Raspberry Pi: Energieversorgung

Die Stromversorgung des Raspberry Pi ist eine der unterschätzten Fehlerquellen. Mini-Computer, wie der Raspberry Pi, bedürfen einer stabilen Spannungs- UND Stromversorgung. Bei einem schlechten Netzteil und ungünstigen Betriebsbedingungen treten merkwürdige Effekte in Kombination mit einem instabilen Systemverhalten auf.


Im Fokus: Rückfluss-Diode im Netzteil (Akkuladeschaltung)

IM FOKUS ist eine neue Elektronik-Minikurs-Idee (Juni 2013). Es geht darum ein Thema in den Raum zu stellen, das von allgemeinem Fachinteresse ist. Dieses Thema wird so weit wie nötig erklärt. Oft bietet Wikipedia eine hervorragende einführende Erklärung, wenn es grundlegend mit Physik zu tun hat. Danach werden Elektronik-Grundlagen- und Elektronik-Minikurse aus dem ELKO vorgestellt, wo das Thema in praktischer Form präsentiert wird. Ein praktischer Anlass kann sein, wenn ich feststelle, dass in Elektronik-Foren/Newsgruppen immer wieder die selben Inhalte befragt und diskutiert werden.

Diesmal geht es um das Thema Rückfluss-Diode im Netzteil, speziell auch wenn das Netzteil zum Laden eines Akku dient. Dabei besteht generell eine Unsicherheit, ob ein Netzteil oder Netzgerät sich auch als Ladegerät für Akkus eignet. Dies ist dann der Fall, wenn das Netzteil neben einer präzisen Spannungseinstellung auch eine Strombegrenzung enthält, die leicht einstellbar ist und sicher funktioniert. Dies gilt z.B. für Blei(gel)-Akkus, aber nicht nur…

Im Titelbild zeigt das obere Teilbild ein 5VDC-Netzteil das eine digitale Schaltung speist. Besonders heikel ist die Situation bei der Ausschaltung der eingangsseitigen 12VDC-Spannung, wenn an dieser Spannung z.B. ein Ventilator (oder eine andere Last) geschaltet ist. Da kommt es auch dann zum Rückstrom im Augenblick der Abschaltung, wenn CL deutlich grösser ist als C4. Mit einer Rückfluss-Diode bleibt der Spannungsregler (hier: LM7805) vor Schaden verschont.

Das untere Teilbild zeigt eine ganz einfache Ladeschaltung, die aus zwei Spannungsreglern des Typs LM317LZ (LZ=LowPower) besteht. IC:A dient als Strombegrenzer und IC:B für die Spannungsbegrenzung. Der kleine 3V-Akku befindet sich in einem Mini-UKW-Empfänger.

Im Fokus: Rückfluss-Diode im Netzteil (Akkuladeschaltung)

Gruss Euer
ELKO-Thomas


Raspberry Pi: Das richtige Netzteil

Mit der Wahl des Netzteils entscheidet sich, ob das Experimentieren und die Arbeit mit dem Raspberry Pi zur Qual wird oder ob man viele Erfolgserlebnisse haben kann. Denn nicht jedes Netzteil ist gleichermaßen für den Raspberry Pi geeignet. Das liegt aber nicht am Raspberry Pi, sondern an den Netzteil, die entweder qualitativ mangelhaft oder für die Energieversorgung des Raspberry Pi ungeeignet sind.


Netzteil- und Konverter-Handbuch

Vor ein paar Wochen habe ich eine Umfrage gemacht, in der es darum ging, ob es Thomas Schaerer ein NE555- oder Netzteil-Buch geben soll. Die Resonanz zu einem Netzteil-Buch war groß. Leider lagen die inhaltlichen Erwartungen weit über dem, was wir hätten bieten können. Ich habe mich deshalb auf die Suche nach einem passenden Buch gemacht und bin im Netzteil- und Konverter-Handbuch von Jörg Rehrmann fündig geworden.

Dieses Buch umfasst ein breites Spektrum an Themen, die Netzteile und Konverter umfassen. Hier ein Auszug aus dem Inhaltsverzeichnis:

  • Drosseln und Transformatoren
  • Gleichrichter- und Siebschaltungen
  • Lineare Gleichspannungswandler
  • Phasenanschnittsteuerungen
  • Spannungswandler
  • Sperrwandler und Flusswandler
  • Netzfilter und Leistungsfaktorkorrektur

Dieses Buch vermittelt Grundlagenwissen und Erfahrungswerten. Schnelle Erfolgserlebnissen durch die Verwendung bereits getesteter Schaltungen sind fast schon garantiert. Wer also schon immer mal ein Netzteil aufbauen wollte, der liegt mit diesem Buch genau richtig.

Das Netzteil- und Konverter-Handbuch ist ab sofort über den ELKO-Shop zu beziehen. Innerhalb Deutschlands ist die Lieferung selbstverständlich versandkostenfrei.


Netzteile- oder Timer-Buch?

Es ist gut ein Jahr her, als das Buch „Elektronik-Workshop: Operationsverstärker und Instrumentationsverstärker“ von Thomas Schaerer herauskam.

Wir möchten nun den nächsten Schritt gehen und ein weiteres Buch herausbringen. Und auch diesmal sollen die hervorragenden Minikurse von Thomas Schaerer als Grundlage dafür dienen. Diesmal möchten wir explizit Euch die Wahl lassen, was der Inhalt sein soll. Damit die Auswahl für Euch nicht zu schwer fällt, haben wir eine Vorauswahl getroffen:

  • Netzteile

oder

  • Timer 555

Was darf es sein? Ein Netzteile- oder ein Timer-Buch?


Warum brummen Netzteile?

Manche Netzteile geben ein sehr tiefes Brummen von sich. Woran liegt das und kann man es evt. vermindern?

Die richtige Antwort

Das Brummen kommt die Bauweise des Transformators. Durch das magnetische Wechselfeld schwingen der Eisenkern und die Drahtwicklungen. Manchmal besteht der Eisenkern auch aus Metallplatten die sich durch anfänglich kleine Schwingungen mit der Zeit voneinander lösen und noch ein viel lauteres Geräusch von sich geben.


Schaltnetzteile / Computer-Netzteile

Kurze Erläuterung zum Aufbau und Funktionsweise eines Computer-Netzteils. Hinweise zur Leistungsfaktorkorrektur, auch PFC genannt, und dem Wirkungsgrad.

Netzteile mit 250 bis 300 Watt sind für normale Büro-Computer normal. Mehr Leistung braucht man nur dann, wenn man ein leistungsstarke Grafikkarte braucht, dann sind 350 bis 450 Watt angesagt. Wenn ein stromhungriger Prozessor dabei ist, dann sogar 500 Watt. Wer zwei Grafikkarten im SLI-Verbund einsetzt, der sollte schon ein Netzteil mit mehr als 500 Watt haben. Da nicht jedes Netzteil in der Lage ist konstant bis an seine Leistungsspitze zu arbeiten, empfiehlt es sich ein Schaltnetzteil immer ein paar Watt mehr zu dimensionieren. Für High-End-Gamer wurden sogar schon Schaltnetzteile mit 700, 850 und sogar 1.000 Watt gesehen.


Update: Sicherer ICs testen, ein Hochsicherheits-Netzteil

Netzteil zum Testen von ICs Je länger desto mehr werden an technischen Hochschulen und in Elektronikfirmen integrierte CMOS-Schaltungen entwickelt. Man nennt diese „Disziplin“ IC-Design. Die Arbeit erfolgt mit komplizierter Software an Computern. Die ultimativen Daten sendet man einer Halbleiterherstellerfirma via Internet. Diese Firma stellt eine Nullserie der intergrierten Schaltung her, die dem Entwickler per Paketpost – das Beamen ist noch nicht erfunden! 😉 – zum Testen zurückgesendet wird. Es naht die Stunde der Wahrheit. Die Nerven werden strapaziert. Und dann, welch ein wohltuendes Aufatmen, wenn festgestellt wird, dass alle Parameter stimmen. Die Korkenzapfen fliegen!

Bevor es aber soweit ist, sollten Maßnahmen getroffen werden, dass beim Testen nicht unabsichtlich ein zu testendes IC zerstört wird. Da gilt es dafür zu sorgen, dass keine statischen Entladungen auftreten können. Oft ist es so, dass selbsthergestellte CMOS-ICs nicht die hohen Ein- und Ausgangssicherheiten aufweisen, wie z.B. die 74HC(T)xxxx-, CD4xxx und MC14xxx-CMOS-Familien. Ein grosses Problem ist das Risiko des Latchup-Effekts. Um dieses zerstörerische Risiko so gering wie möglich zu halten, lohnt es sich ein dafür spezielles Netzteil zu realisieren! Dies ist das Thema dieses Elektronik-Minikurses.

Da dieser Elektronik-Minikurs leicht überarbeitet wurde und heute brandaktueller ist als vor vier Jahren, als ich ihn geschrieben habe, wird im ELKO-Newsletter erneut darauf aufmerksam gemacht.

Elektronik-Inhalte: Spannungsregelschaltung mit Opamp und Transistor. Das Dual-Tracking-Prinzip bei symmtrischer Spannungsregelung. Strombegrenzung mit Transistor. Überstromabschaltung mit Verzögerungsschaltung (Trägheit), RS-Flipflop, Transistor und Relais. Überspannungsbegrenzung die sich der Einstellung der Ausgangsspannung automatisch anpasst. Gleichbleibend helle Spannungsanzeige mit LEDs bis zu einer niedrigen Betriebsspannung von 0.7 VDC.


UPDATE: Einfaches Labornetzteil mit NPN-Komplementärdarlingtonstufe

Netzteil mit Komplementär-Darlington

Dieser Elektronik-Minikurs wurde in Zusammenhang mit einem andern neu überarbeitet, wobei das Unterkapitel DIE ZUSÄTZLICHE FREQUENZGANGKOMPENSATION MIT C3 UND R5 besonders im Vordergrund stand. Am Beispiel der beiden sehr bekannten Opamps LF356 und LF357 werden die zusammenhängenden Eigenschaften der Frequenzbandbreite, Frequenzgangkompensation und das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt (Unity-Gain-Bandbreite) praxisnah beschrieben. Dazu gehört ebenso eine Testschaltung, vorgestellt und beschrieben im Kapitel FREQUENZGANGKOMPENSATION UND EINE ZUSÄTZLICHE TESTSCHALTUNG, die ebenfalls neu ausführlicher beschrieben ist.

Weitere Themen sind: Der komplementäre Darlington; die Spannungsregelung (updated); die Strombegrenzung (updated); eine praxisnahe Kühlkörperberechnung am vorliegenden Beispiel; der Second-Breakdown-Limit bei bipolaren Leistungstransistoren; eine Überlastanzeige; ein alternatives Schaltungsprinzip für hohe Spannungen.


UPDATE: Netzteil-Testgerät I

Netzteil testenWie realisert man ein Testgerät für Netzteile und Netzgeräte um ihre statischen und dynamischen Regeleigenschaften zu testen? Ein überarbeiteter Elektronik-Minikurs, u.a. mit einer nachbaubaren Schaltung!

Lerninhalte:

Das statische und dynamische Testen von Netzgeräten/teilen. Wie realisiert man eine solche Schaltung? Wann ist eine Konstantstromregelung eine Stromquelle und wann eine Stromsenke? Die Stromquelle/senke mit hochstabiler Bandgap-Spannungsreferenz, Opamp und Transistor. Was ist der Unterschied zwischen statischem und dynamischem Testen? Die kritische Stabiliät und wie kann man diese am Oszilloskopen erkennen. Genaue Erläuterungen worauf es im Einzelnen bei der Konstantstromregelung ankommt. Dabei sind die Zusammenhänge von Leistungen, Strömen, Spannungen und Stromverstärkungen thematisiert. Es soll mit diesem Elektronik-Minikurs ereicht werden, dass der Leser versteht worauf es ankommt und er soll mit ausreichenden Elektronikkenntnissen in der Lage sein, sein eigenes individuelles Netzgerät/teil-Testgerät zu realisieren.