Shelly pro 2: Teardown, Spannungsversorgung

  • Gestern flatterte ein Shelly pro 2 auf meinen Labortisch. Musste sofort geöffnet werden:

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    Man erkennt den modularen Aufbau: Auf einer Basis-Leiterplatte sitzen, steckbar, links die beiden Relais-Baugruppen. Beide sind identisch aufgebaut und lassen sich somit vertauschen. Rechts unten das Netzteil (dazu später mehr) und rechts oben die kleine Baugruppe für die beiden SW-Eingänge.

    Eine „Explosionsdarstellung“ aller Baugruppen:

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    Die Basis-Leiterplatte:

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    Oben rechts der LAN-Chip: LAN8720A von SMSC (U11). Ein 10/100 Ethernet-Transceiver. In gerader Linie weiter unten SLVU2.8-4, ein 4-Fach TVS-Dioden-Array zum Schutz des LAN-Chips gegen transiente Spannungsspitzen. Darunter der Isolationsübertrager LP2019ANL, der für die galvanische Trennung der LAN-Buchse sorgt.

    Links oben ein bisher nicht identifizierter 16-Pin-IC (U10) mit dem Aufdruck 13YL, zweite Zeile 11J. Vermutlich ein Peripherie-Baustein für den Prozessor.

    Links unten U7, der zweite Step-Down-Converter. Er macht aus den 12V, die die Netzteil-Baugruppe anliefert, die 3,3V Betriebsspannung für den Prozessor.

    Die Rückseite der Basis-Leiterplatte:

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    Oben in der Mitte der ESP32, mit der Bezeichnung ESP32-DOWDQ6. Darunter der cFeon QH64A-104HIP Flash-Speicher.

    Die Baugruppe mit den Eingängen:

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    Keine Besonderheiten - Standardschaltung! Alle bisher eruierten Schaltungstricks („Bukowski-Draht“ etc.) sind auch mit diesem Shelly anwendbar.

    Die Relaisbaugruppe:

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    Wie bereits erwähnt, sind beide Relaisbaugruppen identisch. Ein Hongfa HF32FV-16/12-HLTF(590) ist verbaut:

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    Ob ein Snubber nicht auch noch Platz gefunden hätte?

    Das Netzteil:

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    Die Netzteil-Baugruppe enthält nur den 12V-Teil - der Buck Converter für die Erzeugung der 3,3V aus den 12V ist auf der Basis-LP untergebracht (U7, SMD-Code BCEAQ).

    Die Schaltung des Netzteils habe ich extrahiert:

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    Auch hier nichts ungewöhnliches: Der von Shellies der plus- und pro-Serie bekannte Step-Down-Converter BP2522 (dessen Außenbeschaltung nicht dargestellt ist) erledigt die Arbeit. Statt des bei der Shelly-Generation 1 genutzten Sicherungswiderstands (10Ω) wird eine Pico-Fuse (hier in SMD-Bauform) eingesetzt.

    Der Shelly pro 2 wird wohl, wie üblich, auch mit 24V DC gespeist werden können, dachte ich, und begann die Meßreihe. Aber Pustekuchen - ein stabiler Betrieb (mit aktivierten Relais) war erst ab 32V DC zu beobachten. Rätselraten über die Ursache: Weicht doch die Schaltung und die benutzten Bauteile nicht von der anderer Shellies der 2. Generation ab? Gleichspannungsmessungen bestätigten, daß es nicht mit der Höhe der Versorgungsspannung auf der 12V-Schiene zusammenhängt: Mit 10,3 V Fremdspeisung läuft der Shelly noch prima. Bei Versorgung mit 24V über die Klemmen N (plus) und L (GND) hingegen nicht.

    Genaueres Hinschauen ergab, daß es das WLAN ist, was bei Spannungen kleiner 32V nicht mehr arbeitet. Störungen durch das Primär-Netzteil, was bei Eingangsspannungen kleiner 32V in einem ungünstigen Arbeitspunkt läuft, sind die Ursache! Ein 220nF-Kerko parallel zum NV-Elko (330μF/16V) beseitigte das Problem:

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    Der passt prima an die Lötaugen des NV-Elkos. Im Schaltbild des Netzteils habe ich den zusätzlichen Kondensator gestrichelt eingezeichnet. Mit dem zusätzlichen Kondensator läuft der Shelly ab 22V DC (Relais eingeschaltet, Auto-On).

    Lerneffekt: Manche WLAN-Aussetzer, die bei anderen Shellies beobachtet wurden (z.B. das schlechte WLAN-Verhalten von Shelly 1 an Garagentorantrieben, die mit 24V DC gespeist werden) könnten damit zusammenhängen! Das probeweise Hinzufügen eines Kerko ist einfach zu bewerkstelligen und gibt augenblicklich Antwort auf die Frage nach der Fehlerursache!

    „Habt Geduld. Alle Dinge sind schwierig, bevor sie einfach werden!“ (aus Frankreich)

    „Nothing in life is to be feared, it is only to be understood.“ (Marie Curie, 1867-1934)

    „Es reicht nicht“, rief Schiller, „Gedankenfreiheit zu fordern, man muß auch denken können, sonst fordert man Gedankenlosigkeitsfreiheit und die ist die Freiheit zur Dummheit, welche wiederum die schlimmste Unfreiheit überhaupt ist!“
    (Aus „Besuch aus Weimar“ von Gert Heidenreich, Schriftsteller, *1944 in Eberswalde)

    4 Mal editiert, zuletzt von thgoebel (27. Juli 2022 um 23:20) aus folgendem Grund: Schaltungsauszug Netzteil aktualisiert.

  • Habe den Shelly pro 2 alternativ mit dem LAN gekoppelt: Damit läuft er ab 19V DC stabil!

    Was mir aufgefallen ist:

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    Bei dieser Statusabfrage (LAN-Kopplung) wird für jeden Relaiskanal (Switch:0 und Switch:1) eine separate Temperatur angegeben! Dachte immer, die ausgelesene Temperatur sei die des CPU-Chip? Wer kann das erklären?

    Nachtrag: Auf den beiden Relaisbaugruppen ist jeweils ein NTC verbaut, der die Temperatur des Relais misst. Siehe dazu Beiträge #3 und #7.

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    2 Mal editiert, zuletzt von thgoebel (7. März 2024 um 22:45)

  • thgoebel 27. Juli 2022 um 16:46

    Hat den Titel des Themas von „Shelly pro 2: Tear down, Spannungsversorgung“ zu „Shelly pro 2: Teardown, Spannungsversorgung“ geändert.
  • Es wurde bemängelt, daß die Ansicht der Unterseite der Relaisbaugruppe fehlt. Das hole ich gern nach:

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    Der Sicherheitsabstand zur Erfüllung der SELV-Vorschriften ist ausreichend bemessen!

    Die Schaltung der Baugruppe:

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    Q1: NPN-Transistor mit SMD-Code „64“.

    D1: Diode mit SMD-Code „A“

    R4: NTC (Raumtemperatur 8,8kΩ)

    R5: 10kΩ

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    Einmal editiert, zuletzt von thgoebel (31. Juli 2022 um 12:18) aus folgendem Grund: NTC detailliert.

  • Sind R4 & R5 zur "Erkennung, Platine fehlt"?

    Warum wird ein Spannungsteiler auf eine weitere Platine ausgelagert :/

    Pin 8, 11, 12 würden doch fürs Relais ausreichen.

    Oder ist die Basis auch zw. R4 & R5, bzw. 9 ist über die andere Platine mit 11 verbunden?

    Das wäre sinnvoll ;)

    VG Rolf

    (Wer einen Tippfehler findet, darf den gerne behalten :saint:)

  • Das wird sich uns erst erschließen, wenn wir einen anderen Shelly der „pro“-Serie auf dem Tisch hatten, bei dem ähnliche Relais-Baugruppen verbaut wurden. Vielleicht dient die Widerstandskombination zur Kompatibilität mit einer anderen Baugruppe ?

    Nachtrag: Frage geklärt, siehe Beitrag #7.

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    (Aus „Besuch aus Weimar“ von Gert Heidenreich, Schriftsteller, *1944 in Eberswalde)

    Einmal editiert, zuletzt von thgoebel (31. Juli 2022 um 13:27)

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