Regelbares Netzteil

Mein 10 Jahre altes Manson Labornetzteil ist defekt. Letztendlich durch meine eigene Schuld. Da ich in meiner Bastelkiste alle Komponenten vorrätig habe und einige Transformatoren älter sind als das Manson Netzteil, habe ich ein eigenes Netzgerät gebastelt. Das möchte ich dir hier vorstellen.

Zur Verfügung stehen zwei regelbare Spannungen und drei Spannungen mit ungeregeltem Potential. Ein Arduino Nano 3, ein Analog Digital Konverter ADS1115 und zwei Hallsensoren ACS712 für Strom, in Verbindung mit einem LCD-Display sorgen für die Visualisierung.

Das obige Bild zeigt den „Leistungsteil“ des Netzteils. Vier separate Transformatoren versorgen vier Gleichrichter. Vier Siebkondensatoren, oder Glättungskondensatoren oder Stützkondensatoren verbessern die Gleichstrom-Qualität (Absorbierung der Brummspannung, Spannungsabfälle kompensieren). Weil keine Entladewiderstände verbaut wurden, steht die Gleichspannung im ausgeschalteten Zustand des Netzteiles noch mindestens 2 Minuten an. Hinweis! Lebensgefahr besteht im Bereich der 230 Volt AC primär Seite der Transformatoren.

Die zwei Spannungsregler, XL-4016E1 Step-Down-Converter, sind Kaufteile (12 Euro), es lohnt sich nicht hier etwas Eigenes zu bauen. Trotzdem ist eine kleine Modifikation am Konverter erforderlich. Das interne 47KΩ Potentiometer wurde ausgelötet und durch zwei Drehpotenziometer, Bedienung an der Frontplatte, ersetzt. Warum zwei? Grobe Einstellung 47KΩ und feine Einstellung 4,7KΩ. Im Normalbetrieb kann der Konverter einen Ausgangsstrom von 8A liefern, mit verbesserter Kühlung sogar bis zu 12A. Auch die Transformatoren können einen Strom von über 10 Ampere liefern. Jedoch das Nadelöhr sind hier die Gleichrichter, der Maximalwert liegt bei fünf Ampere.

Die beiden obigen Bilder zeigen die Frontplatte des Netzteiles und den Schaltplan für die Visualisierung von Strom und Spannung. Der Stromsensor braucht eine 5 Volt Spannungsversorgung. Bei Betrieb mit einem 3,3 Volt Mikrocontroller muss man einen Spannungsteiler einsetzen. Das möchte ich aber nicht, so kommt ein Arduino Nano 3 zum Einsatz.

Der ACS712 ist ein kostengünstiger und präziser Stromsensor von Allegro, der auf dem Hall-Effekt basiert und sowohl Gleich- als auch Wechselstrom messen kann. Er ist für Mikrocontroller-Projekte gedacht, bietet eine galvanische Trennung zum Stromkreis und ist in verschiedenen Bereichen wie ±5 A, ±20 A und ±30 A erhältlich. Der Sensor wandelt den zu messenden Strom in eine proportionale Spannung um, die von einem Mikrocontroller ausgelesen und interpretiert werden kann.

Der ADS1115 ist ein 16-Bit-Analog-Digital-Wandler (ADC) mit 4 Kanälen und I2C-Schnittstelle, der zur präzisen Messung analoger Signale in Mikrocontroller-Projekten wie Arduino und ESP32 eingesetzt wird. Er wandelt analoge Spannungen von Sensoren in digitale Werte um, verfügt über einen integrierten Verstärker zur Messung kleiner Spannungen und ermöglicht die Anpassung der I2C-Adresse, um mehrere Module auf einem Bus zu betreiben.

Der ADS1115 Konverter (ADC) und das Display (LCD2x16) sind mit dem Arduino Nano 3 über das Interface I2C-Bus verbunden. Der ADS1115 Konverter digitalisiert zwei Spannungen und zwei Stromsensoren (ACS712 / 5A max.). Die zu messende Gleichspannung von 1,25V bis maximal 34,8 Volt wird in einem Spannungsteiler-Verhältnis von 7,8 zu 1 gewandelt und dem ADS1115 Konverter zugeführt.

"Wer misst, misst Mist!" Das passiert bei diesem Netzteil, wenn vor dem Einschalten bereits Verbraucher am Netzteil angeschlossen sind. Die zwei ACS712 Stromsensoren benötigen eine Kalibrierung. Diese läuft beim Hochfahren des Netzteils ab und erst wenn die Anzeige Spannung und Strom visualisiert ist das Netzteil einsatzbereit. Siehe Zeile 109 bis 115 und Zeile 76 bis 90.

Für die Anzeige (SBC-LCD16x2) benutze ich eine Bibliothek. "Ich habe mich schwergetan" für die korrekte Anzeige der Spannungen und Ströme, besonders mit der Formatierung der Zahlen in Verbindung mit der Cursor-Position. Siehe Zeile 19 und Zeile 33 bis 47. War schon eine blöde Frickelei.

Vom Analog-Digital-Konverter ADS1115, Hersteller Texas Instruments, bin ich begeistert. Dank der sehr guten Bibliothek (Zeile 12). Das ging „Rucki Zucki“.

Es gibt ein gutes Tutorial für den ACS712 Stromsensor. Was in dem obigen Listing zu sehen ist (Zeile 66 bis 74 und Zeile 130 bis 135), habe ich von dieser Webseite.

Schrottschein! Dieser Begriff hat zwei Bedeutungen: Erstens, ein Nachweis für eine ordnungsgemäße Entsorgung. Zweitens, eine Möglichkeit für ein geringes Entgelt ein Gegenstand zu erwerben, der bereits in einem Abfallcontainer liegt. Das Edelstahlgehäuse stammt aus so einem Container. Anschlusskabel, Sicherung und Ein-Ausschalter sind an der Rückseite des Netzteils montiert. Auch hier handelt es sich um Lebensgefährliche Wechselspannung von 230V AC!

Bügeleisen! Aus meinem Berufsleben als Elektriker möchte ich dir etwas berichten. Der Anteil eines defekten Heizdrahtes am Bügeleisen ist sehr gering. Ich würde sagen unter einem Prozent. Meistens ist das Kabel oder der Temperaturregler defekt. Das Bild oben zeigt einen Langzeittest für das selbstgebaute Netzteil. Die Heizfläche eines Bügeleisens mit einem elektrischen Heizdraht von genau 28 Ohm erwärmt einen Stirlingmotor. „Der dann vor sich hin schnurrt“! Strom und Spannung wurden parallel gemessen und mit der Anzeige das Netzteils verglichen. Weiterhin berührt dieser Versuchsaufbau folgende Themen: Stirlingmotor und die Bestimmung eines Drahtwiderstands!