Error by Design oder Failure by Power-Failure?
Ich bin nicht ganz sicher, was da genau falsch gelaufen ist. Fakt ist, das erste Board ist wohl Schrott. Zumindest ein paar Teile – ich vermute in erster Linie vier von fünf Optokopplern – scheinen durchgeknallt zu sein.
Das ist bisher passiert:
Die Basis meines Platinen-Entwurfs ist die Beispielschaltung aus dem Datenblatt des von mir verwendeten Optokopplers MOC 3083:
Als Triac habe ich einen BTB 08/600BW. Das ist ein sog. „Snubberless Triac“, der die Verwendung einer Snubber-Schaltung unnötig macht. Das ist der Teil mit dem 39 Ω Widerstand und dem 0.01 μF Kondensator. Diesen Teil habe ich dementsprechend nicht auf der Platine. Der BTB kann Spannungen bis 600V bei einer Last von bis zu 8A verkraften. Bis hier also eigentlich alles im grünen Bereich.
Ich habe also eine Platine genommen und diese zuerst mit nur einem Kanal ausgestattet. Hätte dieser nicht funktioniert, hätte ich mir die Arbeit für die verbliebenen vier Kanäle gleich schenken können. Nun hat er aber funktioniert – nur mit unerwünschtem Nebeneffekt!
Für den Test habe ich meine Test-Firmware angepasst und auf das D1 Mini-Board gespielt. Dann habe ich, weil ich gerade nichts anderes zur Hand hatte, einen neuen 100W LED-Scheinwerfer angeschlossen und das Teil mit Spannung versorgt. Und tatsächlich, der Scheinwerfer ließ sich ein- und ausschalten. Nach ein paar Sekunden allerdings qualmte es von der Platine, worauf ich den Not-Aus betätigte. Die Widerstände nach dem Optokoppler sahen anschließend etwas mitgenommen aus. Die Messung ergab allerdings, dass sie noch ihren Wert haben.
Eine mögliche Fehlerursache kann sein, dass ich mich beim Löten vergriffen habe. Der mit 360 Ω ausgezeichnete Widerstand wurde von mir mit 330 Ω bestückt. Ich kann mir zwar kaum vorstellen, dass 30 Ω einen so großen Unterschied machen, aber ich habe diesen Widerstand dann später getauscht. Einen neuen Test mit dem 100W-Scheinwerfer habe ich allerdings nicht gemacht.
Die weiteren Tests habe ich mit 7W-LED-Spots gemacht. Diese waren erfolgreich und ohne Auffälligkeiten, bzw. erkennbare Hitzeentwicklung auf irgendeinem Bauteil.
Also habe ich alle Kanäle fertig bestückt. Aus Platzgründen habe ich die Anschlussklemmen allerdings auf die Unterseite der Platine verbannt.
Wie man auf dem Bild erkennen kann, habe für die vorgesehene Sicherung ein Stück meines Alu-Huts geopfert. Die Sicherungen sind halt noch nicht angekommen und für einen Test unter Beobachtung lasse ich das mal so stehen…
Jetzt ist folgendes passiert:
Ich habe die Platine mit Spannung versorgt. In der Folge machte es zweimal hörbar „Pock-Pock“ und jeweils zwei LED-Spots blitzten kurz auf. Dann passierte nichts mehr. Also nochmal Strom aus und Strom an – nix! Selbst das D1 mini-Board blinkte nicht kurz auf, wie sonst, wenn es mit Strom versorgt wird. Also nachgeguckt!
Es stellte sich heraus, dass die Alu-Brücke aus der Halterung gerutscht war und der Kontakt nicht geschlossen war. Also wieder reingedrückt und nochmal getestet. Diesmal gab es keine Geräusche und alle LED-Spots leuchteten. Allerdings konnte ich keine Befehle an den ESP8266 senden. Strom aus, Strom an und die Zustands-LED des D1 mini beobachtet. Ich sah, dass es zu keinem Verbindungsversuch kam.
In der weiteren Untersuchung habe ich einen Designfehler identifiziert. Der fünfte Kanal ist an D8 auf dem D1 mini angeschlossen. Zieht man diesen GPIO zur „Boot-Zeit“, geht das Board in den Programmiermodus. Offensichtlich löst der Anschluss des Optokopplers genau das aus. Da habe ich wohl nicht aufgepasst, oder zuende gelesen…
Also habe ich die Leitung von D8 zum Optokoppler getrennt. Würde das dazu führen, dass das Board wieder verbindet, kann ich später auch eine Drahtbrücke zu einem anderen Port legen.
Tatsächlich hat das Board mit getrennter D8-Leitung wieder zum WLAN verbunden. Seltsam war allerdings, dass auch der LED-Sport an Port 5 leuchtete. Die Schaltversuche brachten ein ernüchterndes Ergebnis: Es ließ sich nur der Spot an Port 1 Schalten. Alle anderen leuchteten stur vor sich hin.
Untersuchung, Messergebnisse und mögliche Ursachen:
Zunächst habe ich das Platinen-Design nochmal penibel mit dem vorgegebenen Schaltplan verglichen. Hier konnte ich keinen Fehler erkennen. Dann habe ich die Durchgänge der wichtigen Punkte gemessen. Und hier wird es seltsam. Messe ich an Port 1 zwischen Pin 4 und 6 vom Optokoppler, ist dort kein Durchgang; ganz so, wie es sein sollte. Messe ich allerdings auf allen anderen Kanälen, gibt es einen Durchgang mit rund 500 Ω. Das dürfte wohl dafür sorgen, dass das Gate vom Triac gezündet wird und durchschaltet.
Die Vermutung liegt nahe, dass die vier Optokoppler beim „Pock-Pock“-Test durchgeknallt sind. Es könnten aber auch die Tracs durch sein, die dann ebenfalls einen Durchgang auf den von mir gemessenen Pins auslösen würden. Aber warum?
Die Triacs sind „Snubberless„. Ich habe sie aus genau diesem Grund ausgewählt. Sie sollen Schaltspitzen verkraften – dazu sind sie konzipiert. Der Optokoppler – das habe ich nicht bedacht – bekommt allerdings ebenfalls mögliche Spannungsspitzen ab, wenn auch (eigentlich) nur sehr abgeschwächt, weil (ebenfalls eigentlich) alles über die Triacs verpuffen sollte.
Ich habe nun eine Vermutung: Beim „Pock-Pock“-Test kam es zu einer ungewöhnlich hohen Spannungsspitze, weil die Alu-Brücke gerade soviel Kontakt hatte, dass sie zunächst Durchgang hatte, dann vermutlich an der kleinen Kontakt-Stelle „abgebrannt“ ist, kurz danach (aufgrund thermischer Vorgänge) den Kontakt wieder geschlossen hat und erneut und endgültig abbrannte. Hierdurch kann der Strom nirgendwo mehr hin, wenn die LED-Spots beim abschalten ggf. Spitzen produzieren. Und das wiederum – so meine Vermutung – kann zur Zerstörung der Optokoppler und/oder der Triacs geführt haben. Dass Kanal 1 noch funktioniert, war vielleicht nur Glück.
Weiteres Vorgehen und Vorbereitung auf Test 2:
Zunächst werde ich die Optokoppler auslöten und durchmessen. Sollten diese nicht beschädigt sein, mache ich das gleiche mit den Triacs. Sollten die dann auch okay sein, gibt es mit diesem Platinen-Design keine weiteren Test. Da ich bereits penibelst nach Fehlern gesucht habe und nicht fündig wurde, würde ich dann ein neues Design ausarbeiten und anfertigen lassen.
Sollte ich allerdings bei den Bauteilen feststellen, dass sich meine Vermutung (bis hier) bestätigt, dann würde ich eine zweite Platine zusammenlöten und den Test wiederholen. Macht es dann wieder „Pock-Pock“, gibt es auch hier ein neues Platinen-Design. Funktioniert es allerdings, lege ich die Brücke für den fünften Kanal auf einen anderen GPIO und dann schaun‘ mer mal!
Ich werde berichten…