mikrocontroller.net

Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Hardware-Designtipps des Monats: Die Spannungsversorgung


Autor: Luky S. (luky)
Datum:
Angehängte Dateien:

Bewertung
-4 lesenswert
nicht lesenswert

Jede Elektronik braucht eine Stromversorgung. Prinzipiell gibt es hierbei die Möglichkeit, die Schaltung mit Batterien oder über ein Kabel von einer externen Spannungsquelle zu versorgen. Um exotischere Lösungen wie drahtlose Energieübertragung oder Energy Harvesting soll es hierbei nicht gehen. Es soll ebenfalls kein Artikel über die Auswahl der richtigen Batterietechnologie sein. Der Fokus liegt auf dem Versorgungskonzept und den unterschiedlichen Arten von Spannungswandlern.

Zunächst sollte man den (im Zweifel sehr wichtigen!) Unterschied zwischen Masse, GND, Schirmung und Erde verstehen. Streng genommen handelt es sich bei dem auch im folgenden als „Masse“ bezeichneten Potenzial meist um „Power Supply Return“. Das sagt halt nur fast keiner. Weiterhin sehr wichtig ist die Tatsache, dass nur weil zwei Punkte im Schaltplan dasselbe (Versorgungs)symbol haben, es noch lange nicht bedeutet, dass sie auch später in der Schaltung auf demselben Potenzial liegen. Dafür muss man schon selber Sorge tragen und alle relevanten Spannungsabfälle und Störungen berücksichtigen.

Kommen wir nun zu ein paar zu beachtenden Punkten. Natürlich kann diese Liste niemals vollständig sein, aber sie enthält sicher wertvolle Anregungen für Bastler und „Profis“. Da Schaltregler ein Kapitel für sich sind, werden diese im nächsten Artikel angemessen behandelt.

  • Ist bei den verwendeten ICs die Reihenfolge der anliegenden Spannungen (Voltage Sequencing) wichtig? Gibt es minimale oder maximale Spannungsanstiegszeiten? Müssen gewisse Spannungen immer kleiner oder größer als andere sein (evtl. mit Toleranzband)? Dabei muss man bedenken, dass Spannungen ausfallen können (Wackelkontakt, Kabelbruch, Abschaltung bei Überlast...) und z.B. Überbrückungsdioden vorsehen.
  • Stütz- bzw. Bypasskondensatoren für jeden Versorgungspin vorsehen, egal ob es sich um einen digitalen oder analogen IC (dort eher als Filterwirkung/Noise suppession ) handelt. Mir ist klar, dass diese Aussage sehr viele Reaktionen hervorrufen wird, aber es ist am Ende in den allermeisten Fällen die richtige Entscheidung. In der Praxis hat sich gezeigt, dass bei hohen Frequenzen eine saubere Anbindung im Layout und eine möglichst kleine Bauform wichtiger ist als die Kapazität.
  • Welche Schaltungsteile reagieren besonders empfindlich auf Störungen (Filter, ADCs, DACs, HF Schaltungen…) und welche verursachen besonders viele Störungen auf den Versorgungsleitungen (Prozessoren, Leistungselektronik, FPGAs, HF-Schaltungen...)?
  • Ferrite oder kleine Serienwiderstände (10..22Ohm) in die Spannungsversorgung von empfindlichen oder störenden Komponenten(gruppen) einbauen. Natürlich braucht es auch die dazu passenden Kondensatoren.
  • Entlötbare Komponenten in den Spannungsversorgungsleitungen können auch bei der Fehlersuche sehr nützlich sein, um den Fehler einzugrenzen.
  • Störfrequenzen auf den Versorgungsspannungen können sehr gut mit Kerkos, die ihre Resonanzfrequenz möglichst im Bereich der Störfrequenz haben, gedämpft werden. Braucht man breitbandigere Abblockung, werden unterschiedliche Kondensatoren(bauformen) parallelgeschaltet. Immer verifizieren, wie sich die Störfrequenzen von Baugruppe zu Baugruppe und über den spezifizierten Temperaturbereich verhalten.
  • Ausreichende Eingangskapazität vorsehen um kurzfristige Ausfälle oder Einbrüche der Versorgungsspannung zu überstehen, z.B. Wackelkontakte oder eine fehlende (Halb)Periode der Netzspannung.
  • Linearregler haben nicht immer einen schlechteren Wirkungsgrad als Schaltregler. Bei relativ geringen Spannungsdifferenzen zwischen Ein- und Ausgang und recht niedrigen Strömen kann der niedrigere Eigenverbrauch des Linearreglers und die in diesem Lastbereich schlechte Effizienz der Schaltregler dem Linearregler zu einem deutlichen Sieg verhelfen.
  • Bei Linearspannungsreglern, vor allem LDOs: Aufpassen auf richtigen ESR der Ausgangskondensatoren (zu niedrig ODER zu hoch kann Stabilitätsprobleme verursachen, abhängig von der Last. Siehe Datenblatt). Manche Typen benötigen auch einen passenden Eingangskondensator. "Normale" Linearregler verwenden eine Kollektorschaltung mit einem NPN-Transistor und sind wesentlich unkritischer und meist auch robuster.
  • Viele Spannungsregler benötigen eine minimale Last am Ausgang, um sauber zu regeln. Oft reicht hier schon ein richtig (nicht zu hochohmig) dimensionierter Feedback-Spannungsteiler.
  • RC-Snubber am Ausgang von Spannungsreglern sind eine weitere Option, um unerwünschte Schwingungen zu dämpfen.
  • Falls man LDOs verwenden will, um die Spannung hinter Schaltreglern zu glätten und/oder die Transient Response zu verbessern: Die PSRR (Power Supply Rejection Ratio) von LDOs, also die Fähigkeit, Störungen zu filtern, ist frequenz- sowie lastabhängig und sinkt stark bei geringer Differenzspannung (auf teilweise <10dB bei einigen 100KHz bis fast 0 im höheren MHz-Bereich (dann wirkt fast nur mehr der Ausgangskondensator), auch durch parasitäre Pfade „um den LDO herum). Also kann (muss nicht!) ein (zusätzliches) passives Filter (T oder oft sinnvoller in PI-Konfiguration) die bessere Wahl sein.
  • Bei hohen Anforderungen an die Spannungsqualität Low-Noise Linearregler verwenden. An deren NR (Noise Reduction) Pin kann ein externer Filterkondensator an die interne Referenzspannungsschiene angeschlossen werden. Beachten, dass solche Spezialtypen nicht nur deutlich teuer sondern auch empfindlicher sind und in der Regel einen höheren Eigenverbrauch (Quiescent current) haben.
  • Ein Kondensator (oder RC-Glied) über dem oberen Feedbackresistor kann helfen, die Verstärkung bei höheren Frequenzen künstlich zu verringern und das Rauschen in diesem Bereich zu minimieren. Ist dieser Kondensator aber zu groß (µF-Bereich), kann es beim Einschalten zu Problemen etwa durch eine zu langsam ansteigende Ausgangsspannung kommen.
  • Fertige Spannungsreglermodule sind vor allem bei geringen bis mittleren Stückzahlen und vor allem beim basteln oft eine gute Wahl, aber leider nicht immer so toll wie vom Hersteller versprochen. Also Filtermöglichkeiten vorsehen und das Datenblatt beachten, oft braucht es doch noch eine Zusatzbeschaltung (Filter, Kondensatoren)
  • Ungeregelte Netzteile / Module benötigen eine Mindestlast (typischerweise 10..20%). Ansonsten kann die Ausgangsspannung deutlich über der Nennspannung liegen, im spezifizierten Bereich ist die Ausgangsspannung der ungeregelten Netzteile aber erstaunlich unabhängig von der Last, solange die Eingangsspannung stabil bleibt.
  • Bei Schaltungen mit unterschiedlichen Spannungspegeln oder zeitweise unversorgten Komponenten können die (parasitären) Dioden in CMOS Bauteilen zu unerwünschten Stromflüssen führen. Leider gibt es nur selten konkrete Angaben, nur einige Hinweise z.B. bei den Absolute maximum ratings: Wenn dort die max. Eingangsspannung von VCC abhängt (z.B Vin max. VCC +0.5V), gibt es wahrscheinlich interne Diodenpfade. Sind die Spannungsangaben absolut, basiert der ESD-Schutz eher auf internen Z-Dioden.

Batterien und Akkus wären mehr als einen weiteren Artikel wert, aber zu diesen Themen gibt es bereits extrem viel brauchbares Material. Daher nur ein paar oft zu wenig beachtete Punkte:

  • Überprüfen, unter welchen Bedingungen (Entladestrom, Zeit, Temperatur) die angegebene Batteriekapazität spezifiziert ist. Die wirkliche Betriebszeit findet man nur durch Testen heraus. Die Selbstentladung der Batterie nicht vergessen, sie kann durchaus höher sein als der Eigenverbrauch einer optimierten Schaltung.
  • Es ist nicht ganz so einfach, die (verbleibende) Batteriekapazität richtig zu bestimmen. Die reine Messung der (Leerlauf) Spannung ist ein schlechter Indikator, es gibt aber spezielle „Fuel Gauge“ ICs, die den Ladezustand recht genau (auf einige %) bestimmen können.
  • Superkondensatoren (Goldcaps, Ultrakondensatoren, Doppelschichtkondensatoren, und noch einige weitere Marketingbezeichnungen) können Kapazitäten von mehreren F haben, sind aber empfindlich gegenüber Überspannung und bei manchen Typen muss man auf hohe Lade / Entladeströme aufpassen. Ihre Toleranzen sind beträchtlich und die Alterung auch.

Und zum Schluss: Wenn man es mit gefährlichen (Netz)Spannungen zu tun hat, gilt es natürlich, die einschlägigen Sicherheitsvorschriften zu beachten. Schon aus Eigeninteresse. Und falls die Schaltung irgendwelche Normen einhalten muss (muss fast jede…) gehe ich auch davon aus, dass diese bekannt sind und beachtet werden. Oft ist das schwierigste daran, herauszufinden, welche Normen bei seiner Spannungsversorgung gültig sind.


: Verschoben durch Admin
Autor: Bitwurschtler (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Zitat:
"Und zum Schluss: Wenn man es mit gefährlichen (Netz)Spannungen zu tun 
hat, gilt es natürlich, die einschlägigen Sicherheitsvorschriften zu 
beachten. Schon aus Eigeninteresse. Und falls die Schaltung irgendwelche 
Normen einhalten muss (muss fast jede…) gehe ich auch davon aus, dass 
diese bekannt sind und beachtet werden. Oft ist das schwierigste daran, 
herauszufinden, welche Normen bei seiner Spannungsversorgung gültig 
sind."

Toller Tipp, ich les das so:  "Ich weiss zwar selber nicht welche Normen 
gültig sind, wo man diese findet oder was drinsteht aber ich rate Dir 
diese einzuhalten" -> Klapp, Tonne auf, Designtipp rein, Klapp, Tonne 
zu.

Also für Hobbybastler ohne Ahnung/Zugang zu Grundregeln im 
Netzteildesign bleibt nur ein Tipp: Kein Netzgerät selber bauen, sondern 
Steckernetzteile/Batterien verwenden. In der Make war letztens ein 
Artikel drin wie man sich aus einem gekauften Laptop-Netzteil eine 
Labernetzversorgung baut. Das wäre ein gescheiter Tipp hier gewesen,
https://www.heise.de/select/make/2016/5/1476711279985652

Und ja, es gibt ne Menge zur Verwendung von Steckernetzteile etc. zu 
sagen. Beispielsweise wieviel mA man aus USB ziehen kann, wann ein 
USB-Y-Kabel zur Stromversorgung Sinn macht, wie man Hohlstecker mit 
Zugentlastung an die Platine pappt, Lüfter versus/Kühlkörper, wie von 
48V am besten an Bastler Spannungen, Hinweis auf LTPowerCad 
(http://ltspice.linear.com/software/LTpowerCADIIhelp.pdf), ...

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
7 lesenswert
nicht lesenswert
Luky S. schrieb:
> Stütz- bzw. Bypasskondensatoren für jeden Versorgungspin vorsehen, egal
> ob es sich um einen digitalen oder analogen IC handelt.
Und immmer dran denken: gerade auch GND-Pins gehören zur Gruppe der 
Versorgungspins (die sind in Datenblättern auch unter "Supply Pins" 
aufgeführt).
"Ja wie?" fragt jetzt der eine oder andere, "Muss ich jetzt von GND auch 
einen Kondensator schalten, nach .... ja wohin denn?"
Die Antwort darauf ist recht einfach: zwischen die meist paarweise am 
IC-Gehäuse angeordneten Versorgungspins gehört der 
Stütz-/Blockkondensator.

Und weil es immer wieder auftaucht: jeder Versorgungspin eines ICs muss 
angeschlossen werden. Man kann sich also nicht einen der z.B. 4 Vcc-Pins 
zur Versorgung des ICs aussuchen.

: Bearbeitet durch Moderator
Autor: Alexberlin (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Hi,

als Laienbastler finde ich den Artikel zu kompliziert und mit zu vielen 
Abkürzungen. Die Zielgruppe, die alle diese Abkürzungen und Fachbegriffe 
kennt, braucht einen solchen Artikel nicht und die, die ihn brauchen, 
werden nur 10% verstehen.

Vll. sollte man eine solchen Artikel trennen: Einen Teil für DAU, einen 
für Bastler, die mehr wollen als ein paar LED anstecken und einen für 
die, die mehr hinter die Materie schauen wollen.

Gruß Alexander

Autor: Falk Brunner (falk)
Datum:

Bewertung
3 lesenswert
nicht lesenswert
"Zunächst sollte man den (im Zweifel sehr wichtigen!) Unterschied 
zwischen Masse, GND, Schirmung und Erde verstehen. Streng genommen 
handelt es sich bei dem auch im folgenden als „Masse“ bezeichneten 
Potenzial meist um „Power Supply Return“. Das sagt halt nur fast keiner. 
Weiterhin sehr wichtig ist die Tatsache, dass nur weil zwei Punkte im 
Schaltplan dasselbe (Versorgungs)symbol haben, es noch lange nicht 
bedeutet, dass sie auch später in der Schaltung auf demselben Potenzial 
liegen. Dafür muss man schon selber Sorge tragen und alle relevanten 
Spannungsabfälle und Störungen berücksichtigen. "

Ein reichlich verwirrender Text. Es scheint, als ob der Verfasser die 
Unterschiede selber nicht kennt. Außerdem gehört das weder an diese 
Stelle bzw. gar nicht in den Artikel.

Autor: Clemens L. (c_l)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bitwurschtler schrieb:
> Toller Tipp, ich les das so:  "Ich weiss zwar selber nicht welche Normen
> gültig sind, wo man diese findet oder was drinsteht aber ich rate Dir
> diese einzuhalten"

Eher so: "Es gibt mehr Normen zwischen Himmel und Erde, als Eure 
Schulweisheit sich träumen lässt, Horatio." Als Warnnug, dass man nicht 
einfach nur die erste in Google gefundene Norm beachten sollte.

Autor: Alexander Luehnenkamp (photoniker)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Der Artikel ist nicht gerade der Burner. Viel Brauchbares steht nicht 
drin.
Man sollte sich nach seriöseren Tipps umschauen. Es gibt reichlich 
E-Technik Vorlesungsskriots im Netz, die wirkliche Fachinformationen 
enthalten.

Autor: Luky S. (luky)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Um Missverständlnissen vorzubeugen:
Es handelt sich bei dieser Artikeln um eine Sammlung von Tipps und 
Hinweisen aus der Praxis und nicht um eine vollständige Anleitung, mit 
der jeder Bastler ohne sich weiter zu Informieren ein hochwertiges 
Produkt designen kann.

Autor: wendelsberg (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Luky S. schrieb:
> und nicht um eine vollständige Anleitung, mit
> der jeder Bastler ohne sich weiter zu Informieren ein hochwertiges
> Produkt designen kann.

Und schon gar nicht der Anfaenger-Hardware-Entwickler.

wendelsberg

Autor: C. A. Rotwang (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Luky S. schrieb:
> Um Missverständlnissen vorzubeugen:
> Es handelt sich bei dieser Artikeln um eine Sammlung von Tipps und
> Hinweisen aus der Praxis und nicht um eine vollständige Anleitung

Warum nicht? wenn man schon soviel redaktionelles Tamtam um "Tipp des 
Monats" mach,t dann sollte man es richtig machen und vielleicht vor 
Veröffentlichung den üblichen Verdächtigen eine Vorab-Version zur 
Kenntnisnahme/Korrektur vorlegen.


Mal ein Grobentwurf einer Anleitung zum Design einer (komplexeren 
Stromversorgung)

1. Sammeln der Spec der erzeugten Ausgangsspannungen (bspw in 
Excel-Sheet)
  Spannung+Toleranz; Nominalstrom; Maximalstrom; max Ripple; 
PowerOnRamping

2.a) Erarbeitung Grundkonzept beispielsweise von Eingangsspannung 48V 
über (gekaufzes) DCDC Regler modul auf Zwischenspannung 7.5V von dort 
über Liearregler auf einzelne Ausgangsspannung
2 b) Schaltung erarbeiten dabei darauf achten das Schaltung "messbar" 
wird beispielsweise 2 kurzgeschlossenes pads für Shunt zur Strommessung 
vorsehen. Für die Messung wird die Leiterbahn zw. den Pads 
durchgekratzt. Ebenso darauf achten die regelung bestimmenden 
Bauelemente leicht austauschbar sind um Spielraum für Anpassungen zu 
haben.

3)Simulation-/Prototyperstellung
Es muss nicht immer Spice sein, manche Hersteller haben da extra tools,
Der Prototyp kann auf Loch/ besser Streifenraster aufgebaut sein, das 
führt aber bei kompakten Schaltungen oft zu stark abweichenden 
Leitungslängen

4)Qualifikation am Prototypen/Simumodell
mit Scope ripple etc bei lastwechsel messen und Scope-bilder zur Doku 
abspeichern,Zitverhalten PowerGood, Ausgang; Kurzschlussverhalten 
(Achtung, manche kurzschlussfesten Schaltung sind nicht kurzschlussfest, 
wenn der kurzschluss bereits beim Einschalten besteht (bspw. Foldback). 
Verhalten bei Erhöhung Raumtemperatur (Heissluftfön draufhalten) 
bestimmen, Strombegrenzung, droht Hiccup mode? Bestimmung wirkungsgrad. 
Mit Breitbangempfänger (zur Not Handfunke) Abstrahlverhalten für 
Vergleichsmessung (je nach Entstörfilter) bestimmen. Wichtig sind bei 
der ersten Messung mit Hausmitteln nicht die genormten Grenzwerte 
sondern die ungefähre Auswirkung unterschiedlicher Entsörmassnahmen 
(besser, schlechter) s.a. http://www.dg0sa.de/snt.pdf Temperatur bei 
Vollast bestimmen (Hausmittel: wann wird schaltung zu heiss zum 
Anfassen, sonst T-Fühler, kalibrierte Wärmebildkamera)

5)endgültiges Layout/Schaltung festlegen
Hier kann sich ein Dilemma mit der Fertigung ergeben, manchmal ist 
soviel Cupfer an den Pads, das sich Lot darauf schlecht erwärmen lässt 
bspw. beim Rework, da helfen gelegentlich Heat trap pads 
https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_relief
Beachte Zusammenspiel dicker Leiterzug Stromstärke, T-Erhöhung -> 
https://www.pcb-pool.com/download/spezifikation/de... 
Entwärmekonzept.

6)Freigabe nach Wiederholung von 4), frühzeitig an "richtige" 
EMV-Prüfung denken.

Meines Erachtens ist die Kenntnis der Schritte beim systematischen 
Entwurf einer Stromversorgung, insbesonders das richtige Ausmessen, 
wichtiger als eine Liste von Schaltungsdetails.

PS:
Eine "legendäre" Stronversorgung findet man dort:
http://www.righto.com/2012/02/apple-didnt-revoluti...
die hat es sogar bis nach Hollywood gebracht: 
https://youtu.be/P9NllsnSH74?t=33

Autor: Achim Brossinski (bobdylan)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bitwurschtler schrieb:
> Labernetzversorgung

Wenns von Heise ist, wirds wohl tatsächlich eine sein...

Autor: avr (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Lothar M. schrieb:
> Die Antwort darauf ist recht einfach: zwischen die meist paarweise am
> IC-Gehäuse angeordneten Versorgungspins gehört der
> Stütz-/Blockkondensator.

Das hab ich schon in mehreren appnotes anders gesehen: Kondensator an 
vcc und gnd-via. IC-Masse ebenfalls an die Massefläche.

Autor: Marc Horby (marchorby)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich finde die Designinfos von Lothar Miller recht gut!

http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/14-Entkopplung

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
avr schrieb:
> Das hab ich schon in mehreren appnotes anders gesehen: Kondensator an
> vcc und gnd-via. IC-Masse ebenfalls an die Massefläche.
Glückwunsch. Solche Fehler habe ich auch schon gefunden. Siehe dort 
unten: http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/33-Quarz

Autor: Karl Auer (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Bitwurschtler schrieb:
> Labernetzverordnung

Achtung! Staat greift ein!

Autor: W.S. (Gast)
Datum:

Bewertung
1 lesenswert
nicht lesenswert
Luky S. schrieb:
> Der Fokus liegt auf dem Versorgungskonzept

Ich sehe hier weder einen Fokus noch ein wirkliches Versorgungskonzept.

Deshalb geb ich hier mal meinen Senf dazu:

A) wer ein versierter Elektroniker ist und sich selber auskennt, kann 
den ganzen Artikel ignorieren.

B) wer sich noch nicht so gut auskennt, sollte die folgenden Tips 
beachten:

1. eigene Elektronik aus Batterien zu versorgen, ist nur dann sinnvoll, 
wenn selbige sehr wenig Strom braucht. In allen anderen Fällen sind 
Batterien ne schlechte Wahl und macht nur Umsatz bei Varta&Konsorten.

2. wenn's tragbar sein soll, dann nimmt man heutzutage einen 
Lithium-Akku. Sowas gibt's recht billig und die gelieferte Spannung von 
etwa 3.3V..4.2V liegt im Bereich, aus dem man stabilisierte 3.3V per 
Low-Drop-Regler machen kann und diese 3.3V sind für moderne Elektronik 
gut geeignet. Wer mehr Spannung braucht, nimmt einen kleinen 
StepUp-Schaltregler. Sowas gibt es mittlerweile im SOT23-5 Gehäuse und 
dank höherer Schaltfrequenz für kleine SMD-Drosseln im 3.3 bis 10µH 
Bereich.

Das Konzept sieht dann etwa so aus: Mini-USB-Buchse zum Aufladen, 
dahinter ein Li-Akku-Lade-IC, dann der Akku (ein fertig konfektionierter 
aus einem Handy mit eingebauter Schutzschaltung). Von dort aus der 
Schalter zum Einschalten des Gerätes und ab da der Eigenbau. Für die 
Versorgung von 3.3V Mikrocontrollern dort auch noch ein Low-Drop-Regler.

Die Alternative zum selbst auf die LP gelöteten Lade-IC ist ein 
Li-Akku-Lademodul mit Mikro-USB-Buchse, den es für spottbillig bei Ebay 
gibt. Damit wäre dann auch das Aufladen per Handy-Ladenetzteil (haben ja 
heutzutage alle Mikro-USB) erledigt.

Nachteil: Diese billige Lösung hat außer der Schutzelektronik im Akku 
keine Abschaltung wenn der Akku leer ist. Deshalb eben immer einen 
konfektionierten Akku nehmen (wegen der eingebauten Schutzschaltung)

3. wenn's nicht tragbar sein muß: dann einfach ein passendes 
Steckernetzteil kaufen. Das hat die Trennung zwischen Netz und 
Kleinspannung bereits intus und ist deshalb (hoffentlich!!!) 
ungefährlich.

Wenn nur digitales Zeugs zu versorgen ist, dann ist ein Schaltnetzteil 
die richtige Sorte.

Wenn hingegen auch empfindliche analoge Schaltungen zu versorgen sind, 
dann ist ein klassisches Steckernetzteil mit Trafo drin eher die 
richtige Sorte. In solchen Fällen muß man damit rechnen, daß:
 - das Steckernetzteil Wechselspannung liefert
 - die gelieferte Spannung im Leerlauf wesentlich größer ist als bei 
normaler Belastung

Deshalb gehört in diesem Falle ein Grätz-Gleichrichter, ein ordentlich 
großer und ausreichend spannungsfester Elko und ein analoger 
Spannungsregler (ggf. mit Kühlkörper) mit auf die Leiterplatte.

4. wenn es aus irgendwelchen Gründen nötig ist, einen Netz-Trafo ins 
Gerät einzubauen, dann nimmt man vorzugsweise einen Print- bzw. 
Flachtrafo. Diese sind nämlich vergossen, haben ein Plastikgehäuse, sind 
für vollisolierte Bauweise zertifiziert und sie lassen sich bei größeren 
Typen mit Schrauben an den 4 Ecken ins Gehäuse schrauben.

Die notwendige Art der Absicherung ist bei sowas aufgedruckt. Manche 
haben eine Thermosicherung eingebaut und andere erfordern bestimmte 
Sicherungen auf der Sekundärseite (wo es ungefährlich ist) oder auf der 
Primärseite (wo man sich dazu einen gut isolierten Sicherungshalter 
besorgen muß).

Zum Einschalten braucht man dafür allerdings einen Netzschalter, der für 
Netzspannung zugelassen ist. Alternativ macht man die Einschalterei auf 
der Sekundärseite und läßt den Trafo immer am Netz - das ist allerdings 
unschön.

Primär wird immer mit ausreichend dicken Litzen verlegt, also mindestend 
die Dicke, wie man sie auch in einem normalen Netzkabel findet (0.75qmm) 
- auch wenn das manchmal etwas albern aussehensollte. Wen man einzelne 
Litzen nimmt, dann kommen diese jeweils noch in einen Plastikschlauch, 
alternativ Schrumpfschlauch.  Und über die Lötstellen kommt ebenfalls 
Schrumpfschlauch.

Wenn das Gehäuse aus Metall besteht, ist generell eine 
Schuko-Netzstrippe fällig und das Gehäuse gehört mit M4 und Zahnscheibe 
und Kabelschuh an den Grüngelben, der im Gehäuse um einige Zentimeter 
länger sein soll als die beiden anderen Litzen, damit er im Notfall als 
letzter abreißt.

Ein bewährtes Mittel, um die Primärseite bei Plastik-Gehäusen zu 
schützen, ist das Einplempern mit Heißkleber. Dadurch werden nicht nur 
die Netzleitungen gut festgelegt, so daß sie bei etwaigem Abreißen nicht 
im Gehäuse herum vagabundieren können, sondern es werden damit auch die 
Lötstellen am Trafo gegen Berühren oder Kaffee, Cola usw. geschützt.

Von offenen Ringkern-Trafos sollte man als Anfänger lieber die Finger 
lassen, denn dort hat man es immer mit freien Drähten am Trafo zu tun, 
die gut isoliert und gegen Abreißen, Herumvagabundieren, Einquetschen 
usw. geschützt verlegt werden müssen. Ebenso muß der Trafo als solcher 
mit zugehörigen Scheiben, Zentralbolzen und Gummibeilagen verdrehsicher 
im Gehäuse montiert werden, was nur bei dazu ausreichend stabilen 
Metallgehäusen gegeben ist.

5. eine allgemeine Regel, die ich sehr gut finde ist, bei der Versorgung 
seiner selbstgebauten Geräte nur eine Rohspannung zuzuführen und die 
Erzeugung der leiterplatteninternen Betriebsspannungen eben auf der 
Leiterplatte selbst anzuordnen. Dabei sollte die leiterplatteninterne 
Spannungsversorgung mit einigermaßen weitem Eingangsspannungsbereich und 
ungeregelten Rohspannungen zurechtkommen. Also z.B. 35V 
Eingangskondensator (auch wenn man "bloß" 12V AC hat), LM317 mit 
Kühlkörper oder Schaltregler, der mit 30V Input oder mehr zurechtkommt 
und von dort dann alles Weitere.

So, vielleicht ist das hier ein bissel hilfreicher.

W.S.

Autor: C. A. Rotwang (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
W.S. schrieb:
> 1. eigene Elektronik aus Batterien zu versorgen, ist nur dann sinnvoll,
> wenn selbige sehr wenig Strom braucht. In allen anderen Fällen sind
> Batterien ne schlechte Wahl und macht nur Umsatz bei Varta&Konsorten.

Das stimmt, ich seh aber auch ein paar Anwendungsfälle im 
Experimentierbereich. Die klassischen Baukästen wie KOSMOS/Polytronic 
kommen oft mit Batterieversorgung. 9V Blocks sind unter den Batterien 
für 5V Elektronic die kompakteste Variante  (einfach ein batterieclip 
mit anlöten und gut) allerdings ist es nicht gerade effizient wenn dann 
per dreibein wie  LT317A auf 5V zu wandeln. Für Lernexperimente, auch 
kompletter AVR-Aufbau reichts und ist auch gut transportabel fürs 
Bastlertreffen

> 2. wenn's tragbar sein soll, dann nimmt man heutzutage einen
> Lithium-Akku. Sowas gibt's recht billig und die gelieferte Spannung von
> etwa 3.3V..4.2V liegt im Bereich, aus dem man stabilisierte 3.3V per
> Low-Drop-Regler machen kann und diese 3.3V sind für moderne Elektronik
> gut geeignet.

Hm, IMHO ist eine 5V USB powerbar auch ne gute Akkulösung, die man zudem 
fix und fertig kaufen kann - dazu ein passendes USB Kabel bei dem einen 
Stecker abschneidet und die beiden litzen an den eigenen aufbau klemmt - 
fertig. Natürlich kann man auch eine USB-SMD Buchse vorsehen, ist aber 
eben etwas fummeliger. Oder ein USB auf Klinge Powerkabel wie dort: 
https://img.banggood.com/thumb/water/oaupload/bang...

> 3. wenn's nicht tragbar sein muß: dann einfach ein passendes
> Steckernetzteil kaufen. Das hat die Trennung zwischen Netz und
> Kleinspannung bereits intus und ist deshalb (hoffentlich!!!)
> ungefährlich.

Passend führt bei mir schnell dazu das hier mehrere Wandwarzen für die 
verschiedenen Ausgangspannungen rumliegen. Mit einer Universalwarze 
(bsplw.: 
https://www.thomann.de/de/thomann_netzteil_univers... 
) kann man den Steckerzoo eingrenzen, ich würd aber denoch eine 
Stabilisierung nach der Wandwarze vorsehen.

4. Variante wäre vielleicht noch 5V vom Laptop/USB-Hub, mit den 
passenden Adapter könnt man dann auch den Zigarretenanzünder im KfZ 
anzapfen. Aber das ist wohl hinsichtlich Beschädigungspotential durch 
Kurzschluss nicht ganz risikofrei und oft bedarf es einiges Handshake 
übers USB-Protokoll bevor die USB-Buchse genügend Strom zur verfügung 
stellt. Dann schon eher einen USB-Akku wie bei 2.)

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.