Basteleien mit oder ohne Strom
Für die größeren Notebooks baut man das normalerweise nicht selbst, da es so etwas preiswert zu kaufen gibt und in der Regel als Schaltregler gebaut werden muss. Auch der Betrieb mit dem Original-Netzanschlussadapter (also 110 .. 240 V~) und einem Inverter ist nicht so schlecht.
Eine Ausnahme bilden Netbooks mit 12-V-Spannungsanschluss. Hier bietet sich ein klassischer Längsregler an, da dieser einfach zu basteln ist und thermische Regelverluste im Auto nicht so sehr ins Gewicht fallen. Kaufbare Adapter für diesen Anwendungsfall sind merklich teurer, weil diese, als Schaltregler gebaut, schwierig zu konstruieren sind.
In meinem Fall ging es um den Anschluss eines Eee-PC S101 an die Zigarettenanschlussdose eines Wohnmobils im Zuge eines 16-tägigen Staffellaufs.
Veraltet, es gibt (2016) für sowas preiswerte einstellbare getaktete, also sich nicht erwärmende DC/DC-Wandler aus China. Für wenig mehr Geld auch mit dreistelliger LED-Anzeige (der Spannung) darauf.
Leider ist der Asus Eee-PC S101 nicht direkt an einem Bordnetz betreibbar. Zumindest weist die Beschriftung nicht darauf hin. Ein Schaltregler für geringe Differenzen zwischen Ein- und Ausgangsspannung ist schwierig zu dimensionieren, deshalb hier der Ansatz als klassischer diskreter Low-Drop-Spannungsregler. (Diskret, wenn man mal vom integrierten Schaltkreis IC1 = TL431 absieht.) Er ist kurzschlussfest ausgelegt, indem Basisstrom × Stromverstärkung dem maximalen Kollektorstrom des Längsregeltransistors entspricht. Ein Übertemperaturschutz ist nicht eingebaut.
Die Idee stammt vom Internetzteil-Handbuch. Ergänzt wurde dieser um die Konstantstromquelle, bestehend aus R1, D1 und dem ohnehin benötigten T2. Sein Strom wird festgelegt, indem die Stromverstärkung β von T1 gemessen wird und schließlich ICmax/β durch Auswahl von R1 eingestellt wird. D1 fungiert schließlich in Doppelfunktion als Unterspannungsanzeige, da der maximale Querstrom = Basisstrom von T1 dann fließt, um das Spannungsgefälle über T1 minimal zu halten.
Die Spannungsreglung erfolgt in bekannter Manier mit dem Querregler IC1 TL431.
Für seinen korrekten Arbeitsbereich ist die Zener-Diode D2 erforderlich.
Deren Z-Spannung ist in weiten Grenzen unkritisch, darf sicherlich 2,5 .. 9,1 V betragen.
Wer will kann hier eine blaue oder weiße LED einsetzen, diese leuchtet dann bei Stromentnahme
und/oder Unterspannung.
Eine grüne LED für D2 ist etwas knapp,
sicherheitshalber eine weitere Diode in Reihe schalten.
Die Eagle-Quelle gibt's zum Download.
Der notwendige Hohlstecker nach Norm EIAJ-03 hat die Abmessungen:
Die vielleicht etwas kuriosen Transistoren befanden sich gerade in der Bastelkiste. So ziemlich alle anderen Typen mit Kühlmöglichkeit funktionieren genauso, wobei T1 den gewünschten Längsstrom tragen muss. Darlington-Transistoren funktionieren hier nicht! (Genauer, mit diesen ist Low-Drop nicht realisierbar.)
Beide Transistoren sind auf einem reichlich großen Kühlprofil isoliert montiert. Die restliche Schaltung ist fliegend herum gebaut.
Die vorliegende Dimensionierung errechnet sich folgendermaßen:
Die technischen Daten des Reglers sind:
Längsregler arbeiten äußerst zuverlässig und sollten Schwankungen und Störungen auf dem Bordnetz sicher ausgleichen. Der Kondensator C2 unterdrückt Schwingneigung, insbesondere an höherohmigen Quellen. Daher sollte die Zuleitung unbedingt möglichst kurz und mit reichlich Querschnitt sowie einem geeigneten Zigarettenanzünderstecker ausgeführt werden! (Im Muster war die Druckfeder für die Sicherung das Hauptproblem, sie glühte bei der Inbetriebnahme unbemerkt und schmolz sich durch das Plastgehäuse.) C2 sorgt allerdings auch für ein Überschwingen der Ausgangsspannung beim Zuschalten der Bordspannung (= Zigarettenanzünderstecker einstecken oder Zündschlüssel betätigen) auf 12,8 V, gemessen unter Last. Das ist sicherlich noch akzeptabel.
Wünschenswert bei Altfahrzeugen ist eine Innenbeleuchtung, die (wie bei modernen Autos):
Vier LED-Spots 12 V 1 W für den Einbau in den Fahrzeughimmel eines Traktors wurden bereits (aus China) gekauft. Nun soll eine Schaltung dazu. Mit '555 und ähnlichem wird's viel zu kompliziert, der allerkleinste Mikrocontroller kann das besser. Vor kurzem wurden irrsinnig viele PIC10F206 bestellt, die müssen nun weg. Die sind wie PIC10F200, nur mit doppelt so viel Flash und einem Analogvergleicher; hier beides nicht benötigt, aber der Analogvergleicher muss unbedingt abgeschaltet werden! Sonst gibt's keine Pullups und keine Digitaleingänge! Mithin lassen sich Pullups und Analogvergleicher nicht wie bei ATmega/ATtiny kombinieren.
Die Schaltung wurde kurzerhand (und scherzhaft)
Traktorstrahl
genannt.
Als Längsregler kommt ein extra querstromarmer Typ LP2950 zum Einsatz. Der ist Low-Drop, aber das wäre nur bei einem 6-V-Bordnetz wichtig. Am Ausgang befindet sich eine Stromquelle aus T1 und T2 als Interface zu den Leuchtdioden. Das macht den Ausgang kurzzeitig kurzschlussfest und lässt die LEDs unabhängig von der Batteriespannung leuchten, muss aber zur gewählten Beleuchtung passen — einfach später 'was anderes parallel schalten geht damit nicht. Die Dimmrampe beim Start des Motors ist nicht implementiert, war nicht gewünscht — oder es ist kein geeignetes Signal verfügbar. Am Tag oder während der Fahrt kann die Beleuchtung mit einem gesonderten vorgesetzten Schalter abgeschaltet werden. Im ausgeschalteten Zustand „zieht“ die Schaltung weniger als 0,1 mA, bei geschlossenem Türkontakt das Doppelte. D2 dient als Verpolschutz.
Siehe auch:
Problem: Versehentliche Speisung eines Wohnmobils mit 400 V~ statt 230 V~ führte zu umfangreichen Schäden am Inventar. Leider haben Schaltnetzteile keine intrinsische Eingangsspannungsbegrenzung wie konventionelle Trafos mit angepasster Sicherung. Sie gehen reihenweise kaputt. Im Relais an der Umschalteinheit zwischen Batterie + Wechselrichter und Landstrom ist die Wicklung durchgebrannt. Dabei wäre genau hier eine Sicherung das perfekte Mittel zur Überspannungsbegrenzung gewesen!! Da das Relais mit Landstrom anzieht, würde bei Überspannung die Sicherung recht schnell durchbrennen und das Relais zurück auf Batteriebetrieb abfallen lassen. So wirkte die 400 V~ für einige tödliche Minuten, bis schließlich die Wicklung durchgebrannt ist und Qualm aus dem Umschalter quoll.
Zerstörte Geräte:
Ladegeräte für Akkumulatoren, egal ob für Blei-, NiCd-, NiMH- oder Lithiumakkus, egal ob mit konventionellem Trafo oder mit Schaltnetzteil, egal ob für den Werkzeugakku, das Handy, E-Bike oder Auto, kranken an dem Problem der nicht-sinusförmigen Stromaufnahme, verbunden mit hohen Einschaltströmen, übermäßig hohen Ladeströmen bei leerem Akku (v.a. für Bleiakkus = Starterbatterien) sowie schlecher Absicherung bei anormalen Betriebsbedingungen, wie oben beim irrtümlichen Betrieb an 400 V~.
Lösungen mit Schaltnetzteil können eine aktive Leistungsfaktorkorrektur (PFC) enthalten, aber wozu eigentlich? Akkus kommen (genauso wie LED-Beleuchtung) selbst mit pulsierendem Strom zurecht. Ab 75 W müssen Schaltnetzteile eine PFC enthalten, aber auch hier die Frage, wozu eigentlich? Ist es nicht sinnvoller, sinusförmigen Strom direkt durch den Sperrwandler-Trafo zu schicken, anstatt vorher mehr oder weniger Gleichspannung herzustellen? Es erübrigt sich dadurch der Einsatz teurer und schlecht absicherbarer Hochspannungs-Elkos. Obendrein verringert sich die Gefahr eines Elektroschocks für den Bastler und das Recyclingunternehmen.
Die Lösung ist ein neuartiges(?) Schaltnetzteil-Design, welches darauf verzichtet, am Ausgang eine konstante Gleichspannung bzw. einen konstanten Gleichstrom bereitzustellen. Es erfolgt allenfalls eine Regelung pro Halb- oder Vollwelle. Für den sekundärseitigen Ladecontroller arbeitet ein gesonderter Längs- oder Schaltregler, je nach Erfordernis an einer gesonderten Sekundärwicklung. Im Gegensatz zur PFC gibt es keinen Einschaltstromstoß, und die Primärsicherung kann ohne Übermaß dimensioniert werden.
Nicht für alles auf der Welt: Der vorgesehene Sperrwandler-Trafo muss für die gleiche Leistung etwas größer dimensioniert werden. Bei mehr als 100 W ist ein Flusswandler die bessere Lösung, dazu gehören auch Sinuswandler, die mit geringerer Störabstrahlung punkten. (Nicht zu verwechseln mit der hier stets gemeinten netzgeführt-sinusförmigen Stromaufnahme!) Für USB-Ladegeräte ist das Konzept nicht anwendbar oder erfordert einen nachgeschalteten Schaltregler; der USB-Standard erfordert stabilisierte Gleichspannung auch für Schnell-Lader mit erhöhter Ausgangsspannung.
Favorisiert wird ein Aufbau mit folgenden Eigenschaften:
Dazu fallen mir zwei Lösungen ein, jeweils mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen:
Und für Drehstrom? So wie's aussieht als dreifache Ausfertigung als Sinuswandler mit sekundärseitiger Gleichrichtung auf eine Gleichspannnung. Schreit nach einer Lösung mit Mikrocontroller. Überfällig für Schaltschränke an Werkzeugmaschinen, die ich bisher nur mit passiver PFC (Drossel), Diodenbrücke und Zwischenkreis mit vielen Elkos gesehen habe. Sowie überfällig für Elektroautos in Europa, da Drehstromsteckdosen IMHO verbreiteter sind als Ladestationen.
Bastelschaltungen fürs Auto müssen anders gebaut werden als für daheim! Hierbei gilt zu beachten:
