Strommessung 230VAC

[Bert S. (kautschuck)]

Hi

Ich möchte mit einem uC (ESP32) die Eingangsspannung sowie den Strom bei 
230VAC messen. Versorgt werden soll der uC über eine nicht isolierte 
Spannungsversorgung, um die Strom und Spannungsmessung zu erleichtern. 
Die Daten werden anschliessend direkt über Funk übermittelt.

Für die Versorgung habe ich sowas wie im Anhang vorgesehen (LNK3207D), 
jedoch macht mir der Vollbrückengleichrichter noch ein wenig sorgen, da 
ich den Strom eigentlich über einen Shunt mit Referenz zu Neutral messen 
möchte. Wenn ich jetzt also einen Differentialverstärker über dem Shunt 
aufbaue, dann hat der eine Potentialdifferenz von Vpeak-to-peak, was ich 
Verhindern möchte.

Jemand eine Idee, wie ich hier die Strommessung hinbekomme, ohne einen 
isolierten oder extrem Spannungsfesten Opamp zu nehmen?

[MaWin (Gast)]

Stromwandlertrafo ? Geht ja bei Wechselstrom, darfst aber nicht Sinus 
erwarten, musst rms rückrechnen.

https://www.ebay.de/itm/353973004027

Macht aber bei den wenigen Milliampere kaum Sinn weil die im Messfehler 
untergehen.

Ausgangsstrom messen und mit Wirkungsgrad auf den Eingangsstrom 
rückrechnen wird genauer sein.

[Bert S. (kautschuck)]

MaWin schrieb:
> Stromwandlertrafo

Habe ich mir auch schon überlegt, ist aber preislich eher höher als eine 
Shunt Lösung und wäre eigentlich nur Plan B.

Ich habe vor Jahren einmal ein IoT Device zerlegt, welches auch über 
eine Shunt die Strommessung gemacht hat. Ich weiss noch, dass es nur 
eine Halbwelle zur Versorgung nutze und GND direkt mit L verbunden war.

[Bentschie (Gast)]

Wie viel Leistung braucht es denn?

Wie wäre es die ganze Schaltung direkt auf N zulegen?
Damit ist der Shunt überhaupt kein Problem mehr. Und die Versorgung 
könnte mit einer Einweggleichrichtung funktionieren. Ja, das hat 
deutlich mehr Ripple, wenn da aber nur der µC mit 200mW dran hängt sind 
das auf 230V nur noch gut 100µA RMS. Da ist der Nachladeimpuls in den 
Elko auch nicht so groß.

[Bert S. (kautschuck)]

Ich habe mal eine Simulation gemacht. Blau ist die Spannung zwischen R1 
und R6, grün der Strom durch Rs.

Das Netzteil habe ich einfach als Spannungsquelle angenommen, mit 
Potential zu GND.

Man sieht nun, dass das Potential am Opamp bis zu 160V beträgt, was ein 
Messen verunmöglicht. Man kann natürlich durch eine andere Verstärkung 
auf kleinere Spannungen kommen, aber ich denke man muss noch etwas 
grundlegend ändern.

[Bert S. (kautschuck)]

Bentschie schrieb:
> Wie viel Leistung braucht es denn?

Der ESP32 wird mit WiFi an bis zu 260mA ziehen. Ich denke also so 2W 
müssten man sicher vorsehen, um genug Reserve zu haben.

Ja der Einphasengleichrichter wäre wohl das einfachste. Ich kann aber 
nach meiner Simulation immer nur eine Halbwelle messen, ich möchte aber 
beide messen können. Mal schauen, ob es da auch noch eine gute Lösung 
gibt.

[MaWin (Gast)]

Bert S. schrieb:
> ist aber preislich eher höher als eine Shunt Lösung

Oje, wie viel tausend dieser Bastelei willst du verkaufen ?

Man kann den Strom auch nach dem Gleichrichter zwischen 2 und C1- 
messen.

Um daraus die echte Aufnahmeleistung zu bestimmen muss man aber rms 
korrekturrechnen, wie auch beim Strom vor dem Bruckengleichrichter.

Dass eine Schaltung ohne VDR am Netz nur bis zum nächsten Gewitter hält, 
solltest du aber auch schon wissen.

[Bert S. (kautschuck)]

MaWin schrieb:
> Man kann den Strom auch nach dem Gleichrichter zwischen 2 und C1-
> messen.
>
> Um daraus die echte Aufnahmeleistung zu bestimmen muss man aber rms
> korrekturrechnen, wie auch beim Strom vor dem Bruckengleichrichter.

Ja, ist mir bewusst, ich möchte aber mit einer hohen Frequenz abtasten, 
um die Stromkurven möglichst genau darzustellen.

MaWin schrieb:
> Dass eine Schaltung ohne VDR am Netz nur bis zum nächsten Gewitter hält,
> solltest du aber auch schon wissen.

Für Surge kommt natürlich noch ein Varistor und eine Sicherung vor das 
Netzteil, ich möchte aber hier nicht Surge simulieren.

[fchk (Gast)]

Schau Dir mal das hier an, so als grobe Vorlage:

https://www.ti.com/lit/an/slaa517f/slaa517f.pdf?ts=1649408315373
https://www.ti.com/lit/an/slaa577g/slaa577g.pdf?ts=1649413800723

fchk

[Bert S. (kautschuck)]

fchk schrieb:
> Schau Dir mal das hier an, so als grobe Vorlage:
>
> https://www.ti.com/lit/an/slaa517f/slaa517f.pdf?ts=1649408315373
> https://www.ti.com/lit/an/slaa577g/slaa577g.pdf?ts=1649413800723
>
> fchk

Danke, sieht schon einmal spannend aus.

[Bert S. (kautschuck)]

Was ich nicht ganz verstehe ist, was ich für Kapazitäten und Spulen für 
das Eingangsfilter des LNK3207D nehmen sollte. Das Problem ist, 4.7uF 
bei 400V Kondensatoren sind extrem teuer, da kommt so ein Supply schnell 
mal auf 20€ HSK. Es gibt ja Module wie das IRM-03-3.3S, welches schon 
EMI Filter integriert hat und gerade mal so 5-6€ kostet. Ich dachte 
eigentlich immer, solche Fertigmodule sind viel zu teuer.

Es würde also nichts dagegensprechen, einfach ein IRM-03-3.3S zu nehmen 
und N und GND zu verbinden. Dann bräuchte ich nicht einmal eine Diode, 
oder sehe ich das falsch?

[MaWin (Gast)]

Bert S. schrieb:
> was ich für Kapazitäten und Spulen für das Eingangsfilter des LNK3207D
> nehmen sollte. Das Problem ist, 4.7uF bei 400V Kondensatoren sind extrem
> teuer

Hartzer ?

Der Elko hinterm Gleichrichter puffert auch Überspannungsimpulse weg, 
ohne den müsste der LNK 2500V oder mit VDR wenigstens 800V vertragen 
damit er nicht platzt, die Spule und der zweite Elko filtert EMV 
Störungen die vom LNK ins Netz rückwirken würden, und JA: man sollte 
immer die teuersten und besten Elkos nehmen wenn man jahrelang etwas von 
der Elektronik haben will.

[Bert S. (kautschuck)]

MaWin schrieb:
> Hartzer ?

Ich wollte nur den Vergleich mit einer fertigen Lösung, z.B dem 
IRM-03-3.3. Die Kosten für eine Lösung mit dem LNK3207D belaufen sich 
wohl bei 1000 Stück auf etwa 12€ (sofern dieses Input Filter verwendet 
wird). Der Preis für das IRM-03-3,3 beläuft sich hingegen auf etwa 4.5€, 
was der um einiges bessere Deal zu sein scheint.

Ein Varistor ist sowieso für beide Lösungen vorgesehen.