Stromverteiler für Modellbahn

    Beim Einsatz leistungsstarker Schaltnetzteile ist der Sekundärstrom oft zu hoch, um damit einzelne Baugruppen zu versorgen. Im Falle eines Kurzschlusses können erheblich Leistungen geliefert werden, die zu entsprechender Erwärmung und und Brandgefahr führen.

    Des weiteren verursacht das gleichzeitige Einschalten vieler Verbraucher (insbesondere die Eingangskapazität der Baugruppen) eine massive Stromspitze, die fallweise vom Netzteil oder nicht mehr toleriert wird. Mehrere solcherart belastete Netzteile können dann auch eine Primärabsicherung auslösen.

    Der hier vorgestellte Stromverteiler löst diese Probleme: Jeder Abgang ist separat abgesichert und die Abgänge werden zeitversetzt und weich zugeschaltet.

Eigenschaften

  • 6 Ausgänge, wählbare Absicherung je Ausgang, max. 4A/Ausgang
  • Jeder Ausgang mit Kontroll-LED, deaktivierte Ausgänge bzw. kaputte Sicherungen sind so leicht zu sehen.
  • 2 Gruppen mit je 2+1 Ausgängen; getrennt oder gemeinsam schaltbar
  • Eingangsanschluß über direkt direkt per Kabelringschuh aufgeschraubt Leitung oder 6,3mm Stecker wie im KFZ Bereich (faston)
  • anreihbare Platine: Kontakte und Bohrungen liegen übereinander
  • auswechselbare SMD Sicherungen (verschiedene Werte möglich), alternativ dazu selbstrückstellende Polyfuse bestückbar
  • Softstart (RC-Glied), damit auch größere Kapazitäten (z.B. Mobalist) problemlos eingeschalten werden können
  • Betriebsspannungsanzeige per 7-Segment Anzeigen alternativ Kontroll-LED für die Eingangsspannung.
  • Ausgangsklemmen alternativ als WAGO Klemme (2,5mm² Abgänge) oder normale Printklemme mit RM 5,08mm.
  • Platinengröße: 49x79mm
  • Kleinste verwendete Bauform: 1206 (ca. 3,2x1,6mm), also auch für SMD Löt-Anfänger geeignet. LEDs alternativ auch als 3mm LED mit Anschlußdrähten möglich

Schaltplan


    Die einzelnen Ausgänge oder Ausgangsgruppen werden mit ein Power MosFET Si4401 geschaltet. Das Gate dieses FET wird über einen Kondensator und Widerstand langsam abgesenkt, so dass der FET erst ein paar Millisekunden nach dem Anlegen der Stromversorgung leitend wird und dann nicht hart, sondern mit einer langsameren Rampe durchschaltet.
    Durch Entladen des Kondensators (Schalter S1 und S2) läßt der FET ein- bzw. Ausschalten.

    Diese Abbildung zeigt die Simulation des Spannungsverlaufs bei 2A Last je FET, R und C wurden zu 500nF sowie 1MOhm gewählt.
    Wenn die Schaltbarkeit und Softstart nicht gewünscht ist, kann man FET und Bauteile weglassen und statt dessen die Lötbrücken unter dem FET schließen.

    Der geschaltete Ausgang wird dann über die Sicherung F1 bzw. F11 (unterschiedliche Bauformen) zur Ausgangsbuchse geleitet. Dabei ist dann für jeden Ausgang eine Kontroll-LED vorgesehen, um eventuell 'geflogene' Sicherungen schnell erkennen zu können.

Layout


    Das Layout ist 79 x 49mm groß, Eingang und Weiterleitung werden jeweils mittels Kabelschuhen und direktem Anschrauben auf der Platine ausgeführt, optimal sind hier Einlötmuttern M3 zu verwenden, normale Schrauben mit M4 gehen aber auch. Die Einzelausgänge sind als Anschlußklemmen im Raster 5.00mm bzw. 5.08mm ausgeführt, das Raster des Layouts ist 5,08 - i.d.R kommt man da auch mit 5mm rein. Es passen alle Schraubklemmen mit einem Anschlußstift, aber auch Klemmen mit Doppelstiften (5mm Abstand) wie z.B. Wago 236, aber auch Wago 250. Diese gibt es z.B. bei Reichelt in 6-polig (WAGO 250-506), dann muß man zwei Stück nehmen, einmal den Deckel runtermachen und dann mit der andern zusammen stecken.

Aufbauhinweise

    Der Aufbau gestaltet sich nicht weiter schwierig. Wenn Einlötmuttern verwendet werden, beginnt man am besten mit diesen, da Löten der Muttern erhebliche Wärmemengen benötigt werden und durch die breiten Kupferbahnen viel Wärme von der Lötstelle abfließt. Fallweise muß man die Platine vorwärmen oder mit zwei Lötkolben arbeiten. Die Einlötmutter werden in die Platine eingedrückt und dann satt (richtig satt) mit viel Lötzinn verlötet. Das Lötzinn muß komplett im ganzen Bereich der Mutter verlaufen.
    Man kann auch normale Messingmuttern auf der Unterseite anlöten. Diese muß man aber mit einer Stahlschraube gegen verrutschen während des Lötens sichern.

    Anschließend montiert man die SMD-Bauteile und dann die Durchsteckelemente bzw. Klemmen. Bei den Dioden kann man 1N4001 in SMD oder auch 1N4148, PMEG3010 (o.ä.) verwenden. Ebenso lassen sich LEDs in SMD (1206 / 0805 / 0603) oder in Durchstecktechnik (3mm) verbauen.

Stückliste

    Alternativen sind mit * gekennzeichnet.
    St.Artikel
    1Wago 236-412 12-polige Klemmleiste Rastermaß: 5,08mm
    2 *Wago 250-506 6-polige Klemmleiste
    6 *Printklemme, RM 5,08, Käfigzugausführung
    4SI4401, MOS Transistor P-FET SO8
    7SMD-LED 1206 GN
    7 *LED 3mm GN
    6OMH 125 HALTER (SMD Sicherungshalter für OMT)
    6OMT 125 4,0A
    6 *Polyfuse 4,0A/25V
    6SMD-1206 4,7K (SMD-0603 geht auch)
    2SMD-1206 100K (SMD-0603 geht auch)
    2SMD-1206 1M (SMD-0603 geht auch)
    4Schraubensatz M4
    4 *Schraubensatz M3 mit Einlötmutter
    2Tastschalter 7x7 (z.B. von alibaba)
    1Minivoltmeter (z.B. von alibaba) (*dann entfällt eine LED)
    5Kondensator 1µ0/50 oder 470nF; Bauform 1206 geht auch)
    21N 4001 SMD oder PMEG 3005 (o.ä.)

Unterlagen

    Folgende Unterlagen werden nur für den privaten Gebrauch bereitgestellt. Jegliche Weiterveröffentlichung oder kommerzielle Nutzung ist untersagt, es gibt auch keine Haftung für die Richtigkeit ;-)

    Schaltplan und Layout:
    Schaltplan:
    Layout:
    Bestückung:
    Eagle: (bitte per mail anfragen)