Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

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Pfriemler
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Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von Pfriemler » 04.06.2020, 15:57

Vor ein paar Tagen hatte ich ja schon bezüglich des hohen Standbyverbrauchs des o.g. Aktors hier gefragt. Inzwischen bin ich der Sache ein wenig gründlicher nachgegangen und habe seither eine Vermutung für den vorzeitigen Tod gerade dieses Bauteils.

Für alle Nicht-Schaltplan-Kenner und -Leser: In diesem Aktor (wie auch in sehr vielen artverwandten) wird ein Schaltregler VIPer12A als sog. StepDown (aka buck down)-Regler eingesetzt zur Versorgung der internen Elektronik. Von dieser "Rohspannung" (ungefähr 12 Volt) werden Relais oder Leistungsendstufen gespeist, ein weiterer Regler liefert 3,3V für die Logik, das Funkmodul und evtl. weitere Hilfsbausteine. Dieser "Nachregler" ist im einfachsten Fall ein analoger Linearregler, im besseren Fall ein weiterer Schaltwandler.
Für die Grobregelung wird als Feedback zum Regler eine Z-Diode mit einem Serienwiderstand benutzt. Die häufigste Kombination sind eine Z-Diode 9,1V mit 220 Ohm, seltener 10V und 1k (z.B. im o.g. Sw1PBU), im Sw4-DR fehlt der Serienwiderstand hingegen völlig. Dieser Serienwiderstand "verschlechtert" die Regelcharakteristik - im Leerlauf geht die Spannung höher, bei Last bricht sie mehr ein. Das ist durchaus sinnvoll an dieser Stelle, etwa weil ein einmal angezogenes Relais weniger Spannung zum Halten braucht. Den Rest des Aktors interessiert das wegen des "Nachreglers" überhaupt nicht. Allerdings bedeutet eine höhere "Rohspannung" beim Linearregler auch immer höhere Verluste.

Eine weitere Z-Diode mit 12 V Begrenzungsspannung (hier D25) nach dem VIPer12A sorgt für eine Begrenzung und den Schutz des Nachreglers und der nachgeschalteten Elektronik.

Soweit die schöne Theorie. Allerdings habe ich an drei von vier unlängst tw. gebraucht gekauften o.g. Aktoren festgestellt, dass "Rohspannung" und die Ansprechspannung der 12-V-Schutzdiode so gar nicht zueinander passen. Es paaren sich unterschiedliche Ausgangsspannungen und unterschiedliche Begrenzungsspannungen, beides durch Bauteiltoleranzen. In diesen Fällen reicht die Belastung durch die Elektronik im Standby nicht aus, um das Primärnetzteil unter die Ansprechspannung der Z-Diode zu bringen. Infolgedessen belastet sie das Netzteil zusätzlich und wird dadurch warm. Hinzu kommt, dass bei einzig diesem Aktor D25 und C26 extrem dicht zusammen sind und dazu ein bei allen Aktoren festgestellter dicker Lötklecks eine Wärmebrücke zwischen der Z-Diode und einem Fuß des C26 bildet.

Bei einem dieser Aktoren erzeugte die Z-Diode im ungünstigsten Fall so allein 300 mW Verlustleistung (spezifiziert sind sie bis 500 mW). Mit der Wärmebildkamera habe ich über 50 °C gemessen. C26 wird also dauerhaft beheizt - es ist kein Wunder, dass die Dinger reihenweise sterben. In diesem Forum gibt es über 400 Treffer bei der Suche nach "C26"! (Natürlich war auch bei diesem Aktor C26 defekt)

Testweise habe ich die Z-Diode im Feedback durch Austausch "verkleinert" von 10V auf 8,2V, um die "Rohspannung" zu senken. Trotz oder wegen des noch hohen Serienwiderstands liegt die sich einstellende Grundspannung noch immer über 11,3V, bricht bei aktivem Relais aber auf etwas über 10V ein. Die Begrenzungdiode (hier D25) wird jetzt aber im Regelfall arbeitslos!

Der schlechteste meiner Aktoren genehmigte sich zuvor ganze 1,2W im Standby und 1,7W mit Relais. Allein durch den Austausch der Feedbackdiode und den Wegfall der Stromvernichtung sank die Leistungsaufnahme auf 0,7 / 1,2 W, bei unveränderter Funktion.

Das ist noch zu toppen: Einzig der Sw1PBU schleppt intern noch eine Stromüberwachung mit, deren Sinn sich mir nicht erschließt. Im Einsatz in der Wechselschaltung könnte sie dazu dienen, einen Stromfluss zu detektieren und so den Zustand des Verbrauchers unabhängig von der Relaisstellung zu ermitteln. Außer in einer alternativen User-Firmware wird meines Wissens davon aber gar kein Gebrauch gemacht. Wozu also diesen Schaltungsteil mitversorgen?
Die Lasterkennung lässt sich durch eine Leiterbahntrennung neben dem Linearregler mühelos abklemmen (und ggf. mit einem Lötklecks wieder reaktivieren). Das spart tatsächlich weitere 200 mW Leistung ein, weil die ca 14 mA bei 3,3V für den Operationsverstärker mit durch den Linearregler müssen und daher die Rohspannung ebenfalls belasten. Die gesamte Logik selbst nebst Funkmodul gibt sich übrigens mit 22-24 mA zufrieden.

Mit diesem zweiten Mod landet der Aktor bei 0,5 / 1,0 W Leistungsaufnahme.

Als Ersatz für C26 nutze ich inzwischen "Kerkos", Vielschicht-Keramikkondensatoren (X7R1206 10U bei reichelt, 13 ct). Neben dem "Standplatz" von C26 kann man wunderbar ein Stück der Leiterbahn zum Linearregler und ein Stück Massefläche freikratzen und den SMD dort auflöten, wenn man nicht gerade der ausgemachte Grobmotoriker ist. Die Z-Diode kostet keine 5 ct. Beides zusammen hat sich schon nach weniger als drei Monaten allein durch die Stromersparnis amortisiert.


Nachtrag Ende 2021 / Ergänzung Jan 2022: Die Ausfälle des Speicherkondensators nach dem Schaltnetzteil gibt es nach meiner Erfahrung durchaus auch bei anderen Aktoren, so ist in diesem Forum auch von einem HM-LC-SW4-DR die Rede, der durch einen Elkotausch wieder zum Leben zurückfand. Nur finden die Funktionsausfälle weit seltener statt als beim hier analysierten Aktor, die meisten Aktoren auf der Werkbank hatten nach längerer Zeit aber zumindest ein beginnendes Problem.
Wichtig für die Entscheidung, ob der Kondensator betroffen ist, ist nicht allein die messbare Kapazität, sondern vor allem der Serienwiderstand (ESR). Ich hatte hier schon etliche Fälle, bei denen am C26 mit mehreren Messgeräten noch knapp 10 µF diagnostiziert wurden - allerdings mit einem Serienwiderstand von ~10 bis 150 Ohm (statt der zu erwartenden 1-2, Kerkos liegen unter 0,5). Der Kondensator nimmt dann nicht genug Ladung auf und die mittlere Spannung am Kondensator sinkt, was sich anfangs sogar in unwillig anziehenden Relais offenbaren kann. Unten ein paar grobe Anhaltspunkte für Kurvenverläufe - bessere gibt es in einer Reparaturbericht weiter hinten:
viewtopic.php?f=27&t=59176&start=30#p701706
Nur kurz als "Idee": Die beiden folgenden zeigen den Unterschied des Spannungsverlaufs an einem beginnend defekten C26 (5,6 Ohm) und nach dem Einsatzen eines Keramikkondensators (0,1 Ohm). Man sieht die Spannungsüberhöhung durch den ESR in der Ladephase deutlich. Bitte keine absoluten Messwerte aus dem Shot ablesen!
C26_ESR_5,6Ohm.png
C26_ESR_5,6Ohm.png (4.22 KiB) 3549 mal betrachtet
C26_KERKO_ESR_0,1Ohm.png
C26_KERKO_ESR_0,1Ohm.png (4.13 KiB) 3549 mal betrachtet
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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von blackhole » 04.06.2020, 16:07

Super! Ganz großes Kino!

Ursache gefunden und behoben - postiver Randeffekt inklusive. Klasse!
Zuletzt geändert von blackhole am 04.06.2020, 16:09, insgesamt 1-mal geändert.

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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von Black » 04.06.2020, 16:09

ein sehr interessanter Beitrag... Die schaltung gucke ich mir auch mal genauer an und versuch das mal umsetzen.


Thnx, Black
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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von dtp » 04.06.2020, 16:30

Ja, das C26- bzw. C17-Problem ist ein ärgerliches. Ich muss aber sagen, dass ich bei allen meinen defekten Aktoren (ich glaube, es waren so zwischen sieben und zehn) bisher nur jeweils ein einziges Mal einen defekten C26/C17 gegen ein belastbareres 10µF-Modell austauschen musste. Seitdem ist Ruhe im Karton. Den Stromverbrauch der Aktoren habe ich aber zugegebenermaßen nie geprüft.

Und wenn ich mich nicht irre, hat eQ-3 das Problem bei den neueren HM-Aktoren mittlerweile selbst gefixt.
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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von jp112sdl » 04.06.2020, 17:48

dtp hat geschrieben:
04.06.2020, 16:30
Und wenn ich mich nicht irre, hat eQ-3 das Problem bei den neueren HM-Aktoren mittlerweile selbst gefixt.
Ja, das Problem bestand nur bis zur einer gewissen Seriennummer... die hier auch mal irgendwo in irgendeinem Beitrag auftauchte.
Pfriemler hat geschrieben:
04.06.2020, 15:57
Außer in einer alternativen User-Firmware wird meines Wissens davon aber gar kein Gebrauch gemacht. Wozu also diesen Schaltungsteil mitversorgen?
Vielleicht war da mal was geplant, was dann nie firmwareseitig umgesetzt wurde.
Aber die Bastel-Community freut es :)


Btw.: Bei einem meiner Rollladenaktoren musste ich C20/21 tauschen. Das sind die beiden 2,2µF/400V Elkos.
Die halten scheinbar länger, als der "C26", sind dann aber auch nicht das gelbe vom Ei.

Danke für den ausführlichen Beitrag!

VG,
Jérôme ☕️

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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von Pfriemler » 04.06.2020, 18:15

dtp hat geschrieben:
04.06.2020, 16:30
Ja, das C26- bzw. C17-Problem ist ein ärgerliches.
Du meinst C7 beim HM-LC-Dim1TPBU-FM?
Und wenn ich mich nicht irre, hat eQ-3 das Problem bei den neueren HM-Aktoren mittlerweile selbst gefixt.
Die bauen bessere Kondensatoren ein, aber an der Dimensionierung des Netzteils und der Z-Dioden wurde m.W. nichts geändert, folglich auch nichts am hohen Standbyverbrauch.

Nochmal ein paar Vergleichswerte, gemessen mit dem EM-ES-Dis-Pl-BS-R1-2 aka "Energy Master" von ELV, jeweils Standby und mit aktivem Relais:
1,2 / 1,7 W : HM-LC-Sw1PBU-FM vor Tuning
0,5 / 1,0 W : HM-LC-Sw1PBU-FM nach Tuning
0,7 / 1,4 W : HM-LC-Sw1PBU-FM, Teiltuning mit ZD 13V, aber unveränderter D24)
und zum Vergleich:
0,6 / 1,0 W : HM-ES-PMSw1-Pl (der Energiemonitor-Zwischenstecker)
0,3 / 0,8 W : HM-ES-PMSw1-DR (Hutschienenaktor mit Leistungsmessung, 16A, 2TE)
0,4 / 0,6 W : HM-LC-Sw1-DR (Hutschienenaktor 5A, 1TE)

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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von dtp » 04.06.2020, 20:54

Pfriemler hat geschrieben:
04.06.2020, 18:15
Du meinst C7 beim HM-LC-Dim1TPBU-FM?
Stimmt. C7. Fast, wie Ronaldo. :wink:
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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von FunkOdyssey » 05.01.2021, 21:26

Ich bin auch immer wieder dabei, die Jalousie-Aktoren und auch mehrere HM-LC-SW1PBU-FM zu reparieren.

Ich bin nun ein wenig unruhig, weil beim C26-Tausch beim HM-LC-SW1PBU-FM sich immer wieder Lötbrücken zur D25-Diode und vielleicht sogar auch zum D23 gebildet haben.
Ich habe immer wieder versucht, diese zu entfernen und teilweise auch weggekratzt. Mittlerweile kann ich selbst unter der Lupe nicht mehr erkennen, ob ich eine falsche Brücke erzeugt habe.

Der Aktor läuft aber gut. Nur muss ich mir Sorgen machen? Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass mir irgendwann die Dose wegraucht?

So langsam habe mich Zweifel an meinem Löt-Können. 😄

Danke.

Pfriemler
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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von Pfriemler » 07.03.2021, 15:59

Oh, ich habe das übersehen, sorry.
Ich habe bis heute nicht herausgefunden, was - außer der Z-Diode - noch Einfluss auf die Sekundärspannung hat - die Spannungen differieren um 1-1,5V bei gleicher Z-Diode. Es bleibt also beim exemplarabhängig ausgemeterten Tuning. Im Übrigen sind alle getunten Aktoren bisher unauffällig und machen ihren Job.
FunkOdyssey hat geschrieben:
05.01.2021, 21:26
Ich bin nun ein wenig unruhig, weil beim C26-Tausch beim HM-LC-SW1PBU-FM sich immer wieder Lötbrücken zur D25-Diode und vielleicht sogar auch zum D23 gebildet haben.
Als Wärmebrücke macht zuviel Lot den Kohl nicht wirklich fett. Der Platz neben dem Hitzkopf ist das eigentliche Problem. Eine Wärmeleitung findet auch über die Leiterbahn allein statt. D23 dürfte thermisch weder als Quelle noch als Opfer ein Problem sein.
Ich habe immer wieder versucht, diese zu entfernen und teilweise auch weggekratzt.
Flussmittel und moderater Lötzinn-Einsatz machen das viel besser. Nötigenfalls das Lot entfernen und neu setzen.
Der Aktor läuft aber gut. Nur muss ich mir Sorgen machen? Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass mir irgendwann die Dose wegraucht?
An dieser Stelle extrem gering.

frank!
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Re: Warum stirbt der C26 gerade im HM-LC-Sw1PBU-FM so oft?

Beitrag von frank! » 09.03.2021, 16:07

Pfriemler hat geschrieben:
04.06.2020, 15:57
Einzig der Sw1PBU schleppt intern noch eine Stromüberwachung mit, deren Sinn sich mir nicht erschließt. Im Einsatz in der Wechselschaltung könnte sie dazu dienen, einen Stromfluss zu detektieren und so den Zustand des Verbrauchers unabhängig von der Relaisstellung zu ermitteln. Außer in einer alternativen User-Firmware wird meines Wissens davon aber gar kein Gebrauch gemacht. Wozu also diesen Schaltungsteil mitversorgen?
ich habe im kopf, dass die fw des baugleichen RWE aktors (ISS2?) diesen schaltungsteil nutzt.

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