Sicherheit geht vor!
Für die Richtigkeit, der auf meinen Webseiten gemachten Angaben, übernehme ich keinerlei Haftung!
Ein Nachbau bzw. Eigenbau geschieht immer auf eigenes Risiko!
Bei Arbeiten an Netzgeräten, oder deren Bauteilen immer einen Fachmann oder Elektriker hinzuziehen, oder besser ihm die Arbeit überlassen! VDE-Vorschriften beachten und immer spannungsfrei arbeiten! Es besteht LEBENSGEFAHR!


Ein umschaltbares 5/12Volt Netzteil im Gehäuse:
technische Daten:
- 16Watt Netzteil mit Spannungswahlschalter
- wahlweise 12V/1A oder 5V/2A
- bei 12Volt-betrieb trotzdem 5V mit minimaler Leistung abgreifbar

Nachdem ich ein Netzteil für die Uhr gebaut hatte und dieses leider dort noch nicht einsetzen konnte, nutze ich es vorübergehend als Stromversorgung für das Steckboard. So ganz wohl war mir jedoch nie, weil eine lose Platine mit Bauteilen bestückt und unter Netzspannung stehend, niemals eine gute Idee sein kann! Ein Draht könnte sich mal in die Nähe des Netzteils biegen, oder man greift im kurzen Moment einer geistigen Umnachtung einfach danach und schon fetzt es einem vom Stuhl. Darauf habe ich echt keine Lust.
Ich brauchte ein sicheres und möglichst kleines Gehäuse, in dem alles nötige vor Berührung sicher ist. Mein erstes Netzteil ist eindeutig zu groß für ein bezahlbares Gehäuse und es liefert auf der 5Volt-Seite nur ein paar mickrige Milliampere. Wenn man es geschickt anstellt, kann man die Leistung des Trafos bündeln und die volle Power in den 5Volt-Stabi jagen. Da sich allerdings nicht alle Vorteile gleichzeitig nutzen lassen, kommt ein Umschalter ins Spiel, der die wechselbare Spannung des Trafo entweder auf den 12Volt- oder auf die 5Volt-Spannungsregler leitet.


Planung:

Nach Vorgabe der nötigen Funktionen, suchte ich nach einer Lösung für das Leistungsproblem. Schnell wurde mir klar, dass sich nur ein Trafo eignet, der zwei identische Sekundärwicklungen mit jeweils 6Volt und einem Ampere besitzt. Entweder man schließt beide Wicklungen in Reihe und erhält 12Volt mit einem Ampere, oder man schaltet beide Spulen parallel und bekommt 6Volt mit zwei Ampere heraus. Danach wird die Spannung gleichgerichtet und nur dem jeweils geeigneten Festspannungsregler zugeführt. So etwas geht nur mit einem Schalter der drei Wechsler besitzt, die mindestens zwei Ampere dauerhaft überleben können. Zwei Wechsler für die Umschaltung der Trafoausgänge und einen Wechsler für die Umschaltung der Spannungsregler. Nun gibt es den spannend erwarteten Schaltplan vom selbst entworfenem Steckboardnetzteil.

Schaltplan (klick mich):

Fangen wir auf der linken Seite (Netzspannung) an und arbeiten uns langsam nach rechts durch.
Der Netzanschluss ist eine einfache zweipolige Schraubklemme auf der Platine. Wie sich jedoch beim Ausprobieren heraus stellte, lässt sich schon der erste Stichpunkt auf meiner Liste nicht umsetzen. Der zweipolige, beleuchtete Netzschalter (S1) verwendet Steckschuhe, die sich am besten gleich auf das Netzkabel montieren lassen. Ok, Plan geändert. Von diesem Schalter geht nun ein Kabel direkt auf die Platine zum Schraubanschluss für den Trafo, während die andere Leitung erst über eine Sicherung zum Schraubanschluss läuft.
Die Netzspannung ist hiermit erledigt und nun geht es auf die Sekundärseite des Trafos. Der Trafo hat 2 sekundäre Wicklungen, die fast identische Werte liefern. Das ist wichtig, damit sich die Ausgangsspannungen der beiden Spulen nicht gegenseitig belasten. Jetzt kommt der Umschalter (S2) zum Einsatz. Die Kontakte S2a und S2b sorgen für eine Reihen- bzw. Parallelschaltung beider Wicklungen und der Kontakt S2c sollte eigentlich je nach Schaltzustand der Spulen, den jeweiligen Spannungsregler zuschalten (was er aber tatsächlich weder im Schaltplan, noch im Gerät tut, aber dazu später). Nachdem man die beiden sekundären Wicklungen des Trafos wahlweise parallel, oder seriell schalten kann, folgt ein einfacher Brückengleichrichter (GB) und ein fetter Elko (C1) zum Vorglätten der Spannung. Nach diesem Elko sollte der Wechsler S2c die Spannung entweder zum 7812(12V/1A), oder zum 78S05(5V/2A) umschalten. Dies war jedoch eigentlich etwas zu totalitär. Wenn ich das Netzteil auf 12Volt umschalte, würden dann auch prompt nur noch 12Volt heraus kommen - aber eben leider keine 5Volt mehr, wie bei meinem ersten Netzteil, was sich auf einige Bastelprojekte äußerst ungünstig ausgewirkt hätte. Also habe ich im 12Volt-Betrieb (wie gehabt) den 5Volt-Stabi einfach weiter angeklemmt gelassen, damit dieser mir wenigstens ein paar Milliampere auf 5Volt jeder Zeit zur Verfügung stellt. Aus diesem Grund hab ich den 5V-Stabi permanent am Elko C1 angeschlossen, während ich die ganze 12Volt-Stabilisierung nur dann zuschalte, wenn der Trafo im 12V/1A-Betrieb arbeitet. Da wo normalerweise die 5Volt-Stabi-schaltung am Kontakt S2c angeschlossen wäre, ist nun ein freier Kontakt am Schalter.
Die Kondensatoren vor (C2, C3) und nach (C4, C5) dem Festspannungsregler sollten nie fehlen (Erklärung bei Stromversorgung). Auch der Elko (C6, C7) am Ausgang hat seine Daseinsberechtigung. Die beiden LED mit ihren Vorwiderständen dienen nur der Anzeige der aktuell zur Verfügung stehenden Ausgangsspannungen. Ein Kurzschluss am Ausgang lässt die dazugehörige LED verlöschen. Einzig ein Kurzschluss des 5Volt-Ausgangs wird den Trafo überlasten, wenn dieser im 12Volt-Betrieb läuft. Ich hab es tatsächlich getestet, um Reaktionen des Netzteils zu erkunden. Ein Kurzschluss der 12Volt-Seite im 12Volt-Betrieb hat keine nennenswerten Auswirkungen auf das Netzteil, bis auf das Kühlblech des Stabis, welches sich erwartungsgemäß sehr erwärmt. Die 5Volt-Seite im 5Volt-Betrieb ergibt das selbe Resultat.
Nur ein Kurzschluss der 5Volt-Seite im 12Volt-Betrieb ist eine echte Gefahr für das ganze Gerät. Warum?
Durch die Speisespannung von mehr als 12Volt ist der 5Volt-Stabi schon bei kleinen Strömen hoher Verlustleistung ausgesetzt und wird warm! Bei einem Kurzschluss versucht der Stabi (weil ein "S-Typ") einen maximalen Strom von 2A zu erreichen, was der Trafo (im 12Volt-Betrieb nur 1A) aber nicht schafft und die Spannung sinkt, wobei der Trafo überlastet wird. Es erlischt also erwartungsgemäß die LED der 5Volt-Seite beim Kurzschluss, aber die 12Volt-Seite hat definitiv keine 12Volt mehr - was man auch deutlich an der LED des 12Volt-Ausgang sehen kann (sie wird dunkler). Bleibt der Kurzschluss bestehen, bleibt auch die 12Volt-Spannung unter ihrem Standardwert, aber der 5Volt Stabi wird gekocht. Er wird durch die extrem hohe Verlustleistung sehr heiß und wird dann wegen Überschreitung der Höchsttemperatur den Strom runterregeln.
Endkonsequenz, die 12Volt erreicht nicht mal ihren Wert, während die 5Volt durch den Kurzschluss nicht mal vorhanden sind. Der 5V-Stabilisator versucht die 2Ampere zu erreichen und überlastet damit den Trafo. Wenn der Trafo keinen eigenen Schutz gegen Übertemperatur hat, wird er nach einer Weile den Hitzetod sterben. Das darf keinesfalls übersehen werden. Es dauert zwar eine kleine Weile, aber ein technischer Totalausfall lässt nie lange auf sich warten. Also Vorsicht, bei Kurzschlüssen!
Man kann diese Gefahr nur umgehen, wenn man die Gerätesicherung entsprechend anpasst. Hierzu kann man für eine Strommessung auf der Primärseite, das Netzteil auf 12Volt einstellen und diese kurzschließen. Der nun fließende Strom ist das zulässige Maximum des Trafo. Den Stromwert benutzt man nun als Referenz für die Sicherung. Da beim Einschalten eine kurze Stromspitze zu erwarten ist, sollte diese Sicherung von träger Natur sein, da sie sonst beim Einschalten schon auslösen könnte. Oder man rechnet sich den maximalen Strom aus. Da mein Trafo laut Aufschrift 16Watt besitzt, kommt man bei 230Volt auf ca. 70mA. Da ich nur 100mA Sicherungen besitze, habe ich eine Flinke eingesetzt, die sich leider nach dem zehnten Einschalten verabschiedete. Jetzt ist eine träge Sicherung in der Halterung, die leider nicht mehr auslöst wenn eine Überlast auftritt. Daraus lässt sich schließen, dass eine träge 80mA (0,08A) Sicherung wohl das Optimum ist. Falls es auch bei diesem Wert zu Fehlern kommen sollte, wäre ich für eine Info dankbar.


Umsetzung:

Nach einer sehr mühsamen Suche, fand ich ein BOPLA-Gehäuse mit ausreichenden Innenabmessungen. Viel Platz war jedoch nicht vorhanden und so muss man mit den Bauteilen etwas jonglieren. Der Trafo nimmt die gesamte Breite ein und reicht bis auf fast einen Zentimeter unter die "Decke". Das ist schon etwas eng. Da die Platine mit 4 Schrauben auf der Bodenplatte montiert wird, bleibt nur genug Raum zwischen den Schrauben. Die Netzspannungsseite wollte ich so weit wie möglich von anderen Bauteilen entfernen und habe sie deswegen an die eine Stirnseite des Gehäuses gequetscht. Auf der anderen Seite des Trafos sollten beide Stabistufen mit dem "Rücken zur Wand" stehen, um die entstehende Wärme auch auf die Seitenwände des Gehäuses zu übertragen (dann kann man fühlen, ob wo da drin etwas warm wird).
Ich wollte keine Drahtbrücken auf der Platine haben, sondern alles möglichst ohne Krücken layouten. Was mir auch fast gelungen wäre, aber an der Außenkante wo der Gleichrichter sitzt, musste ich etwas von der Leiterplatte wegfeilen. Genau dieses Millimeter besaß aber die letzten Kupferreste der halbierten Lötaugen. Nachdem diese verschwunden waren, konnte ich nur noch einen isolierten Draht als Bypass zwischen den Beinen des Gleichrichters hindurch schlängeln. Nicht schön, aber funktioniert.
Dieses Lochmaster Layout zeigt sehr schön, wie unglaublich eng es auf der Stirnseite zugeht. Auf der rechten Seite ist die letzte halbe Lötaugenreihe zu sehen, die ich entfernen musste. Ich habe den Bypass als rote Verbindungslinie eingezeichnet.
Beinahe hätte ich den Verdrahtungsplan für den Deckel vergessen.
Die LED werden direkt mit Widerstand an die Bananenbuchsen gelötet.
Soweit zur Platine. Kommen wir zum Gehäuse mit seinen Tücken.
Auf der Netzspannungsseite sitzt der Schalter, die Sicherung, eine Kabeldurchführung mit Zugentlastung und die Schraubklemme für den Trafoanschluss auf der Platine. Wenn auf dem Schalter später die Steckschuhe sitzen, kommen die Kabel aber extrem tief über der Platine herunter. Also kann unter dem Schalter auf der Platine der Schraubanschluss nicht platziert werden. Es blieb nur noch unter der Sicherungshalterung ein wenig Platz. Wie man auf dem Bild nur schemenhaft erkennt, reicht der Platz für beide Bauteile nicht ganz aus. Ich hab einfach die unnützen Platinensockel an der Decke angefeilt und der Schalter klemmt sich dort fest. Hauptsache es hält und das tut es bombenfest.
Den Schalter und die Sicherung wollte ich eigentlich (wie die Kabeldurchführung) aus der Stirnseite kucken lassen, über dem Trafo ist aber kein Platz für die Kabel. Es geht also nur senkrecht und wie man sieht, ist auch das sehr knapp bemessen.
In der Seitenansicht wird das Ausmaß des Platzproblems noch deutlicher. Das Kabel kommt durch die Zugentlastung ins Gehäuse und soll von dort möglichst direkt zum Schalter verlaufen. Das Platzproblem wird dadurch verschlimmert, dass direkt hinter dem Loch der Kabeldurchführung bereits der Schraubanschluss auf der Platine sitzt. Es verläuft also ein Kabel von außen zum Schalter an der "Decke" und von dort kommen 2 einzelne Adern wieder herunter an den Schraubanschluss. Es reicht leider nicht, die Kabel alle so kurz wie möglich zu machen, damit man nicht so viele Kabelschlaufen verlegen muss, denn die Adern von der "Decke" muss man auch noch in der Schraubklemme befestigen können, bevor man den Deckel schließen kann. Sind die Kabel ein Zentimeter zu lang bekommt man den Deckel nicht mehr zu. Sind sie zu kurz, kann man sie nicht mehr anschließen. So ein Gefrickel!
Auf der Kleinspannungsseite sind ähnliche Probleme zu erwarten. Schauen wir zuerst wieder unter den Deckel. Man sieht die drei 4mm-Bananenbuchsen auf der Stirnseite und die beiden LED-Fassungen. Der blaue Klotz ist der Schalter mit den drei Wechslern. Ohne Messgerät ist man bei der Kontaktsuche aufgeschmissen. Keine auch noch so kleine Markierung zeigt einem die Belegung an. Diese sollte man vor dem Einbau "durchklingeln" und markieren. Leider ist auch dieser Schalter etwas zu groß für dieses Gehäuse und er hängt so tief herunter, dass die Kontakte an seiner Unterseite problemlos an die Kühlkörper reichen würden, wenn diese nicht an der Außenkante stünden (verbales Kopfsteinpflaster).
Bei meinem zweiten Aufbau habe ich mehrere Bananenbuchsenarten verwendet. Je drei mal 2mm Minibuchsen und 4mm Polklemmen. Da der Platz zwischen den Deckelpfosten nicht ausreichte, musste ich die Buchsen auch noch versetzt anordnen, um unglaubliche 2mm mehr Platz zu gewinnen. Da aber direkt unter der Mittelbuchse der große Kondensator steht, musste ich die Schraube der Polklemme absägen. Ansonsten hätte ich den Elko wieder auslöten müssen, was bei der diagonalen Verkabelung im Layout der Hass gewesen wäre. Es gibt keine Probleme, es gibt nur Herausforderungen!
Die Anordnung der Buchsen von außen. Beim ersten Netzteil ist mir nach einer Weile negativ aufgefallen, dass man immer (!) 4mm Bananenstecker benötig, wenn man das Netzteil verwenden will. Da ich die Ordnung nicht gerade erfunden habe, würde das früher oder später zu einem echten Problem werden. Polklemmen beheben diesen Makel, weil man einfach Draht drum wickeln kann und Draht hat man beim testen immer zur Hand.
In der Seitenansicht der Kleinspannungsseite kann man sich einfach mal den blauen Schalterklotz vorstellen, der von der Decke herunter ragt. Ein Spiel von ca. 5mm nach allen Seiten ist verdammt wenig. Etwas seitlich zu weit ausladend, würden die Kontakte die Kühlkörper berühren. Britzel! Futsch!
Etwas weiter vorn ist der Elko im Weg und weiter hinten steht schon der Trafo. Da muss man nicht nur exakt messen, sondern auch rechnen können und das Ergebnis dann mindestens genau so exakt wieder anzeichnen und bohren. Ich habe nicht gezählt, wie oft ich alles gegengemessen und nachgerechnet habe. Mehr als 5 Mal war es bestimmt. Die Gehäuse sind so teuer, dass man sich dabei keinen Fehler erlauben darf.
Die Elektronik von oben betrachtet, sieht gar nicht so kompliziert aus (was sie ja auch nicht ist, aber nicht weitersagen ;-) Die beiden Stabistufen an den Seitenwänden sind gut zu sehen und auch der fette Elko in der Mitte dominiert das Geschehen. Da sind die beiden Ausgangselko schon deutlich unscheinbarer und der Gleichrichter oben an der Stirnseite ist fast unsichtbar.
Aber ausgerechtet dieser Gleichrichter sorgte für Schweißperlen auf der Stirn. Nicht nur, dass an der Außenkante der letzte Rest meiner Leiterbahn weg gefeilt werden musste, damit ich die Platine überhaupt in die Bodenwanne schrauben konnte und deswegen einen Bypass-Draht verlegte, sondern weil der Gleichrichter eigentlich viel zu fett ist, um zwischen den runden Pfosten des Deckel zu passen! Denn er steht genau zwischen ihnen, was man durch die beiden Schraublöcher gut erkennen kann. Da beide Pfosten aber nicht absolut senkrecht stehen und sich glücklicherweise um einen Hauch verjüngen, braucht man nur ein paar Striche mit der Feile zu tun und schon schlüpft alles perfekt ineinander. Passt wie Gummihandschuh!
Zum Ende hier noch ein paar Impressionen des Raumwunders:

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