ATX-Netzteil zur Stromversorgung von Steckplatinen

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Einleitung

Inhalt
Versuchsaufbau ATX Netzteil an Steckplatine

Oft kommt es vor, dass für Experimente und Versuchsaufbauten mehrere feste Spannungen benötigt werden. Da eventuell vorhandene Labornetzteil ist anderweitig besetzt, einstellbare Spannungen sind vielleicht nicht erforderlich. Außerdem wird für einige Spannungen ein hoher Strom benötigt.

Es liegt nahe, für solche Anwendungen ein ATX-PC-Netzteil zu verwenden. Die Vorteile sind:

  • relativ preiswert (Angebote ab 4,99 Euro)
  • robust
  • mehrere feste Spannungen gleichzeitig
  • hohe Ströme möglich
  • Standby-Spannung vorhanden
  • Netzschalter im Netzteil
  • mit Logiklevel und niedriger Leistung ein- und ausschaltbar
  • Power Good Signal vorhanden

Wegen dieser Vorteile wurde ein ATX-PC-Netzteil an Stelle eines AT-PC-Netzteils gewählt. Das AT-Netzteil hat folgende Nachteile:

  • es wird ein externer Netzschalter benötigt
  • es hat keine Standby-Spannung
  • es ist kaum noch erhältlich

Dennoch kann auch ein PC-AT-Netzteil z.B. aus einem alten PC verwendet werden. Es wird dann eine PC AT-Mainboardstromverlängerung benötigt.

Diese Anwendung zeigt, wie ein normales ATX-PC-Netzteil mit Hilfe von CEK-Modulen mit einer Steckplatine verbunden werden kann und was dabei zu beachten ist.

Inhaltsverzeichnis

Einsatz

Inhalt

Prädestiniert ist ein ATX PC-Netzteil z.B. für folgende Anwendungen:

  • embedded Controller und embedded PCs
  • allgemeine elektronische Schaltungen
  • Industrieelektronik
  • Automatisierung
  • kleine Roboter, Robotik
  • Leistungselektronik
  • Elektronik für Schrittmotoren
  • Elektronik für Gleichstrommotoren
  • Test von Schaltungen für KFZ (12V)
  • und viele mehr


Aufbau

Inhalt

Wie bekommt man nun die Anschlüsse eines ATX-Netzteils an eine Steckplatine? Das obige Bild zeigt einen Überblick über den Versuchsaufbau:

Die einzelnen Teile auf dem Bild:

  • Drahtbrücken
  • CEK-Module
  • Multimeter
  • Steckplatinen
  • Testkabel - Messleitung 0,6mm


Verbindung ATX-Netzteil mit Steckplatinen

Inhalt
Anschlussklemme 3,5mm abziehbare Anschlussklemmen [1]

Der Stecker des ATX-Netzteils wird über eine abgeschnittene ATX-Verlängerung an zwei CEK-Modul Anschlussklemme 3,5mm mit abziehbare Anschlussklemmen 10-fach CN-A01-10K [3] angeschlossen. Diese Anschlussklemmen haben eine abziehbare Anschlussleiste mit Schraubklemmen.

ATX-Verlängerungskabel

Das Bild zeigt das ATX-Verlängerungskabel im ursprünglichen Zustand.

ATX-Verlängerungskabel durchgeschnitten und an Klemme geschraubt

Das ATX-Verlängerungskabel wird in der gewünschten Länge durchgeschnitten. Benutzt wird der Teil des Kabels, an dem der Steckverbinder mit dem ATX-Stecker ist. Das Kabel des ATX-Netzteils hat einen Steckverbinder mit Buchsen. Die Adern des Kabels werden am abgeschnittenen Ende 5mm abisoliert und mit der Anschlussleiste der CEK Module [4] verschraubt.

ATX20 PC Stecker Anschlussbelegung

Im gezeigten Versuchsaufbau geschieht die Verbindung der ATX-Netzteilverlängerung mit den CEK-Modulen nach folgender Tabelle:

ATX20 PC Stecker

‎Der Steckverbinder auf der ATX-Netzteilseite sieht folgendermaßen aus (von unten, Kabelseite).

Anschlussklemme mit Kabel an Steckplatine Steckplatinen

Die CEK-Module [5] werden an den Rand der Steckplatine gesteckt und die Anschlussleiste wird in die Klemmen eingeführt.

Auf dem Bild zu sehen

  • Steckplatinen
  • CEK-Modul Anschlussklemme 3,5mm abziehbare Anschlussklemmen 10-fach CN-A01-10K [6]
  • Drahtbrücken
  • Testkabel - Messleitungen 0,6mm

Spannungen

Inhalt

Das ATX-Netzteil ist nun mit der Steckplatine verbunden. Folgende Spannung stehen zur Verfügung:

+ 3,3V

+ 5V

+ 5V Standby (Netzschalter ATX-Netzteil muss eingeschaltet sein

+ 12V

- 12V

- 5V

Sicherung

Inhalt
Schmelzsicherungen

ATX-Netzteile können erhebliche Ströme liefern. Insbesondere bei den Spannungen +3,3V +5V und +12V ist dies der Fall. Daher werden zur Absicherung Schmelzsicherungen verwendet.

Im Bild zu sehen:

  • ATX-Adapterkabel
  • CEK-Modul Anschlussklemme 3,5mm abziehbare Anschlussklemmen 10-fach CN-A01-10K [7]
  • Drahtbrücken
  • Schmelzsicherungen
  • Steckplatinen

Für zwei Beispiele können die Werte für die Ströme aus der folgenden Tabelle entnommen werden:

  Skyhawk 250W Enermax 350W
Spannung Strom Strom
V A A
 +3,3 14 32
 +5 20 32
 +5 STB 0,8 2,2
 +12 8 26
 -12 0,5 1
 -5 0,5 1

ATX20_Strom_0001

Die meisten ATX-Netzteile schalten bei einem Kurzschluss komplett ab und müssen dann neu eingeschaltet werden. Aber darauf kann man sich nicht bei allen Netzteilen verlassen.

Die einzelnen Spannungen müssen daher unbedingt einzeln abgesichert werden! Arbeiten Sie daher nie ohne Absicherung. Bei Kurzschlussströmen von z.B. 25A können schwerwiegende Schäden entstehen!

Die Kontakte der

  • CEK-Module
  • Steckplatinen
  • Drahtbrücken
  • Testkabel - Messleitung 0,6mm

sind für 3A ausgelegt. Ein einzelner Zweig einer Betriebsspannung der hoch belastbaren Spannungen (+3,3V +5V und +12V) wird daher mit einer Schmelzsicherung 3A träge abgesichert. Die übrigen Spannungen werden mit 1A träge abgesichert. Werden höhere Ströme benötigt, können die Bahnen der Steckplatinen, die Laborkabel usw. parallel betrieben werden. Die Schmelzsicherungen werden entsprechend dimensioniert.

Temperaturmessung am PTC bei Kurzschluss mit Multimeter

Beim Experimentieren kann doch einmal ein Kurzschluss passieren. Es ist lästig, wenn dann immer die Schmelzsicherung ersetzt werden muss. Hinter der Schmelzsicherung kann man dann selbst- rückstellende Sicherungen einsetzen. Dies sind PTCs, welche es von den Firmen Siemens Matsushita oder Schurter und anderen gibt. Dabei ist folgendes zu berücksichtigen:

Die Sicherungen verursachen einen zusätzlichen Spannungsabfall. Dieser hängt vom Innenwiderstand des PTC bei Raumtemperatur ab.

Die PTCs benötigen etwa die doppelte Stromstärke um Auszulösen und einige Sekunden Zeit. In dieser Zeit ist der Kurzschlussstrom nur durch den Widerstand des PTC und die anliegende Spannung begrenzt. Was für den Spannungsabfall im Betrieb gut ist, ist für den Kurzschlussstrom schlecht.

Der Siemens Matsushita PTC C940 hat z.B. bei Raumtemperatur einen Innenwiderstand von 2,5 Ohm. Bei einem Bedarf von 0,1A für eine Mikrocontroller Schaltung haben wir daher einen Spannungsabfall von 0,25 V. Bei einer Eingangsspannung von 5V fließen im Fall eines Kurzschluss anfangs also 2A. Bei 12 V Eingangsspannung fließen kurzfristig 4,8A. Nach ca. 2 Sekunden geht der Kurzschlussstrom auf < 0,2A zurück. Der PTC wird dabei sehr heiß, bei 12V wurden mehr als 130C gemessen. Vorsicht Verbrennungsgefahr!

Die Absicherung über PTC verhindert Schäden

  • am ATX-Netzteil
  • den Steckplatinen
  • den Kontakten der CEK-Module
  • den Laborkabeln
  • den vorgeschalteten Schmelzsicherungen

Die angeschlossene Schaltung ist jedoch nicht vor Schäden geschützt! Dies kann nur durch eine aktive elektronische Absicherung geschehen!

Ein- und Ausschalten

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Kippschalter [2] zum Ein und Ausschalten des ATX Netzteils

Das ATX-Netzteil wird über den Kontakt /PS_ON ein- und ausgeschaltet. Die zugehörige Leitung ist grün, siehe Tabelle ATX-Anschlüsse. Der Kontakt ist aktive low, d.h. das Netzteil wird eingeschaltet, wenn der Kontakt /PS_ON gegen Masse geschaltet wird.


/PS_ON Spannung Strom
  V µA
offen 2,45V 0
geschlossen 0 145

Tabelle /PS_ON Spannungen und Ströme

Die einfachste Möglichkeit zum Ein- und Ausschalten des ATX-Netzteils ist ein CEK-Modul Kippschalter S-TG02-1U [8] . Das Netzteil kann auch über einen Tastschalter, wie z.B. CEK-Modul Drucktaster 4 fach nicht geerdet farbige Hauben SP-B01-41N [9] ein- und ausschalten werden, allerdings wird dann ein Flip Flop benötigt, welches bei jedem Tastendruck umschaltet. Auch das direkte Ein- und Ausschalten über einen Port eines Mikrocontroller ist möglich.

Minimaler Betriebsstrom Ein ATX-Netzteil benötigt in der Regel zum Anlaufen einen minimalen Betriebsstrom bzw. eine minimale Belastung der 5V Betriebsspannung. Der minimale Strom liegt etwa bei 0,25A. Die 5V Spannung wird daher mit einem Widerstand von 18 Ohm / 5 Watt belastet.

Erst durch diese minimale Belastung stellen sich bei den meisten ATX-Schaltnetzteilen auch die übrigen Betriebsspannungen sicher und in der richtigen Höhe ein.

Belastungs-Tests

Inhalt
Belastungstest mit Lastwiderstand

Auf dem Bild zu sehen:

  • Steckplatinen
  • Klemmprüfspitzen

Um die einzelnen Spannungen testen zu können, werden ein oder mehrere parallel geschaltete Widerstände auf einer weiteren Steckplatine aufgebaut (Dummy Load). Alternativ kann auch eine elektronische Last verwendet werden. Wie im Bild Übersicht über den Versuchsaufbau zu sehen, werden Spannung und Strom zur gleichen Zeit mit zwei Multimetern gemessen. Der durch den Versuchsaufbau erzeugte Spannungsabfall beträgt etwa 200mV bei einem Laststrom von 1A. Die flexiblen Laborkabel mit vergoldeten 0,55mm Stiften und Ösen für die Prüfklemmen der Multimeter helfen bei einem schnellen Aufbau des Versuchs.

Siehe auch (Artikel)

Inhalt

Bezugsquellen

Inhalt
  • CEK - Module [10]
  • CEK-Modul Anschlussklemme 3,5mm abziehbare Anschlussklemmen 10-fach CN-A01-10K [11]
  • CEK-Modul Kippschalter S-TG02-1U [12]