230V
Portpin an 230V AC
Hier ist eine kurze Beschreibung, wie man einen 230V-Pegel direkt an einen Portpin eines Mikrocontrollers anschließen kann. Dass diese Schaltung keine galvanische Trennung besitzt, sieht man, glaube ich. Das übliche BLA BLA bezüglich Sicherheit, Lebensgefahr spare ich mir an dieser Stelle. Diese Beschaltung soll nicht den Nulldurchgang detektieren, könnte es aber. Dann wären allerdings 4 Widerstände mit 1MOhm besser, ohne Pulldownwiderstand.
Die beiden Dioden, 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 (als Schottky!) sind immer zu empfehlen, da ein Strom über die Bodydioden chipinterne Referenzspannungen "verziehen" kann
Der 39K-Widerstand 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 sollen NICHT durch einen Widerstand mit 2MOHm 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 0204 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, das 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!