Energie aus free@home-bus entnehmbar?

Stefan R. schrieb:

Den Strombedarf*2 eines ESP32 Boards schätze ich ganz grob auf 0,2mA.

Worauf basiert deine Schätzung? Auf solche Werte kommst du nur in bestimmten Sleep Modi.

Für den aktiven Betriebszustand liest man bei WiFi-Betrieb Werte von 400mA während der Sendung. Der Strombedarf eines ESP32 hängt sehr stark vom Betriebszustand ab.

Für den Betrieb eines Systems musst du Stromaufnahme und mittleren Strombedarf auseinander halten. Dazwischen muss ein Pufferspeicher liegen, also z.B. ein Akku.

Rainer W. schrieb:

Stefan R. schrieb:

Den Strombedarf*2 eines ESP32 Boards schätze ich ganz grob auf 0,2mA.

Worauf basiert deine Schätzung? Auf solche Werte kommst du nur in bestimmten Sleep Modi.

Für den aktiven Betriebszustand liest man bei WiFi-Betrieb Werte von 400mA während der Sendung. Der Strombedarf eines ESP32 hängt sehr stark vom Betriebszustand ab.

Für den Betrieb eines Systems musst du Stromaufnahme und mittleren Strombedarf auseinander halten. Dazwischen muss ein Pufferspeicher liegen, also z.B. ein Akku.

Hallo Rainer,

die Schätzung basiert auf diesem Artikel. https://www.elektronikpraxis.de/ultra-low-power-management-des-esp32-fuer-wifi-iot-module-nutzen-a-738971

Also wie du schon sagst in bestimmten Sleep Modi.

WiFi soll nicht verwendet werden. Die ESP32 Boards sollen bei Statusänderung per CAN mit einem Raspberry Pi kommunizieren.

Die ESP32 Boards sollen nicht von einem Akku versorgt werden sondern über den bereits bestehenden Bus von Busch und Jäger (free@home).

Hierzu ist meine Frage ob ich DC-DC Wandler über den Bus speisen kann ohne free@home zu stören?

Sherlock 🕵🏽‍♂️ schrieb:

Stefan R. schrieb:

Den Strombedarf*2 eines ESP32 Boards schätze ich ganz grob auf 0,2mA.

Ganz grob .... haha

Tatsächlich musst du mindestens 500mA bereit stellen. Lies mal das Datenblatt und die Hardware Design Guidelines des Herstellers.

Wenn du nur wenige mA zur Verfügung hast, musst du auf ganz andere Mikrocontroller setzen. Zum Beispiel ATmega oder STM32L0.

Hallo Sherlock,

meine Annahme basiert auf den Messungen von elektronikpraxis. Selbst nachmessen konnte ich es noch nicht. Welche Stromaufnahme konntest du denn beim ULP-Coprozessor ermitteln?

Aktuell stehen 19W zur Verfügung. Dies lässt sich aber natürlich mit potenteren Schienennetzteilen nach oben korrigieren.

Die Frage ist ob ich an den bestehenden free@home-Bus DC-DC Wandler (zum speisen der ESP32 Boards) anschließen kann, ohne das der free@home-Bus davon gestört wird.

H. H. schrieb:

Stefan R. schrieb:

Die Frage ist ob ich an den bestehenden free@home-Bus DC-DC Wandler (zum speisen der ESP32 Boards) anschließen kann, ohne das der free@home-Bus davon gestört wird.

Ja, das geht, aber es muss eine Drossel dazwischen, sonst leidet das aufmodulierte Signal.

Hallo und vielen Dank für deine Antwort.

Wenn ich dich richtig verstehe sprichst du hier nicht von einem Tiefpass 2. Ordnung, sondern lediglich von einer in Reihe liegenden Spule zur Dämpfung der hohen Frequenzen (= Daten)!?

Ist die Frequenzermittlung mittels Oszi zur Ermittlung der Induktivität zwingend notwendig? Oder gibt es für meine Anwendung ein best practice? (Vielleicht auch aus dem Bereich PoE?)

Stefan R. schrieb:

Hallo und vielen Dank für deine Antwort.

Nu hat endlich jemand die Antwort gegeben, die er haben wollte.

Dieser Post enthält keine Frage. Über gefundene Fehler freue ich mich natürlich.

Die nachfolgende Berechnung der Spule enthält leider viele Annahmen.

Die Frequenz des free@home-Bus konnte ich bisher weder messen noch nachlesen. Ich nehme an, dass die Frequenz bei wenigstens 10kHz liegt.

Das ESP32 wird sich im Modem-Sleep, Light-Sleep, oder Deep-Sleep befinden. Dabei wird es einen Strom zwischen 10µA und 20mA*1 benötigen.

Der TJA1050 CAN bus transceiver benötigt 5mA*2.

Der Wirkungsgrad des DCDC-Wandlers sei angenommen mit 0,85.

L ≥ 68mH (Berechnung anbei)

Es folgt die Berechnung des maximalen Stroms der bei 5V genutzt werden kann. Basierend auf Werten einer konkreten Spule. Diese Induktivität*3 mit 68mH hat 52,8Ω und erlaubt bis zu 110mA.

I_max5V = 452mA (Berechnung anbei)

Dies sollte (mit Pufferkondensator) selbst bei Spitzen immer genügend Strom für ESP32 und TJA1050 sein. (Zur Erinnerung: Wifi und BT sind permanent deaktiviert.)

*1 – Energiebedarf Sleeping-ESP32:

https://lastminuteengineers.com/esp32-sleep-modes-power-consumption/

*2 - Energiebedarf TJA1050 CAN bus transceiver:

https://www.mouser.de/ProductDetail/NXP-Semiconductors/TJA1050T-CM118?qs=5XOdhvmYM0NFFspw0VP5sA%3D%3D

*3 – Induktivität 68mH:

https://www.mouser.de/ProductDetail/Delevan/4590R-686J?qs=M8zUmdy7pClz%252B6Ch2svYwQ%3D%3D

H. H. schrieb:

Stefan R. schrieb:

https://www.mouser.de/ProductDetail/Delevan/4590R-686J?qs=M8zUmdy7pClz%252B6Ch2svYwQ%3D%3D

Bei 110mA ist die schon weitgehend in Sättigung. Und mit über 600mW Verlustleistung wird sie auch ziemlich warm.

Danke, das ist ein guter Hinweis, dass Sättigung und Temperatur bei 110mA durch die Spule ein Problem werden. Die von mir berechnet 452mA Maximalstrom bei 5V sollten nicht abgerufen werden.

Mit 10mA bei 5V erwarte ich aktuell (10mA * 5V)/(0,85 * 30V) = 2mA durch die Spule.

Stefan R. schrieb:

Mit 10mA bei 5V erwarte ich aktuell (10mA * 5V)/(0,85 * 30V) = 2mA durch die Spule.

Die 10mA braucht unter Umständen schon alleine der oftmals lausigste Spannungsregler auf den Dev-Boards. Deine ursprünglich genannten 0.2mA lassen sich vielleicht mit dem nackigen ESP im Deep Sleep, ohne PSRAM, Uart-Bridge und sonstige externe Komponenten erreichen. Ich würde da eher mit 50mA+ auf der 5V-Schiene mit Datenübertragung rechnen.

Als erstes solltest du die Frequenz des BJ-Systems klären. 68mH bei 10 Nodes und 10kHz dürften noch grob ok sein. Mehr wäre besser. 100kHz wäre sehr viel entspannter.

Notwendige Strombelastbarkeit der Induktivitäten hängt auch vom BJ-System ab. Beim Start, z.B. nach Stromausfall ziehen die ESP evtl. deutlich mehr Strom. Im Betrieb würden vermutlich 10mA Strombelastbarkeit für die Nodes auf der 30V-Schiene reichen. Wenn dem BJ-System kurze Kommunikationsstörungen egal sind muss man nicht unbedingt auf die max. Stromaufnahme designen. Wenn das System penibel ist geht's evtl. beim Start schon auf Störung.

Wäre es nicht schlauer auf einen LC-Tiefpass zu wechseln?

Im Vergleich zur reinen Spulen-Variante ist das günstiger, leichter zu beschaffen und kleiner. Zugleich kann die Temperatur gesenkt, die Sättigung vermieden und die Strombelastbarkeit erhöht werden.

Meine Annahme zur kleinstmöglichen Frequenz muss ich nach unten korrigieren. Mit einer vermutlich nahen Verwandtschaft zu KNX mit seinen 9600 Bit/s und einem Pegelwechsel nach spätestens 6 gleichen Bits (Bit-Stuffing). Gehe ich nun von 9600/6s = 1600Hz aus.

Anmerkung zur Messung der Frequenz: Die Impuls bzw. Pausendauer werde ich in den kommenden Tagen messen. Jedoch kenne ich damit noch nicht das Bit-Stuffing von free@home.

Ich nehme an, der Tiefpass muss vor Resonanzkatastrophe geschützt werden. Daher reduziere ich die Grenzfrequenz um den Faktor 3 auf 1600Hz/3 = 533Hz.

Wenn ich den Kondensator einfach mal auf 1000µF (50V) festlege, ergibt sich für die Spule 1/((2 * π * 533Hz)² * 1000µF) = 89µH.

Hier würde ich eine Induktivität wählen die einen Strom um 1A erlaubt. Da das verbaute BJ Hutschienennetzteil nur 630mA liefert, sollte die Spule fein raus sein.

Wie versprochen eine Messung vom Busch Jäger Bus free@home inkl. erster Analyse.

Impulsdauer = 68 µs

Pausendauer = 36 µs

Periodendauer = 104 µs

Übertragungsgeschwindigkeit 9600 Bit/s (= 9600 Baud, wie auch KNX!)

Frequenz maximal = 9600 Baud / 2 = 4800 Hz

Spannender fürs Filtern ist natürlich die minimale Frequenz. Leider weiß ich von diesem proprietären (und undokumentierten!?) Bus nicht, wie viele gleiche Bits aufeinanderfolgend übertragen werden dürfen. Ich kann höchstens die maximale Anzahl aus den von mir aufgenommenen Oszillogrammen ablesen und daraus die minimale Frequenz ableiten.

Gleichspannungsanteil = 30 VDC (Offset, Energie aus Netzteil)

Wechselspannungsanteil = +/- 7 VAC (Daten)