Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik OpenTherm Schaltung verstehen.


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von christian s. (Gast)


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Hallo allerseits,

vorweg: meine Erfahrung (autodidaktisch) mit Elektronik ist bisher 
(leider) auf eher niedrigem Niveau. Ich habe etwas mit Arduino und Co. 
gebastelt, allerdings fehlt mir hier und da noch einiges an Verständnis.


Motivation: Ich möchte gerne die Schaltung auf [0] 
http://otgw.tclcode.com/schematic.html#schematic nachbauen (dafür möchte 
ich ein fertiges 24V Netzteil nutzen um nicht mit 230V zu hantieren).


Allerdings will ich auch verstehen, was sie tut. Zu OpenTherm habe ich 
dann noch folgendes gefunden
 [1] 
https://www.domoticaforum.eu/uploaded/Ard%20M/Opentherm%20Protocol%20v2-2.pdf
 [2] https://jeelabs.org/2012/11/25/bi-directional-signalling-and-power/

Dazu habe ich ein paar Fragen und wäre sehr dankbar für Antworten!

Frage 1. In [1] steht „The system operates by sending current signals 
from the boiler unit to the room unit and voltage signals in the reverse 
direction.“. Außerdem darf das Thermostat seine Energie (max. 5mA) vom 
Boiler ziehen. In [2] steht nun, dass der Boiler Daten senden, indem „it 
[...] briefly forcing more current down the wire“.

Wie kann ich mir das vorstellen? Meinem Verständnis nach, hängt die 
Stromstärke (bei konstanter Spannung) nur vom Innenwiderstand des 
Verbrauchers (hier Thermostat) ab. Heißt das der Boiler erhöht die 
Spannung, damit mehr Strom fließt?


Frage 2. Das Thermostat soll nun mittels „voltage signals“ zum Boiler 
kommunizieren. Wenn der Boiler die Spannungsquelle ist, wie soll das 
gehen? Meinem Verständnis nach müsste dazu entweder der Innenwiederstand 
erhöht werden und damit der Spannungsabfall.

Oder es müsste „irgendwie“ ein höheres Potenzial als 0V an die 
negativere Ader gelegt werden (aber dann ist das GND Potenzial weg!?)...


Frage 3. Nun zusammen. Wenn das Protokoll so funktioniert, wie ich das 
verstehe schickt doch eigentlich der Boiler „voltage signals“ und das 
Thermostat „current signals“, oder?

Wäre das nicht auch „logischer“/einfacher zu realisieren? Der 
Verbraucher schaltet einfach einen Widerstand zu um den Strom zu erhöhen 
(senden) und ließt die Spannung aus (empfangen)?


Frage 4 (bezogen auf die Schaltung in [0]). Verstehe ich das richtig? 
Wenn zwischen X2-1 und X2-2 eine Spannung kleiner als 15V anliegt, hab 
ich an der Basis und am Emitter von Q1 das selbe Potenzial. Zwischen 
Emitter und Kollektor fließt kein Strom. An Pin 3 von OK1B liegt das 
GND1 Potenzial an, der µC ließt 0.

Haben wir mehr als 15V wird D10 leitend, Q1 schaltet durch, an Pin 3 
liegt eine geteilte Spannung an und der µC ließt 1. Aber was macht D9 
da? Sorgt D9 dafür, dass am Kollektor von Q1/dem oberen Anschluss von R3 
höchstens 4,7V anliegen?


Frage 5 (auch bezogen auf die Schaltung). Wie Funktioniert das Senden 
zum Boiler?


An sich würde ich natürlich auch gerne die Verbindung zum Thermostat 
verstehen (insbesondere die Verschaltung von Q2 und Q3), aber ich denke 
das war erstmal ein guter Batzen an Fragen...

Viele Grüße
Christian

von MaWin (Gast)


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christian s. schrieb:
> Heißt das der Boiler erhöht die Spannung, damit mehr Strom fließt?

Nein, er erhöht den Strom (in dem Q5 in der Konstantszromquelle zu 100 
Ohm noch 39 Ohm parallel schaltet) von 7mA auf 25mA.
Ob sich dabei die Spannung am Thermostaten erhöht weil er sich wie ein 
Widerstand verhält oder ob die Spannung gleich bleibt weil er sich dabei 
wie eine Z-Diode vrthält ist der Stromquelle in der Steuerung dabei 
egal.
Merke: nicht alles in der Elektronik ist ein passiver Widerstand mit 
U=I*R

christian s. schrieb:
> Wenn der Boiler die Spannungsquelle ist, wie soll das gehen?

Er ist keine.

> Meinem Verständnis nach müsste dazu entweder der Innenwiederstand erhöht

Ja, das passiert.

christian s. schrieb:
> Wenn das Protokoll so funktioniert, wie ich das verstehe schickt doch
> eigentlich der Boiler „voltage signals“ und das Thermostat „current
> signals“, oder?

Ja.

> Wäre das nicht auch „logischer“/einfacher zu realisieren? Der
> Verbraucher schaltet einfach einen Widerstand zu um den Strom zu erhöhen
> (senden) und ließt die Spannung aus (empfangen)?

Das wäre bloss eine Kommunikationsrichtung. Die können in beiden 
Richtungen kommunizieren.

christian s. schrieb:
> Aber was macht D9 da?

Verhindert, dass OK2 unterschiedliche Signale (vom Strom des Biolers) 
sieht wenn per OK1 die Bürde hinter dem Brückengleichrichter von 15.7V 
auf 5V umgeschaltet wird.

christian s. schrieb:
> Wie Funktioniert das Senden zum Boiler

Ändern der benötigten Spannung vor dem Brückengleichrichter die nötig 
ist damit zumindest etwas Strom fliesst.

von MaWin (Gast)


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Achso: Die ersten beiden Antworten beziehen sich auf die 
Thermostatschaltung, sozusagen das Gegenstück zum Boiler, die 
Strom-Sendeschaltung.

von christian s. (Gast)


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Vielen Dank schonmal! Ich musste mir nun erstmal ein paar Gedanken dazu 
machen...

MaWin schrieb:
> christian s. schrieb:
>> Heißt das der Boiler erhöht die Spannung, damit mehr Strom fließt?
>
> Nein, er erhöht den Strom (in dem Q5 in der Konstantszromquelle zu 100
> Ohm noch 39 Ohm parallel schaltet) von 7mA auf 25mA. (...)

Die Konstantstromquelle wird dann von Q2 und Q3 gebildet. Das ist diese 
(https://www.mikrocontroller.net/articles/Konstantstromquelle#Konstantstromquelle_mit_bipolaren_Transistoren) 
Schaltung, nur mit PNP statt NPN Transistoren. Ich komme dann (mit der 
Formel im Artikel) auf 5mA, bzw. 18mA. Richtig?

>
> christian s. schrieb:
>> Wenn der Boiler die Spannungsquelle ist, wie soll das gehen?
>
> Er ist keine.

Da war ich wohl etwas nachlässig mit der Terminologie. Eigentliche 
meinte ich dass der Boiler das Thermostat mit Energie versorgt. Er ist 
eine Stromquelle.


Noch zwei weitere Nachfragen (die in ähnliche Richtungen gehen):

Frage 1. Ich habe den Boilerteil von [0] mal in circuitlab.com versucht 
zu simulieren. Bei 20mA, die vom Boiler bereit gestellt werden (high) 
bekomme ich oben an R3 knappe 5V und zwischen R3 und R2 noch 1,4V. Bei 
(z.B.) 8mA bekomme ich dort 0,7V. Bei diesen Pegeln bekomme ich doch 
kein zuverlässiges Signal!?

Frage 2. Ich habe nun verstanden, wie der Thermostatteil (unten in [0]) 
sendet. Aber zum Empfangen bestehen noch Unklarheiten: R5 und R6 bilden 
einen Spannungsteiler. Bei <7V (lt. [1] low) sind das <0,9V am µC Pin. 
Bei >15V (high) sind >1,8V. Das sind ja nun noch keine TTL Pegel... 
Übersehe ich da was?

Viele Grüße
Christian

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