Das ist der Widerstand RF1 vor der Gleichrichterdiode am 
Netzspannungseingang. Der soll gleichzeitig den Einschaltstrompeak des 
Elkos 4,7µF/400V begrenzen. Siehe auch Schaltbild 08.01.2019 16:45 Post 
von Sven.

von H. (Gast)


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Die Eingangsfrage war ja:

Roman K. schrieb:
> Frage:
> Kann sich jemand ausmalen oder vorstellen, wie die Designer (am Beispiel
> eines Shelly oder vergleichbar kleinem Gerät) eine so minimalistische,
> kleine Stromversorgung bauen?

CUI baut sehr kleine Versorgungen, die sogar noch galvanisch getrennt 
sind. Per Preis geht so einigermaßen:
https://www.digikey.com/en/product-highlight/c/cui/miniature-sip-ac-dc-power-supplies

Auf Aliexpress findet man auch ähnlich kleine Module, zum Teil sind die 
aber nur mit ungenügenden Isolationsabständen aufgebaut, so wie bei den 
Smartphone-Chargern auf Amazon/ebay für 3,50€

von H. (Gast)


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Habe gerade gesehen, dass CUI bei den kompakten Maßen etwas "mogelt", 
denn bei denen muss man den primärseitigen Hochvolt-Kondensator noch von 
außen hinzufügen. Dann kann man auch gleich das HLK PM01 nehmen, wie von 
MaWin vorgeschlagen. Ist preislich deutlich attraktiver und kommt im 
Test von Lygte.info nicht schlecht wetg:
https://lygte-info.dk/review/Power%20Mains%20to%205V%200.6A%20Hi-Link%20HLK-PM01%20UK.html

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