Schon bald nach dem Einstieg in die Elektronik stellt sich schnell ein Gefühl der Begeisterung dafür ein, welche Projekte sich realisieren lassen, welche Automatisierung im Alltag möglich ist und wie wir die Dinge in unserer Umgebung verbessern können. Es gibt zahllose Sensoren, Anzeigen, Motoren und Beleuchtungselemente.
Schnell stellen wir detailliert zusammen, was wir benötigen, um unsere Ideen zu verwirklichen. Doch oft gerät ein grundlegendes Element in Vergessenheit, bis wir das Ganze in Betrieb nehmen möchten. Wovon wird unser innovatives Gerät eigentlich leben? Abgesehen von wenigen anderen Komponenten gibt es in der Elektronik keine wichtigere als die Stromversorgung. Eine sinnvolle Stromversorgung im Heimlabor schafft Flexibilität beim tüfteln. Zum Glück kann sich der engagierte Amateur kostenlos in ausgemusterten Elektronikgeräten und alten Computern bedienen.
Die Arten der Projekte, die eine Stromversorgung benötigen, und die Arten der Stromversorgung dafür lassen sich in einigen Kategorien einteilen: geringer Leistungsbedarf („low power“) bei Single-Board-Computern, mittlerer Leistungsbedarf für Beleuchtung und Robotik, hoher Leistungsbedarf für Heizelemente, die beispielsweise beim Bierbrauen erforderlich sind. Zu den gängigen Single-Board-Computern zählen gegenwärtig Raspberry Pi, Arduino, BeagleBone Black und das DragonBoard 410c. Die meisten dieser Boards arbeiten mit 5 V und begnügen sich mit Strömen bis ungefähr 2 A. Lediglich das DragonBoard benötigt 12 V Versorgungsspannung. Bei Motorsystemen, wie sie in Robotern oder 3D-Druckern eingesetzt werden, reichen die Spannungen von 3 V bis über 50 V, während die Ströme bis zu 10 A betragen können. Ein großer Teil der Motorsystem-Kenndaten wird vom System bestimmt, das die Motoren steuert, sowie von der Leistungsfähigkeit der darin enthaltenen Chips. Beide Systembereiche müssen exakt aufeinander abgestimmt sein. Systeme zur Hausautomation verschmelzen das Anforderungsprofil von Single-Board-Computern mit Motorsystemen und erfordern oft eine Batterie- oder Akkustromversorgung, damit sie ohne Steckdose auskommen. Wenn wir uns eine Anlage zum Bierbrauen zu Hause oder ein anderes Hochleistungssystem ansehen, begegnet uns ein Gleichspannungsteil mit niedrigem Leistungsbedarf zur Steuerung des Systems und dann möglicherweise ein Heizelement mit einer Leistung im Bereich von 5500 W Wechselstrom. Bei der Konstruktion Ihres eigenen 3D-Druckers benötigen Sie eine Gleichstromquelle bis zu 300 W für das Heizelement im Extruder.
Für die Low-Power-Projekte mit Single-Board-Computern genügt in vielen Fällen ein einfaches Steckernetzgerät. Ich habe es gern, verschiedene Spannungen und Leistungen zur Auswahl zu haben, deshalb lagere ich ein kleines Sortiment davon in einer Werkstattschublade. Um für die meisten Projekte gerüstet zu sein, genügen jedoch ein Netzgerät mit 5 V bei 2A und eines mit 12 V bei 1 A. Viele solcher Netzgeräte sind mit einem Koaxstecker 2,1 mm x 5,5 mm ausgestattet, der in viele gängige Single-Board-Computer passt. In einigen Fällen ist der Stromanschluss flexibel genug und eignet sich auch für 2,5 mm x 5,5 mm. Wenn Sie den Koaxstecker nicht benötigen, können Sie ihn einfach abschneiden, die beiden Adern abisolieren und an einer Klemmenleiste anschließen oder an einer neuen Stelle anlöten. Achten Sie jedoch darauf, dass Sie die Adern nicht vertauschen. Viele Schaltungen tolerieren keine einzige Verpolung.
Bei einem Netzgerät, das ausgangsseitig mit einer flachen zweiadrigen Leitung versehen ist, lässt sich die positive Ader meist daran erkennen, dass sie mit einem weißen Streifen oder in anderer Form markiert ist. Die andere Ader ist dann die negative. Auf jeden Fall empfiehlt es sich, die Polarität vor dem Anschluss an das System mit einem Multimeter zu überprüfen, da es keine Regel ohne Ausnahme gibt. Wenn Sie nicht absolut sicher sind, wie die Dinge liegen, kann der Griff zum Multimeter eine große Enttäuschung ersparen. Das Mean Well GS12U und das Artesyn DA12 sind gute Beispiele für Netzgeräte, die in 5-V- und 12-V-Ausführung gekauft werden können. Falls dies ihren Anforderungen nicht genügt, finden Sie hier einen Link zum Angebot von Arrow.
Im Laufe der Zeit werden die Projekte ehrgeiziger und der Leistungsbedarf steigt. Dies erfordert irgendwann einen leistungsfähigeren Typ, der mit eigenem Netzkabel ausgestattet ist und vielleicht sogar Schraubklemmen auf der Sekundärseite hat. Stromversorgungen mit höherer Wattzahl gibt es mit einer Vielzahl von Spannungen und Strömen. Besonders interessant sind Varianten mit mehreren Ausgangsspannungen. So kann beispielsweise die Steuerelektronik mit 5 V versorgt werden, während die leistungshungrigen Motoren an 24 V liegen. Dies vereinfacht den Aufbau des Stromversorgungssystems. Dauerbetrieb unter Volllast erzeugt speziell bei höheren Wattzahlen ziemlich viel Verlustwärme, die die Bauelemente zusätzlich belastet und die Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht. Zur Verringerung der Wahrscheinlichkeit von Ausfällen sollte die Stromversorgung um 10 % oder 20 % überdimensioniert sein. Dies verringert die Belastung der Bauelemente und lässt einen gewissen Puffer für Lastspitzen.
Das RWS300B12 von TDK-Lambda ist ein leistungsstarkes 300-W-Netzgerät mit Optionen im Bereich von 50 W bis 600 W. Die RSP-Serie von Mean Well ist eine weitere gute Option. Die Spitzenleistung dieser Serie liegt bei beeindruckenden 3000 W.
Die oben genannten Optionen für niedrige und hohe Leistung sind besonders nützlich, da sie Teil des Projekts werden können, wenn dieses endgültig installiert wird. Doch wenn ein Labor vollständig sein soll, gehört ein Standard-Tischnetzgerät einfach dazu. Dessen Flexibilität ist nicht zu schlagen. Solche Tischnetzgeräte bieten einstellbare Ausgänge, möglicherweise sogar mehrere davon, was besonders hilfreich ist, wenn sich das Projekt noch im Erprobungsstadium befindet. Diese Flexibilität hat natürlich ihren Preis, der sich jedoch schnell bezahlt macht.
Ähnliches Produkt:
Das B&K Precision 1627A ist ein 220-W-Netzgerät mit einem einstellbaren Ausgang im Bereich von 0 bis 30 V bei maximal 3 A. Das Rigol DP832 ist ein 195-W-Netzgerät mit drei Ausgängen, zwei davon sind einstellbar im Bereich von 0 bis 30 V, der dritte von 0 bis 5 V. Alle drei Ausgänge sind mit bis zu 3 A belastbar.
Es gibt eine Menge Möglichkeiten, Ihre Designs mit Strom zu versorgen. Ich hoffe, Ihnen einige davon nähergebracht zu haben, die Sie bei der Realisierung Ihrer Pläne unterstützen können. Der nächste Schritt wäre ein Blick auf die DC-DC-Umwandlung, mit der sich weitere Dimensionen eröffnen. Die Gleichrichtung und Umwandlung einer eingangsseitigen Wechselspannung findet dann nämlich nur an einer einzigen Stelle statt, von der aus alle Gleichspannungen für das System erzeugt werden. Ein solches System ist dann mit einem einzigen Akku beziehungsweise mit einer einzigen Batterie vollständig netzunabhängig und mobil.