Schaltkastenheizung mit PoE Stromversorgung

DECT- Telefone auf Firmengeländen mit grossen Aussenarealen: Manchmal ist zur Sicherstellung der Abdeckung die Installation einer DECT Basisstation im Freien notwendig. Wenige Hersteller von Basisstationen bieten diese Variante an.
Also eine oder zwei Standardstationen in einem wetterfesten Kunststoffkasten an geeigneter Stelle draussen montieren.
Jetzt braucht es noch die Ethernetverbindung und eine Stromversorgung. Und zur Sicherheit im Winter eine Heizung im Kasten. Nach einer Kostenschätzung des Elektrikers für eine 230V- Versorgung war klar: So wird es zu teuer.
Also die Leistung übers Datenkabel, sprich PoE (Power over Ethernet), mit einem Splitter mittlerer Leistung im Kasten.
Der verwendete Polycarbonatkasten, UV- beständig und wasserdicht, wird so gross gewählt dass die Basisstation und der PoE- Splitter sowie ein kleines Heizelement gut Platz finden. Der PoE- Splitter liefert die benötigten 9 Volt Gleichspannung für die Basisstation mit einer Leistungsreserve von etwa 12 Watt. Erfahrungsgemäss reichen in einem kleinen Gehäuse wenige Watt Heizleistung zusammen mit der Verlustleistung der verbauten Geräte aus um die Temperatur über dem Gefrierpunkt zu halten.
Nun sind fertige 8..10 Watt Heizungen für 9 Volt nicht einfach zu bekommen. Also einen entsprechend dimensionierten Leistungswiderstand, thermisch gut gekoppelt mit einem Kühlkörper verbinden. Ist beinahe genauso effizient.
Als Kühlkörper wurde eine lange schmale Bauform mit kleinem C/W Wert gewählt. Er strahlt die Wärme gleichmässig unter der Basisstation ab. (Leider sind die gemachten Fotos nicht mehr vorhanden)

Bleibt noch der Thermostat für die Heizungsregelung. Diese mechanischen Bimetallschalter welche in den Schaltschränken Verwendung finden sind ziemlich klobig. Deshalb habe ich einen elektronischen Thermostaten entworfen, auf dessen Print auch gleich die Verteilung der Speisung realisiert ist. Er beruht im Wesentlichen auf einem Sensor-IC TC622 von Microchip und einem Leistungs-FET. Der Schaltpunkt wird über einen einzelnen Widerstand definiert. In dieser Anwendung Ein bei +6°C, Aus bei +8°C. Alle Verbindungen sind über Federklemmen anschliessbar. Es gibt einen separaten Anschluss für eine im Kastenboden befindliche Status-LED zur Heizung.

Tiefentladeschutz für 12V Akkumulator

Ansicht Print im Unterteil Gehäuse

In vorhergehenden Beiträgen habe ich schon Einiges zur Siemens Logo mit Batteriebetrieb geschrieben, unter Anderem von der Notwendigkeit den Bleiakku vor Tiefentladung zu schützen. Von den erhältlichen Geräten entsprach keines meinen Vorstellungen. So habe ich selber eine auf die Anwendung zugeschnittene Schaltung entworfen.
Herzstück der Schaltung ist ein integrierter Spannungsdetektor ICL7665S von Renesas. Dieser Baustein weist präzise Schaltschwellen auf, kann an Speisungen bis 18V betrieben werden und hat eine Stromaufnahme von maximal 10 µA. Der Detektor ist so dimensioniert dass er bei Spannungen ≤10.5 Volt ausschaltet und bei ≥11.4 Volt einschaltet. So wird die Batterie bei einer Zellenspannung von < 1.75 Volt vom Verbraucher getrennt.
Geschaltet wird die Spannung durch einen Leistungs-MOSFET, der bei einem Strom von 4 A einen Spannungsabfall von lediglich 0.1 V verursacht.
Am Eingang befindet sich eine 4 Ampère Sicherung, die bei Überstrom, Überspannung > 20 V oder Verpolung ausgelöst wird.
Eine grüne LED zeigt den Schaltzustand an.
Die ganze Schaltung ist in SMD auf einem Print mit den Massen 30 x 45 mm aufgebaut und in einem Kleingehäuse untergebracht. Der Anschluss erfolgt über fest angelötete Kabel mit passendem Querschnitt.

DC- Stromversorgung mit USV

Eine vor kurzem realisierte Entwurfsarbeit. Es handelt sich um eine Gleichstromversorgung für Fahrzeuganwendungen mit integriertem USV- Teil. Die Energie wird in Kondensatoren (Supercaps) gespeichert und kann den Verbraucher bei Wegfall der Primärspeisung etwa 60 Sekunden stützen.
Der Ladevorgang nimmt nur wenige Minuten in Anspruch.

Die Einheit basiert auf einem DC/DC Wandler in Industriequalität und dem integrierten Backup- Controller LTC3350 von Linear Technology.

Screenshot Printlayout

Ausgeführte Arbeiten:

  • Modifikation einer Standard- Applikationsschaltung
  • Teilweise Neuberechnung von Komponentenwerten
  • Evaluation von aktiven und passiven Komponenten
  • Erstellen von Schema und Printlayout
  • Stückliste und Kostenberechnung Serienfertigung
  • Koordination mit dem Fertigungsdienstleister
  • Mitarbeit bei Funktionstests und Ausmessen des
    Prototypen