Efficiënte 230 VAC stroomuitvalsensor voor Raspberry Pi – Laagkost, compact en veilig

Volg de 230 VAC-netspanning met een compact, laagkost circuit dat een schone digitaal signaal aan elke microcontroller levert.

Terwijl een 12 VAC-benadering werkt voor lage-spanningsmonitoring, is het ongeschikt voor hoogspannings-netspanning vanwege excessieve warmteontwikkeling. Het onderstaande circuit lost dat probleem op met een minimaal aantal componenten en verwaarloosbare energietrek.

Er zijn drie gangbare manieren om een stroomuitval te detecteren:

• Gebruik een aftrafo, gelijkricht en conditioneer de uitgang voor uw logicaniveau.
• Herbruik een telefoonlader: verwijder de uitgangscondensator of vervang deze door een lagere waarde om een snel reagerend 5 VDC-signaal te verkrijgen.
• Bouw het hier beschreven circuit, dat de goedkoopste, meest efficiënte en kleinste optie is.

Alle drie methoden zijn geldig; de keuze hangt af van uw beperkingen. In mijn ervaring biedt het voorgestelde ontwerp de beste afweging tussen kosten, grootte en stroomverbruik.

Het circuit

Uitleg

Voor lezers onbekend met elektronica, hier is waarom het circuit werkt:

• Een 100 nF-condensator presenteert een AC-impedantie van ongeveer 32 kΩ bij 50 Hz (Z = 1/(2πfC)). Dit beperkt de stroom tot ongeveer 7 mA (I = V/Z), wat de warmteontwikkeling onder 1 W houdt.
• In tegenstelling tot een weerstand, zet een condensator elektrische energie niet om in warmte; het reageert slechts, dus de 32 kΩ-impedantie verhit niet.
• De condensator drukt de netspanning effectief omlaag, zodat de daaropvolgende gelijkrichter een laagspannings-DC-uitgang produceert die geschikt is voor logica-ingangen.
• Omdat de stroom beperkt wordt door de impedantie van de condensator, wordt de uitgangsspanning bepaald door de belasting in plaats van een vaste trafoverhouding. Daarom moeten de componentwaarden op de laagspanningskant (weerstand, kleine electrolytische condensator) zorgvuldig gekozen worden, maar het ontwerp toleranteert kleine variaties.

Vergeleken met een trafovert, gebruikt deze aanpak minder onderdelen, verbruikt minder stroom en biedt intrinsieke stroombegrenzing.

Let op voor 110 VAC 60 Hz-systemen

Om het circuit aan te passen voor 110 VAC 60 Hz, vervang de 100 nF-condensator door een 150 nF (of 220 nF) component. Een 150 nF-condensator werkt goed op zowel 230 VAC 50 Hz als 110 VAC 60 Hz netspanning, terwijl de 100 nF-versie een iets snellere reactie op 230 VAC biedt.

Praktisch gebruik

Ik integreer deze sensor in mijn home-automation-stack. De Raspberry Pi wordt gevoed door een standaard 5 V-adapter en ondersteund door een draagbare powerbank. Bij stroomuitval houdt de powerbank de Pi draaiende, terwijl de sensor de uitval detecteert en een notificatie activeert via Domoticz. De notificatie kan verzonden worden via een router met UPS of via het mobiele netwerk, waardoor ik de duur van de stroomuitval kan loggen en acties kan automatiseren (bijv. Hue-lampen uitschakelen die anders bij herstart weer aan zouden gaan).

Waarschuwing

Hoogspannings-netspanning kan ernstig letsel of dood veroorzaken. Behandel alle componenten met zorg. Zodra het circuit gemonteerd is, verzegel de behuizing (lijmpistool of een projectdoos) om onbedoeld contact met spanningsdragende delen te voorkomen.

Veiligheidsmaatregelen

Extra waarborgen verbeteren de betrouwbaarheid:

• Gebruik een MOV (V1) gewaardeerd voor 230 VAC om spanningspieken af te vangen die de condensator (C1) zouden kunnen bereiken.
• Voeg een zekering in serie toe om te beschermen tegen kortsluitcondities.
• Zorg ervoor dat de laagspanningscomponenten (R1, C2, U1) spanningswaarden hebben die de maximale narechtspanning overschrijden (≈325 V). Een 400 V-electrolytische condensator is overkill; een laagspanningscondensator met een parallele Zener-diode biedt een graceful failure-mode.
• Foliecondensators (zoals C1) falen meestal open, wat veilig is omdat de stroom beperkt is tot ongeveer 7 mA.

Met deze voorzorgsmaatregelen blijft het circuit veilig, betrouwbaar en eenvoudig te implementeren.

Bron: Power Outage Sensor