Unterschiede

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--- anleitungen:stromversorgungmll [2024/08/23 13:02] – [Konstantstrom verstärken] raily74
+++ anleitungen:stromversorgungmll [2026/05/26 07:07] (aktuell) – [Strombelastbarkeit der Flachkabel und Wannenstecker] raily74
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 Zum Anschluss eines Netzteils sind auf allen Verteilerplatinen Schraubklemmen vorgesehen.
-Die untere Klemme ist für die 5V Einspeisung gedacht, die obere für 12 Volt.
+Die untere Klemme ist für die 5V Einspeisung gedacht, die obere für die zweite Spannung, die im Wannenstecker auf Pin 6 ausgegeben wird. Am Flexibelsten ist man, wenn man hier die maximalen 12 Volt einspeist.
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 ==== Strombelastbarkeit der Flachkabel und Wannenstecker ====
-Die Flachkabel und die Wannenstecker sind mit einer Strombelastbarkeit von 1A spezifiziert. Wenn zwischen zwei Verteilern ein größerer Strom fließt oder die Kabellänge größer als 1.5 Meter ist, dann sollte, parallel zum Flachkabel, eine zweiadrige Litze mit 0.75mm² verlegt werden. Diese wird über die Schraubklemmen mit der Verteilerplatine verbunden. Die unteren Klemmen sind für 5V vorgesehen. Die oberen Schraubklemmen (beschriftet mit „Opt“) können entweder für 5V oder für eine zusätzliche Spannung (z.B.12V) benutzt werden. Die zusätzliche Spannung kann allerdings nur in Verbindung mit 6-poligen Kabeln und Wannensteckern genutzt werden. Wenn keine zusätzliche Spannungsebene benutzt werden soll, dann wird der Lötjumper J1 auf der Unterseite der Platine verbunden. Dann können die oberen Schraubklemmen als 5V Ausgang zur Speisung der nächsten Verteilerplatinen verwendet werden. Bei der Verwendung von 6-poligen Kabeln werden die beiden zusätzlichen Leitungen dann zur Erhöhung der Strombelastbarkeit genutzt. Wenn J1 geschlossen ist können 2A zwischen den Verteilern fließen. Bei 6-poligen Leitungen verringert sich auch der Spannungsabfall weshalb die Abstände zwischen den Verteilern vergrößert werden kann.
+Die Strombelastbarkeit eines Standard-Flachbandkabels mit dem Querschnitt AWG 28 (ca. 0,08mm² bis 0,09mm²) liegt unter normalen Betriebsbedingungen bei maximal 1 Ampere pro Ader. \\
-Man sollte den Spannungsabfall auf den Verbindungsleitungen in jedem Fall überprüfen. Dazu kann man sich ein Testkabel erstellen mit dem Wannenbuchse auf der einen Seite und Bananensteckern auf der anderen Seite welche man mit einem Spannungsmessgerät verbindet. Während die WS2812 LEDs mit einer Spannung von 4V auskommen kann es z.B. bei den Sound Modulen schon problematisch werden.
+Da Flachbandkabel durch ihre Geometrie alle Adern direkt nebeneinander führen, gilt hier das Prinzip der gegenseitigen Erwärmung besonders stark. Für die sichere Auslegung müssen folgende Faktoren beachtet werden:
+**1. Abhängigkeit von der Anzahl belasteter Adern** \\
+Die Angabe von 1 A gilt, wenn nur ein Teil der Leitungen gleichzeitig Strom führt (z. B. bei Datenleitungen mit einzelnen Steuerströmen). \\ Werden alle Adern gleichzeitig voll belastet, muss der Strom massiv reduziert werden, da die Wärme im Zentrum des Flachbandkabels nicht entweichen kann:
+  * 1 Ader belastet: Bis zu 1,4 A bis 1,8 A möglich (Einzelader-Maximum in freier Luft).
+  * Wenige Adern belastet: 1,0 A pro Ader (Standardwert der Hersteller).
+  * Alle Adern belastet (Dauerstrom): Reduzierung auf 0,4 A bis 0,5 A pro Ader empfohlen, um eine Überhitzung (über 105°C) zu vermeiden.
+**2. Technisches Nadelöhr: Die Schneidklemmtechnik** \\
+Flachbandkabel werden fast ausschließlich mit IDC-Steckverbinder (Pfostensteckern im 2,54 mm Raster) verpresst. Die winzigen Metallgabeln im Stecker durchschneiden die Isolierung und kontaktieren die Litze. \\
+Diese Kontaktpunkte besitzen einen erhöhten Übergangswiderstand. Bei Strömen deutlich über 1 A erwärmt sich primär der Steckverbinder, was langfristig zu Kontaktschwäche oder Verschmelzungen führen kann.
+**3. Der Spannungsabfall bei AWG 28** \\
+Wegen des sehr geringen Querschnitts hat AWG 28 einen hohen Leiterwiderstand von etwa 215 bis 230 Ohm pro km bzw. ca. 0,23 Ohm pro Meter. Belastet man eine Ader mit 1 A, fallen pro Meter Kabel rund 0,23 V Spannung ab. \\
+Bei empfindlichen 3,3 V- oder 5 V-Logikschaltungen führt dies bereits bei kurzen Strecken zu Funktionsstörungen.
+Flachbandkabel eignen sich daher nicht zum Transport großer Ströme über weite Strecken, die Flachbandkabel sollten im Idealfall nur den Strom vom Verteiler zum Objekt (z. B. belebten Haus) führen. Der Universal Verteiler sollte im Idealfall immer über eine zweiadrige Litze mit 0.75mm² mit Strom versorgt werden. Diese wird über die Schraubklemmen mit der Verteilerplatine verbunden. Die unteren Klemmen sind für 5V vorgesehen. Die oberen Schraubklemmen des Universal Verteilers Pro (201) können für eine zusätzliche Spannung (z.B. 12 V) benutzt werden. Die zusätzliche Spannung kann allerdings nur in Verbindung mit 6-poligen Kabeln und Wannensteckern an ein Haus weitergegeben werden. \\
 Auch wenn es technisch möglich ist, den Strom von einer Verteiler-Platine zur nächsten durchzuschleifen, so raten wir dringend davon ab. Diese Option ist die „Quick and Dirty-Variante“ für die Werkbank. Unter der Anlage raten wir dringend zu einer separaten Einspeisung der Potentiale 5V und 12V. \\
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   * Micro Stepper zum Schließen von Toren
   * Getriebemotoren in bewegten Modellen
+=== Reihenschaltung am WS2811: ===
+{{:bilder:anleitungen:hilfestellungen:ws2811:ws2811_reihe.jpg?450|}}
+<WRAP important 100%>
+Einzel-LEDs und Reihenschaltungen können wie im oberen Beispiel gezeigt, im Mischbetrieb an einem WS2811 betrieben werden. Dabei sollten Einzel-LEDs aber nach wie vor mit 5 Volt versorgt werden und nur die Reihenschaltungen, die 12 Volt erfordern mit 12 Volt. Erforderlich werden 12 Volt bei mehr als einer blauen/weißen LED, bei mehr als zwei grünen/gelben LEDs oder bei mehr als drei roten LEDs. Bei nur zwei weißen/blauen bzw. drei roten LEDs an 12 Volt ist ein zusätzlicher Widerstand innerhalb der Reihe erforderlich.
+</WRAP>
+Dieselbe Schaltung lässt sich selbstverständlich auch an einem Ausgang eines [[anleitungen:bauanleitungen:521de_ws2811_extender24_v1-1|Single LED Connectors]] verwirklichen.\\
 ==== Konstantstrom ====
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 Während WS2812 RGB LEDs ihren eigenen Chip an Bord haben, müssen Straßenlaternen, KFZ-Scheinwerfer, Ampeln, Bahnübergänge und vieles mehr mit Einzel-LEDs betrieben werden. Um diese anzusteuern, benötigt man WS2811 Bausteine. \\
 Der WS2811 liefert an jedem seiner drei negativen Ausgänge exakt 18,5mA. Das hat den großen Vorteil, dass LEDs direkt und ohne Widerstand angeschlossen werden können. Auch die verwendete Spannung mit 5V ändert daran nichts. Theoretisch würde das sogar mit 12V funktionieren, jedoch müsste der WS2811 dann sehr viel Energie vernichten, was ihn heiß werden lässt. \\
-Für einzelne LEDs verwendet die MobaLedLib daher überall 5V (Single LED Connector, MultiUse Platine, Schokoladentafel). Allerdings lassen sich auch ganz einfach Reihenschaltungen von bis zu sieben LEDs an jeden Kanal des WS2811 anschließen. Wie viele LEDs maximal in Reihe funktionieren, hängt von den Durchlassspannungen der verwendeten LEDs ab. Rote LEDs beispielsweise haben eine Durchlassspannung von 1,6V. Bei sieben roten LEDs sind das in Summe 11,2V. Durch alle sieben LEDs fließen immer noch 18,5mA.
+Für einzelne LEDs verwendet die MobaLedLib daher überall 5V (Single LED Connector, MultiUse Platine, Schokoladentafel). Allerdings lassen sich auch ganz einfach Reihenschaltungen von bis zu sieben LEDs an jeden Kanal des WS2811 anschließen. Wie viele LEDs maximal in Reihe funktionieren, hängt von den Durchlassspannungen der verwendeten LEDs ab. Rote LEDs beispielsweise haben eine Durchlassspannung von 1,6V. Bei sieben roten LEDs sind das in Summe 11,2V. Durch alle sieben LEDs fließen immer noch 18,5mA, wenn man diese Reihenschaltung mit 12V betreibt.
+Bei der Anzahl der LEDs pro Reihenschaltung ist die Durchlass-Spannung je LED zu beachten, deren Summe 12 Volt nicht überschreiten sollte. Steht kein Datenblatt zur Verfügung, kann man sich an folgenden Werten orientieren. Der Strom, der durch jede Reihe fließt, wird auch hier auf die spezifischen 18,5 mA des WS2811 begrenzt, sodass kein Widerstand benötigt wird.\\
+^ LED-Farbe ^ Farbe ^ LED-Stromfluss ^ LED-Spannung normal (spezifisch)^
+| Rot | <color #ed1c24>█████</color> | 20 mA | 2,3 Volt (1,6–2,2 V)|
+| Grün | <color #22b14c>█████</color> | 20 mA | 2,1 Volt (1,9–2,5 V)|
+| Blau | <color #004EFF>█████</color> | 30 mA | 3,3 Volt (2,7–3,5 V)|
+| Gelb | <color #fff200>█████</color> | 20 mA | 2,1 Volt (1,9–2,5 V)|
+| Amber | <color #ff7f27>█████</color> | 40 mA | 2,0 Volt|
+| Weiß |   | 20 mA | 3,6 Volt (2,7–3,5 V)|
+| Pink | <color #ff69b4>█████</color> | 20 mA | 3,6 Volt|
+| Türkis | <color #40E0D0>█████</color> | 20 mA | 3,8 Volt|
+| Violett | <color #6600a1>█████</color> | 20 mA | 3,6 Volt|
+Somit kann man eine Lichterkette mit den Farben\\
+<color #ed1c24>██</color> <color #fff200>██</color> <color #22b14c>██</color> <color #004EFF>██</color> (9,8V) oder\\
+<color #ed1c24>██</color> <color #fff200>██</color> <color #22b14c>██</color> <color #004EFF>██</color>
+<color #ed1c24>██</color> (12,1V) oder\\
+<color #ed1c24>██</color> <color #fff200>██</color> <color #22b14c>██</color> <color #ed1c24>██</color> <color #fff200>██</color> (10,9V) oder\\
+<color #004EFF>██</color> <color #004EFF>██</color> <color #004EFF>██</color> (9,9V)\\
+bedenkenlos an einem 12 Volt-Ausgang betreiben.
+Nicht vergessen darf man dabei, dass gerade in beleuchteten Kraftfahrzeugen bereits die 5 Volt Reihenschaltung von Vorteil ist:\\
+<color #ed1c24>██</color> <color #ed1c24>██</color> (3,2V für zwei Rück- bzw. Bremsleuchten) oder\\
+<color #fff200>██</color> <color #fff200>██</color> (3,8V für zwei Blinker links oder rechts) \\
 ==== Konstantstrom verstärken ====
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   * Schalten von Wechselspannung
-Transistoren hingegen verstärken exakt das, was man ihnen liefert. Selbst das Flackern einer Leuchtstoffröhre wird exakt an den verstärkten Ausgang weitergegeben. Dabei ist der Abschluss eines Transistors nicht komplizierter als der eines Relais.
+Transistoren hingegen verstärken exakt das, was man ihnen liefert. Selbst das Flackern einer Leuchtstoffröhre wird exakt an den verstärkten Ausgang weitergegeben. Dabei ist der Anschluss eines Transistors nicht komplizierter als der eines Relais.
-**PNP Transistor BC327-25** \\
+=== PNP Transistor BC327-25 ===
 Der BC327-25 verstärkt das PWM Signal des WS2811 auf bis zu 800mA. Wenn man ihn einsetzt, hat man selbstverständlich keine Konstantstromquelle mehr. In diesem Fall werden LEDs und andere Verbraucher ganz klassisch mit Vorwiderstand angeschlossen.
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-**MOSFET Baustein HW 532** \\
+=== MOSFET Baustein HW 532 ===
-Wenn die 800mA des PNP Transistors nicht reichen, kann man Mosfet Bausteine einsetzen. Diese bekommt man in unterschiedlichen Ausführungen. Der hier empfohlene Baustein bietet einen Ausgang. Es gibt aber auch Platinen mit 4 oder 8 Kanälen.
+Wenn die 800mA des PNP Transistors nicht reichen, kann man Mosfet Bausteine einsetzen. Diese bekommt man in unterschiedlichen Ausführungen. Der hier empfohlene Baustein bietet einen Ausgang. Es gibt aber auch Platinen mit 4 oder 8 Kanälen. \\
+Arbeitsspannung und Steuerspannung sind galvanisch per Optokoppler getrennt, sodass die Sekundärseite auch mehr als 12 Volt schalten kann (hier bis max. 40 Volt).
 Angeschlossen wird er wie folgt:
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 {{:bilder:anleitungen:hilfestellungen:strom:hw532-anschluss.jpg?600|}}
+=== Arduino Relais-Karten ===
+Die fertigen Arduino Relaiskarten sind der einfachste Weg, um Abstellgleise oder Wechselstrom-Motoren zu schalten. Arbeitsspannung und Steuerspannung sind auch hier galvanisch per Optokoppler getrennt, sodass die Sekundärseite mehr als 12 Volt schalten kann.
+Angeschlossen werden die Relais wie folgt:
+{{:bilder:anleitungen:bauanleitungen:503:multiuse-relais8kanal.jpg?600|}}
+<WRAP round info 60%>
+Bei Verwendung der Multi-Use-Platine in Zusammenhang mit den Arduino Relais Modulen ergibt sich ein entscheidender Vorteil gegenüber WS2811 Schokoladentafeln. Die 100 nF-Keramikkondensatoren können als THT-Bauteile direkt in die Multi-Use-Platinen eingelötet werden. Somit wird das lästige Summen der Relais eliminiert.
+</WRAP>

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