Strombedarf KC85-Module

Die Leistungsfähigkeit und Funktionalität von M035*4, M051 oder M052 wurde durch den Einsatz moderner Bauelemente und eine stark erhöhte Packungsdichte auf den Modulplatinen erkauft. Letzteres schlägt sich meist auch irgendwo nieder, also sollte man etwas darüber nachdenken, wenn man sein KC-System damit bestückt.

In den Jahren nach 1990 entstanden einige neue sehr leistungsfähige Hardware-Module für das KC85-System. Leistung hat ihren Preis, deshalb wollte ich schon länger mal wissen, was das konkret für das Gesamtsystem bedeutet. Bereits letztes Jahr hatte sich Enrico Grämer dann auch mal breitschlagen lassen, ein paar Messungen bezüglich Stromaufnahme von KC85 Modulen durchzuführen.

Die Ergebnisse sind nicht überraschend und liegen bei den neueren komplexen Modulen dann auch in etwa dort, wo das erwartet wurde. Man muss auch keine Angst haben, dass man dort etwas kaputt macht. Man kann aber durch eine entsprechende Verteilung der Stromfresser für eine gleichmässige Belastung aller Netzteile des Gesamtsystems sorgen und damit möglichen Überlastungen auf lange Sicht gesehen etwas aus dem Weg gehen.

Das modulare KC-System kommt den Anwendern an dieser Stelle perfekt entgegen, da nicht die gesamte Hardware von einem Hauptnetzteil versorgt werden muss, wie das bei den meisten Heimcomputersystemen die Regel ist bzw. war. Ein ausgebautes KC-System besteht aus mindestens 3 Grundgeräten mit eigenen identischen Netzteilen, welche +5V, +12V und -5V bereitstellen. Das Netzteil der Diskettenlaufwerke ist identisch, allerdings ist es nicht vollständig ausgeführt. Die Bauelemente zur Erzeugung der -5V sind dort nicht bestückt.

Um überhaupt Empfehlungen aussprechen zu können, muss man erst einmal die zur Verfügung stehende Leistung des KC-Netzteiles betrachten. Ich habe deshalb die entsprechenden Informationen, welche in den Dokumentationen zu den Grundgeräten und Modulen vorhanden sind, etwas recherchiert und nachfolgend zusammengefasst:

Leistungsaufnahme Grundgerät D001 KC85/x (Quelle - Systemhandbuch KC85/4):

- ca. 25 W, bei Nennbetriebsspannung, ohne Module
- ca. 35 W, bei Nennbetriebsspannung, mit Modulen


Leistungsaufnahme Grundgerät D002 Busdriver (Quelle - Beschreibung D002):

- ca. 15 W, bei Nennbetriebsspannung, ohne Module
- ca. 27 W, bei Nennbetriebsspannung, mit 4 Modulen


Leistungsaufnahme Grundgerät D004 Floppy Disk Basis (Quelle - Serviceanleitung D004):

- ca. 15 W, bei Nennbetriebsspannung, ohne Module
- ca. 30 W, bei Nennbetriebsspannung, mit 2 Modulen

Durch den Vergleich und die Bewertung der Leistungsangaben zwischen den Grundgeräten kann man zwei Schlussfolgerungen ziehen, da ja in allen Geräten identische Netzteile verbaut sind.

Erstens interessiert die Angabe zur Leistungsaufnahme eines Gerätes ohne Modul(e). Dieser Vergleich gibt Auskunft darüber, welche Leistung die einzelnen Netzteile bereits bringen müssen, wenn noch keine Module gesteckt sind. Ich finde es durchaus interessant, dass ein Grundgerät KC85/x 10 W mehr verbraucht, als ein Busdriver oder Floppy Disk Basis. Hier war ich bisher der Meinung, dass D001 und D004 etwa gleichauf liegen würden!?

Zweitens kann man aus dem Vergleich der oberen Werte ablesen, welche maximale Leistung (über alle Betriebsspannungen) ein KC-Netzteil bringen müsste. Dann kommt zur Grundlast durch die Geräteelektronik die Leistungsaufnahme durch gesteckte Module hinzu. Das sollte man allerdings mit etwas Vorsicht betrachten, da diese Angaben aus einer Zeit stammen, wo es noch keine M035*4, M051 bzw. M052 gab. Die Originalmodule liegen vom Strom- und damit Leistungsbedarf allesamt in tieferen Regionen. Weiterhin erscheint diese Angabe beim D001 etwas hoch, wenn man sie mit den beiden anderen Geräten vergleicht.

Ausserdem fällt auf, wenn man D001 / D004 (2 Module möglich) mit D002 (4 Module möglich) vergleicht, dass die Leistungsdifferenzen wohl eher willkürliche Angaben sind, da sie eigentlich nicht zusammenpassen! Beim D002 mit 4 möglichen Modulen ergeben sich 12W Leistungsdifferenz, beim D001 mit 2 möglichen Modulen sind das 10W aber beim D004 mit 2 möglichen Modulen sollen das 15W sein ???

Die theoretische Maximalleistung nach der Gleichrichtung vor der Stabilisierung im Netzteil liegt bei 47,5 W, wenn man die Rohspannung von 19V (siehe Serviceanleitung D004) mit dem maximalen Sicherungsstrom von 2,5A in Beziehung bringt. Der 12V 1A-Längsregler würde davon bei seinem maximalen Strom schon mal 7W in Wärme umsetzen, was nur noch 40W für die beiden anderen Spannungen übriglässt. Nimmt man für die + und - 5V noch mal 3 bis 5W Reglerverluste weg, kommt man dann nur noch auf 35W für das komplette Gerät.

Damit könnte die Angabe von 35W beim D001 zwar noch im Bereich des Möglichen liegen aber wirklich die absolute Obergrenze der Leistungsfähigkeit eines KC-Netzteiles darstellen. Von einem Dauerbetrieb bei höheren Betriebstemperaturen (Sommer) ist bei einer solchen Belastung durch die schlechtere Passiv-Kühlung der Bauteile des Netzteiles auch dringend abzuraten. Das Problem ausfallender Netzteile im Sommer ist also durchaus nachvollziehbar und kann durch den Einbau eines kleinen Lüfters etwas entschärft werden.

Belastung durch Module Mxxx

Hier sind sich erfreulicherweise alle Quellen einig, sowohl in der Beschreibung zum Busdriver D002 als auch in der Serviceanleitung des D004 finden sich die gleichen Obergrenzen. Die aussagekräftigsten Vorgaben finden sich allerdings im Handbuch zum User-Modul M005, da dort zusätzlich auch noch die zulässigen Toleranzen angegeben wurden, siehe folgendes Zitat (die Angaben zur Leistung habe ich hinzugefügt):

"Das Netzteil des Computers bzw. der Erweiterungsaufsätze erlauben Ihnen 3 Spannungen zu verwenden. Für diese Spannungen sind pro Modul folgende Belastungen zulässig:"

Damit wird auch klarer, wie die oben angegebenen Differenzen zustande gekommen sind. Man kann davon ausgehen, dass vom Hersteller 5,5W für 2 Module (D001 / D004) und 11W für 4 Module als gerade noch zulässig veranschlagt werden. Das würde dann die folgenden Grenzen für die 3 Geräte bedeuten, wenn man die angegebenen Eigenleistungen als richtig voraussetzt:

Da ich eigentlich ziemlich sicher bin, dass die Eigenleistung beim D004 in der Serviceanleitung zu niedrig angegeben ist, kann man nun folgende Schlüsse ziehen. Die Angabe beim D001 sollte man ernst nehmen und auf keinen Fall die vorgegebene Leistung bei der Nutzung der Modulschächte überschreiten. Beim D002 hat der Hersteller etwas gemauert, da kann man gut und gerne noch 4 W drauflegen. Auf das D004 trifft meiner Meinung nach das Gleiche, wie auf das D001 zu, also Vorsicht ist die Mutter der Porzellankiste :-). Es ergeben sich dann die folgenden empfohlenen Gesamt-Modulleistungen für die einzelnen Geräte, welche man beim Bestücken der Schächte mit den gewünschten Modulen berücksichtigen sollte:

Strom und Leistung von KC85-Modulen

In der nachfolgende Tabelle werden die Ergebnisse der Messungen von Enrico zusammengefasst. Für die - 5V gibt es keine Spalte, da scheinbar keines der Module diese Spannung benötigt (Stromaufnahme immer 0). Im Handbuch zum M005 sind Obergrenzen für den Strom bei +5V bzw. +12V pro Modul angegeben. Wenn ein Modul im jeweiligen Gerät über dieser Grenze liegt, muss dieses Defizit durch andere Module im gleichen Gerät wieder ausgeglichen werden, damit die Leistungsbilanz für das Gerätenetzteil eingehalten wird. Die rot gekennzeichneten Ströme überschreiten die zulässige Grenze pro Modul.

Wie oben schon geschrieben, besteht also bei keinem der Module Gefahr für Leib und Leben des KC85-Systems. Am ehesten ist noch das Grundgerät D001 gefährdet. Aus meiner (nicht massgeblichen) Sicht, würde ich folgende Schlussfolgerungen ableiten:

- möglichst nicht mit dem M051 im Grundgerät D001 scannen, da der +12V Strombedarf die zulässigen 200 mA überschreiten kann
- das M051 im Grundgerät D001 nicht zusammen mit M010, M035*4 oder M052 im Dauerbetrieb einsetzen
- die leistungsintensiven Module, wie M010/M035*4/M051/M052 sind alle am besten im Busdriver D002 aufgehoben
- im Busdriver D002 ist jegliche Kombination beliebiger Module gefahrlos möglich
- die interessante Kombination von M035 mit M052 in einem einzelnen Grundgerät sollte keine Probleme bereiten
- ein M035*4 mit M052 im D001 ist grenzwertig bezüglich +5V Strombedarf aber von der Geamtleistung her noch akzeptabel
- grössere USB-Geräte am M052 sollten immer extern von einem Netzteil versorgt werden und nicht vom KC