Analizo el Shelly Rele 1PM mini por dentro

Analizo el Shelly Rele 1PM mini por dentro

Voy a analizar el Shelly Rele 1PM mini por dentro en la siguiente entrada. Se trata de unSmart Rele con medición de potencia integrada en un solo dispositivo y muy pequeño.

He sentido curiosidad por ver como esta diseñado este Smart Relé Wifi Shelly 1PM Mini. Os voy a enseñar como es la electrónica de uno de los Reles Wifi mas pequeños del mercado, y que además incluye medición de potencia en un encapsulado muy pequeño. En esta entrada donde analizo el Shelly Rele 1PM mini por dentro no me voy a centrar en hacerlo funcionar, simplemente quiero mostraros las tripas y daros alguna idea por si queréis hacer un proyecto similar.

El fabricante Shelly saco al mercado 3 versiones mini, con un encapsulado muy reducido de tan solo 29x34x16 mm. Es realmente pequeño, teniendo en cuenta que dispone de conector de bornas para insertar cable de hasta 1,5mm de sección.

Los 3 modelos Shelly Gen 3 mini son:

En los nombres de arriba tenéis los enlaces de Amazon para realizar su compra. Decir que sale un pelín mejor comprar el pack de 2 unidades.

Diferencias entre los 3 modelos Shelly Rele Mini Gen 3

Antes de ponerme a abrir el rele Shelly 1PM Mini, voy a comentar brevemente las diferencias de estos pequeños dispositivos que podrían ser instalados en el interior de los enchufes o interruptores de nuestras casas, siempre y cuando tengamos las cajetas cuadradas, porque en las redondas no caben. Así de pequeños son!

De los 3 modelos disponibles vamos a remarcar que solo dos de ellos tienen la función de relé. Esto es porque el modelo Shelly PM mini es simplemente un medidor de potencia de hasta 16A en AC. 

De los otros dos, tenemos prestaciones muy similares. Los modelos relé Shelly 1 Mini y Shelly 1PM mini se diferencian principalmente en que uno de ellos, el Shelly 1PM Mini puede medir la potencia que esta circulando por el relé. Voy a analizar por dentro el modelo Shelly 1PM mini, pues es el modelo que mas curiosidad me da.

Estos modelos de rele mini wifi nos permiten controlar dispositivos que tengan un consumo inferior a 8A en 220 VAC, y tienen un consumo de unos 1,2W. Depende del uso que le demos, pues si transmite hay mas consumo por ejemplo. No llega a consumir 1KW al mes de energía, que son centimillos. 

Se comunican mediante Wifi o BlueTooth, y podemos utilizar diversos protocolos para interaccionar con el Smart Rele Wifi. Tenemos integración con HomeAssistance, MQTT, HTTP, Cloud deShelly, etc. Hay muchas opciones, para mi la mas interesante es MQTT y la integración con HA.

He visto por la red que se puede cargar un FW de Tasmota a los Shelly Rele mini Gen3, Os dejo enlace al Github donde están los archivos. 

Pero aun me parece mas interesante que tengamos medición de potencia en estos formatos tan reducidos con una diferencia de coste muy pequeña y sin necesidad de ningún aparato mas adicional. Por eso es por lo que me decidid a comprar un cacharrin de estos para destriparlo.

Destripando el relé Shelly 1PM para ver como es por dentro

Que os parece si nos metemos ya a destripar el Shelly rele 1PM mini y ver como esta diseñado por dentro?

Tenéis un video de la apertura del equipo y unas fotos, que es donde mejor se va a apreciar el interior. Cualquier duda o comentario, podéis comunicarlo en la sección inferior. Gracias!

Estos relés smart wifi se abren muy fácil. Tan solo llevan 3 clips y con la ayuda de un cutter, se quitan las tapas de plástico sin mayor problema. Luego se pueden volver a montar y queda como nuevo.

El cerebro de este rele wifi es el ESP Shelly C38F. Esto es debido a una colaboración entre el fabricante y Shelly. Este modelo realmente es un ESP32-C3 con 8MB de memoria flash integrada. Si quieres diseña tu propio dispositivo Smart Rele, puedes hacerlo con un ESP32 sin problema.

Separando en grandes bloques conceptuales el diseño de la electrónica, y no me voy a meter en mucho detalle, pero si comentar algunos puntos claves, tenemos lo siguiente:

  • ESP Shelly C38F = ESP32 C3.
  • Conversor AC-DC 
  • LDO 12v to 3,3v
  • Medidor de Potencia
  • Rele de 8A
  • Bornero para cable de 1,5mm

Veis que no he mencionado nada raro, y que la diferencia entre el modelo Shelly 1 Mini y el Shelly 1PM mini es simplemente que no lleva el bloque es medidor de potencia.

A continuación voy a adentrarme un poquito en cada uno de los bloques, donde comentare los principales componentes y dejare enlace a los datasheet y posibles sitios donde se puedan comprar.

Microcontrolador ESP Shelly C38F

Como he comentado antes, ambas empresas tienen una colaboración y han sacado este modelo que va incorporado en los Smart Relé Shelly Mini. No tengo mucho mas que comentar a lo mencionado antes, que se trata de un ESP32 C3 con la flash de 8Mb integrada. Poco mas.

En la integración tenemos también que la antena RF para Wifi / BlueTooth esta integrada en el propio PCB, es decir, mediante una antena PCB han evitado tener que usar una cerámica. Ahorran el coste de ese componente y en cuanto a tamaño no hay mucha diferencia.

Quiero aprovechar para destacar como este diseño hace uso de encapsulados muy pequeños para la gran mayor parte de pasivos, como son los tamaños 0201 y 0402, mientras que en los diodos rectificadores, pues es el que toca.

También usan encapsulados muy pequeños para transistores, y es que si quieres algo pequeño, tienes que reducir por algún lado. 

Veremos ahora como otros componentes no son tan pequeños en comparación con los pasivos.

Este diseño incorpora algunas series de protecciones, que son algunos de los componentes grandes que se ven. También tenemos condensadores electrolíticos para completar la circuitería necesaria que permita integrar todos los bloques. 

Conversor AD-DC y regulador LDO 12v to 3,3v

BP2522x esquema de conexión

Necesitamos alimentar la parte de control del dispositivo. Por tanto, necesitamos sacar 3,3v para alimentar el ESP Shelly y el bloque medidor de consumo, que también funciona a 3,3v DC.

El problema es que vamos a conectar nuestro equipo a la red de AC. Necesitamos convertir este AC a DC. Os dejo arriba el esquema de conexionado de componentes para usar el IC BP2522x, que también se puede aplicar al BP2525x.

Tenemos como dos pequeños bloques. Por un lado vamos a obtener una tensión DC a 12v dc. Para esto han usado un puente de diodos, mediante el cual rectificamos la señal y luego la convierten a DC usando el IC BP2522. Os dejo enlace al datasheet y enlace para comprar este componente en Aliexpress.

Lastima que el datasheet este en chino, pero podemos ver alguna cosa si nos pasamos al modelo BP2525 (enlace al datasheet del BP2525x), que nos permite obtener directamente 3,3v o 5v. El modelo BP2522 nos da una tensión de 12v o 24v según como hagamos la configuración de su pin SEL. Este componente, con algún pasivo mas, nos da unos 300 y algo de mA para alimentar lo que queramos.

El modelo BP2525 nos da la opción de 3,3v o 5v. No se muy bien porque han optado por el otro modelo de 12V. Alguna explicación tendrá.

Como tenemos una tensión de 12V dc, necesitamos convertir a 3,3v dc. Para ello, se dispone de un LDO que realiza dicha conversión de tensión para alimentar los bloques de medición de potencia y el micro ESP shelly.

Debemos tener precaución con el conversor ACDC, pues no tenemos aislada la parte AC del resto de circuitería. Si queremos reducir espacio, tenemos que usar este tipo de soluciones.

Nota: Extremar la precaución si hacéis uso de este dispositivo sin sus carcasas debido a que va conectado a la red de 220v AC.

Como se mide la potencia en el rele Shelly 1PM mini y Shelly PM mini

BL0942 Diagrama de bloques

Vamos con una de las secciones mas interesantes en esta entrada donde analizo el Shelly Rele 1PM mini por dentro y destripamos sus tripas. Este es el punto clave por el que me he decantado en comprar este dispositivo pequeñito para destriparlo y aprender como han resuelto diferentes problemas.

El motivo principal de la compra es el de aprender, y ya mas adelante le daremos algún uso. Las soluciones comerciales muchas veces no distan mucho del cacharreo Maker, salvando las distancias de que comercialmente se han de añadir temas de seguridad y pasar certificaciones. Poca broma con lo que conectamos a la red eléctrica chavales.

¿Como mide la potencia eléctrica el Smart relé Shelly 1PM mini? Pues esta gente usa un IC chino, concretamente el BL0942. En la foto donde vemos el ESP Shelly, el componente grande del centro es el encargado de realizar las mediciones energéticas! Por cierto, os enlazo al datasheet aquí!

Dejo en la imagen de arriba el diagrama de bloques de este componente. En su datasheet encontramos que este componente es un “energy metering chip” de una fase. Tiene un datasheet un poco extenso, pues explica como configurar y como integrar este IC con el resto de electrónica.

Se puede comunicar con el de dos formas, mediante SPI y UART. Creo que la gente de Shelly lo tiene conectado como SPI, ya que tienen la patilla del SEL conectada. Si se deja flotante, toma la configuración de UART por defecto. 

Os dejo las funcionalidades de este IC especificadas en el datasheet.

BL0942 Caracteristicas

Tenemos en un componente pequeño un montón de posibilidades para realizar Smart Metering en nuestros proyectos. 

Podéis comprar en Aliexpress este IC en el siguiente enlace. Esta en muchos otros portales el componente, incluso creo que también lo tenéis para el servicio PCBA de JLCPCB. El IC conversor ACDC también esta.

Os dejo enlace a una librería en Github para conectar este chip a vuestro Arduino o los modelos ESP8266 y ESP32. No hay excusa para utilizar este tipo de componentes en los proyectos! De ese Github tenéis también un PDF con la BL0942 Aplication Note. Echarle un vistazo.

Completo esta sección colocando un breve esquemático de conexionado y componentes extra necesarios para utilizar el BL0942.

BL0942 esquema básico de conexión

Rele y bornero para conectar los cables

Seguimos avanzando en  los siguientes bloques. Viendo como es la electrónica por dentro el Shelly Mini Gen3, nos toca hablar un poco del relé pequeño y un bornero. Realmente no tienen mucho mas misterio de lo que voy a comentar.

Parte de la limitación de potencia viene dada por el relé elegido, pero también por la etapa de medición de potencia. Ambas dos han de ir de la mano, pues no podemos colocar un relé de mas potencia sin adecuar el bloque de medición de potencia.

En cuanto al rele, es complejo encontrar componentes tan pequeños que sean capaces de aguantar los 8A y 220VAC. Buscando por Digikey he localizado por ejemplo uno de TE. Dejo enlace a datasheet del relé aquí.

Quizás el tema del relé sea la razón del porque convertir AC a DC a 12v, ya que en un vistazo rápido no he visto relés que funcionen a menos de 12v dc en estos tamaños. No he indagado mucho, pero así de primeras podrían ir por Yaqui los tiros.

Video sobre como analizo el Shelly Rele 1PM mini por dentro

Vamos terminando con la entrada, nuevamente puedes encontrar un sencillo video donde analizo el Shelly rele 1PM mini por dentro. Desde el Unboxing de este smart relé wifi hasta los puntos de interés de esta circuitería. El video es contenido de apoyo y donde esta toda la info buena es en el post que acabáis de leer. (o deberíais haber leído ;))

El video se encuentra subido al canal de YT del Blog LowPOwerIO, con otros muchos mas. Dale un buen Like, que no cuesta nada y ayuda a la difusión dentro de esa plataforma. Gracias.

Se acerca el momento de cerrar esta entrada donde os muestro y analizo el Shelly Rele 1PM mini por dentro. Te recomiendo que, si puedes, destripes todos los aparatos que te presenten cierto interés conocer por dentro. Se puede aprender mucho de esta forma.

En la parte inferior encontraras una zona para dejar comentarios. Si tienes mas ideas o quires compartir algo conmigo y los lectores, ya sabes!

Aprovecho para recomendarte que no dejes de echar un vistazo a la sección de electrónica del blog. Encontraras info muy útil para tus proyectos.

Por mi parte esto es todo, espero que hayas aprendido alguna cosita mas y tengas otra posible herramienta para realizar nuevos proyectos en el futuro. Nos vemos en la siguiente.

Saludos,

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