WiFi-Schalter ohne N-Anschluss

[Dieter R. (drei)]

Ich habe einen WiFi-Schalter gekauft, der ohne N-Anschluss installiert 
werden kann (also wie ein Dimmer in Serie mit der Last). Da, wo ich ihn 
installieren will, brauche ich das zwar nicht, aber aus Neugier habe ich 
ihn mal geöffnet, um zu sehen, wie das schaltungstechnisch gelöst ist.

Als Schaltelement ist ein dickes Relais verbaut. Zur Stromversorgung 
dient ein PN8015, vermutlich in üblicher Weise als Buck-Converter 
verbaut, siehe dazu beiliegende Grafik, die ich im Internet gefunden 
habe.

Die Frage ist, woher der PN8015 seine Betriebsspannung bekommt. Solange 
das Relais ausgeschaltet ist, kann er sich aus der Netzspannung über dem 
Relais bedienen. Was aber tut er, wenn das Relais eingeschaltet ist? 
Einzige Erklärung, die mir dazu einfällt ist, dass die beiden dicken 
FETs (NCE3090K, Niederspannungstyp mit Vds max 30V) dann in Reihe mit 
der Last liegen und daran eine Hilfsspannung zum Weiterbetrieb der 
Stromversorgung abfällt.

Das Ganze ist mit einigem Aufwand realisiert, mit 2 zusätzlichen ICs und 
mehr als einem Dutzend Dioden.

Hat sich da jemand etwas ganz spezielles ausgedacht, oder ist das (bloß 
mir unbekannter) Standard? Gibt es Musterschaltungen, 
Applikationsschriften für so eine Stromversorgungs-Schaltung?

[H. H. (Gast)]

Dieter R. schrieb:
> Hat sich da jemand etwas ganz spezielles ausgedacht,

Gibt es schon länger, aber eine AppNote dazu ist mir nicht bekannt.

[Dieter R. (drei)]

H. H. schrieb:

> Gibt es schon länger, aber eine AppNote dazu ist mir nicht bekannt.

Danke. Wenn es das nach deinen Worten schon länger gibt, scheinst du 
darüber ja Informationen zu haben. Kannst du die teilen?

[Michael G. (saveline)]

Dieter R. schrieb:
> Einzige Erklärung, die mir dazu einfällt ist, dass die beiden dicken
> FETs (NCE3090K, Niederspannungstyp mit Vds max 30V) dann in Reihe mit
> der Last liegen und daran eine Hilfsspannung zum Weiterbetrieb der
> Stromversorgung abfällt.

So siehts aus
https://www.eeweb.com/two-wire-no-neutral-ble-wall-switch-demo/
https://eepower.com/uploads/ppn_legacy/2017/10/Power-Integrations-schematic.jpg

[Dieter R. (drei)]

Michael G. schrieb:

> So siehts aus
> https://www.eeweb.com/two-wire-no-neutral-ble-wall-switch-demo/
> https://eepower.com/uploads/ppn_legacy/2017/10/Power-Integrations-schematic.jpg

Nö, so sieht's gerade nicht aus. Das Design Example von Power 
Integrations ist, sagen wir mal, interessant, aber die Lösung in dem von 
mir abgebildeten Schalter ist deutlich anders. Kein Flyback-Konverter, 
sondern ein normaler Step-Down(?)-Konverter (jedenfalls etwas ähnlich 
der Standard-Applikation für den PN8015, soweit man das den 
Induktivitäten ansehen kann). Und zur Erzeugung des Spannungsabfalls 
nicht die schwer durchschaubare Lösung von Power Integrations, sondern 
vermutlich etwas, das einem Back-to-Back FET-Dimmer ähnelt, aber 
begrenzt auf weniger als 30V, mehr können die FETs nicht. Eine 
Applikation für so eine Schaltung finde ich aber nirgendwo.

[Brüno (dominic_m833)]

Foto von oben und unten machen, eine Seite spiegeln, in Paint.NET 
transparent übereinander legen, nicht offensichtliche Verbindungen 
durchpiepsen und Schaltplan zeichnen würde all deine Fragen beantworten.

[Michael G. (saveline)]

Es ging mir nur um die Bestätigung der zitierten vermuteten Erklärung 
von dir, mit der du vollkommen Recht hast. Entschuldigung, dass ich mich 
mit dem Rest der Schaltung belästigt habe.

[Tobias W. (hacker-tobi)]

Hi,

zufällig hab ich genau diesen Schalter mal analysiert.

Die beiden FET generieren eine Hilfsspannung wenn der Schalter ohne N 
betrieben wird und die Last aktiv ist.
Wenn ich mich recht entsinne wird diese Hilfsspannung dann von einem 
Linearregler auf 5v stabilisiert, nicht von dem Schaltregler. Die Dioden 
dienen zur Trennung der Betriebsarten und zur Gleichrichtung.
Der Schaltregler übernimmt bei inaktiver Last oder bei Betrieb mit N.
Bei dem Schaltungsteil half nur Abzeichnen um ihn zu verstehen.

Auch wird dem yC für die Funktion als Wechselschalter gemeldet ob Strom 
durch die Last fließt oder nicht .

Das Relais wird übrigens mit kurzen positiven Impulsen (20ms reichen) 
über 2 Pins gesteuert. Ich weiss nicht mehr welche Pins das waren 
(müsste ich nachsehen) aber ein positiver Impuls auf dem einen Pin 
schaltet Ausgang 1 aktiv, ein positiver Impuls auf dem anderen Ausgang 
2.
Das Relais selbst ist ein bipolares Stromstoss Wechselrelais, das 
seinerseits über eine H Brücke und ein Transistorarray angesteuert wird.

Die Steuerung über nimmt ein STM8 Mikrocontroller, der seriell 
angesprochen werden kann (Tuya Protokoll). Das WLAN Modul war bei meiner 
Variante ein ARM Prozessor mit separatem realtek WLAN Modul .

Interessant ist noch das die Taste von 2 Tastern abgefragt wird, einer 
für jeden Schaltzustand.

Den yC habe ich bei mir durch einen ESP8266 ersetzt und die Steuerung 
selbst übernommen.

Insgesamt eine aufwändige Schaltung, die aber so den Betrieb als 
Wechselschalter Ersatz erlaubt und nur wenig Strom verbraucht.

Heute dient er zur Steuerung einer Markise.

Ich hoffe meine Erinnerung ist korrekt und deine Version stimmt mit 
meiner überein.

[Tobias W. (hacker-tobi)]

Nachtrag:

U800 transistor array

U801 h Brücke

U600 5v bei N betrieb / last inaktiv

u700 5v ohne N last aktiv

U601 3v3

Ohne Gewähr

[Dieter R. (drei)]

Da muss noch ein Trick dabei sein, jedenfalls dann, wenn die 
Spezifikation stimmt. Der Schalter ist spezifiziert für 300W Last. Wenn 
der Strom durch diese Last direkt durch die FETs fließt und daran einen 
Spannungsabfall von 5V erzeugt, dann wird darin viel zu viel Leistung 
umgesetzt. Um sicherzugehen, dass ich keinen Gedankenfehler mache, habe 
ich das prinzipiell in LTSpice simuliert, Screenshot anbei. B1 ist dabei 
ein Platzhalter für den gesamten Schaltungsblock, der vom Laststrom 
durchflossen wird und intern die 5V erzeugt.

Ergebnis bei 300W nomineller ohmscher Last: Leistung an der Last 284W, 
Leistung an B1 5,7W. Ich kann mir nicht vorstellen, dass in dem Gehäuse 
des Schalters so viel Verlustleistung umgesetzt werden kann.

Bleibt also eigentlich nur die Idee, dass das Ganze irgendwie gepulst 
wird und entweder der Buck-Converter immer gebraucht wird oder die Pulse 
abgegriffen und zur internen Spannungsversorgung verwendet werden bzw. 
eine Kombination davon.

Kannst du den von dir abgezeichneten Schaltplan mal zeigen?

[Tobias W. (hacker-tobi)]

Hab nachgesehen, den hab ich leider nicht mehr. Für mich war damals 
hauptsächlich die Ansteuerung interessant und als ich die zusammen hatte 
brauchte ich den Schaltplan nicht mehr.

Der Laststrom fließt imho komplett durch die Fets aber die Spannung die 
an ihnen abfällt war recht gering nur wenige Volt. Gepulst wird da - 
zumindest auf der Lastseite - nichts. Miss es doch mal live nach wenn du 
die Möglichkeit dazu hast (Sicherheitsregeln beachten!).

[Tobias W. (hacker-tobi)]

Wenn du beide Platinenseiten genau von oben her fotografierst in hoher 
Auflösung und bei guter Beleuchtung können wir die Schaltung evtl anhand 
der Bilder rekonstruieren.

Zusätzlich bitte ich dich, bei Betrieb an einer Last (ich denke 100W 
oder mehr) mal den Spannungsabfall über den FET zu messen.

[Dieter R. (drei)]

Tobias W. schrieb:
> Wenn du beide Platinenseiten genau von oben her fotografierst in hoher
> Auflösung und bei guter Beleuchtung können wir die Schaltung evtl anhand
> der Bilder rekonstruieren.
>
> Zusätzlich bitte ich dich, bei Betrieb an einer Last (ich denke 100W
> oder mehr) mal den Spannungsabfall über den FET zu messen.

Kann ich leider nicht sofort machen, muss ein paar Tage warten.

Bilder, soweit ich sie bisher habe, anbei. Von der Oberseite sieht man 
aber nicht viel, da sind die dicken Bauteile drauf.

[Tobias W. (hacker-tobi)]

Hi,

damit wird es schon recht deutlich danke.

Jetzt ist die Spannungsmessung interessant.

Auch zu prüfen ist die Rolle von R600/R601 in Verbindung mit D601/D602.

Ich war damals davon ausgegangen, das diese das Signal Strom fließt / 
fliesst nicht bereit stellen. Aber das ist zu prüfen.
T701/T702 liegen hinter F500 und vor dem Relais im Lastkreis.
Das F500 den Lastkreis absichert hat sie bei mir bei einem Defekt des 
Motors in der Markise bereits bewiesen.

Wo wir grad über Ihn nachdenken hängt grad die Software auf meinem 
Schalter ;) Der hat das mit bekommen ;) Reset tut gut.