Labortagebuch April 2023
Elektronik-Labor Notizen Projekte Labortagebuch
6.4.23: Spannung an der Lötspitze?
Mein neuer USB-Lötkolben GD300 von GVDA (https://de.aliexpress.com/item/1005004924730617.html?gatewayAdapt=glo2deu) wird über ein USB-Netzteil versorgt. Es liefert nach dem Einschalten 5 V, kann aber an geeignete Gräte mehr liefern, hier 20 V. Bei einem Widerstand des Heizelements von 6 Ohm beträgt die Leistung 65 W. Der Lötkolben heizt daher sehr schnell auf und wird präzise geregelt. Das Steckernetzteil hat allerdings keinen Schutzleiter. Deshalb habe ich mich gefragt, ob da permanent eine Restspannung an der Lötspitze liegt.
Eine Messung bestätigt den Verdacht, Gemessen wurde eine Spannung von +/-125 Vs, also 250 Vss an der Messspitze mit dem Innenwiderstand 10 MOhm. Mit einer Belastung von 10 kOhm bricht die Spannung allerdings schon auf ca. 4 Vss zusammen, es geht also um Spitzenströme um 0,2 mA. Bei anderen Steckernetzteilen sieht es ganz ähnlich aus. Wer also seinen Arduino aus einem Schaltnetzteil zum Handyladen versorgt, muss mit 100 V an allen Pinnen rechnen. Dasselbe gilt, wenn man einen Mikrocontroller mit einem Laptop verbindet, dessen Netzteil keinen Schutzleiter verwendet.
Die Ursache liegt in einem Entstörkondensator, der die Primärseite fast jedes Schaltnetzteils mit der Sekundärseite verbindet. Ohne diesen Kondensator würde man über die Streukapazitäten des Übertragers große Störpegel des Schaltsignals von ca. 50 kHz bekommen, wobei die Oberwellen bis in den UKW-Bereich reichen könnten. So treibt man den Teufel mit dem Beelzebub aus. Statt HF-Störungen bekommt man nun hohe Spannungen. Den Stecker umdrehen nützt auch nichts, weil der Entstörkondensator hinter dem Gleichrichter angeschlossen ist.
Der USB-Lötkolben lässt diese Signale nicht direkt an die Lötspitze, sondern über einen Widerstand mit 10 kOhm, wie mein Ohmmeter mir verraten hat. Die Entscheidung ist gut, denn eine völlig isolierte Spitze könnte sich statisch aufladen, was auch nicht nett wäre. So hat man zwar mögliche Spannungsspitzen beim Löten, die aber sicher unter 10 mA begrenzt werden. Im Normalfall wird also kein Bauteil beschädigt werden.
Wenn man ganz vorsichtig sein will, kann man die im Schaltplan angedeutete Erdung einbauen. Das geht in diesem Fall sehr einfach, weil das Netzteil zwei USB-Buchsen hat. Der Minuspol der zweiten USB-Buchse wird nun einfach an den Schutzleiter geklemmt. Damit ist alles sauber. Ich messe jetzt nur noch breite 1V-Impulse, die vermutlich auf die Regelung im Lötkolben und den Widerstand des Lötkolbenkabels zurückzuführen sind. Zusammen mit dem Schutzwiderstand von 10 k ergibt das maximale Ströme von 100 µA.
Diesmal war ich besonders kritisch, aber was ist eigentlich mit meiner alten Lötstation LS50? Sie verwendet noch einen normalen Netztrafo. Zwischen Primär- und Sekundärseite gibt es natürlich auch eine Streukapazität. Mit dem Oszi messe ich an 10 MOhm ca. 60 Vss oder 20 Veff bei einem reinen 50-Hz-Sinus. Mit einer Belastung von 10 k bleiben nur noch ca. 0,5 V an Störimpulsen höherer Frequenz übrig.
13.4.23: Ein elektrisches Wasser-Ventil
Ich habe immer schon diese automatischen Bewässerungssysteme bewundert. Alles läuft über lange Zeit mit einer eingelegten 9V-Batterie. Wie schaffen die das nur, mit so wenig Energie ein Ventil zu öffnen und zu schließen. Jetzt habe ich endlich mal so ein Gerät in die Finger bekommen und konnte es genauer untersuchen.
Also mit einer Magnetspule. Ich habe verschiedene Spannungen angelegt, aber irgendwie tut sich da nichts.
Dahinter liegt ein hydraulisches Ventil. Wenn das ganz kleine Loch in der Mitte geöffnet wird, gelangt Druck auf eine größere Membran dahinter, die das eigentliche Ventil betätigt.
Das kleine Ventil wird mit einem Gummi auf einer Metallscheibe betätigt, die über die Polschuhe des Elektromagneten angezogen und von einer Feder in der Mitte abgestoßen wird. Die beiden Pole sehen unterschiedlich aus.
Der Stab durch die Spule hat offensichtlich ein anders Material als der andere. Versuchen haben gezeigt, dass das dunkle Material sich leicht magnetisieren lässt. Ich brauchte nur einen kurzen Impuls mit 3 V und 70 mA, um die Richtung seines Magnetfeldes umzupolen. Zusätzlich ist einer der beiden Stäbe ein schwacher Permanentmagnet. Deshalb funktioniert das ganze nun so wie ein bistabiles Relais. Weil nur für wenige Millisekunden Strom fließen muss, ist das ganze so sparsam.
Wenn die Spulenseite gerade einen Nordpol hat, ist die Anziehungskraft groß. Die Metallscheibe wird angezogen, und das kleine Ventil öffnet.
Wenn diese Seite einen Südpol hat, ist die Anziehung gering. Die kleine Feder drückt die Scheibe weg, und das kleine Ventil wird geschlossen.
Wenn jede Änderung einen Stromstoß mit 70 mA von geschätzten 10 ms braucht, sollte eine Blockbatterie mit 500 mAh etwa 2,5 Millionen Schaltspiele schaffen. Damit wird sie lange halten.
Ich habe immer schon diese automatischen Bewässerungssysteme bewundert. Alles läuft über lange Zeit mit einer eingelegten 9V-Batterie. Wie schaffen die das nur, mit so wenig Energie ein Ventil zu öffnen und zu schließen. Jetzt habe ich endlich mal so ein Gerät in die Finger bekommen und konnte es genauer untersuchen.
Also mit einer Magnetspule. Ich habe verschiedene Spannungen angelegt, aber irgendwie tut sich da nichts.
Dahinter liegt ein hydraulisches Ventil. Wenn das ganz kleine Loch in der Mitte geöffnet wird, gelangt Druck auf eine größere Membran dahinter, die das eigentliche Ventil betätigt.
Das kleine Ventil wird mit einem Gummi auf einer Metallscheibe betätigt, die über die Polschuhe des Elektromagneten angezogen und von einer Feder in der Mitte abgestoßen wird. Die beiden Pole sehen unterschiedlich aus.
Der Stab durch die Spule hat offensichtlich ein anders Material als der andere. Versuchen haben gezeigt, dass das dunkle Material sich leicht magnetisieren lässt. Ich brauchte nur einen kurzen Impuls mit 3 V und 70 mA, um die Richtung seines Magnetfeldes umzupolen. Zusätzlich ist einer der beiden Stäbe ein schwacher Permanentmagnet. Deshalb funktioniert das ganze nun so wie ein bistabiles Relais. Weil nur für wenige Millisekunden Strom fließen muss, ist das ganze so sparsam.
Wenn die Spulenseite gerade einen Nordpol hat, ist die Anziehungskraft groß. Die Metallscheibe wird angezogen, und das kleine Ventil öffnet.
Wenn diese Seite einen Südpol hat, ist die Anziehung gering. Die kleine Feder drückt die Scheibe weg, und das kleine Ventil wird geschlossen.
Wenn jede Änderung einen Stromstoß mit 70 mA von geschätzten 10 ms braucht, sollte eine Blockbatterie mit 500 mAh etwa 2,5 Millionen Schaltspiele schaffen. Damit wird sie lange halten.
6.4.23: Spannung an der Lötspitze?
Mein neuer USB-Lötkolben GD300 von GVDA (https://de.aliexpress.com/item/1005004924730617.html?gatewayAdapt=glo2deu) wird über ein USB-Netzteil versorgt. Es liefert nach dem Einschalten 5 V, kann aber an geeignete Gräte mehr liefern, hier 20 V. Bei einem Widerstand des Heizelements von 6 Ohm beträgt die Leistung 65 W. Der Lötkolben heizt daher sehr schnell auf und wird präzise geregelt. Das Steckernetzteil hat allerdings keinen Schutzleiter. Deshalb habe ich mich gefragt, ob da permanent eine Restspannung an der Lötspitze liegt.
Eine Messung bestätigt den Verdacht, Gemessen wurde eine Spannung von +/-125 Vs, also 250 Vss an der Messspitze mit dem Innenwiderstand 10 MOhm. Mit einer Belastung von 10 kOhm bricht die Spannung allerdings schon auf ca. 4 Vss zusammen, es geht also um Spitzenströme um 0,2 mA. Bei anderen Steckernetzteilen sieht es ganz ähnlich aus. Wer also seinen Arduino aus einem Schaltnetzteil zum Handyladen versorgt, muss mit 100 V an allen Pinnen rechnen. Dasselbe gilt, wenn man einen Mikrocontroller mit einem Laptop verbindet, dessen Netzteil keinen Schutzleiter verwendet.
Die Ursache liegt in einem Entstörkondensator, der die Primärseite fast jedes Schaltnetzteils mit der Sekundärseite verbindet. Ohne diesen Kondensator würde man über die Streukapazitäten des Übertragers große Störpegel des Schaltsignals von ca. 50 kHz bekommen, wobei die Oberwellen bis in den UKW-Bereich reichen könnten. So treibt man den Teufel mit dem Beelzebub aus. Statt HF-Störungen bekommt man nun hohe Spannungen. Den Stecker umdrehen nützt auch nichts, weil der Entstörkondensator hinter dem Gleichrichter angeschlossen ist.
Der USB-Lötkolben lässt diese Signale nicht direkt an die Lötspitze, sondern über einen Widerstand mit 10 kOhm, wie mein Ohmmeter mir verraten hat. Die Entscheidung ist gut, denn eine völlig isolierte Spitze könnte sich statisch aufladen, was auch nicht nett wäre. So hat man zwar mögliche Spannungsspitzen beim Löten, die aber sicher unter 10 mA begrenzt werden. Im Normalfall wird also kein Bauteil beschädigt werden.
Wenn man ganz vorsichtig sein will, kann man die im Schaltplan angedeutete Erdung einbauen. Das geht in diesem Fall sehr einfach, weil das Netzteil zwei USB-Buchsen hat. Der Minuspol der zweiten USB-Buchse wird nun einfach an den Schutzleiter geklemmt. Damit ist alles sauber. Ich messe jetzt nur noch breite 1V-Impulse, die vermutlich auf die Regelung im Lötkolben und den Widerstand des Lötkolbenkabels zurückzuführen sind. Zusammen mit dem Schutzwiderstand von 10 k ergibt das maximale Ströme von 100 µA.
Diesmal war ich besonders kritisch, aber was ist eigentlich mit meiner alten Lötstation LS50? Sie verwendet noch einen normalen Netztrafo. Zwischen Primär- und Sekundärseite gibt es natürlich auch eine Streukapazität. Mit dem Oszi messe ich an 10 MOhm ca. 60 Vss oder 20 Veff bei einem reinen 50-Hz-Sinus. Mit einer Belastung von 10 k bleiben nur noch ca. 0,5 V an Störimpulsen höherer Frequenz übrig.