ATX-PC-Netzteile für stabile 13,8 bis 14,2 Volt umbauen

Nachdem ich einige AT-Netzteile auf stabilisierte 13,8 Volt umgebaut hatte, habe ich nun ein ATX-Netzteil nach der gleichen Methode umgebaut. Mein Exemplar liefert wie gewünscht 14 Volt bei maximal 18 Ampere. Der Spannungsabfall zwischen Leerlauf und Volllast beträgt weniger als 100 mV. Dieses Netzteil wird erfolgreich für die Stromversorgung eines Amateurfunk-Kurzwellen-Transceivers betrieben, da kein Rauschen festzustellen ist. Selbstverständlich können mit diesem Netzteil zum Beispiel auch Autobatterien aufgeladen werden.  Mein Exemplar ist zudem kurzschlussfest. Leider sind dies aber nicht alle Schaltnetzteile.

Abgrenzung zum Umbau von AT-Netzteilen: AT-Netzteile Sie sind älterer Bauart und besitzen einen Netzschalter, der über Kabel zur PC-Front geführt werden kann. Außerdem besitzen sie kein grünes Kabel. Unter Umbau PC-Schaltnetzteile für stabile 13,8 Volt ist deren Umbau beschrieben, welcher nach dem gleichem Prinzip erfolgt.

Ein ATX-Netzteil vor dem Umbau. Laut seines Aufklebers kann der 12-Volt-Ausgang maximal 18 Ampere liefern, bevor die Überstromschutzschaltung das Netzteil abschaltet. Diese Exemplar gab es für unter 20 Euro und hatte nach drei Jahren Betrieb (etwa 17.000 Stunden) wegen defekt gewordener Elkos nicht mehr zuverlässig in einem PC gearbeitet.

Sicherheits- und Warnhinweise: In PC-Schaltnetzteilen herrschen hohe Spannungen und Ströme, die tödlich sein können oder einen Brand hervorrufen können. Der Umbau ist deshalb nur Fachleuten vorbehalten, welche die Gefahren erkennen können und wissen, was sie tun. Jede Haftung und Gewährleistung ist ausgeschlossen. Auch Stunden nach dem Abschalten eines PC-Schaltnetzteiles können die Sieb-Elkos des Primärkreises mit mehreren 100 Volt aufgeladen sein. Sie sollten mit einer 230-Volt-Glühlampe entladen werden.

Ich bin nicht unerfahren und habe mir trotzdem bei diesem Umbau durch Fahrlässigkeit einen Stromschlag geholt, wobei der Strom zum Glück nur durch die Finger der rechten Hand floss. Trotzdem hat er mir ordentliche Schmerzen bereitet. Die PC-Schaltnetzteile sind immer an einem Schutzleiter zu betreiben. Die Elkos in Schaltnetzteilen, die lange nicht in Betrieb waren, können im seltenen Fällen beim ersten Wiedereinschalten explodieren.

Das umgebaute 350-Watt-ATX-Netzteil liefert 18 Ampere bei hochstabilen 14 Volt. Dank einer Überstrromkontrolle schaltet sich dieses Fabrikat bei Strömen größer als 18 Ampere ab.

Testen des gebrauchten ATX-Netzteils vor dem Umbau mit einer 12-Volt-Glühlampe, die am 12-Volt-Ausgang angeschlossen wird. Die 5 Volt werden zur Kontrolle mit einer Standlichtlampe belastet. Damit das Netzteil läuft, muss das grüne Kabel mit einem schwarzen Kabel verbunden werden, was hier durch den roten Draht geschehen ist. Ohne Last sollte man kein Schaltnetzteil betreiben. Viele Schaltnetzteile funktionieren nicht ohne Last.

Testkabel für AT- und ATX-Netzteile.

Das Grundprinzip des Umbaus: Die meisten ATX- oder AT-Netzteile für PCs sind mehr oder weniger ähnlich aufgebaut. Sie enthalten oft dieselben ICs. Die Einhaltung der Normen, das genormte Gehäuse und der hohe Kostendruck bei sehr hohen Stückzahlen haben bereits zu einer Schaltungsoptimierung geführt, welche den Entwicklern wenig zusätzlichen Spielraum ermöglichen. Deshalb wird meine Umbauanleitung auch bei den meisten anderen ATX-Netzteilen funktionieren.

AT- und ATX-PC-Netzteile liefern neben vielen anderen Spannungen +12 Volt und +5 Volt, wobei im Prinzip nur die +5 Volt stabilisiert sind (streng genommen sind +12 Volt mitgeregelt). Um die +12 Volt auf 13,8 oder 14,2 Volt heraufzusetzen, können wir die +5 Volt abklemmen und verwenden nur den Eingang des Regelspannungsverstärkers, welcher die 5 Volt misst, um über einen Spannungsteiler die 12 (bzw. 13,8 oder 14,2) Volt zu stabilisieren. Der Spannungsteiler teilt also die 13,8 Volt auf 5 Volt, welche dem Regelspannungsverstärkers zugeführt werden. Dadurch ist der +12 Volt-Ausgang stabilisiert.

Weitere Tipps zu Schaltnetzteil-Umbauten sind unter http://www.mydarc.de/dl7iab/ von DL7IAB beschrieben. Ihm habe ich es zu verdanken, mich auch mit diesem Thema zu beschäftigen.

Einbau des Spannungsteilers und die notwendigen Kabelverbindungen (große Ansicht hier). In meinem Fall habe ich für R1 2200  Ohm und 100 Ohm parallel gewählt. R2 besteht aus 2 x 100 Ohm parallel. Je kleiner R1 im Vergleich zu R2, desto kleiner wird die Ausgangsspannung.

Schutz vor Überspannung: Bei meinem ATX-Netzteil sorgt zudem eine Schutzschaltung dafür, dass der +12-Volt-Ausgang nicht mehr als 14,2 Volt liefern kann, was durch einen Defekt des Spannungsteilers passieren könnte. Ist der Spannungsteiler also für eine Spannung größer als +14,2 Volt bemessen, schaltet das Netzteil ab.

Schutz vor Überstrom: Mein ATX-Netzteil kann an seinem +12-Volt-Ausgang nicht mehr Strom liefern als aufdruckt beschrieben steht. Bei meinem Exemplar zeigt der Aufdruck 18 Ampere für +12 Volt. Bei einem Strom über 18 Ampere schaltet das Netzteil sofort ab und muss nach ein paar Sekunden wieder neu gestartet werden. Leider ist diese Sicherheit nicht bei allen ATX-Schaltnetzteilen eingebaut.

Maximalen Ausgangsstrom erhöhen: Für die Überstromabschaltung sorgt in einigen Schaltnetzteilen ein Widerstand als Stromfühler, der wie eine Drahtbrücke aussieht. Dieser Widerstand kann durch Parallelschaltung anderer Widerstände reduziert werden, um 10 bis 20% mehr Stromstärke zu erzielen. Gemacht habe ich es noch nicht. Einen Erfahrungsbericht werde ich nachreichen. Mit einer Überlastung ist nicht zu rechnen, da die Spannungen 3,3 Volt und 5 Volt nicht genutzt werden. Leider hat mein Exemplar, das ich umgebaut habe, nicht solche leicht erkennbaren Widerstände. Ohne Schaltbild wird es dann schwierig den entsprechenden Widerstand zu finden und zu verändern.

Wie erkenne ich ein ATX-Netzteil? Im Gegensatz zum AT-Netzteil besitzt ein ATX-Netzteil ein grünes Kabel (PS_ON), welches mit Masse zu verbinden ist, damit es starten und funktionieren kann.

Steckerbelegung bei einem ATX-Netzteil. Manche haben noch ein braunes Kabel (Quelle: Wikipedia).

Wie teste ich ein ATX-Netzteil? Das grüne Kabel ist mit Masse zu verbinden. Falls ein braunes Kabel vorhanden ist, ist dies mit einem orangenem zu verbinden. 5 Volt (rotes Kabel) und 12 Volt (gelbes Kabel) brauchen eine Last, damit das Netzteil laufen kann. Dazu können 12-Volt-Bremslicht-Glühbirnen dienen. Gegebenenfalls sind die 3,3 Volt (orange) mit einer Glühbirne zu betreiben.

Aufgewölbte Deckel der Kondensatoren und eine braune Masse auf den Deckeln sind ein untrügerisches Zeichen für defekte Elkos, welche gegen entsprechende Low-ESR-Typen ausgetauscht werden müssen. Die gelbe Masse an den Seiten ist Kleber und stammt nicht von den Elkos. Die Ursache dieses massenhaften Elko-Sterbens ist unter Wikipedia - Capacitor Plague (Kondensatorpest) beschrieben.

Der Umbau und der Einbau des Spannungsteilers: Alle Kabel des dicken Kabelbaums sind bis auf ein paar Stummel für die Farbmarkierung abzuknipsen. Die Lötinsel für +5 Volt ist so von der übrigen Schaltung durch Durchtrennen von Leiterbahnen zu isolieren, so dass sie nur noch vom Regelspannungseingang für die 5-Volt-Spannungsstabilisieurng verbunden ist. Es handelt sich dabei um eine lange, dünne Leiterbahn. das grüne Kabel ist mit Masse (schwarz) zu verbinden. Falls vorhanden, ist das braune mit dem orangenen Kabel (3,3 Volt) zu verbinden.

Der Kabelbaum ist zu entfernen.

Nach dem Abknipsen des Kabelsbaums werden die Stummel entlötet. Einige Stummel bleiben zur Farbmarkierung stehen.

Durchtrennen der Leiterbahnen an einer Ständerbohrmaschine mit einem Spiralbohrer, der als Fräser zweckentfremdet wird.

Das rote Kabel verbindet die abgetrennte 5-Volt-Lötinsel mit dem Eingang des Regelspannungsverstärkers. Das braune Kabel verbindet das braune mit dem orangenen Kabel. Das grüne Kabel konnte durch eine Lötbrücke mit Masse verbunden werden.

Der eingelötete Spannungsteiler. Zwei parallel geschaltete 100-Ohm-Widerstände liegen zwischen Masse und der abgetrennten Lötinsel für +5V. Die Parallelschaltung aus 2200 Ohm und 100 Ohm liegt zwischen +12V und der +5V-Insel. Zum Einsatz kommen 2-Watt-Widerstände. Der 2200-Ohm-Widerstand könnte durch die Serienschaltung eines Trimmpotis von etwa 5000 Ohm und einem 1000-Ohm-Widerstand ersetzt werden, um die gewünschte Spannung exakt einzustellen.

Der eingelötete Spannungsteiler, die Lötinseln für Masse, +5V und +12V, links davon die Kabel für die Ausgangsspannung. Sie sollten einen großen Querschnitt besitzen, um den Spannungsabfall gering zu halten.

Skizze einer ATX-Netzteil-Leiterplatte von oben. Die Anordnung ist meistens ähnlich. Eingetragen sind der Einbau des Spannungsteilers, die Durchtrennungen der Leiterbahnen und die zusätzlichen Drahtverbindungen. Der Elko C1 kann entfernt werden, wenn Platz für den Spannungsteiler benötigt wird.

Nun muss noch der Spannungsteiler eingebaut werden. Zwischen +12 Volt (gelb) und der abgetrennten 5-Volt-Insel kommt ein 36-Ohm-Widerstand (genannt R1). Zwischen der 5-Volt-Insel und der Masse kommt 18-Ohm-Widerstand (genannt R2), wie es in der Zeichnung eingetragen ist. Alternativ kann für R1 100 Ohm gewählt werden und für R2 50 Ohm. So habe ich es in meinem Fall gemacht. Da die Ausgangsspannung etwas zu hoch war, wurde R1 (100 Ohm) ein 2200-Ohm-Widerstand parallel geschaltet. Je niedriger nämlich R1 im Verhältnis zu R2 ist, desto niedriger ist die Ausgangsspannung. R2 wurde durch zwei parallel geschaltetet 50-Ohm-Widerstände realisiert. Für mehr mehr als 14,2 Volt darf der Spannungsteiler nicht ausgelegt sein, da sonst der Überspannungsschutz anspricht und das Netzteil abschaltet.

Probeaufbau zum Testen des Spannungsteilers.

An die Front des Gehäuses kommt noch ein zweipoliger Netzschalter, eine Kontroll-Lampe (oder LED mit Vorwiderstand von 10 kOhm) und die beiden Bananenbuchsen für die Ausgangsspannung. Alles weitere kann den Fotos entnommen werden.

Probelauf an einem Lastwiderstand, der in einem Einmachglas mit Wasser gekühlt wird.

Aufkleber entfernen: Wer sie aus optischen Gründen entfernen will, verwendet dafür am besten Petroleum, Grillanzünderflüssigkeit, Lampenöl oder Kriechöl, um den Leim aufzuweichen, der mit einem Stück Holz abgeschabt wird. Holz nimmt manm weil es den Lack nicht zerkratzt. Anschließend wird mit Glasreiniger gereinigt. Beschriftungen mit Filzstift können mit Spiritus entfernt werden. Spiritus kann allerdings den Lack angreifen.

Video: Das umgebaute Netzteil am Kurzwellentransceiver FT-747GX im Test.

Netzdrossel (PFC-Drossel) anschließen: Vor dem Einschalten ist unbedingt darauf zu achten, dass auch die dicke Netzdrossel (PFC-Drossel), welche bei meinem Exemplar seitlich am Deckel geschraubt ist, angeschlossen ist. Dies hatte ich vergessen. Die Schmelzsicherung brannte deshalb beim Einschalten mit einen Blitz durch. Danach hatte das Netzteil eingangsseitig einen Kurzschluss. Dafür war eine der vier Gleichrichter-Dioden des Brückengleichrichters verantwortlich, welche in beiden Richtungen einen Kurzschluss hatte. Als Ersatz eignet sich eine 1N5008.

Das fertig verdrahtete und umgebaute Netzteil. Vor dem Einschalten die dicke PFC-Drossel (links im Bild) nicht vergessen anzuschließen.

Die verkabelte Frontplatte. Die Kabel dürfen die Kühlkörper nicht berühren.

Schutzleiter und Entstörung: Das Netzteil muss an einem Schutzleiter betrieben werden. Die Masse der Leiterplatte ist leitend mit dem Gehäuse zu verschrauben. Eventueller Lack ist an den entsprechenden Stellen zu entfernen. Ohne Masseverbindungen und dem Schutzleiter stört das Netzteil den Rundfunkempfang durch einen Rauschteppich. Zusätzlich kann zur Entstörung eingangsseitig ein Netzfilter eingebaut werden. Dies war in meinem Fall nicht notwendig, um das Netzteil an einem Kurzwellen-Transceiver betreiben zu können.

Die Frontplatte aus Aluminium und die Durchbrüche im Gehäuse. Die Frontplatte darf die Kühlschlitze nicht verdecken.

Vor dem Bohren wird die Frontplatte mit zwei Schrauben befestigt. Die Löcher sind mit 3 mm vorgebohrt. Der Deckel ist zu befestigen. Der Lüfter ist zu entfernen. Andernsfalls kann sein Lager durch die Vibrationen des Bohrens beschädigt werden. Das Lämpchen ist eine 24-Volt-LKW-Standlichtbirne. Sie hält bei 14 Volt praktisch ewig und kann deshalb mit Alleskleber eingeklebt werden. Anstatt der Glühbirne geht natürlich auch eine Leuchtdiode mit einem Vorwiderstand von 1 kOhm.

Die Frontplatte: Ich habe sie in diesem Fall aus einem Stück Alublech angefertigt. In anderen Fällen habe ich Leiterplatten-Basismaterial aus Epoxid verwendet.

Tipps zum Bohren der Frontplatte: Alle Löcher mit 3 mm vorbohren, das Alublech auf die Front schrauben, Deckel befestigen. Mit einem Bohrer bohren, der 0,5 mm kleiner als das Endmaß ist, dann mit dem Bohrer für den gewünschten Durchmesser mit viel Schmieröl bohren und geringen Vorschub verwenden. So werden die Löcher schön rund. Die viereckige Aussparung mit der Reißnadel anzeichnen, körnen, Loch bohren und nach dem Entfernen des Alublechs den Durchbruch mit etwas Übermaß ausfeilen.

Die Frontplatte aus Aluminium wurde vor und nach dem Bohren mit rostfreier Stahlwolle und Waschmittel als Schmiermittel poliert. Die Schnittkanten können auf diese Weise auch geglättet werden. Die Ecken habe ich vorher rund gefeilt. Es ist mit der Stahlwolle immer in Längsrichtung zu polieren, um eine ansprechende Oberfläche zu erhalten.

Das Netzteil im Betrieb als Stromversorgung für meinen Kurzwellentransceiver. Es fehlen nur noch vier kleine Gummi- oder Kunststofffüße zum Aufkleben, damit der Tisch nicht zerkratzt wird.

Der Lüfter: Der Lüfter ist vor dem Bohren und Feilen des Gehäuses auszubauen, da das Lüfterlager durch die Vibrationen der Metallverarbeitung beschädigt werden kann, was mir passiert ist.

Das Lüfterlager öle ich mit ein paar Tropfen Motoröl vor dem Einbau. Dazu ist der Aufkleber zu entfernen. Nähmaschinenöl wäre bei den hohen Drehazahlen zu dünnflüssig. Verharzungen sind auch nach 10 Jahren noch nie aufgetreten. Dickflüssiges Silikonöl wäre selbstverständlich noch besser. Falls die Drehzahl zu hoch ist, kann ein Widerstand von etwa 50 Ohm vorgeschaltet werden. Es eignet sich für eine Drehzahlreduzierung auch der -5-Volt-Anschluss, falls dieser noch funktionert. Dann muss auf die richtige Polung geachtet werden, damit der Lüfter immer die Luft herausbläst. Dadurch strömt die kühlende Luft von der Vorderseite ein und kühlt gleichmäßiger.

Die Rückseite des Netzteils mit seinem Lüfter bleibt unangetastet. Der Netzschalter hat keine Funktion mehr und könnte ausgebaut werden, um Platz für Bananenbuchsen zu schaffen.

Mein Exemplar hat eine temperaturabhängige Drehzahlreduzierung, wodurch im normalen Betrieb an einem Transceiver der Lüfter nur ganz leise vor sich hinrauscht.

Erfahrungsbericht mit einem ATX-Netzteil eines anderen Herstellers: Nun hatte ich ein weiteres ATX-Schaltnetzteil umgebaut. Es stammt aus dem Jahre 2002 und schafft laut Aufdruck 300 Watt.  Mechanisch ist es sehr solide verarbeitet und war auch mal Testsieger in einer PC-Zeitschrift. Die Elkos sahen übrigens äußerlich noch intakt aus (keine aufgewölbten Deckel).

Für die +12 Volt waren maximal 15 A angegeben. Nach dem Umbau sank die Spannung im Vergleich zur Leerlaufspannung um 200 mV bei einer Last von 13 A. Das schnöde Billignetzteil, welches ich zuerst umgebaut hatte, war da mit 50 mV um einiges besser. Bei einem ersten Belastungstest hatte ich den Ausgangsstrom für eine Minute auf 19 A hochgedreht. Das Schaltnetzteil hätte aber schon bei 15 A abschalten sollen. Da bekommt man schon ein flaues Gefühl in der Magengrube. Mit 266 Watt liegt die Belastung dicht an den 300 Watt. So ein Schaltnetzteil ist aber nicht für 300 Watt Dauerlast ausgelegt. Der PC, in dem das Schaltnetzteil mal eingebaut war, hatte im Schnitt 60 bis 70 Watt verbraucht.

Bei diesem ATX-Netzteil aus dem Jahr 2002 sind bestimmte Schutzschaltungen nicht vorhanden. Die Umbauarbeiten gestalteten sich wegen des gedrängten Aufbaus besonders schwierig.

Wenigstens ist das Schaltnetzteil kurzschlusssicher. Eine Feinsicherung 3 Ampere, träge, zwischen den beiden Polen angebracht, hat die Abschaltung überlebt.

Allerdings fehlt die Überspannungsschutzschaltung. Entfernt man den R1 (100 Ohm) des Spannungsteilers, steigt die Spannung bis auf 24,2 Volt an. Das habe ich natürlich nur kurzzeitig gemacht, weil die Elkos nur für 16 Volt ausgelegt sind. Das Wohl und Wehe eines angeschlossenen Transceivers hängt also von diesem R1 ab, den man sehr sorgfältig einlöten sollte und mit ausreichender Verlustleistung dimensioniert sein muss. Wenn sich der eingelötete Draht für die Spannungsregelung löst, steigt die Spannung natürlich auch auf die 24,2 Volt an. Seinen Lötkünsten sollte man also vertrauen. Mit einem Thyristor lässt sich übrigens eine Überspannungsschutzschaltung aufbauen.

Ein weiteres, umgeautes ATX-Schaltnetzteil: 300 Watt, 14 Volt, über 19 A (kurzzeitig), mehr.

Die fehlende Überspannungsschutzschaltung liefert aber Raum für einen Schaltnetzteil mit einstellbarer Spannung. Wie weit man nach unten mit der Spannung gehen kann, habe ich noch nicht getestet. Die Frage der Betriebsicherheit ist dabei noch völlig offen.

Den Deckel habe ich neu lackiert, weil die Aufkleber kaum schonend zu lösen waren. Mit Stahlwolle musste ich die Oberfläche malträtieren. Am Kleber wurde jedenfalls nicht gespart. Auf jeden Fall ist das schnöde Billignetzteil (Ladenpreis früher unter 20 Euro) mit seinem dünnen Blechgehäuse, das ich vorher umgebaut hatte, schaltungstechnisch sicherer als das gelobte Luxusmodell (mehr Infos zu diesem Umbau hier).

Weiterführende Links:

- Schaltbilder von ATX-Netzteilen
- Schaltbilder und Layouts von vielen alten und neuen AT- und ATX-Netzteilen
- Berechnung von Schaltnetzteilen
- Erklärung und Prinzip des Schaltnetzteils
- Grundlagen Schaltregler
- ATX-Format (Wikipedia)
- Umbau von AT- und ATX-Schaltnetzteilen nach DL7IAB
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