Bitte nimm den Shelly plus 1! Nur der ist SELV-konform und schützt Dein Leben und das Deiner Lieben!
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Leider können die beiden potentialfreien Ausgänge des Shelly UNI nur max. 100mA schalten. Der mechanische Gong zieht jedoch bis zu 2A! Daher muß ein zusätzliches Relais her:
Dazu folgende Erläuterung:
(a) Shelly UNI benötigen zum Erkennen von Signalen an Wechselspannung 2 Dioden. Die sind eingezeichnet. Es können handelsübliche Dioden 1N4001 bis 1N4007 verwendet werden.
(b) Der Gong wird zweiadrig betrieben. Eine Batteriespeisung ist nicht vorgesehen.
(c) Das Relaus muß einen Arbeitskontakt haben und seine Spule muß für 12V AC geeignet sein.
Ich könnte mir eine einfachere Lösungen OHNE Relais vorstellen, die mit einem Shelly plus 1 realisiert werden können. Dieser wird mit Netzspannung versorgt; sein Kontakt (I/O) wird einfach in die vorhandene Leitung zum Gong geschaltet.
Die zu messende Leitung muß natürlich NICHT abisoliert werden! Anscheinend geht es nicht ohne ein Foto:
Klar?
Zum Problem zurück: Wenn die Wandler korrekt angeklemmt sind und beide Ströme und Leistungen Null sind, würde ich den Innenwiderstand an Klemme P1+/- und P2+/- prüfen, wie oben beschrieben.
Müssen muß er nicht! Ein Shelly EM ist in der App ja als ZWEI Geräte sichtbar: Eines für die Leistung, die mit Wandler 1 (an P1+/-) gemessen und das zweite für den Wandler an P2+/-. Wenn der Wandler an P2 hängt, einfach das zweite Gerät nehmen und dort ablesen…
Die WebUI stellt BEIDE Kanäle in einem Bildschirm dar.
Übrigens: Das dünne Kabel des Stromwandlers mit dem roten und schwarzen Draht muß angespitzt werden, bevor es in die Klemmen P1+/- oder P2+/- eingeführt wird! Aber ich denke, das wirst Du wissen…
Wenn man einen Shelly RGBW2 verwendet, braucht die Spannungsquelle nicht dimmbar zu sein! Denn gedimmt wird auf der Kleinspannungsseite. Das Netzteil sollte jedoch nicht das billigste sein. Preiswerte Netzteile von Meanwell haben sich als gut und brauchbar erwiesen. Und bitte: Etwas Reserve für das Netzteil einkalkulieren! Es sollte 10 bis 20% mehr leisten, als die LED verbrauchen…
Das darf nicht sein! Vermutlich ist der Stromwandler nicht korrekt angeklemmt: Isolierung des Drahts mit eingeklemmt? Oder wurde die Klemmschraube zu fest angezogen? In diesem Fall reißen die feinen Leiterbahnen im Inneren des Shelly gerne ab…
Letzteres lässt sich mit einem Multimeter testen: Bei STROMLOSEM Shelly und abgeklemmtem Stromwandler muß ein Widerstand von 10Ω zwischen den Klemmen P1+ und P1- zu messen sein!
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Lass mich raten: Du hast Glimmlämpchen in den Tastern? Die müssen raus. Oder es ist eine andere Lösung erforderlich…
Hier zwei Beispiele, wie es auch mit Lautsprecher geht. Nachteil ist, daß der Lautsprecher auch als Mikrofon wirkt und sehr laute Umgebungsgeräusche als falsch positive Klingelsignale erkannt werden können.
Im allgemeinen pflege ich meine Schaltungsvorschläge auszuprobieren.
Wer ein invertiertes PWM-Signal benötigt, kann es so erhalten:
Benötigt man das invertierte PWM-Signal mit Massebezug zum 12V-Netzteil, kann der Widerstand auch anders angeordnet werden:
Auf dringenden Wunsch eines einzelnen Herrn eine Skizze, wie eine Schaltungsanordnung mit einem externen 12V-Netzteil und Speisung des Shelly plus 0-12V Dimmer aussehen könnte:
Diese Anordnung wurde noch nicht getestet!
Ein Versuch mit einem Lastwiderstand von 1kΩ brachte allerdings eine Ernüchterung:
Die volle Amplitude von 10V wird nicht mehr erreicht! Dies liegt am hohen Ron des Phototransistors, welcher nicht in die Sättigung gerät, weil die LED nur mit knapp 3mA betrieben wird.
Dies ist aus dem Kennlinienfeld leicht zu erkennen:
Bei knapp 3mA IF und einem Strom IC = 5mA befinden wir uns nicht mehr im Darstellungsbereich des Diagramms!
Eine Tabelle zeigt die Freiheitsgrade:
Der Strom durch die LED (IF) kann mit einer äußeren Beschaltung nicht erhöht werden. Daher muß der kleinstmögliche Lastwiderstand gesucht werden, mit dem eine optimale Anstiegszeit möglich ist.
Dies scheint bei einem Lastwiderstand von 3,2kΩ gegeben zu sein: Dann fließt ein Kollektorstrom von 3mA; die Amplitude des PWM-Signals ist mit 9,9V noch ausreichend.
Die erreichbare Anstiegszeit liegt dann, wie die Meßwerte zeigen, bei rd. 20µs:
Hier ein Oszillogramm mit Brightness 10% und einem Lastwiderstand von 3,2kΩ:
Die Abweichungen des Tastverhältnisses und des Mittelwerts der Spannung bei der drei verschiedenen Lastwiderständen zeigen klar, daß RL = 3,2kΩ am geeignetsten ist:
Der Ausreißer bei 1% Brightness ist unter den gegebenen Umständen leider unvermeidbar.
Die Tabelle der Meßwerte für RL 3,2kΩ:
Weil das Add-On „plus“ 3mA Referenzspannung liefern kann, kann diese Schaltung verwendet werden:
Schaltplan A
Mit der Parallelschaltung des internen Widerstands R1 und 4,7kΩ extern ergibt sich der gewünschte Lastwiderstand von 3,2kΩ.
Alternativ kann die PWM auch am Lastwiderstand abgegriffen werden. Man erreicht damit eine Umkehr der Logik: Die Einstellung „90% Brightness“ entspricht dann 1V bzw. einem Tastverhältnis von 10%. Die Schaltung:
Schaltplan B
Es verlockt, den Mittelwert des PWM-Signals mit dem Add-On-eigenen Analogeingang zu messen. Dazu muß man die blaue Verbindung im Schaltplan A einfügen. Das Ergebnis ist jedoch enttäuschend: Die angezeigte Spannung „zappelt“ – in kurzen Abständen wird ein Wert angezeigt, der um rd. 0,5V größer oder kleiner als der erwartete Wert ist. Ein Blick aufs Oszilloskop offenbart, daß das PWM-Signal von Störimpulsen überlagert ist, die asynchron zur PWM-Frequenz von 500Hz auftreten:
Dies scheint ein Hardware-„Bug“ zu sein…
Weitere Schaltungsvarianten
Wer das Add-On „plus“ nicht verwenden möchte, sondern eine externe Spannungsquelle, kann dies tun. Wichtig ist die Wahl des Lastwiderstands! 3,3kΩ haben sich als Optimum erwiesen.
Ausblick
Ein Praxistest mit einem Meanwell-Dimmer folgt; ebenso ein Test mit meinem Belimo-Stellantrieb.
Wünschenswert wäre eine Änderung der Ansteuerung des Optokopplers, damit der äußere Lastwiderstand auf Werte kleiner 3,3kΩ gesenkt werden könnte! Dazu müsste der Vorwiderstand der LED des Optokopplers auf 100Ω reduziert werden, damit der Phototransistor auf der Sekundärseite in die Sättigung gerät. Aber das kann nur der Hersteller…
Dank
Herzlichen Dank an Sascha Rühling, Inhaber von shellyparts, der mir einen Shelly plus 0-10V kostenlos zur Verfügung gestellt hat!
Oszillogramme anderer Tastverhältnisse:
Bei dieser Einstellung macht sich bereits der Einfluß des langsamen Anstiegs der Signalflanke bemerkbar: Das PWM-Signal erreicht bereits nicht mehr 10V!
Das wird noch schlimmer:
Hier beträgt die Amplitude nur mehr 7,42V!
Vergrößert man den Zeitmaßstab, erkennt man den Einfluss der Anstiegszeit:
Wir messen eine Anstiegszeit von mehr als 33µs! Die tatsächliche Anstiegszeit wäre noch größer, wenn der Impuls lange genug dauern würde, um das Plateau zu erreichen. So beginnt bereits am Ende des Anstiegs die abfallende Flanke.
Dadurch wird die Umsetzung der Vorgabe („Brightness“ in Prozent) in ein Tastverhältnis bzw. einen Mittelwert einer Spannung recht ungenau. Hat das etwa mit der Ansteuerung des Optokopplers zu tun?
Schauen wir uns die interne Schaltung an:
Die Spannung auf der „LED-Seite“ des Optokopplers, gemessen an Pin15 des ESP32, sieht so aus:
Ein sehr sauberes Rechtecksignal. Die Flanken sind mit je 9ns als steil zu bezeichnen:
Woher rührt die drastische Verlängerung der ansteigenden Flanke? Einblick ins Datenblatt des EL817 offenbart die Rolle des Lastwiderstands auf der „Phototransistorseite“ des Optokopplers:
Der Lastwiderstand beträgt in der gewählten Schaltung 10kΩ! Denkbar ungünstig…
Fortsetzung im nächsten Beitrag...
Vor einigen Tagen kam mein Shelly plus 0-10V Dimmer an:
Bemerkens- und lobenswert ist, daß auf vermeidbaren Kunststoff bei der Verpackung verzichtet wurde! Die Passform in der Schachtel besteht jetzt aus Papier:
Öffnet man das Gehäuse, sieht man eine „übersichtliche“ Anordnung von Bauteilen:
Vieles kommt uns von Generation 2 Shellies bekannt vor: Die beiden Step-Down-Regler für 12V und 3,3V sind Standard. Eine Picofuse 500mA (träge), der übliche VDR und zwei 3,3µF/400V-Elkos (in gelb). Der Siebelko für die 12V-Schiene ist ein 330µF/16V Typ (in braun). Alle drei Elkos stammen von YongMing. Ein neues Bauteil ist der Optokoppler EL817. Ein Datenblatt dazu ist bei Fa. Reichelt zu finden:
https://www.reichelt.de/index.html?ACT…2FEL817-EVL.pdf
Die Unterseite der Leiterplatte enthält nur ein IC – den ESP32:
Inbetriebnahme
Habe zunächst den Gedanken verfolgt, den Shelly, der ja keine Spannung 0 bis 10V liefert, sondern einen PWM-modulierten, potentialfreien Schalter besitzt, eigenständig und aktiv zu betreiben. Dazu steckt man ein Add-On "plus" auf, welches die erforderlichen 10V DC galvanisch getrennt bereitstellt:
In dieser Schaltungsanordnung liefert die Kombination eine Spannung an „PWM“ ab: Bei der Reglerstellung „Brightness 100%“ liegen 10V an; bei „Brightness 0%“ 0V. Die Logik stimmt also soweit…
Gespeist habe ich den Shelly für die Messungen mit 24V DC. Wie üblich, wird +24V an Klemme N angeschlossen; GND/Minus an Klemme L. Die Stromaufnahme bei 24V-Speisung beträgt rd. 50mA.
Wie sieht das Signal an den Anschlüssen „PWM“ aus?
Ein Rechtecksignal mit einem Tastverhältnis von 50% und einer Amplitude von knapp 10V. Leider ist die ansteigende Flanke recht „rund“. Das ist auch der Grund für die zu geringe Anzeige des (gemessenen) Tastverhältnisses von 48,1% (Angabe „Dty+:“). Auf die Ursache dieses Effektes kommen wir noch zu sprechen…
Der im Diagramm angegebene Wert “Mean: 4,75V“ ist der gemessene Mittelwert der Spannung, die sich aus dem PWM-Signal ergibt. Ein DMM mit „TrueRMS“ wird den gleichen Wert anzeigen!
Der Wert für „RMS“ (Effektivwert) ist mit 6,76V erheblich höher. Das ist kein Fehler, denn der Effektivwert eines symmetrischen Rechtecksignals berechnet sich nach der Formel:
Für den Mittelwert gilt diese Formel:
Legende:
Wir erwarten daher einen Effektivwert von 7,07V bei dem Tastverhältnis von 50%!
Oszillogramme anderer Tastverhältnisse folgen im nächsten Beitrag!
Für jede Lampe, die getrennt schaltbar sein soll, EINEN Shellx Dimmmer2.
Wichtig ist halt, daß die Mimik mit EINEM Außenleiter (L) und einem Neutralleiter aufgebaut wird! Aber das sollte machbar sein…