Als wir 2022 die Küche in unserem Haus übernommen haben, war bereits eine Arbeitsplattenbeleuchtung mit einem LED-Controller und einer Funkfernbedienung eingebaut. Diese Fernbedienung fügte sich aber eher schlecht und unsere Smarthome-Bedienung ein, die im wesentlichen aus über ein Zigbee-Gateway am Homeserver angebundenen Aquara Opple Wandschaltern und Hue-Lampen bestand. Ich wollte die Steuerung daher austauschen und habe mir zunächst die Lampen genauer angesehen.
Die Lampen bestehen im Grunde jeweils aus einem kurzen Stück simplen 12 VDC LED-Streifen mit zwei unterschiedlichen LED-Gruppen - einer für kaltes, einer für warmes Licht. Durch getrenntes Dimmen der Gruppen kann die Lichtfarbe individuell eingestellt werden - ein sehr einfaches Prinzip. Aus diesem Grund habe ich mich entschieden, einen eigenen Controller für die Lampen zu bauen, mit dem ich alle Freiheiten habe und den ich gut in unser Smarthome integrieren kann.
Zunächst habe ich einen Prototypen gebaut. Für den Controller habe ich mich für einen ESP8266 auf einem D1-Mini entschieden, weil ich davon noch einige rumliegen hatte. Als Software-Unterbau habe ich mich für ESPHome entschieden, weil man hier durch simples konfigurieren über eine YAML-Datei in Minuten einen funktionierendes Gerät hat, dass mit den Gängigen Smarthome-Servern funktioniert. Die LED-Gruppen habe ich über Low-Level-Mosfets (Irlb8721) angesteuert, deren Gate ich direkt über Pins des ESPs angebunden habe. Das vorhandene 12 V (20W) Netzteil habe ich beibehalten. Der Controller funktionierte auf Anhieb sehr gut (und tat dies fast 4 Jahre), aber es haben mich einige Sachen gestört:
- Obwohl die Mosfets "Low-Level" sind, reichen die 3,3 V nicht, um den im Datenblatt bei 4,5 V angegebenen RDS_ON zu erreichen. Durch die Große Gehäuseform und die niedrige Stromstärke (etwa 1 A pro Kanal) kann man das zwar durchaus vernachlässigen, aber wirklich effizient war die Lösung nicht.
- Die Schaltung habe ich auf einer Lochrasterplatine aufgebaut. Obwohl sie unsichtbar auf dem Küchenschrank lag, hatte ich immer den Wunsch, sie durch eine professionellere Platine zu ersetzen.
- Der Platine fehlte ein Gehäuse, gerade auf einem Küchenschrank, auf dem sich nach einer Zeit unweigerlich Fett vom Braten ansammelt, nicht gerade ideal.
- Die Leistung durch das vorgeschaltete 12 V Netzteil ist begrenzt. Ich wollte aber noch ein weiteres Licht über einem anderen Teil der Arbeitsplatte mit weiteren 20 W Leistungsaufnahme installieren. Dies wollte ich der Schaltung mit den nur halb durchgesteuerten Mosfets nichts zumuten.
Ich habe mich daher entschieden, die Schaltung neu auf einer professionell gefertigten Platine aufzubauen. Dabei konnte ich gleich zwei neue Skills erlernen: Das Erstellen einer Platine in KiCAD und das Löten von SMD-Bauteilen (bisher habe ich ausschließlich TTH gelötet).
Obwohl ich sehr zufrieden bin, würde ich beim nächsten Mal folgende Dinge besser machen:
- Ich habe die Pulldowns an der Basis der Transistoren vergessen! Beim erstmaligen Verbinden der Versorgunsspanung flackern somit kurz die LEDs, weil die internen Pulldown-Widerstände im ESP noch nicht aktiviert sind. Zum programmieren muss ich zudem die LEDs abstecken, ich denke das liegt auch am fehlenden Pulldown-Widerstand.
- Ich habe ein paar weitere (mehr oder weniger vernachlässigbar) kleine Fehler beim Platinendesign gemacht. So habe ich die Bezeichnung "U1" übersprungen und mit "U2" begonnen, den Footprint des Schraubterminals falschherum platziert. Das ärgerlichste war aber, dass ich für die Kondensatoren nicht den "Hand-Soldered" Footprint verwendet habe und das Löten dieser Teile eine echte Qual war.
- Eine Markierung der Polarität fehlt auf dem Gehäuse.
Insgesamt hat aber alles ziemlich gut geklappt für das erste Mal. Bei der nächsten Platine die ich designe traue ich mir deshalb zu, die Komplexität steigern, indem ich:
- ein paar Sicherheitsfeatures wie ein Verpolungsschutz und eine Überstromsicherung einbaue
- ein "nacktes" ESP-Modul verwende, weil der Footprint soviel kleiner ist (und das Modul nochmal günstiger)
- Federzugklemmen, die besser aus dem Gehäuse rausschauen, verwende.
Ich habe auch bereits eine Idee für eine weitere Schaltung...
