Uni Spannungseinbruch bei Stromversorgung über internes Relais

LosSuppos

Hallo zusammen,

folgender Aufbau: Betrieb des Uni und Spannungsmessung des Akkus.

Primärspannungsversorgung ~8V Li-Ion-AkkuAkku mit Step-up-Wandler auf 12V DC Ausgangsspannung (Sekundärspannung für Uni)

Uni:

Pin 1: 12 V DC +

Pin 2: 12 V DC -

Pin 3: 8 V DC + vom Li-Ion-Akku

Pin 6: 8 V DC + vom Li-Ion-Akku

Das läuft so weit alles prima, ich kann die Versorgungsspannung 8V abgreifen und visualisieren.

Jetzt wollte ich zu Testzwecken eine Funktion (über ioBroker) einbauen, mit der der Uni bei einer Akkuspannung (nicht Eingangsspannung Uni!) unter 7 V automatisch abgeschaltet wird.

Also den +Pol vom Akku auf den Relaiseingang geklemmt, und den Relaisausgang auf die Spannungsversorgung des Step-up-Wandlers geklemmt, um Folgendes zu testen:

Starten des Uni durch Überbrückung des anfangs offenen Relais. Anschließend das Relais schließen -> Spannungsversorgung vorhanden. Über ioBroker dann bei einer Primärspannung von <7 V das Relais öffnen -> Uni ist aus.

Es passiert aber folgendes: Sobald die Primärspannung (8 V +) über das geschlossene Relais läuft, nimmt die Akkuspannung nach dem Relais rapide ab. An den Akkus selber beträgt die Primärspannung nach wie vor 8 V.

Die geschlossenen Relais zeigen mir einen Widerstand von 31 Ohm an. Das finde ich merkwürdig. Woran kann das Verhalten liegen?

Die Grafik zeigt die Primärspannung ohne Durchgang durch das Relais (~ 8V) und mit Durchgang an (rot markierte Bereiche). Dabei sank die Spannung teilweise auf 3, V.

pasted-from-clipboard.png

Viele Grüße,
Markus

thgoebel

Zuerst mal der Versuch einer Visualisierung:

IMG_0554.jpeg

Zur Erläuterung, was sich im UNI abspielt, wurde ein Teil der Innenschaltung angedeutet: Der Brückengleichrichter an Pin 1 und 2 ist nur für den Betrieb mit Wechselspannung erforderlich. Gleichspannung kann über Pin 1 (2) und Pin 6 angelegt werden. Das sorgt übrigens für ein sauberes Bezugspotential, das sich im geschilderten Aufbau wegen der (in rot gestrichelt angedeuteten) Verbindung der GND-Klemmen der Step-Up-Wandlers selbsttätig ergibt.

Weiter hat der UNI keine internen Relais, sondern Optokoppler mit MOSFET-Ausgang. Siehe diesen Beitrag:

Thema

Überlegungen zu den Schaltausgängen des Shelly UNI

Im UNI sind die beiden Schaltausgänge mit Optokopplern TLP172GM realisiert:

smarthome-forum.eu/attachment/20611/

Der Hersteller Toshiba nennt diese Bauteile „photo relay“:

smarthome-forum.eu/attachment/20604/

(Quellenangabe: Datenblatt der Fa. Toshiba)

Zwei MOSFET mit optisch empfindlichem Gate sind in Serie geschaltet, eine LED aktiviert diese. Die Daten sagen uns: Strom im on-Zustand max. 110mA, max. Spannung im off-Zustand 280V (empfohlen, Grenzwert bei 350V), Verlustleistung max. 300mW,…

thgoebel

23. Juni 2021 um 17:21

Diese MOSFETs haben leider, wie im verlinkten Artikel beschrieben, einen recht hohen Rds(on). Die gemessenen 30Ω entsprechen der Spezifikation. Mit der schwankenden (!) Stromaufnahme des UNI zwischen 40 und 120mA ergibt sich damit der gemessene Spannungseinbruch nach dem Ohmschen Gesetz.

Besser wäre es, den Spannungsabgriff des ADC (Pin 3) direkt am Akku zu machen:

IMG_0553.jpeg

Der ADC-Eingang hat einen Innenwiderstand von rd. 50kΩ, sodaß eine relevante Beeinflussung des Akkus dadurch nicht gegeben sein sollte. Wenn das dennoch stört, könnte der zweite Ausgang des UNI zum Abschalten der Meßspannung genutzt werden.

horkatz

Hallo Markus,

bei den "Relais" des Uni handelt es sich in Wirklichkeit um Optokoppler. Ohne das ich groß nachrechne gehe ich davon aus, dass die Spannung zusammenbricht, weil der Strom zu hoch ist. Durch den Step-up-Wandler entstehen ebenfalls Verluste. Miss doch einfach mal nach, wieviel Strom in den Wandler fließt. Soweit ich mich erinnere, kann der alte Uni 100mA, der neue 250mA.

Edit: Da war ich zu langsam

LosSuppos

Top, danke euch beiden für die Erklärungen, das ergibt jetzt mit meinen beschränkten Elektronik-Kenntnissen auch mehr Sinn

Ich teste mal und werde berichten.

LosSuppos

So, ich habe den Uni jetzt folgendermaßen angeschlossen. Stimmt das so, wie ich es gemacht habe?

Shelly-Uni.png

Nachdem ich die Spannungsversorgung hergestellt und den Optokoppler zum Start des Uni überbrückt habe (und den Kanal 1 gechlossen habe) zeigt mir der Eingang 3 eine Spannung von 7,x Volt. Ich kann einen Strom (vom Akku ausgehend) von ca. 120 mA messen. Nach ein paar Sekunden geht der Uni aber aus. Reproduzierbar.

Übrigens: Wenn ich ohne den Umweg über den Optokoppler den Uni direkt (über den Step-Up-Wandler) bestrome komme ich so auf 40-80 mA (schwankend, so gut das meinem Fluke 177 überhaupt messen kann).

Ist jetzt nicht wirklich wild, dass es (so) nicht geht, mich würde nur interessieren an was das liegen kann.