230V

Portpin an 230V AC

Schaltplan und Stückliste

Hier ist eine kurze Beschreibung, wie man einen 230V-Pegel direkt an einen Portpin eines Mikrocontrollers anschließen kann. Da diese Schaltung keine galvanische Trennung besitzt, muss die gesamte Schaltung berührungssicher verbaut sein! Beim Experimentieren sollte auf jeden Fall ein Trenntrafo verwendet werden und auch sonst sehr vorsichtig gehandelt werden.

Das Berühren von 230V Netzspannung ist lebensgefährlich!

Diese Beschaltung soll nicht den Nulldurchgang detektieren, lediglich das Vorhandensein von Netzspannnung. Für eine phasenrichtige, schnelle Detektion des Nulldurchgangs der Netzspannung muss man R3 weglassen! Die beiden Dioden, welche immer vom Typ Schottky sein müssen, hier BAT45, sind normalerweise in einem Controller als Schutzdiode schon enthalten. Beim Verwenden des MCLR-Eingangs speziell von MICROCHIP Mikroprozessoren können diese Dioden fehlen und müssen in der Schaltung ergänzt werden. Aber Achtung! Die externen Dioden sind immer zu empfehlen, da ein Strom über die integrierten Bodydioden chipinterne Referenzspannungen "verziehen" kann, ausserdem sind sie meist nur wenig belastbar, teilweise nur mit 1mA. Der Widerstand R3 hat zwei Funktionen: Erstes als Spannungsteiler mit R1 und R2 um die Spannung auf einen vernünftigen Wert zu begrenzen und zweitens als Pulldown-Widerstand für den Portpin.

Die Widerstände R1 und R2 dürfen nicht durch einen Widerstand mit 2MΩ ersetzt werden, weil auch bei bedrahteten Widerständen die Spannungsfestigkeit meistens nicht ausreichend ist und aus Sicherheitsgründen davon ausgegangen werden muss, dass ein Widerstand ausfällt, nicht aber beide auf einmal. Wird SMD verwendet, sind drei Stück in der Bauform 0402 oder größer mit ca. 5mm Abstand zu empfehlen. Gegen Spikes zusätzlich ein 500pF Kerko direkt am Portpin gegen GND.

Die Firma Microchip hat hier auch eine gute Applikation Note hierzu. Für die allgegenwärtigen Sicherheitsfanatiker: Bei einer FMEA wird ein Widerstand als ein sehr sicheres Bauteil angesehen, der nicht so mir-nichts-dir-nichts kaputt geht. (Ganz anders schaut es da schon mit den Dioden aus)

Wichtig ist bei dieser Schaltung noch, daß ich einen vernünftigen High-Pegel nur jede positive Halbwelle und auch nur in der Nähe des Spannungsmaximum erhalte. Ich muß also durch meine restliche Schaltung sicherstellen, dass ich den Nulldurchgang des Wechselstromes richtig mitbekomme und dann ( Bei Netzspannung 230V / 50Hz ) mindestens 2ms nach dem Nulldurchgang warten, bis ich den Portpin richtig einlesen kann. Und natürlich muß es die positive Halbwelle sein. (Siehe Simulation, hier erkennt man gut, wann der High-Pegel hoch genug ist...)

Der Elko mit 470µF und die Spannungsquelle werden natürlich nicht explizit benötigt und stellen nur die vorhanden Stromversorgung des Microcontrollers dar.

Galvanisch getrenntes Abfragen von 230V Wechselspannung

Bevor sich mit der obigen Schaltung jemand ins Jenseits befördert, hier eine sichere Schaltung, mit der man galvanisch vom Netz getrennt eine Information für den Mikrocontroller-Eingang erzeugen kann:

Die Bauteile links vom Optokoppler müssen alle eine Spannungsfestigkeit von 250V ac aufweisen, d.h. sie müssen 230Veff bzw. 325Vss dauerhaft verkraften. Deshalb sind jeweils zwei Widerstände in Reihe geschaltet. Selbst Widerstände vom Typ 2512 weisen nur eine Spannungsfestigkeit von 200V dc auf!

R1 und R2 begrenzen den Einschaltstrom durch C1. R3 und R4 entladen C1 nach dem Ausschalten. C2 und R5 sorgen für einen dauerhaften Low-Pegel am Controller-Eingang solange Netzspannung anliegt. Wer den 50Hz Puls braucht, möge C2 weglassen. Zum Detektieren des Nulldurchgangs eignet sich diese Schaltung wegen der Phasenverschiebung durch C1 nicht.

Beim Arbeiten mit Schaltungen, die direkt Netzspannung führen, ist immer äußerste Vorsicht angesagt!

Siehe auch

• Forumsbeitrag: Genauer Nulldurchgangsdetektor, galvanisch getrennt
• Forumsbeitrag: Sparsamer Nulldurchgangsdetektor, 0,2mA
• Forumsbeitrag: Ähnlich sparsamer Nulldurchgangsdetektor
• Forumsbeitrag: sparsamer Nulldurchgangsdetektor, praktisch aufgebaut

Links

• Simulation in LTSpice
• Microchip AN521: Interfacing to AC Power Lines
• Atmel Application Note AVR182: Zero Cross Detector
• d.s.e. FAQ: Präziser Nulldurchgangsdetektor
• DIY - Isolated High Quality Mains Voltage Zero Crossing Detector, engl.
• Mains-driven zero-crossing detector uses only a few high-voltage parts, EDN, engl.