I2C-Schaltmodul

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Einleitung

Das Schaltmodul ist eine Anwendung für den I2C Bus, um acht 230V Geräte zu steuern. Hauptbestandteil ist der IC PCF8574. Dieser IC wird direkt an den I2C Bus angeschlossen und besitzt 8 digitale Ein-/Ausgänge. Bei dem Schaltmodul steuert jeder Ausgang des ICs einen Optokoppler (MOC3062) an, welcher wiederum einen TRIAC (TIC225M) schaltet. Eine LED zeigt den Status des Ausgangs optisch an.

Schaltplan

I2C Schaltmodul neu.png

Erklärung

Im Schaltplan ist nur Kanal 0 dargestellt, die übrigen sind vollkommen identisch aufgebaut. Der PCF8574 kann direkt an den I2C-Bus angeschlossen werden, ggf. sind noch Pull-Up Widerstände an SDA und SCL notwendig (10kΩ). Ein Kanal wird eingeschaltet, indem der jeweilige Ausgang per I2C-Bus auf LOW gesetzt wird. Nach dem Einschalten sind zunächst alle Ausgänge auf HIGH (inaktiv). Die LED zur Signalisierung des Schaltzustands ist in Reihe mit dem Optokopler geschaltet, so spart man Strom und einen Vorwiderstand. Der Optokoppler hat einen Triacausgang mit Nullspannungsdetektor (engl. Zero Crossing Detector), d.h. er schaltet im Nulldurchgang der Netzspannung. Das schont den Triac und erzeugt wenig Störungen. Zusätzlich gibt es ein Löschglied (Snubber), bestehend aus R3 ud C2. Dies verhindert einen zu schnellen Spannungsanstieg bei induktiven Lasten, welche den Triac schädigen können. Wenn die zu schaltenden Lasten mehr als 100W aufnehmen, muss der Triac gekühlt werden. Bei maximaler Last (8A / 1800W) darf der Kühlkörper für T1 einen maximalen Wärmewiderstand von 5 K/W haben. Achtung, das Gehäuse von T1 ist elektrisch mit einer der Phasen verbunden!

Bauteile

Bauteil Wert Reichelt Bestellnummer Kommentar
IC1 --- PCF 8574 AP I2C Portexpander, DIL16
T1 --- TIC 225M Triac, 600V, 8A
OK1 --- MOC 3062 ISO Optokoppler mit Triacausgang, 600V, 10mA LED Strom, Nullspannungsschalter
LED1 --- LED 3MM ST GN LED, 20mA; Keine Low current LEDs verwenden!
F1 8A TRÄGE 8,0A Sicherung, 8A, träge
R1 100 METALL 100 Widerstand, 1/4W, 10%
R2 360 METALL 360 Widerstand, 1/4W, 10%
R3 39 2W METALL 39 Widerstand, 2W, 10%
C1 100n Z5U-2,5 100N Kondensator, 16V, Vielschicht
C2 10n MKS-4-1000 10N Kondensator, 1000V, Polyester
KK1-4 9K/W V PR32/50,8-MC Kühlkörper Conrad Teilenummer / 183950

Vier Schaltkanäle

Hier ist ein Modul mit 4 Kanälen verfügbar, welche mit Eagle Freeware erstellt wurde. Der Steueranschluss erfolgt über einen 4poligen Westernstecker (RJ11). Die 230V Seite wird jeweils über Schraubklemmen kontaktiert. Die Platine ist komplett einseitig ausgeführt. Durch die verwendeten Kühlkörper darf jeder Kanal mit maximal 4A (~900W) belastet werden. Wird jeder Kanal mit 4A belastet, sollte jeder einzelne mit einer separaten 4A Sicherung gesichert werden. Die dicken 230V Hauptleitungen (ganz oben und in der Mitte) sollte man auf jeden Fall mit aufgelötetem Kupferdraht mit 1-1,5mm² Querschnitt verstärken. Nur dick verzinnen reicht nicht! Warum das so ist steht im Artikel Leiterbahnbreite.

Layout für vier Kanäle
Eagle 3D Ansicht


Projekt im Eagleformat

Erfahrungen

  • Die Schaltung wurde noch nicht praktisch getestet!

ACHTUNG! Diese Schaltung arbeitet mit 230V Netzspannung. Wer nicht WIRKLICH die notwendigen Kenntniss zum Umgang mit Netzspannung hat soll diese Schaltung bitte nicht nachbauen!