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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 230V mit uC schalten


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von Freddy (Gast)


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Hallo,

ich habe wenig praktische Erfahrung mit Schaltungsaufbau - inbesondere 
im Hinblick auf Störanfälligkeit, daher hoffe ich, dass ihr mir 
weiterhelfen könnt.

Ich möchte gerne mit einem Atmega88PA die Stromversorgung meines PCs 
(plus Bildschirm etc.) trennen. Dazu sollte ja grundsätzlich eine 
einpolige Trennung reichen. Ich habe mir also einfach mal gedacht ich 
nehme ein Netzrelais und steuere dieses über den uC an.

Nur scheinen Relais ja extremst gemein zu sein was Störeinstreuungen 
angeht - ich hoffe ihr könnt mir sagen ob so etwas überhaupt zu 
realisieren ist bzw. auf was man achten muss.
Kann man die 230V überhaupt auf der gleichen Schiene laufen lassen? Habe 
da wie gesagt gar keine Erfahrung was die Störeinflüsse angeht.

Was mir gerade aufgefallen ist, ist dass ich die Relais direkt ansteuere 
- das sollte wohl auf jeden Fall vermieden werden - reicht dafür ein NPN 
und Freilaufdioden über den Relaisspulen?

von (prx) A. K. (prx)


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AREF offen lassen, wenn ADC nicht benötigt wird. Andernfalls 10nF nach 
GND.

von Trivix .. (trivix)


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Man kann schon beides auf eine Platine machen, aber den 5V bereich vom 
230V Bereich trennen! Mache wenn möglich immer >5cm dazwischen...
Da PC und Bildschirm, fließt da ja ein ganz schöner Strom...vorallem 
beim Einschalten! Wie breit sind die Bahnen? Abstand? Kupferdicke der 
Platine?

von (prx) A. K. (prx)


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C19 weglassen, oder vor den Regler und C21 dahinter.

von (prx) A. K. (prx)


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Freddy schrieb:

> Was mir gerade aufgefallen ist, ist dass ich die Relais direkt ansteuere
> - das sollte wohl auf jeden Fall vermieden werden - reicht dafür ein NPN
> und Freilaufdioden über den Relaisspulen?

Ja, mit Basiswiderstand.

von (prx) A. K. (prx)


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Freddy schrieb:

> im Hinblick auf Störanfälligkeit,

4K7 und 100nF an Reset.

von ... (Gast)


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Würde nicht auch einfach eine schaltbare Steckdosenleiste reichen? Wäre 
sicherer ...

von Freddy (Gast)


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@A.K.: Okay also dann lasse ich AREF offen (ist jetzt über 100nF an GND 
- zu viel oder warum offen oder weniger?)

Wieso lässt man C19 weg? Habe das nach einer Standartschaltung gemacht 
wenn ich mich nicht irre - warum ist der da unangebracht? (weiß es 
allerdings nicht besser :) )

Und den Reset über 4,7kOhm und 100nF gegen GND. okay.

Das hilft mir schonmal. Die Relais müssen sonst nicht irgendwie weiter 
entstört werden? Habe schon die wildesten Geschichten gelesen und bin da 
etwas skeptisch geworden, gerade weil ja sogar 230V auf der Platine 
sind.

@Philipp W.: Die Trennung so ist also unzureichend? >5cm Abstand sind 
etwas unpraktisch auf einer so kleinen Platine. Wäre es also sinnvoller 
das Relais ganz "auszulagern"?
Dachte an eine normale 35u Platine. Bahnbreiten bei 230V sind in diesem 
Entwurf 100mil mit 40mil Isolation. (auch zum 5V-GND). Normale 
Steuerleitungen sind in 10mil ausgeführt, GND-Fläche mit Isolation von 
10mil Abstand.

@...: Was meinst du mit einer schaltbaren Steckdosenleiste? Eine 
einfache z.B. über Funk? Die Schaltung soll schon ein wenig mehr können 
als nur ein/aus, aber hier sehe ich eben die großen Probleme, vor allem 
weil ich wenig Erfahrung mit EM-Störungen habe und man viel schlechtes 
darüber ließt

von (prx) A. K. (prx)


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Freddy schrieb:

> @A.K.: Okay also dann lasse ich AREF offen (ist jetzt über 100nF an GND
> - zu viel oder warum offen oder weniger?)

AREF ist ein Ausgang, wenn nicht ausdrücklich auf externe Referenz 
programmiert wird. Und darf offen bleiben.

In deiner Schaltung ist er nicht offen, sondern mit AVCC 
kurzgeschlossen.

> Wieso lässt man C19 weg?

Dicke Cs sind hinter 78xx-Reglern schlichtweg überflüssig.

> Das hilft mir schonmal. Die Relais müssen sonst nicht irgendwie weiter
> entstört werden?

Man sollte natürlich nicht grad sensible Leitungen genau so führen, das 
das Steufeld der Relaisspule darin zu hässlichen Nebenwirkungen führt.

von Trivix .. (trivix)


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Würde die Platine etwas breiter machen, damit man die Trennung zwischen 
Massefläche 5V und 230V etwas vergrößern kann.

Zu Leiterbahnbreite hier mal ein kleines Diagramm. (Kupferdicke 35µm)
http://www.multi-circuit-boards.eu/uploads/pics/leiterplatten_strombelastbarkeit_2.gif

von (prx) A. K. (prx)


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A. K. schrieb:

> AREF ist ein Ausgang, wenn nicht ausdrücklich auf externe Referenz
> programmiert wird.

Genauer: AREF ist je nach Einstellung des ADC ein Ausgang. Ab Reset 
ist er zwar ein Eingang, aber darf offen gelassen werden.

von MaWin (Gast)


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> ich habe wenig praktische Erfahrung mit Schaltungsaufbau

Warum übernimmst du dann nicht Schaltungen von anderen ?

In welchem 7805 Datenblatt hast du gelesen, daß 220uF an den Ausgang 
kommen ?

Wo steht, daß ARef an VCC kommt ?

Welcher uC schafft 27mA des Finder 30.22 oder 34mA des Fujitsu LYC 
direkt ohne weitere Transistoren zu schalten ?

Welcher uC möchte seine Dioden am Ausgang als Freilaufdioden benutzt 
sehen ?

Und warum folgst du nicht dem handelsüblichen Vorschlag wie man Relais 
an Mikrocontroller baut ?

http://www.dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.25.2

Ja, man kann 20mA Relais direkt an uC-Ausgänge bauen und deren 
Schutzdioden als Freilaufdioden nutzen, aber dann sollte man viel 
Erfahrung mit Fernhaltung von Störungen haben.

Es ist nicht schlau, den Abstand zwischen 230V und 5V mit Kupfer zu 
füllen, ganz allgemein ist das undurchdachte vollaufenlassen von 
platinen mit angeblichen Masseflächen eher eine Einladung zum 
Genickbruch durch die ganzen Schlitzantennen die ihr damit baut.

von Freddy (Gast)


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@MaWin: Warum ich nicht Schaltungen von anderen übernehme? Weil ich z.B. 
zum Thema Relais entstören Myriaden von verschiedenen Meinungen von 
Freilaufdiode bis Snubber gefunden habe und mir für meinen spezifischen 
Fall konkrete Hilfe erhofft hatte.

Die 7805-Schaltung kommt genauso vom Evaluationsboard von roboternetz.de 
- ich denke mir das ja nun nicht einfach aus. :) Dort ist auch AREF mit 
AVCC so verschaltet - bis jetzt hat das in dieser Schaltung auch immer 
funktioniert, aber wenn das zu Problemen führt bin ich für den Hinweis 
dankbar.

Den direkten Anschluss der Pins an die Spulen hatte ich schon in meinem 
ersten Post bemerkt - ich meinte als Alternative eine Ansteuerung über 
einen NPN-Transistor und eine (externe) Freilaufdiode über der 
Relaisspule. Das würde dann F.25.2 deines Links entsprechen. Nun fragte 
ich mich aber ob das ausreicht oder ob die Spulen dann immernoch kräftig 
stören? Gibt es am Ende viel besser Möglichkeiten von denen ich nichts 
weiß?

Das mit den Masseflächen habe ich an verschiedensten Stellen gelesen und 
deswegen einfach mal umgesetzt - meinst du es wäre Sinnvoller sie 
kleiner zu gestalten oder mehr Abstand zu nehmen?

@A.K.: Wenn der Kondensator überflüssig ist wunderbar.. spare ich mir ab 
jetzt ein Bauteil. :)

von MaWin (Gast)


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> roboternetz.de

Leider findet sich dort mancher Schrott.


> Das mit den Masseflächen habe ich an verschiedensten Stellen gelesen
> und deswegen einfach mal umgesetzt - meinst du es wäre Sinnvoller sie
> kleiner zu gestalten oder mehr Abstand zu nehmen?

Es wäre sinnvoller, die mit Verstand einzusetzen.

Dazu ist es sinnvoll, sich über die Strom Hin- und Rückwege klar zu 
werden, und diese jeweils für den hin und rückfliessenden Strom parallel 
zu legen (niedrige Induktivität, niedrige Einkoppelmöglichkeit), also 
erst mal als Leiterbahnen, dicker als normal.

Wenn man dann der Meinung ist, daß einige empfindliche Signalleitungen 
links und rechts geschirmt werden sollen, dann legt man Masseleitungen 
zu ihnen parallel als Äquipotentialflächen.

Wenn man dann meint, daß die Lücken auf der Platine ohne negative 
Nebenwirkungsn geschlossen werden können, dann baut man dort 
Masseflächen rein.

von (prx) A. K. (prx)


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Freddy schrieb:

> Die 7805-Schaltung kommt genauso vom Evaluationsboard von roboternetz.de
> - ich denke mir das ja nun nicht einfach aus. :)

Nicht jede veröffentlichte funktionsfähige Schaltung ist der Stein der 
Weisen.

So war im AVR Tutorial(?) hier im Board längere Zeit versehentlich ein 
47pF Kondensator an Reset eingezeichnet (sollte wohl 47nF sein). Dieser 
47pF C geistert sicherlich heute noch durch viele Schaltungen im 
Internet, obwohl der mit dieser Dimensionierung an dieser Stelle weder 
nützt noch schadet, sondern schlicht völlig sinnlos ist.

> Dort ist auch AREF mit AVCC so verschaltet

Bei alten AVRs anno AT90S8515 war das auch korrekt. Bei den Megas/Tinys 
ist es das jedoch nur noch, wenn Programme aus dieser Ära übernommen 
werden sollen. Seither wird das aber oft unreflektiert übernommen.


> - bis jetzt hat das in dieser Schaltung auch immer
> funktioniert, aber wenn das zu Problemen führt bin ich für den Hinweis
> dankbar.

Es führt auch nicht zu Problemen. Nur braucht die Welt nicht noch eine 
veröffentliche Schaltung mit veralteter oder überflüssiger Verschaltung.

von MaWin (Gast)


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> Es führt auch nicht zu Problemen.

Es verlängert die Zeit, die die Versorgungsspannung benötigt um den 
Nennwert zu erreichen, da maximal der Ausgangsstrom des 7805 dafür zum 
Aufladen des übergrossen Elkos zur Verfügung steht

Wegen fold back Characteristik sind das im Bereich von 0V bis 1V nur die 
0.75A des short circuit current des 7805.

Da dauert das Aufladen der 220uF von 0V auf 1V also 0.29ms.

Beim ATmega88 sind, damit PowerOnReset funktioniert, 100ms bis 1V 
erlaubt.

Glück gehabt.

Da kann bei anderen Kondenstaoren, anderen Reglern und anderen 
Kondensatoren aber schon anders aussehen.

von Freddy (Gast)


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Gut gut dann also ab jetzt ohne C hinter dem 7805 und ARef offen lassen. 
(aus Interesse: kann ich die Brücke da lassen wenn ich den ADC mit 5V 
Referenzspannung betreiben möchte?)

Ja schau an.. die 4,7pF habe ich glaube ich sogar verbaut und jetzt wo 
du das sagst könnte das für einige ungewollte Resets bei Relaisschalten 
bei einem Testaufbau geführt haben. Werde die wohl einfach mal ab jetzt 
mit 100nF - die ja sowieso an allerlei Stellen eingesetzt werden - 
machen.

Zum Thema Masseflächen: Ich sollte also nicht GND als große Fläche legen 
sondern lieber die GND-Leitungen jeweils einzeln führen? Wenn es darum 
geht zu beurteilen wo keine negativen Auswirkungen zu erwarten sind.. 
bin ich nun auch gut überfragt :-D

von (prx) A. K. (prx)


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Freddy schrieb:

> (aus Interesse: kann ich die Brücke da lassen wenn ich den ADC mit 5V
> Referenzspannung betreiben möchte?)

Nein, denn das kannst du ebenso gut intern einstellen. Aber wenn du den 
ADC verwenden willst, dann macht sich ein 10nF (oder notfalls auch 
100nF) Kondensator zwischen AREF und GND recht gut.

von (prx) A. K. (prx)


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Apropos: Zum Thema EMV hat auch Atmel selbst was verbrochen, in Form der 
Application Notes AVR040 und AVR042.

von Bernd R. (Firma: Promaxx.net) (bigwumpus)


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Lustige Relais...
Es ist aber bekannt, daß hier in Deutschland ca. 230V Netzspannung 
erwartet werden ?

Such mal ordentliche Finder 40.xx-Typen, die halten die Schaltströme von 
Schaltnetzteilen aus.

Sind diese Steckverbinder oben links etwa Cinch-Buchsen ?

Also, 5cm Isolationsabstand ist wirklich stark übertrieben. So groß 
werden ja nicht mal richtige Netzrelais gebaut.
Irgendetwas mit 1cm und mehr reicht, Blitzeinschläge gehen trotzdem 
rüber.

Die ganze Ansteuerung der Relais löscht Du am besten und nimmst die 
Schaltungen aus den Anleitungen hier.
Eine Relaisspule bekommt zwingend eine Freilaufdiode!
Angesteuert wird mit einem Transistor (BC547).

An den Schaltausgängen des Relais sollte ein Snubber kommen, um die 
Kontakte zu schonen. Irgendwie 100Ohm und 22nF in Reihe.

Die Relais würde ich eher mit der ungeregelten Spannung betreiben (12V 
oder 24V) und nicht den Spannungsstabi unnötig aufheizen. Die Spule 
braucht immer die gleiche Leitung, bei 5V also ca. 3mal mehr Strom als 
bei 12V.

von Werner (Gast)


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Warum nimmst du nicht einfach eine Funksteckdose für ein paar Euro aus 
dem Baumarkt und steuerst den Chip in der Handfernbedienung per ATmega?

von Freddy (Gast)


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Die Steckverbinder sind Cinch-Buchsen, ja, wieso? ^^

Ja die Ansteuerungen werde ich bei Zeiten mal komplett neu designen.
Die Idee mit der Funksteckdose ist vllt auch nicht die schlechteste, 
aber auch da müsste doch der Tastendruck per Relais simuliert werden!?

Die Application Notes werde ich mir auch mal zu Gemüte führen.. danke.

von Guido (Gast)


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Freddy schrieb:
> Ich möchte gerne mit einem Atmega88PA die Stromversorgung meines PCs
>
> (plus Bildschirm etc.) trennen. Dazu sollte ja grundsätzlich eine
>
> einpolige Trennung reichen. Ich habe mir also einfach mal gedacht ich
>
> nehme ein Netzrelais und steuere dieses über den uC an.

Hallo Freddy,

bitte beachte, dass die Phase abgeschaltet werden muss. Es dient der 
Sicherheit. Wenn du das Gerät in eine Steckdosenleiste baust, ist da 
auch ein Stecker dran. Je nachdem wie rum du den Stecker in die 
Steckdose steckst, ist die Phase mal an dem geschalteten und mal an dem 
nicht geschalteten Anschluss.
Entweder der Stecker kommt weg und du schließt das Gerät fest an, damit 
immer die Phase geschaltet wird, oder du schaltest beide Adern.
Beide Adern zu schalten ist immer die beste Lösung.

Bitte achte auch darauf, dass der Schutzleiter nicht getrennt werden 
darf!

Gruß
Guido

von Freddy (Gast)


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So ich habe nun versucht eure Ratschläge zu berücksichtigen und ein 
besseres Design zu erstellen.

Ich habe nun mal den Vorschlag mit der Funkfernbedienung aufgegriffen - 
an sich nicht schlecht - ich bin nun davon ausgegangen, dass ich die 
zwei Tasten einfach mal mittels Relais simuliere.

In diesem Entwurf habe ich nun die Massen erstmal einzeln geführt (12V 
und 5V Masse (bzw Rückleitungen) erst wieder am Elko zusammengeführt). 
Ist das so praktikabel oder wo könnte/sollte man evtl Masseflächen auch 
zur Ätzbadschonung einfügen?

Ganz ohne Brücken habe ich es nicht geschafft, aber ist auch mein erstes 
Projekt... kann man sicher noch einiges optimieren.

von (prx) A. K. (prx)


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Derjenige, der den Tipp gab, die Relaiskontakte mit Snubbern zu 
schützen, hatte vermutlich nicht auf der Rechnung, dass damit 
ausschliesslich Mikroströme und -Spannungen geschaltet werden. Denn für 
den PC-Einschaltknopf und ähnlichen Kleinkram sind Snubber etwas 
übertrieben. Die sind sinnvoll, wenn 230V Verbraucher damit direkt 
geschaltet werden.

Wenn du Pech hast, dann führt der Snubber sogar dazu, dass der PC beim 
Einschalten der Standby-Power (Einstecken, Sicherung, ...) automatisch 
einschaltet. Und bei einer Fernbedienung kann ein Kondensator parallel 
zum Taster u.U. sogar einen Kurzschluss darstellen.

von Freddy (Gast)


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Okay das ist gut zu wissen. Habe etwas umgelegt - der einzige 
Schaltungsunterschied sind die rausgenommenen Snubber und eine 
zusätzliche Diode - sonst habe ich das Layout lediglich versuch kleiner 
zu gestalten.

von Weingut P. (weinbauer)


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Die Lötpunkte Deiner Brücken würd ich etwas größer machen, oder wird das 
2-lagig, dann wären die DuKos OK.

von Peter S. (psavr)


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Dass Du die RC-Glieder über die Kontakte weggelassen hast ist schon mal 
gut, dies wäre nämlich Quatsch!

Aber das Layout ist grob fahrlässig, Leiterbahnen die Netzspannung 
führen müssen mindestens 5 mm Abstand untereinander haben! 
(Phase-Nulleiter, Phase/Nullleiter-Schutzleiter, 
Phase/Nulleiter-Ansteuersignale)

von (prx) A. K. (prx)


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Peter S. schrieb:

> Aber das Layout ist grob fahrlässig, Leiterbahnen die Netzspannung
> führen müssen mindestens 5 mm Abstand untereinander haben!

Welche Netzspannung? Die Relais steuern offenbar den Einschalter vom PC 
(Taster mit 5V) und zwei Tasten einer Funkfernbedienung.

von Freddy (Gast)


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jap korrekt - nach der Anregung habe ich 230V komplett aus der Schaltung 
verbannt!

von Freddy (Gast)


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Was mich allerdings noch interessieren würde ist, ob man - bzw. vor 
allem ob ich in diesem Fall - wirklich auf große Massefläschen 
verzichten sollte?

Hatte sie jetzt mal weggelassen weil ich das so rausgelesen habe aber 
ist das wirklich gut?

von Werner (Gast)


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Freddy schrieb:
> Die Idee mit der Funksteckdose ist vllt auch nicht die schlechteste,
> aber auch da müsste doch der Tastendruck per Relais simuliert werden!?

Wieso das? Bei dem oft verwendeten HX2262 werden die Daten direkt an die 
I/O-Pins angelegt. Oder man nimmt ein Funkmodul und läßt den ATmega die 
Steuersequenz erzeugen.

von Freddy (Gast)


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Hm ja das mag sein.. nur leider habe ich davon mal wirklich gar keine 
Ahnung. :)

von Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)


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Werner schrieb:
>> Die Idee mit der Funksteckdose ist vllt auch nicht die schlechteste,
>> aber auch da müsste doch der Tastendruck per Relais simuliert werden!?

Da kann man simple Analogschalter nehmen, a la 4066 oder 4016. Je nach 
verwendeter Tastaturmatrix könnten auch Mehrkanalschalter wie 4051 oder 
4052 gut sein.
Oder du simulierst gleich den kompletten Geber. Hab ich mal mit HS1527 
Sendern gemacht und in einen Tiny programmiert.

von Freddy (Gast)


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Ah Analogschalter.. wusste gar nicht dass es sowas gibt. :) Das ist eine 
gute Idee - werde ich gleich mal umsetzen. Danke

aber eine Frage bliebe mir noch: Was ist mit den Masseflächen? weglassen 
wie ich das getan habe?

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