Elektronische Regler, Möglichkeiten, Toleranzen, Stromversorgung.

[Wolfhaus]

Zur Einstimmung mal diese Schaltung und Beschreibung in der Anlage.

UB= 12V ! was ist bei 3 V ?
Auswirkung stabile UB und deren Stabilisierung Z-Diode. (macht man mit Schaltkreis heutzutage) Aber es bleibt immer das Problem, die stabilisierte Spannung muss immer min. 10% kleiner sein als die Versorgungsspannung, das sind dann auch 10% Stabilisierung. Bei 12 V = 1,2 V, um die sich dann auch die UB verkleinern muss! Es steht demzufolge nur noch eine UB von 10,8 V zu Verfügung.

Bei 12-24 V kein Problem! bei einer Batterieversorgung 2x 1,5 = 3 V sehr wohl! und das hat Folgen!

Batt 3V
-10% = V	-0,3​
Schwellwertspannung V	-0,7​
Arbeitspunktregelung =	-0,9​
Veringerung UB =	-1,9​
Verbleiben von den 3 V	1,1​
Entladespannung Bat 0,8 V	1,6​
Bleiben noch	0,5 V	zum betreiben einer elektronischen Schaltung bei 3 V Versorgung
Das ist weniger als 1/3 der Energiebilanz der Batt

Folgen, Batterien sind nach 1-3 Monaten aufgebraucht in dieser Regelung, was die Praxis bestätigt!
ABER es gibt ja Hersteller die können eine bessere Bilanz vorweisen! Was machen die?
Zaubern können die nicht aber tricksen! Was machen die nun? Ich weis es, kommt einer darauf?

Eine 3 V Versorgung ist auch bei anderen mobilen Geräten zu klein (Fernsteuerungen TV aber nicht so kritisch da nur beim Senden Strom benötigt wird)
Eine Versorgung mit 3x 1,5 V = 4,5 V, würde alles erheblich verbessern. Aber hier hat der Designer vor dem Techniker das sagen, schade.

 

[KarlZei]

Du hast ja grundsätzlich Recht mit Deinen Ausführungen. Nur sind die Schaltungen eben nicht so aufgebaut bzw. ausgelegt.
Es werden Bauteile genutzt, die einen tiefen, aber dennoch großen Versorgungsspannungsbereich haben. Und da es sich zudem um batteriebetriebene Geräte handelt, ist die Stabilisierung der Versorgungsspannung eher unwichtig und daher in einer gesonderten Form (z.B. per Z-Diode oder integriertem Spannungsregler) auch gar nicht vorhanden.

Beispiel Homematic-Thermostat:
Die Komponenten wie Motor, Treiber, Speicher etc. kommen mit einer Versorgungsspannung von typisch 1,8V klar. Damit ist sichergestellt, dass das Thermostat auch bei schwachen Batterien genauso zuverlässig und genau funktioniert wie mit vollen Batterien.
So zeigen meine Thermostate momentan Versorgungsspannungen von 2,2 bis 2,9V an. Ich bin mir nicht mehr sicher, aber die Teile maulen erst unter 2,0V und verlangen einen Batteriewechsel. Und bislang habe ich immer um min. ein Jahr Ruhe. Homematic gibt eine Batterielebensdauer von typisch 2 Jahren an. Wie Du in der Praxis auf 1 bis 3 Monate kommst, erschließt sich mir nicht.

Die Batterielebensdauer ist natürlich davon abhängig, wie die Teile betrieben werden. Jedes Fahren des Stellantriebs, jedes Einschalten des Displays und auch die Datenabfragen brauchen natürlich Strom. Wer also viel mit den Teilen manuell rummacht, braucht häufiger Batterien.

Zum Anhang (KTY):
Ja, sehr analog ;-)
Es wird allerdings bei den Homematic-Teilen und wohl auch bei anderen ein NTC genutzt. Der wird über einen Referenzwiderstand per integriertem A/D-Wandler ausgewertet. Hier ergibt sich eine Genauigkeit von 1%. Im üblichen Temperaturbereich liegen die also bei ca. 0,2K Abweichung.

 

[Wolfhaus]

(z.B. per Z-Diode oder integriertem Spannungsregler) auch gar nicht vorhanden.

Oh das ist eine wichtige Bedingung, sonst verändert sich mit UB die Verstärkerkennlinie und was das bedeutet weist du, geht nicht ohne.

Die Komponenten wie Motor, Treiber, Speicher etc. kommen mit einer Versorgungsspannung von typisch 1,8V klar.

Aber die ist ja für die Elektronik nicht vorhanden! bei 3V nur noch 1,1 V bei vollen Batt.
und das ist nur mit 10% Stabilisierung gerechnet was eigentlich noch zu wenig ist.
Was dann noch abgeht ist physikalisch bedingt, schau mal z.B. nach Schwellwertspannung 0,7 V Ich könnte dir das erklären.

bei schwachen Batterien genauso zuverlässig und genau funktioniert wie mit vollen Batterien.

Leider nicht, denn bei 1/3 Batt kommt bei der Elektronik 0 an und vorher wir es kritisch (zur Sicherheit machen einige e. Ventile voll auf und bleiben bis zum Batt. wechsel so)

habe ich immer um min. ein Jahr Ruhe.

ABER es gibt ja Hersteller die können eine bessere Bilanz vorweisen! Was machen die?

Erklärung?

braucht häufiger Batterien.

Das ist bei jedem Batt- Gerät so und sollte hier keine Beachtung finden, da das der Nutzer verursacht hat.

Referenzwiderstand per integriertem A/D-Wandler

Ja, aber nicht das Problem, den diese Schaltungen haben alle nur max 3 V von der Batt und letztlich für die eigentliche Schaltung nur noch UB 1,1 V
und hier liegt das Problem!

Eine Versorgung mit 3x 1,5 V = 4,5 V, würde alles erheblich verbessern. Aber hier hat der Designer vor dem Techniker das sagen, schade.

Hier ergibt sich eine Genauigkeit von 1%

Alles nicht das Problem. die 3V sind das eigentliche Problem, ansonsten kann ich jegliche Art von elektronischer Schaltung verwenden, es wirken immer bei einer Halbleiter Elektronik die gleichen physikalischen Bedingungen und so stehen dann bei jeder Schaltung mit einer UB 3 V Versorgt nur noch 1,1 V effektiv zur Verfügung. Würde die UB der Batt immer 3V behalten, wäre das kein Problem. (Darum Netzteil an einigen e. V möglich.) Die Batt- Spannung kann aber auf 0,8 V abfallen bis man von einer entladenen Batt spricht. Dann sind UB nicht 3 sondern nur noch 1,6 V die UB darf aber nur max. auf 2,4-2,0 V abfallen sonst wird jede Schaltung, Basis Halbleiter kritisch, bzw. fällt aus.

Warum der Sums von mir dazu? Weil ich keine elektronischen Ventile mit mehr als 2 Batt. kenne, also 3V Ausgansspannung max. Und wenn wir uns hierzu im klaren sind können wir zu den Folgen kommen.

 

[tricotrac]

Weil ich keine elektronischen Ventile mit mehr als 2 Batt. kenne, also 3V Ausgansspannung max.

Andere sind mir auch noch nicht untergekommen.

 

[Wolfhaus]

Also was macht man nun damit einiges klarer wird?
1. Man verwendet nur digitale Schaltungen wie bei tado aber leider nicht bei jedem Hersteller so.
2. Man verwendet eine Stromversorgungstaktung also versorgt zu einigen Zeiten die Schaltung nicht mit Strom.
Im einzelnen das genauer, aber man kommt damit zu einem sehr guten Ergebnis!
Damit ist es wichtig was ich gekauft habe! und elektronischer Regler ist nicht = elektronischer Regler!

 

[Wolfhaus]

Zu 1.
Verwende ich einen analogen elektronischen Regler ist eine stabile UB Bedingung, das kann ich dann im Bereich ab 3 bis x V stabil betreiben.

Benutze ich Batt. sollten nur digitale Regelungen zur Anwendung kommen.

Zu 2.
Bei digitalen Reglern habe ich noch die Möglichkeit die Versorgungsspannung zu tackten. Eine Stabilisierung UB brauche ich auch nicht!
Wenn ich alle 6 Sekunden für 6 Sekunden die Versorgungsspannung unterbreche hat das an einem Heizungsregler keine praktische Bedeutung außer das ich 6 Sekunden keine Regelung habe wo ich kein Problem bei sehe. (welche Zeiten da verwendet werden ist mir nicht bekannt) Würde aber bedeuten das ich die Lebensdauer der Batt fast auf das doppelte verlängern kann.

Bei tado kommt digital Schaltung mit Taktung zur Anwendung und wurde durch ein Update wohl noch optimiert.
Damit steht hiermit ein genauer und sparsamer Regler zu Verfügung.

 

[Wolfhaus]

Bei mechanischen Reglern kommen heutzutage Flüssigkeiten, die man in ihren Eigenschaften sehr genau beeinflussen kann, zur Anwendung.
Das ergibt dann zu den herkömmlichen Reglern sehr genaue HK-Ventile.

Bei den elektronischen kommt es genau so auf den Regler an und ist immer besser als ein mechanischer, so allgemein nicht richtig.
Unumstritten ist die immer einfachere Bedienung und eine mögliche Einbindung in weitere Systeme der Heizung als unstrittiger Vorteil, den aber auch nicht jeder will!

Wie alles im Leben, doch nicht so einfach.

 

[Wolfhaus]

Noch was aus der Praxis,

Die Verwendung von Alkali-Mangan Batt ist Bedingung, Kohle Zink ausgeschlossen.
Achtung nie Akus verwenden! die haben nur 1,2 V bei voller Ladung, also nur 2,4 V, bei 2 Stück, da ist der Anfang dann nach kurzer Zeit gleich das Ende.

Ich hatte mal eine FB für den TV mit 4 x 1,5 V Batt, da sind die Batt eher verfault als die Funktion der FB geschwächelt hat. So gut war das auch nicht wenn man vergessen hatte sich den Zustand der Batt anzusehen.

In Raum- Feuerwarner sind 9 V Batt fest verbunden, die halten min 10 Jahre = Lebensdauer. (digital Geräte getaktet)

 

[KarlZei]

Ich verstehe das Problem nicht wirklich. Die Teile funktionieren bis knapp unter 2V. Dies entspricht der üblichen Entladeschlussspannung von 2 in Reihe geschalteten 1,5V-Batterien. Die verwendeten integrierten Bauteile brauchen eben nur eine Spannung von knapp unter 2,0V, um vernünftig zu arbeiten. Und wenn die erreicht wird, sagt das Teil einfach 'Batterie wechseln'. Den Betriebszustand 1/3 Batt gibt es gar nicht, weil die Teile die Arbeit bereits bei 2/3 (= 2,0V) einstellen.
Ich verstehe auch nicht, warum man unbedingt 3 Batterien bräuchte, wenn das ganze auch mit 2 problemlos und hinreichend lange (bis 2 Jahre) funktioniert. Macht die Teile nur größer und hat keine wirklichen Vorteile. Allein schon die Tatsache, dass Du keine mit mehr als 2 Batterien kennst, zeigt doch, dass es mit nur zweien funktioniert, oder?

Aber die ist ja für die Elektronik nicht vorhanden! bei 3V nur noch 1,1 V bei vollen Batt.
und das ist nur mit 10% Stabilisierung gerechnet was eigentlich noch zu wenig ist.
Was dann noch abgeht ist physikalisch bedingt, schau mal z.B. nach Schwellwertspannung 0,7 V Ich könnte dir das erklären.

Ich glaube, Du solltest Dich von dieser analogen Transistorwelt verabschieden. In den Thermostaten kommen hochintegrierte Bauteile zum Einsatz. Beim Homematic-Thermostat sind es z.B. ein 32-Bit-Mikrocontroller (ARM), der die Arbeit erledigt, und ein Speicher (EEPROM), der sie speichert. Versorgungsspannungsbereich gemäß Hersteller: 1,8 / 1,9V bis 3 / 5V. Es braucht da keine Spannungsstabilisierung, Glättung, keine Taktung usw., weil die Teile per Batterie betrieben werden. Kritisch ist nur eine vernünftige Spannungsüberwachung, damit die Teile rechtzeitig die Arbeit einstellen.

Erklärung?

Schaltungsdesign und Software.

Bei digitalen Reglern habe ich noch die Möglichkeit die Versorgungsspannung zu tackten.
Wenn ich alle 6 Sekunden für 6 Sekunden die Versorgungsspannung unterbreche hat das an einem Heizungsregler keine praktische Bedeutung außer das ich 6 Sekunden keine Regelung habe wo ich kein Problem bei sehe.

Das braucht man doch alles gar nicht, völlig überflüssig. Der o.a. Controller verbraucht schlafend wenige µA, der Speicher braucht auch nicht mehr. Sind diese Komponenten in Betrieb, fließen da weniger als 1mA. Der Stromverbrauch wird im Wesentlichen vom Motor bestimmt. Naja, und ein wenig vom Display, das auch einige mA will. Und denen kann man die Versorgungsspannung nicht einfach wegtakten...

Die Verwendung von Alkali-Mangan Batt ist Bedingung, Kohle Zink ausgeschlossen.

Nö, die Teile funktionieren auch damit zumindest eine Zeitlang; wie auch mit Akkus. Die wollen einfach nur einen Spannung >= 2V und denen ist es egal, woher die kommt. Spannung ist Spannung. Das Problem mit anderen Batterien als den normalen ist, dass sie andere Entladekennlinien, mehr Selbstentladung und üble Eigenschaften wie Auslaufen haben. Ihr Einsatz ist deswegen eher sinnfrei.

Worauf willst Du eigentlich hinaus?

 

[Wolfhaus]

Thermostaten kommen hochintegrierte Bauteile zum Einsatz

Schau mal was da drin ist, x tausende Transistoren als aktive Bauteile, was hast du dir da vorgestellt?

"Ein integrierter Schaltkreis, auch integrierte Schaltung (englisch integrated circuit, kurz IC; die Buchstaben werden einzeln gesprochen: [ʔiː] [t͡seː] bzw. veraltet IS) ist eine auf einem dünnen, meist einige Millimeter großen Plättchen aus Halbleiter-Material aufgebrachte elektronische Schaltung. Sie wird manchmal auch als Festkörperschaltkreis oder monolithischer Schaltkreis (englisch solid-state circuit bzw. monolithic integrated circuit) bezeichnet. Dieser Chip (englisch Die) ist meist zum Schutz und zur einfacheren Kontaktierung in einem mehrfach größeren Chipgehäuse eingekapselt. Ein IC enthält typischerweise eine Kombination von zahlreichen miteinander elektrisch verbundenen elektronischen Halbleiterbauelementen wie Transistoren, Dioden und/oder weiteren aktiven und passiven Bauelementen. "
Dabei ist es unwichtig um welche Schaltungsart es sich handelt.
Damit gelten dafür die gleichen Bedingungen.

Schwellspannung = Spannungsabfall oder fachlich richtig Exponentialfunktion von Halbleiterbauelementen
Anlage
Hier an einer Diode, Ein Transistor kann als ein 3 Dioden Bauelement verstanden werden und ein Schaltkreis als mit zig tausenden.

 

[KarlZei]

Ja, ich hake das mal unter Allgemeinwissen ab. Aber was ist jetzt die Aussage?

Dieser Mikrocontroller braucht eine minimale Versorgungsspannung von etwas unter 2V. Warum es ausgerechnet diese Spannung sein muss, ist doch letztlich uninteressant. Die 2V reichen ihm, die Batterien liefern die Spannung und das Teil funktioniert.

 

[Wolfhaus]

Hersteller: 1,8 / 1,9V bis 3 / 5V. Es braucht da keine Spannungsstabilisierung

die hat er mit im Schaltkreis!

Und denen kann man die Versorgungsspannung nicht einfach wegtakten...

Doch auch dem wenn man das will und wird auch so gemacht! die werden dann mit einer Frequenz größer 50 Hz. getaktet damit es nicht flimmert.
Selbst an deinem TV, Monitor, wird das getaktet und nennt sich Bildwiederholungsrate. (oder die Anzeige ist so träge /Flüssigkristall/ das es keine Rolle spielt)

Das braucht man doch alles gar nicht, völlig überflüssig.

doch um es zu verstehen und anwenden und beurteilen zu können oder die Möglichkeiten voll nutzen zu können.
Sonst bleibt dir nur der Glaube und du must das dann auch sagen "ich glaube..." oder alles glauben was man dir erzählen will.
---

Worauf willst Du eigentlich hinaus?

Wenn ich ein Gerät habe, was auch immer, sollte ich als Fachmann schon verstehen wie dieses Gerät arbeitet um es verstehen zu können.
Dann kann ich auch sagen was möglich ist und was nicht und warum das so ist und nicht anders geht oder doch um es optimal nutzen zu können.

Ich verstehe das Problem nicht wirklich

Was kein Problem ist, ich habe auch nicht immer alles verstanden und man lernt nie aus.
Ich bin ja nur an der Oberfläche geblieben und das sollte fast reichen für den Fachmann der sich mit Heizungen beschäftigt.

 

[Wolfhaus]

Dieser Mikrocontroller braucht eine minimale Versorgungsspannung von etwas unter 2V. Warum es ausgerechnet diese Spannung sein muss, ist doch letztlich uninteressant. Die 2V reichen ihm, die Batterien liefern die Spannung und das Teil funktioniert.

Aber was ist jetzt die Aussage?

Wenn er eine digitale Schaltung beinhaltet, das ist aber nicht bei jeden so!

Die wollen einfach nur einen Spannung >= 2V

Und die ist schnell am Ende bei voller Ladung bei 2,2V Da hast du dann nach eigener Angabe ganze 0,2 V bis zum Problem. Bei Batterien sind das nach deiner Aussage dann wenigstens 1 V .

 

[Wolfhaus]

@KarlZei , gebe dir bitte etwas mehr Mühe, du kannst das verstehen, was nicht jedem möglich ist!
Höre auf mit pi x Daumen x Schnapsglas x µ + Werbung.
Oder gehe in die Politik...

 

[KarlZei]

Versorgungsspannung takten:

Doch auch dem wenn man das will und wird auch so gemacht! die werden dann mit einer Frequenz größer 50 Hz. getaktet damit es nicht flimmert.
Selbst an deinem TV, Monitor, wird das getaktet und nennt sich Bildwiederholungsrate. (oder die Anzeige ist so träge /Flüssigkristall/ das es keine Rolle spielt)

Ein Mikrocontroller flimmert nicht. Und einen Mikrocontroller schalte ich per Software mit einem Befehl in den Stromsparmodus (1µA) und wecke ihn bei Bedarf mit Befehl oder Interrupt auf. Wenn ich dem ständig die Versorgungsspannung weg-/zuschalte, steigt der Stromverbrauch im Takt der Spannungsversorgung um einige Zehnerpotenzen. Das ist doch sinnbefreit.

Und die ist schnell am Ende bei voller Ladung bei 2,2V Da hast du dann nach eigener Angabe ganze 0,2 V bis zum Problem. Bei Batterien sind das nach deiner Aussage dann wenigstens 1 V .

Ach bitte, was rechnest Du denn da? Welches Problem? Was sollen die "1 V"?
Die Batteriespannung ist die Versorgungsspannung. Und wenn die Batteriespannung 2,2V ist, dann läuft das Teil eben mit 2,2V.

Höre auf [...]

Ja.

 

[Wolfhaus]

Das ist doch sinnbefreit.

Nein selbst deine Netzspannung für alle Geräte taktet quasi, sie durchläuft U eff um dann auf 0 zu gehen um dann zu -U eff zu wechseln, usw.! Beim durchlaufen der Sinuskennlinie gelangt sie immer an einen Wert = 0 und ist praktisch aus. Das macht sie 50x in der Sekunde! Also mit 50Hz!

Ach bitte, was rechnest Du denn da? Welches Problem? Was sollen die "1 V"?

Wenn du 3 V Batteriespannung hast und dein Gerät bis 2 V richtig arbeitet, hast du eine Spannungsreserve von 1 V, das ist dann die Spannung die die UB absinken kann um eine Funktion zu sichern!
Akkus haben keine 1,5V sondern nur 1,2V, logischerweise beträgt die Reserve dann nur 0,2 V. (und schon sehr wenig)
Das ist doch nun wirklich ....
Enttäusche mich nicht immer so.

 

[Wolfhaus]

Verlauf einer Wechselspannung
Bei der Gleichrichtung wird der untere Teil abgeschnitten (Einweggleichrichtung) oder nach oben verschoben Zweiweggleichrichtung) Da sind dann immer Zeiten wo die Spannung 0 ist.
Es entstehen aber immer 2x ein durchlaufen vom 0 Wert. Oder 2x ist die Spannung 0! Beim tackten ist das nicht anders, nur in Rechteckform an stelle der Kurve.

 

[Wolfhaus]

Das blaue ist dann ein getakteter Spannungsverlauf. Was meinst du welche "Wunder" schaltungstechnisch damit möglich sind.

 

[KarlZei]

Nein selbst deine Netzspannung für alle Geräte taktet quasi, sie durchläuft U eff um dann auf 0 zu gehen um dann zu -U eff zu wechseln, usw.! Beim durchlaufen der Sinuskennlinie gelangt sie immer an einen Wert = 0 und ist praktisch aus. Das macht sie 50x in der Sekunde! Also mit 50Hz!

Bei einer Spannungsversorgung mit Batterien gibt es keine Netzspannung, kein Wechseln, kein Sinus, kein 0. Wir reden hier über smarte Thermostate mit Batterien als Spannungsversorgung. Es ist sinnbefreit, die Spannungsversorgung bei solchen Geräten zu takten.

Akkus haben keine 1,5V sondern nur 1,2V, logischerweise beträgt die Reserve dann nur 0,2 V. (und schon sehr wenig)

Dann liegt die Versorgungsspannung des Thermostats mit 2 Akkus eben bei 2,4V. Läuft einwandfrei - bis die Mindestspannung unterschritten ist. Wie bei normalen Batterien...

 

[Wolfhaus]

Spannungsversorgung bei solchen Geräten zu takten

Nein das ist es nicht. Wie willst du denn schaltungstechnisch das möglich machen?
"Software mit einem Befehl in den Stromsparmodus (1µA) und wecke ihn bei Bedarf mit Befehl oder Interrupt auf. "
Was soll da wie aufgeweckt werden?
Du schaltest das mit Befehl an und aus. Das ist auch ein Zeittackt!

2 Akkus eben bei 2,4V. Läuft einwandfrei - bis die Mindestspannung unterschritten

Zum Unterschreiten hast du dann nur 0,2V zur Verfügung, wie lange soll das gut gehen? Das es eine kurze Zeit geht ist keine Frage.
Du fährst doch auch nicht mit einem Auto und 0,2 Liter im Tank wenn du 150km fahren must und beim Vergleich zu bleiben mit 1 V schaffst du die 150 km.
Wie lange das mit den Akkus geht kann ich nicht sagen, aber alle Nase lang die an allen Ventilen wechseln?
Das ist doch keine Praxis. So etwas sollte mindestens 1 Jahr laufen. (meine Meinung)