Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Netzteil Spannungsspitze Ausschaltmoment - ESP32


von Markus (markus1338)


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Einen wunderschönen guten Hallo,

was passiert mit der Sekundärspannung eines 230VAC / 5VDC Netzteiles 
beim abschalten der Primärspannung?

Ich habe leider kein Oszilloskop zur Verfügung jedoch beobachte ich mit 
meinem Multimeter, dass die Spannung kurzzeitig von 5,4V auf etwa 7,6V 
ansteigt und dann langsam abfällt. Lässt sich diese Spannungsspitze 
"dämpfen"?

Warum das für mich relevant ist? Ich versuche kostengünstig/ mit 
einfachen Mitteln das Anliegen einer 230VAC Spannung mit einem ESP32 zu 
erkennen. Dafür verfolge ich aktuell folgenden Ansatz: Netzteil an 
geschaltene 230V anschließen, Sekundärspannung von 5VDC mittels 
Spannungsteiler auf 2,5V herunter brechen und über GPIO Pin auslesen. 
Schema siehe Anhang.
Beim Abschalten der 230VAC Spannung steigt die herunter gebrochene 
Spannung jedoch kurzzeitig auf etwa 3,8VDC was problematisch für den 
ESP32 Eingang sein könnte (max 3,3V), korrekt?

Alternative Ansätze sind gerne willkommen. Im Endeffekt geht es mir 
darum das die Funktionalität gegeben ist, wie es umgesetzt wird bin ich 
offen für Ideen.


Ich habe zwar eine mechatronische Ausbildung, in Bezug auf 
Microcontroller bin ich jedoch grün hinter den Ohren. Ich hoffe hier im 
Forum bin ich richtig mit meinem Anliegen :)

von Εrnst B. (ernst)


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Markus schrieb:
> Beim Abschalten der 230VAC Spannung steigt die herunter gebrochene
> Spannung jedoch kurzzeitig auf etwa 3,8VDC was problematisch für den
> ESP32 Eingang sein könnte (max 3,3V), korrekt?


So hochohmig wie dein Spannungsteiler ist, ist das kein Problem.
Die IO-Pins sind auch gegen ESD geschützt, d.H. haben Dioden gegen 
VCC/GND, die leiten die Überspannung ab.

von Ove M. (Firma: ;-) gibt es auch) (hasenstall)


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Die Idee mit einem kleinen NT finde ich erstmal nicht so schlecht, wäre 
ich wohl erstmal nicht drauf gekommen.
Grundsätzlich dürfte dir ein Widerstand und eine ZDiode helfen, dein 
Problem zu lösen. Da es nicht zeitkrisch zu sein scheint, dazu noch ein 
kleiner C parallel zur ZD.

von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Markus schrieb:
> was problematisch für den ESP32 Eingang sein könnte (max 3,3V), korrekt?
1. sicher nicht mit den derartig hochohmigen Spannungsteiler.
2. wenn schon so hochohmig, dann mach wenigstens noch einen 10nF 
Kondensator parallel zum Rs.
3. warum setzt du nicht einfach eine (Low-Leakage-)Klemmdiode nach Vcc 
ein?
4. warum legst du den Spanungsteiler nicht (z.B. mit R2 = 680k) so aus, 
dass die "kurzzzeitige Überspannung" am Spannungsteilereingang eben 
nicht zu einer Überspannung am µC-Analogeingangspin führt?
5. du kannst 4. auch einfach mit einem Digitaleingangspin machen, denn 
alles über 2V ist für den ESP sowieso high. Und wenn du 5,4V über 
1M/680k schickst, dann kommen da immer noch 2,2V raus.
6. ich würde das Schaltnetzteil U3 zum Test mal mit einem 
niederohmigeren Sapnnungsteiler einfach etwas mehr belasten (z.B. mit 
5mA) und schauen, was dann passiert.

: Bearbeitet durch Moderator
von ArnoNym (bergler)


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Ein Kondensator parallel zu R2 könnte das wegfiltern, nur müsste man 
zumindest grob wissen, wie lange der Puls ist. Wenn man ihn mit dem 
Multimeter messen kann, wird er zig bis hunderte ms lang sein, denke 
ich.
Also 100nF wären ein Startpunkt.
Das wird das Erkennen des Netzausfalls natürlich etwas verzögern. Wir 
reden da von <1s. Schnell ist das so eh nicht, weil das Netzteil wohl 
auch einige Zeit braucht.
Wenn 10s reichen, kann man ja 1µF reintun.

Aber vorher würde ich mir mal das Datenblatt des Netzteils ansehen: 
Verlangt das eventuell einen Kondensator am Ausgang?
Es kann schon mal Probleme machen, wenn man sowas weglässt.

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Markus schrieb:
> was passiert mit der Sekundärspannung eines 230VAC / 5VDC Netzteiles
> beim abschalten der Primärspannung?

Kommt auf das Netzteil an und wie es belastet wird.

Normalerweise läuft es darauf hinaus, dass die Spannung allmählich bis 
auf Null Volt absackt.

> jedoch beobachte ich mit meinem Multimeter, dass die Spannung
> kurzzeitig von 5,4V auf etwa 7,6V ansteigt und dann langsam abfällt.
> Lässt sich diese Spannungsspitze "dämpfen"?

Nicht gut. Manche Netzteile zerstören sich sogar selbst, wenn sie zu 
wenig belastet werden. Schau mal in dessen Datenblatt, was da als 
Mindest-Last angegeben ist.

> Markus schrieb:
> Ich versuche kostengünstig/ mit einfachen Mitteln das
> Anliegen einer 230VAC Spannung mit einem ESP32 zu erkennen.

Dazu ist ein Netzteil allerdings das letzte, was mir in den Sinn kommt. 
Fährst du auch mit einem Bagger zum Brötchen kaufen?

> Alternative Ansätze sind gerne willkommen
http://stefanfrings.de/optokoppler_230v/index.html

: Bearbeitet durch User
von Obelix X. (obelix)


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Beitrag "LED an Netzspannung betreiben"

Die LED durch einen Optokoppler ersetzen.

von Markus (markus1338)


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Lothar M. schrieb:
> 1. sicher nicht mit den derartig hochohmigen Spannungsteiler.
> 2. wenn schon so hochohmig, dann mach wenigstens noch einen 10nF
> Kondensator parallel zum Rs.
> 3. warum setzt du nicht einfach eine (Low-Leakage-)Klemmdiode nach Vcc
> ein?
> 4. warum legst du den Spanungsteiler nicht (z.B. mit R2 = 680k) so aus,
> dass die "kurzzzeitige Überspannung" am Spannungsteilereingang eben
> nicht zu einer Überspannung am µC-Analogeingangspin führt?
> 5. du kannst 4. auch einfach mit einem Digitaleingangspin machen, denn
> alles über 2V ist für den ESP sowieso high. Und wenn du 5,4V über
> 1M/680k schickst, dann kommen da immer noch 2,2V raus.
> 6. ich würde das Schaltnetzteil U3 zum Test mal mit einem
> niederohmigeren Sapnnungsteiler einfach etwas mehr belasten (z.B. mit
> 5mA) und schauen, was dann passiert.

Zu:

2. Rs = R1 in meinem Fall? Die Widerstände habe ich einfach nur aus dem 
Grund so hoch gewählt, damit wenig Strom fließt. Was für eine Besserung 
würde ein Kondensator parallel zu Rs bewirken?
3. ich kann dir leider nicht folgen. Der ESP soll in diesem Fall 
ununterbrochen via USB gespeist werden
4. ich nehme an die Überlegung beruht auf den von mir maximal genannten 
7,6V ? Ich weiß nicht genau wie hoch die Spannungsspitze tatsächlich 
ist, da ich die 7,6V nur mit einem normalen (trägen) Multimeter 
ermittelt habe
5. Im Kern selbe Problematik wie bei Punkt 4 oder? Ich verwende im Code 
digitalRead, bin inzwischen aber von IO 36 auf 25 gewechselt, weil an 
Pin 36 bei mir scheinbar kein interner pull down möglich ist und ohne 
hatte ich Fehlauslesungen.
6. mit jeweils 1kOhm also bei etwa 2,5mA kann ich mit meinem trägen 
Multimeter keine Spannunsspitze mehr feststellen

Um auf 1. und auf @Εrnst B. zurückzukommen sollte es ja mit hochohmigem 
Spannungsteiler auch ohne weitere Vorkehrungen funktionieren. Wäre 
jeweils 1kOhm immer noch hochohmig genug?
Mit der Erkenntnis von 6. dazu, würde ich es bei jeweils 1kOhm belassen 
ohne weitere Vorkehrungen oder sieht jemand ein Problem damit?


ArnoNym schrieb:
> Ein Kondensator parallel zu R2 könnte das wegfiltern, nur müsste man
> zumindest grob wissen, wie lange der Puls ist.

Die Spitze entsteht beim Ausschalten, d.h. der Kondensator wäre in 
diesem Moment doch bereits voll und kann nichts mehr aufnehmen oder? Hab 
ich da einen Denkfehler oder würde das dennoch funktionieren?

Steve van de Grens schrieb:
> Dazu ist ein Netzteil allerdings das letzte, was mir in den Sinn kommt.
> Fährst du auch mit einem Bagger zum Brötchen kaufen?
>
>> Alternative Ansätze sind gerne willkommen
> http://stefanfrings.de/optokoppler_230v/index.html

Optokoppler müsste ich einen 4N35 vorliegen haben. Kann mir die Funktion 
der Schaltung auf stefanfrings.de zwar in etwa herleiten, jedoch nicht 
sicher, da schien mir ein herkömmliches Steckernetzteil eine sicherere 
Alternative :)

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Markus schrieb:
> da schien mir ein herkömmliches Steckernetzteil eine
> sicherere Alternative

Sicher wird es wohl sein, wenn du ein sicheres Netzteil verwendest.

von Markus (markus1338)


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Steve van de Grens schrieb:
> sicheres Netzteil

Das ist wohl wahr. Ist ein altes 1,0A Netzteil von einem Router, welches 
dann aber u.U. unbeaufsichtigt tagelang am Stück hinterm Sofa aktiv sein 
könnte. Wenn ich das nur mit 2,5mA belaste, besteht dann tendenziell ein 
geringeres Risiko als wie im Normalbetrieb?

Eine selbst aufgebaute Schaltung wie auf stefanfrings.de gezeigt würdest 
du als sicherer erachten? (Brandschutztechnisch)

von Steve van de Grens (roehrmond)


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Markus schrieb:
> Wenn ich das nur mit 2,5mA belaste, besteht dann tendenziell ein
> geringeres Risiko als wie im Normalbetrieb?

Ich denke, das Risiko wird weder höher noch geringer sein.

Markus schrieb:
> Eine selbst aufgebaute Schaltung wie auf stefanfrings.de gezeigt würdest
> du als sicherer erachten?

Nur wenn sie ein Fachmann aufbaut, der weiß worauf es ankommt und sich 
nicht von "Geiz ist Geil" verleiten lässt.

Laien sollten sich besser von 230V fern halten. Die Idee mit dem 
Netzteil ist dann schon sicherer.

: Bearbeitet durch User
Beitrag #7550885 wurde vom Autor gelöscht.
von Rainer W. (rawi)


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Ove M. schrieb:
> Grundsätzlich dürfte dir ein Widerstand und eine ZDiode helfen, dein
> Problem zu lösen.

Es gibt gar kein Problem.

Εrnst B. schrieb:
> Die IO-Pins sind auch gegen ESD geschützt, d.H. haben Dioden gegen
> VCC/GND, die leiten die Überspannung ab.

Genau genommen lässt die obere ESD-Diode einen kleinen Strom fließen, so 
dass die Überspannung über R1 abfällt.
Spannung kann nicht fließen, also auch nicht abgeleitet werden.

: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Markus schrieb:
> Rs = R1 in meinem Fall?
s=2

> mit jeweils 1kOhm also bei etwa 2,5mA kann ich mit meinem trägen
> Multimeter keine Spannunsspitze mehr feststellen
Weil es die nicht mehr gibt.

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