Schutzbeschaltung eines Mikrocontrollers

[A. H. (shortbus)]

Hallo,

ich habe bereits diverse Foren threads mit offenen zum führenden Problem 
gefunden, allerdings habe ich für mich noch keine Losung finden könnten.
Zuerst etwas zur Situation. Ich habe einen Mikrocontroller an einem 5V 
DIN Netzteil vom Typ Meanwell HDR-15-5 angeschlossen. Neben dem Netzteil 
sind mehrere 230v Schütze im Einsatz, welche zum schalten einer 
Speichervorrangsschaltung und einer Zirkulationspumpe verwendet werden.
Sobald diese Schütze ausschalten gerät der Mikrocontroller außer Takt 
und fällt komplett aus. Mit einem Oszilloskop konnte ich die Ströme (bis 
zu 40v) auf der 5V Gleichspannungsseite, im Moment des Schaltens der 
Schütze nachvollziehen.

Mit einem RC-Glied konnte ich diese Spannung bereits auf ~10V 
verringern, allerdings hält der Mikrocontroller diese weiterhin nicht 
aus. Der Versuch mit einer z-Diode vom Typ 1n4733a, oder Kombination aus 
z-Diode und Schottky Diode dem entgegen zu wirken half leider nicht.

Der Mikrocontroller ist ein ESP32 auf der folgenden Platine: 
https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/hw-reference/esp32/get-started-pico-kit.html

[Stefan ⛄ F. (stefanus)]

Andreas H. schrieb:
> Mit einem Oszilloskop konnte ich die Ströme (bis
> zu 40v) auf der 5V Gleichspannungsseite, im Moment des Schaltens der
> Schütze nachvollziehen.

Ich glaube dir fehlen da einige Grundlagen-Kenntnisse. 40V sind nicht 
"Ströme" sondern Spannungen und wenn da wirklich 40V an den 
Mikrocontroller gelangen würden, dann wäre der gleich beim ersten Peak 
mausetot.

Du hast da wohl eher ein Problem mit falscher Leitungsführung, die auch 
zu Messfehlern mit dem Oszilloskop führt. Kaufe Dir mal ein Buch zum 
Thema EMV. Das ist nämlich zu komplex, um Dir hier im Rahmen einer 
Diskussion zu helfen.

Für's Erste kann du mal folgendes versuchen:

Falls die Schütze mit Gleichspannung betrieben werden, dann schalte 
Freilaufdioden parallel zu ihren Spulen. Anonsten Snubber. Google 
nach diesen Begriffen.

Benutze für die Stromversorgungs-Leitungen keine gesteckten 
Verbindungen. USB Kabel und Steckbretter eignen sich nicht gut, wegen 
der hohen Innen- und Übergangswiderstände.

Mach die Leiterbahnen der Stromversorgung großzügig breit. Sorge dafür, 
dass jedes Bauteil eine eigene VCC und GND Leitung bekommt, die alle 
direkt an den Pins des Spannungsreglers zusammen treffen (also 
Sternförmig).

Ausnahme sind die Abblock-Kondensatoren and den IC's, die sollen so kurz 
wie möglich an die IC's angeschlossen bleiben.

Achte darauf, dass deine Stromversorgung (auch der Spannungsregler) 
mindestens 500mA alleine für den ESP Chip bereit stellt, denn so viel 
braucht er kurzzeitig. Die 3,3V Versorgung soll mit einem Kondensator 
mit mindestens 100 oder 200µF gestützt werden, falls das nicht bereits 
auf deinem Modul der Fall ist.

In direktem Umfeld des ESP Chips und der Antenne sollten keine 
Widerstände mit mehr als 2,2kΩ verwendet werden, weil die sonst durch 
das eigene Funksignal gestört werden.

Für mehr Infos brauchen wir von Dir die Schaltpläne und detaillierte 
Fotos vom Aufbau, wo man die gesamte Leitungsführung nachvollziehen 
kann.

[Wolfgang (Gast)]

Andreas H. schrieb:
> Sobald diese Schütze ausschalten gerät der Mikrocontroller außer Takt
> und fällt komplett aus.

Dann hast du wohl ein Problem mit sich schlagartig ändernden Strömen in 
Induktivitäten. Dagegen gibt es Freilaufdioden und Snubber. Wenn es 
nicht gelingt, das Übel an der Wurzel zu packen, helfen notfalls auch 
vernünftige Filter.

> Mit einem Oszilloskop konnte ich die Ströme (bis
> zu 40v) auf der 5V Gleichspannungsseite, im Moment des Schaltens der
> Schütze nachvollziehen.

Wo genau und mit welcher Anordnung der Messleitung hast du das gemessen.
Ein Schaltplan mit Angaben zu den fließenden Strömen wäre schon 
hilfreich.

[A. H. (shortbus)]

Vielen Dank für deine Antwort. Das Thema rund um das Projekt ist für 
mich ein Hobby, und der sichere Sprachgebrauch rund um die Thematik ist 
garnicht so einfach. :)

In dem Fall war auch die Spannung gemeint, welche ich per oszilloskop am 
Ausgang des Meanwell Netzteils zu meine Schaltung nachvollzogen habe. 
Der Mikrocontroller scheint auch nur durch den Verbauten LDO Regler 
(ASM1117) bisher überlebt zu haben, an den auch der Rest meiner 
Schaltung dran hängt.
Ich schaue mir diesen Snubber nochmal genauer an, da die Spule der 
Schütze per 230V AC betrieben werden. Aktuell verwende ich bereits ein 
RC-Glied von Eltakto (RC12-230v) an den Spulenausgängen.

Anbei noch ein Foto der Spannung welche im Schaltmoment vom Netzteil an 
meiner Schaltung zu sehen ist.


Ich schaue, dass ich euch eine bessere Veranschaulichung noch zur 
Verfügung stellen kann.

[georg (Gast)]

Andreas H. schrieb:
> Anbei noch ein Foto der Spannung welche im Schaltmoment vom Netzteil an
> meiner Schaltung zu sehen ist.

Sieht das auch so aus, wenn du die 5V-Leitungen vom Netzteil abklemmst? 
Dann müsstest du als erstes mal ein gutes Netzeingangsfilter vor das 
Netzteil schalten. Das ist in Geräten Standard, ich verwende da meistens 
eine Kombi von Kaltgerätebuchse, Schalter und Netzfilter. Die gibts auch 
einzeln zum Einbau:
https://www.ebay.de/i/193246124314

Ohne Anspruch auf Vollständigkeit, du kannst da leicht mehr als ein 
Problem haben.

Georg

[Stefan ⛄ F. (stefanus)]

Wie gesagt: Wir brauchen den Schaltplan und Fotos vom Leitungsverlauf - 
einschließlich Anschlusspunkte des Oszilloskpes.

[A. H. (shortbus)]

Anbei einmal der aktuelle Schaltplan.
Ich habe vorhin das Oszi direkt an die Ausgänge des 5V Netzteils 
angegangen mit dem gleichen Ergebnis, sobald das Schütz ausschaltet.

[hinz (Gast)]

Der Snubber gehört parallel zur Schützspule.

[hinz (Gast)]

hinz schrieb:
> Der Snubber gehört parallel zur Schützspule.

https://de.wikipedia.org/wiki/Schutzbeschaltung#Schutzbeschaltung_mit_RC-Glied

[Jens G. (jensig)]

>    93E0E294-73B4-4985-B311-FEC71BC7BDA1.jpeg

Und wo sieht man da jetzt was von 40V?

Und zeig doch mal Deinen realen Aufbau, Platine, Schaltplan.

[A. H. (shortbus)]

Wie gewünscht noch der aktuelle Aufbau der Schaltung.
Die von mir gemessene Überspannung von 40v liegt seitdem ich das 
RC-Glied eingebaut habe nicht mehr an.

[Stefan ⛄ F. (stefanus)]

Man sieht deutlich, dass die Stromversorgung nicht sternförmig verlegt 
wurde. Stattdessen sehe ich eine menge Blaue "Spulen" mit 1/2 Windung.

Jedes mal, wenn sie die Stromstärke oder Richtung plötzlich ändert 
(insbesondere beim Abschalten von Schützen), wenden in den "Spulen" 
Spannungen induziert. GND ist dann kurzzeitig nicht mehr Null Volt, und 
acuh die Versorgungsspannung wird gestört.

Wobei jede Leitung elektromagnetische Felder empfängt, nicht nur die 
Spulen. Diese blauen Brücken zu kürzen wird das Problem daher wohl kaum 
beheben, höchstens etwas seltener machen.

Wie gesagt gehören die R/C Glieder (Snubber) paralle du den Spulen der 
Schütze. Das solltest du auch bei den Motoren machen (direkt am Motor, 
nicht im Schaltkasten).

Du hast uns den Schaltplan und Aufbau der empfindlichen Elektronik nicht 
gezeigt. Deswegen können wir dir dort nicht helfen.

[MaWin (Gast)]

Andreas H. schrieb:
> Wie gewünscht noch der aktuelle Aufbau

Ich sehe keinen ESP.
Eine orage Speicherladesteuerung.
Ich sehe auch keine 10V.
Alles Lüge.
Und die Hälfte wohl Messfehler.

[test (Gast)]

MaWin schrieb:
>
> Ich sehe keinen ESP.

Weil der so klein ist!

> Eine orage Speicherladesteuerung.

Naheliegender Gedanke: Dort sitzt der ESP drin!

> Ich sehe auch keine 10V.

Volt kann niemand sehen. Die Rede war auch nur von einem 5V Netzteil. 
Guckst Du ganz rechts.
Allerdings ist das Teil merkwürdigerweise überhaupt nicht 
angeschlossen...

> Alles Lüge.

Oooohhh...

Ich würde davon ausgehen daß die Störungen weniger über die 
Stromversorgung, als über die analogen Eingänge rein kommen. Gründlich 
Tiefpass filtern + Dioden können das Problem lösen.

Da es hier aber offensichtlich an Grundkenntnissen in Elektronik 
fehlt(*1) wird es das beste sein den Spielzeugkram raus zu werfen und 
statt dessen eine kleine SPS mit Analogeingängen oder besser PT100(0) 
Interface einzubauen. Das Ganze soll schließlich nicht nur meistens, 
sondern jahrelang störungsfrei laufen.

(*1) Kein Vorwurf! Niemand kann alles und man sieht sehr häufig total 
verkorxte Hardware von hervorragenden Programmierern...