Haftungsausschluss!
Für die Richtigkeit, der auf meinen Webseiten gemachten Angaben, übernehme ich keinerlei Haftung!
Ein Nachbau bzw. Eigenbau geschieht immer auf eigenes Risiko!


Automatische Selbstabschaltung des Computers, inklusive Peripheriegeräte
Seite 1: Planung Seite 2: Umsetzung


Ein heruntergefahrener Computer und andere Geräte im Standby verbrauchen Strom! Das sollte jedem klar sein. Die einzige Chance besteht darin, das Gerät vom Netz zu trennen. Hierfür gibt es im Handel Steckdosenverteiler mit eingebautem Schalter. Sehr praktisch und auch sehr nützlich. Immerhin lässt sich damit nicht nur Strom sparen, sondern auch die ganze Computeranlage mit allen angeschlossenen Geräten mit einem Fingerdruck abschalten.

Aber ein Problem bleibt. Man muss erst warten, bis der Computer runtergefahren ist, bevor man den Schalter betätigt, sonst würgt man den Rechner ab und das macht er nicht oft mit. Irgendwie sollte es sich regeln lassen, dass sich alles selbstständig vom Netz trennt, wenn der Computer runtergefahren ist. Außerdem wäre es sehr wünschenswert, wenn nach einem Stromausfall der Rechner nicht sofort wieder anspringt, nur weil der Schalter noch auf ON steht. Es ist also sinnvoll, wenn der Rechner in dieser Situation abgeschalten bleibt!

Zielsetzung ist folgende: Der ganze Schreibtisch (PC, Monitor, Lautsprecher, Licht) soll durch einen einzigen Tastendruck in Betrieb genommen werden und sich durch das Runterfahren des PC automatisch wieder vollständig vom Netz trennen. Eine eventuell nötige Schaltung darf keinen Ruhestrom verbrauchen, muss im Betrieb möglichst wenig Energie verschwenden und darf auf keinen Fall viel kosten. Ok, beim Letztgenannten mache ich mal ein paar Abstriche, weil schon die Bopla-Gehäuse unverhältnismäßig teuer sind.


Planung:

Schaltnetzteile in Computern sind garantiert nicht zimperlich beim Austeilen von Stromspitzen. Gelegentlich merkt man das am Netzschalter der Steckdosenleiste. Diese Kontakte brennen relativ schnell weg, wenn man es mit der Gesamtlast übertreibt. Die Gesamtleistung aller Geräte auf dem Schreibtisch erreicht eigentlich nie 2000 Watt, aber das ist nur das zulässige Maximum der Steckdosenleiste!

Jedoch die Ein- und Ausschaltspitzenströme von großen Schaltnetzteilen erreichen durchaus 100A und mehr. Diese  verursachen Lichtbögen zwischen den Kontakten, die im Laufe der Zeit den Kontakt wegdampfen. Sie sind zwar nur extrem kurz, aber ein Kontakt vergisst einen Lichtbogen nie! Man sollte bei solchen Verbrauchern immer mit dem Schlimmsten rechnen. Es empfiehlt sich entsprechend überdimensionierte Relaiskontakte zu verwenden, die nicht nur eine Woche problemlos arbeiten.

Die passende Kleinspannung für das Relais liefert der PC während des Betriebs durch sein Netzteil. Am Power-Connector liegen Masse (schwarz), +5V (rot) und +12V(gelb) bereits an, was für diesen Zweck mehr als komfortabel ist, denn das Netzteil schaltet die 5/12V Kabel ab, wenn der Rechner runtergefahren ist und das Netzteil in den Standby geht. Für den Betrieb des Relais wäre schon mal gesorgt. Wie sieht es jedoch mit dem Einschalten aus?

Die primitivste Form ist eine Überbrückung der Relaiskontakte, um den Stromfluss kurzzeitig herzustellen. Sobald der Rechner läuft, übernimmt das Relais diese Funktion. Das setzt natürlich voraus, dass der Rechner auch anspringt, wenn die Netzspannung angelegt wird. Leider gibt es nicht in jedem Rechner in den BIOS-Einstellungen die Option im Power-Management! Dort muss es die Einstellmöglichkeit geben, wie der Rechner sich zu verhalten hat, wenn die Netzspannung getrennt wurde.

Folgende oder ähnliche Optionen müssen dort zur Verfügung stehen:
Power ON after Power fail - starte sofort
Power OFF after Power fail - bleib im Standby
last Stat after Power fail - letzter Zustand vor der Stromabschaltung

Wenn die Option auf POWER-ON, bzw. ALWAYS-ON gesetzt wird, sollte der Rechner starten, sobald Netzspannung angelegt wird. Ich sage bewusst "sollte", denn ich hatte schon 2 PC's, bei denen diese Option zwar vorhanden war, aber diese keinerlei Einfluss hatte. Man konnte einstellen, was man wollte, der PC startete einfach nicht beim Zuschalten der Netzspannung - er blieb immer im Standby bis zum Drücken der Frontpaneltaste. Mein neuer Rechner kann sofort starten, wenn der Strom zugeschalten wird.
Bedenke: das ist die Grundvoraussetzung für die Funktion der ganzen Schaltung!

Zusätzliche Funktionen:

- das Relais soll nach dem Runterfahren des PCs nicht sofort abfallen, sondern noch einen kleinen Moment angezogen bleiben, um den PC und seine Peripherie zur Ruhe kommen zu lassen, um den Abschaltfunken im Relais zu minimieren. Jedoch nicht zu lange, um auch bei relativ kurzem Stromausfall die ganze Anlage stromlos zu belassen. Der zeitliche Kompromiss liegt ungefähr bei 2 Sekunden.

- Die durch das PC-Netzteil versorgte Schaltung soll so wenig wie möglich Strom verbrauchen und darf keinesfalls selbst eigene Stromspitzen im PC-Netzteil verursachen.

- Die Stromversorgung muss auch manuell zuschaltbar sein, wenn der PC nicht zur Verfügung steht und so das Relais nicht ansteuern kann (Not-Ein).

- Die Stromversorgung muss auch manuell abschaltbar sein, wenn der PC nicht runterfahren kann und so das Relais nicht abfallen wird. Das wäre als Notlösung zum Abwürgen des Computers die letzte Chance auf den stromlosen Zustand zu betrachten (Not-Aus).

Für eine Netztrennung wie in der Steckdosenleiste braucht man ein Relais, welches die extremen Stromspitzen beim Ein- und Ausschalten dauerhaft übersteht. Finder hat einige Modelle zur Auswahl, die dieser Aufgabe gewachsen sind. Den Typ "Finder 40.52" bekommt man in verschiedenen Versionen. Man benötigt zwei 250V-Schließer (oder Wechsler) mit einer Strombelastbarkeit von mindestens 8A, was einer Schaltleistung von ca. 2000VA entspricht. Bei der Auswahl muss unbedingt auf eine VDE-Zulassung geachtet werden!

Die gleiche Schalt- und Strombelastung betrifft auch alle verwendeten Schalter, Taster, Kabel und Verbindungen! Die Zuleitungen müssen mindestens 1,5mm Kupferlitze besitzen und alle Bauteile müssen für einen Dauerstrom von mindestens 8A geeignet sein und eine sehr hohe Impulslast schadlos überstehen. Die Netzumgebung ist eine sehr raue Welt für alle beteiligten Elemente! Überdimensionierung ist insbesondere unter Netzspannung bei induktiven, oder kapazitiven Lasten immer erforderlich! Die extreme Belastung darf keinesfalls unterschätzt werden!

Auf der Netzseite sind 3 Teile notwendig. Zum Ersten ist es das Relais, welches die Netzspannung zum PC aufrecht erhält. Zum Zweiten ist es ein Taster, der die Relaiskontakte überbrücken kann, damit der PC startet. Als letztes kommt noch ein Überbrückungsschalter hinzu, um notfalls alle Kontakte zu überbrücken.

Im Schaltplan sieht das so aus:

Oben ist das Relais, welches nach dem Start des Netzteil anzieht und die Stromzufuhr aufrecht erhält. In der Mitte ist der Schalter, der die Not-Ein-Funktion übernimmt und notfalls den Strom einschalten kann, ohne auf ein PC-Netzteil angewiesen zu sein. Unten ist der Ein-Taster, mit dem die Stromzufuhr kurzzeitig hergestellt werden kann, bis der PC startet und das Relais den Taster überbrückt.
Noch ein wichtiger Tipp für den Aufbau. Auf jeden Fall farblich gut unterscheidbare isolierte Kabel verwenden! Schleicht sich bei der Verkabelung ein Fehler ein, produziert man einen Kurzschluss in der Netzleitung!!! Ein Kurzschluss der Netzspannung ist eine extreme Belastung für alle Bauteile! Also lieber alles mehrmals durchmessen und prüfen, bevor die Schaltung an die Steckdose kommt!!!


Planung der Kleinspannunshälfte:
Man schleift einen Stromanschluss für 5 1/4 Laufwerke, oder zumindest eine der beiden Spannungen (5 oder 12V) mit ihrer Masse durch ein Slotblech aus dem Rechner zu einem Relais.
Beim Betrieb von Relais muss man die Induktion der Spule bedenken, die beim Abschalten des Relais eine nicht unerhebliche Spannung induziert, die mit umgekehrter Polarität aus der Spule kommt. Diese Spannung wird ganz einfach durch eine Schutzdiode kurzgeschlossen, die in Sperrrichtung parallel zur Relaisspule angeschlossen wird.
Da nun die Schaltung über exakte Polung der Versorgungsspannung verfügen muss und bei Verpolung einen Kurzschluss über die Schutzdiode darstellt, sollte man unbedingt eine Diode in Flussrichtung einbauen, die bei falscher Polarität der Versorgungsspannung sperrt und so das Netzteil des PC vor einem Kurzschluss schützt. Das Schlimmste, was so passieren kann ist - Es funktioniert nicht ;-)
Darüber hinaus wird diese "Flussdiode" (ich bezeichne sie mal so, weil sie nichts anderes tut) noch anderweitig benötigt. Doch dazu gleich...
Für ein verzögertes Abfallen des Relais sorgt ein großer Elektrolytkondensator (Elko), der durch die Versorgungsspannung des Relais geladen wird und sich beim Abschalten dieser Spannung in das Relais entladen kann, wodurch das Relais bis zur Unterschreitung des "Haltestrom" angezogen bleibt.
Spätestens jetzt wird er Einsatz der Flussdiode dringend nötig. Zum einen darf von außen keine Spannung in den PC gelangen und zum anderen würde das Relais sofort abfallen, da sich der Elko schlagartig in den PC entlädt. Nach dem Abschalten des Netzteils fällt die Versorgungsspannung gegen Null wodurch auf der Kondensatorseite der Flussdiode eine höhere Spannung anliegt und diese Diode sperrt. Zusätzlich sorgt der Elko für ein weiteres sanftes Absinken der Relaisspannung, sodass die Induktion beim Abfallen des Relais stark unterdrückt wird. Da der Elko beim Zuschalten der Relaisspannung sofort hohen Ladestrom benötigt, sollte dieser durch einen Widerstand begrenzt werden, da sonst die Forderung nach möglichst keinen, oder geringen Einschaltstromspitzen nicht erfüllt wird.
Nun wird zwar der Kondensator mit geringem Strom langsam geladen, aber auch die Entladung in das Relais würde nur langsam und mit viel zu wenig Strom erfolgen, wodurch es sicher sofort abfallen würde. Damit die Entladung nicht über den Widerstand erfolgt, kommt parallel zum Widerstand eine Entladediode, die den Entladestrom am Widerstand vorbei direkt zum Relais leitet.
Jetzt fehlt nur noch ein Aus-Taster zum unterbrechen des Stromkreises, damit das Abfallen des Relais erzwungen werden kann und eine Anzeige LED, für den Status. Man muss jedoch beachten, dass auch die LED beim Abschalten den Strom aus dem Kondensator zieht und somit das Abfallen des Relais beschleunigt wird.

Ich wollte ursprünglich einen USB-Anschluss benutzen, um die 5V-Spannung für das Relais zu verwenden. Dann hätte man den PC nicht öffnen müssen und die Box wäre deutlich komfortabler anzuschließen. Meine Tests haben aber gezeigt, dass das nicht ohne Probleme möglich ist.

Ich habe zuerst versucht ein 6V-Relais mit den 5V aus dem USB-Port zu speisen, was auch problemlos ausreichte. Jedoch die Versuche mit den Pufferkondensator gingen richtig nach hinten los. Meine Versuchsaufbauten zeigten zuerst keinen und später einen geradezu winzigen Zeitintervall bis zum Abfallen des Relais, obwohl meine Elkos schon recht wuchtige Ausmaße annahmen.

Unter 12Volt zeigte sich eine deutlich bessere Verzögerung. Mit einem 4.700F/16V Kondensator dauert die Entladung fast genau 2 Sekunden bis das Relais abfällt. Wenn jedoch statt des 12V-Relais ein 6V-Relais zum Einsatz kommt und dessen Widerstand nur die Hälfte des 12V-Typ beträgt, wird der Strom verdoppelt und das Relais wird entsprechend schnell abfallen. Meine Schätzung belief sich auf ca. eine halbe Sekunde. Ein Test zeigte jedoch nur ca. 0,25 Sekunden.

Ich testete nun mit diversen Gold-Caps, um einen Verdacht zu bestätigen... und verdammt! Es stimmt!
Ich habe 5,5V-Cold-Caps mit 1F, 470mF, 220mF getestet und war überrascht, wie genau die Ergebnisse meiner Schätzung waren. Ein 6V-Relais mit 5V gespeist und einem 1F-Puffer im "Rücken" erreichte satte 50sek Abfallzeit mit entsprechender Vorladezeit. Bei 470mF (470.000F) waren es nur noch ca. 23 Sekunden, bei 220mF nur noch etwas mehr als 10 Sekunden, und bei 4.700F sind es nur noch deprimierende 0,23 Sekunden (ausgerechnet!) - was meiner Schätzung beim vorherigen Test erstaunlich nahe kommt.

Also entweder ersetzt man den Puffer durch einen 47mF Kondensator (47.000F), um auf etwa 2 Sekunden zu kommen, oder man belässt es bei der 12V-Version mit 4.700F. Mit herkömmlichen Kondensatoren sind 47mF einfach unzweckmäßig, oder einfach nicht finanzierbar. Es kommt nur ein Gold-Caps in Betracht!

weiter zur Umsetzung

nach oben
bisher 31115 Gäste