Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Review-Anfrage – Akku-betriebene Geigerzähler-Platine mit ESP32-S3


von Jonas (jonasstelz)


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Betreff: Review-Anfrage – Akku-betriebene Geigerzähler-Platine mit 
ESP32-S3 in KiCad entworfen

Hallo zusammen,

ich habe kürzlich eine eigene Geigerzähler-Platine in KiCad entworfen 
und möchte euch fragen, ob jemand Lust hat, sich das Design anzuschauen 
und Feedback zu geben.

Die Platine basiert auf einem ESP32-S3-WROOM-1 Modul, das sowohl die 
Steuerung als auch die drahtlose Kommunikation übernimmt.
Ein LCD-Display zeigt die Messwerte und Statusinformationen in Echtzeit 
an.

Sie kann komplett im Akkubetrieb laufen – ein integrierter Lade-IC 
unterstützt sowohl Li-ion als auch LiPo Akkus.

Für den Hochspannungsteil habe ich die Schaltung aus diesem Post 
kopiert:
Hochspannungserzeugung Geigerzähler aus 3V, 
Beitrag "Hochspannungserzeugung Geigerzähler aus 3V"

Mein Ziel war ein komplett eigenständiger, portabler Strahlungsmesser 
mit IoT-Funktionalität. Da es mein erstes PCB-Projekt ist, das Hochvolt, 
Akku-Management und ESP32-S3 kombiniert, freue ich mich über Ratschläge 
zu Layout, Sicherheitsabständen, EMV und allgemeinen 
Design-Verbesserungen.

Hier ist der Link zum Github Tag vom KiCad Projekt, den Schaltplan habe 
ich auch noch als PDF angefügt.
https://github.com/jonasStelz/DIY_Geigercounter/releases/tag/Layout-V0.2

Über konstruktive Kritik und Verbesserungsvorschläge würde ich mich 
freuen!
Danke!

von Helmut -. (dc3yc)


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Bevor ich mir die Finger wund suche: wo um alles in der Welt (ausser bei 
den Chinesen) lernt man so Schaltpläne zu zeichnen? Ein Schaltplan ist 
kein Suchspiel! Warum muss um jedes einzelne IC noch ein Kasten herum? 
Der ist doch schon als IC-Gehäuse da. Wenn man die einzelnen Bauteile um 
das zentrale IC sinnvoll anordnet, kann man mittels kurzer Leitungen, 
meist alles schön darstellen und sich die Sucherei nach den einzelnen 
Symbolen sparen.

von Michael B. (laberkopp)


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Jonas schrieb:
> Für den Hochspannungsteil habe ich die Schaltung aus diesem Post kopiert

Nicht klug.

Eigentlich ist schon der ESP32 nicht klug.

Bei Akkuversorgung muss man Strom sparen.

Da ist deine Schaltung ungeschickt.
Zumal man kaum eine 10mH Spule mit einer Güte relevant über 150 (460/3) 
finden wirst, das meiste verpufft in der Wicklungskapszität. Wenn schon 
Sperrwandler, dann mit Cockcroft-Walton-Kaskade, aber besser Flyback mit 
1:100 Trafo.

Aber du hast einen uC und der kann PWM und misst analog sowieso die 
Ausgangsspannung also kann er auch gleich den Takt für den 
Schalttransistor vorgeben und du sparst den Strom fur den 7555.

Als Prozessor besser was ohne WLAN, denn WLAN frisst Strom wie Sau, 
sondern einen mit LCD Treiber.

Als Display besser ein Glas direkt sm uC als eins mit eigenem Controller 
und i2c.

Und du glaubst dass du einen buck-boost mit 1uH Spule erfolgreich in 
Betrieb bekommst ? Wie viele Schaltregler hast du schon gebaut ?

Es hat seinen Grund, warum du es selbst baust weil es fas nicht fertig 
gibt. Erfahrene Entwickler wissen dass deine Kombination zu 
unbefriedigenden Ergebnissen führt.

von Thomas B. (thombde)


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Früher hatte man so etwas in Elektor, Elrad oder ElO gelernt.
Schaltplan von links nach rechts.
Ist halt wie “schreiben“
Netzteil oder Stromversorgung natürlich links.
Den Kästchen-Schnickschnack braucht kein Mensch.
Es sei denn es ist ein CMOS- oder Transistorgrab.

von Jonas (jonasstelz)


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Hallo Michael,
danke erstmal für deine schnelle Antwort!

Michael B. schrieb:
> Wenn schon
> Sperrwandler, dann mit Cockcroft-Walton-Kaskade, aber besser Flyback mit
> 1:100 Trafo.

Hast du Vorschläge, welche Bauteile man genau für den Flyback verwenden 
kann. Auch hier würde ich wieder auf einen externen IC setzen, siehe 
Argument mit Deepsleep unten.
Ich habe nicht wirklich eine gute (und nicht zu teure) Lösung  gefunden, 
um aus so einer kleinen Spannung direkt auf 400V zu kommen. Ist es da 
vielleicht besser, zweistufig zu arbeiten? Also z.B. 3-5V->12V und dann 
12V->400V? Oder ist das Blödsinn, weil zwei mal Verlustleistung?

Der Grund, warum ich den 7555 behalten wollte, ist, dass ich dann den 
ESP im Deepsleep betreiben kann und er nur aufwacht, wenn am GPIO etwas 
eingelesen wird, um eben Akku zu sparen (der ESP benötigt im Idle ca 
13mA bei 40MHz Takt).
Das LCD Display soll ebenfalls die meiste Zeit aus sein und nur 
aktiviert werden, wenn einer der Taster gedrückt wird.
WLAN soll wenn überhaut auch nur aktiviert werden, wenn der Zähler 
extern versorgt wird, wahrscheinlich werde ich aber eher BLE nutzen.

Michael B. schrieb:
> Und du glaubst dass du einen buck-boost mit 1uH Spule erfolgreich in
> Betrieb bekommst ? Wie viele Schaltregler hast du schon gebaut ?

Noch nicht so viele, sonnst würd ich euch ja auch nicht um Rat bitten ;)
Die Werte für diesen habe ich aber direkt aus dem Datenblatt, sollte 
also passen. (Kapitel 8.2, Typical Application)
https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps631000.pdf?ts=1754940386589&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com%252Fproduct%252FTPS631000

Vielen Dank!

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