Wie angekündigt, heute die Fotos und Schaltungsauszüge des Shelly plus i4 DC:
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Das Gehäuse ist in einem freundlichen Zitronengelb gefärbt. Ein Blick ins Innere zeigt, daß der beim Shelly plus i4 verwendete Silikonkleber nicht zum Einsatz gekommen ist. Dennoch sind Ähnlichkeiten im Leiterplattenlayout zum Shelly plus i4 unverkennbar (siehe diesen Beitrag:
Shelly plus i4 tear-down, Stromversorgung, Schalteingänge)
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Erstaunlich ist, daß ein linearer Längsregler (7815) im Netzteil verbaut ist:
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(Für das Foto wurden der Elko und der Sicherungswiderstand aufgerichtet, damit die darunter liegenden Bauteile sichtbar sind.)
Primärregler ist, wie bereits erwähnt, ein 7815. Seine Ausgangsspannung beträgt 15V - wenn die Eingangsspannung größer 17,5V ist. Was bei Eingangsspannungen von 5V bis 17,5V passiert, sehen wir später…
Der zweite Regler zur Erzeugung der Speisespannung für den ESP32 ist ein Schaltregler. Das ist der IC mit den 6 Beinen oberhalb des „riesigen“ Linearreglers. Die SMD-Markierung: S478cd3. Wie bei allen in den Shellies verbauten 3,3V-Reglern ist es schwer, den genauen Typ und das passende Datenblatt zu ermitteln.
Die Unterseite der Leiterplatte:
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Links oben der ESP32, darunter die relativ großen 47kΩ-Widerstände für die SW-Eingänge und rechts eine diskrete Schaltung mit zwei MOSFETs, die den Linearregler außer Betrieb nehmen, wenn die Eingangsspannung unterhalb von 17,5V liegt. Wie das genau funktioniert, sehen wir im Schaltungsauszug:
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Der über dem Linearregler 7815 dargestellte MOSFET schaltet durch, wenn die Eingangsspannung unter ein bestimmtes Limit fällt, welches die Zenerdiode mit Spannungsteiler an der Basis des PNP-Transistors festlegt.
Zur Verifizierung der Funktion habe ich eine kleine Meßreihe aufgenommen, welche für verschiedene Eingangsspannungen den Spannungsabfall über dem Längsregler (zwischen Drain und Source des MOSFET 40P05) angibst:
Eingangsspannung 24V: Spannungsabfall 8,7V
Eingangsspannung 20V: Spannungsabfall 4,7V
Eingangsspannung 18V: Spannungsabfall 2,8V
Eingangsspannung 17V: Spannungsabfall 2,8V
Eingangsspannung 16V: Spannungsabfall 2,8V
Eingangsspannung 15,5V: Spannungsabfall 2,8V
Eingangsspannung 15V: Spannungsabfall 0V
bis
Eingangsspannung 5V: Spannungsabfall 0V
Die Sicherung an Klemme (+) ist eine „Resettable PTC Fuse“, die bei 1,1A Nennstrom noch nicht auslöst (Ihold), bei 2,2A jedoch sicher auslöst (Itrip). Nach Wegfall des Überstroms setzt sie sich selbsttätig wieder zurück.
Die Schaltung am GND-Pin des Linearreglers mit dem MOSFET BSS138 stellt IMHO einen Verpolungsschutz mit sehr kleinem Spannungsabfall dar. Entsprechende Messungen der Spannung über der Drain-Source-Strecke des BSS138 lassen keinen anderen Schluß zu.
Die Eingangsbeschaltung der SW-Eingänge ist identisch zum Shelly plus i4 und zu vielen anderen Shelly-Aktoren. Schaltungstricks, wie Flüssigkeitsstand-Erkennung, der „Bukowski-Widerstand“ und anderes sind daher auch mit dem Shelly plus i4 DC realisierbar.
Zum Schluss noch die Tabelle der Stromaufnahme bei verschiedenen Betriebsspannungen:
Betriebsspannung 24V: Stromaufnahme 40mA
Betriebsspannung 22V: Stromaufnahme 40mA
Betriebsspannung 20V: Stromaufnahme 39mA
Betriebsspannung 18,5V: Stromaufnahme 39mA
Betriebsspannung 18V: Stromaufnahme 39mA
Betriebsspannung 17,5V: Stromaufnahme 40mA
Betriebsspannung 17V: Stromaufnahme 41mA
Betriebsspannung 16,5V: Stromaufnahme 42mA
Betriebsspannung 16V: Stromaufnahme 43mA
Betriebsspannung 15,5V: Stromaufnahme 38mA
Betriebsspannung 15V: Stromaufnahme 39mA
Betriebsspannung 14V: Stromaufnahme 41mA
Betriebsspannung 13V: Stromaufnahme 43mA
Betriebsspannung 12V: Stromaufnahme 46mA
Betriebsspannung 10V: Stromaufnahme 53mA
Betriebsspannung 8V: Stromaufnahme 65mA
Betriebsspannung 7V: Stromaufnahme 75mA
Betriebsspannung 6V: Stromaufnahme 87mA
Betriebsspannung 5V: Stromaufnahme 105mA
Bei genauem Hinsehen ist die Schaltgrenze, bei der der Linearregler außer Betrieb gesetzt wird, auch an der Stromaufnahme erkennbar. Im Vergleich ist der Shelly plus i4 bei Versorgung mit 24V DC sparsamer. Das liegt am Linearregler, die überschüssige Spannung verheizt…
