Haus und Wohnung: Festplattensteuerung König FTA19N
Haus und Wohnung: Festplattensteuerung König FTA19N
     


Aufgabe

Der DVB-T-Receiver "FTA19N" von König Electronic erlaubt es, an eine USB-Buchse externe USB-Speichergeräte (z.B. Speicherstick oder Festplatte) anzuschließen, um ihn als sog. "PVR" (private video recorder) nutzen zu können.

Leider wird das angeschlossene Gerät immer mit Spannung versorgt, ganz gleich, ob der Receiver eingeschaltet ist oder sich im Standby-Modus befindet. Es nützt leider auch nichts, die angeschlossene Festplatte so einzustellen, daß diese den eigenen Motor selbst nach einiger Zeit herunterfährt, wenn nicht auf sie zugegriffen wird. Offenbar schickt der FTA19N in kürzeren Abständen Daten zum USB-Gerät.

Da unklar ist, ob diese Nicht-Abschaltung von USB-Geräten irgendwann einmal durch ein Firmware-Update behoben sein wird, muß eine selbstgebaute Schaltung dieses erledigen.

Übrigens darf die angeschlossene Festplatte nicht über ein eigenes Netzteil mit Strom versorgt werden, da sonst diese Schaltung keinen Sinn macht. Nur Festplatten mit sehr niedrigem Strombedarf sind daher zum Anschluß an den FTA19N mit dieser Schaltung geeignet. Als funktionssicher hat sich die 250GB-Festplatte "Seagate FreeAgent Go" erwiesen.


Funktionsweise

Die Schaltung sieht vor, daß die externe Festplatte beim Einschalten des Receivers sofort mit Spannung versorgt wird. Nach dem Wechsel des Receivers in den Standby-Modus soll die Platte jedoch noch einige Sekunden weiter mit Spannung versorgt werden, damit eventuell noch stattfindene Schreibzugriffe vom Receiver oder der Platte selbst abgeschlossen werden können.

Eine Abfrage, in welchem Zustand sich der Receiver befindet, erfolgt über die sog. Schaltspannung des SCART-Anschlusses. Dieser Anschluß an Pin 8 dient dazu, ein an den Receiver angeschlossenes TV-Gerät automatisch auf den SCART-Eingang zu schalten.


Einschalten

Wenn der FTA19N sich einschaltet, liegt an Pin 8 des SCART-Ausgangs eine Spannung von 12 Volt an - diese wiederum betreibt die interne LED des Optokopplers OK1, welcher dann den internen Transistor durchschaltet.

In diesem Augenblick wird der Eingang des erstens Inverters auf low gesetzt, folglich wechselt der Ausgang des Inverters auf high. Der Ausgang des nachgeschalteten Inverters wechselt nun auf low, dieses führt dazu, daß der p-Kanal-MOSFET-Transistor durchschaltet - die externe Festplatte erhält nun die Betriebsspannung. Da der MOSFET-Transistor über einen extrem niedrigen Innenwiderstand verfügt, wird die Festplatte nahezu mit der vollen Spannung von 5 Volt des USB-Ausgangs vom FTA19N versorgt.

Gleichzeitig wird der relativ große Elko C2 über den Transistor des Optokopplers aufgeladen. Der Widerstand R2 sorgt dafür, daß dieser Aufladevorgang nicht zur Belastung des Optokoppler-Transistors wird, da ein entladener Elko dieser Größenordnung wie ein Kurzschluß wirkt. Der Widerstand sorgt außerdem dafür, daß das Netzteil des FTA19N durch das Aufladen von C2 nicht noch zusätzlich belastet wird - immerhin beansprucht der bisher ausgeschaltete Festplatte schon eine Menge Energie zum Hochfahren.


Ausschalten

Wechselt nun der Receiver in den Standby-Modus, so wird die SCART-Schaltspannung abgeschaltet. Da der Elko C2 aber vollständig geladen ist, bleibt der Eingang des Inverters auf logisch low, auch wenn der Optokoppler-Transistor keine negative Spannung mehr bereitstellt. C2 wird nun langsam über R3 entladen. Unterschreitet die Spannung einen bestimmten Wert, so schaltet der Inverter seinen Ausgang schlagartig wieder zurück auf logisch low, was wiederum den MOSFET-Transistor sperrt. Damit ist dann die Festplatte von der Betriebsspannung getrennt. Mit einem 470µF-Elko geschieht dies nach etwas über 20 Sekunden.


Die Aufgabe des Inverters

Im Prinzip ließe sich die Schaltung auch ohne Inverter aufbauen. Da ein MOSFET aber klar definierte Schaltspannungen am Steuereingang (Gate) benötigen, ist hier die Verwendung eines Logik-ICs als Treiber angebracht. Die Verwendung eines NANDs mit Schmitt-Trigger-Eingang sorgt dafür, daß es im Entladezeitraum des Elkos nicht zu undefinierten Schaltzuständen kommt.

Die Eingänge der unbenutzten NAND-Gatter wurden verbunden und an low (Pins 8 und 9) bzw. high (Pins 1 und 2) gelegt.


Der Power-MOSFET-Tranistor

Der eingesetzte Transistor IRF4905 verfügt systembedingt über bemerkenswerte Eigenschaften. Der extrem niedrige Innenwiderstand im eingeschalteten Zustand führt einerseits dazu, daß es kaum zu Spannungsverlusten kommt. Außerdem entsteht dadurch so gut wie keine Wärmeentwicklung am TO220-Gehäuse, so daß bei einer Stromaufnahme durch die Festplatte (nach USB-Richtlinien max. 500mA) keine Kühlung notwendig ist. Mit der Schaltleistung ist der IRF4905 übrigens vollkommen unterfordert - Ströme über 70A sollen mit ihm geschaltet werden können.

Kritisch zu sehen ist die Tatsache, daß die ganze Spannung nur mit 5 Volt (gewonnen aus dem USB-Ausgang des Receivers) arbeitet. Eigentlich sollte die Spannungsdifferenz zwischen Eingang (Source) und Steuereingang (Gate) des MOSFET-Transistors -10 Volt betragen. Nur dann wird auch der geringe Innenwiderstand von nur 0,02 Ohm erreicht. Im Praxisbetrieb sind bei -5 Volt Gatespannung und einer Last von max. 500mA keine Nachteile zu erkennen. Der Widerstand von 1 kOhm am Gateeingang soll den Ausgang des Inverters etwas entlasten, da beim Schalten kurzzeitig höhere Ströme zum Aufbauen des Feldes fließen.


Der Darlington-Optokoppler

Die Anbindung dieser Schaltung erfolgt aus Sicherheitsgründen galvanisch getrennt an die SCART-Steuerleitung. Ein "normaler" Optokoppler mit einem benötigten LED-Strom von 15-20mA würde allerdings dieses Signal zu stark belasten und damit die Spannung (12 Volt bei 4:3-Sendungen) nach unten ziehen. Das Resultat: Der angeschlossene Fernseher schaltet zwar noch auf SCART-Eingang, allerdings auf das 16:9-Format. Der eingesetzte Darlington-Optokoppler 6N139 belastet die SCART-Steuerleitung sehr wenig, da er mit einem sehr geringen LED-Strom sicher durchschaltet. Allerdings ist die Ausgangsbeschaltung etwas aufwendiger als bei einem Optokoppler mit nur einem Fototransistor.


Schaltbild
Schaltbild

Bauteile
Bez.BauteilWertBeschreibung
OK1Optokoppler6N139galv. Trennung
IC14 Schmitt-Trigger-NANDsC-MOS 4093geschaltet als Inverter
Q1p-Kanal-Power-MOSFETIRF4905Festplattenschalter
R1Widerstand10 kOhm ¼ WattOptokoppler-LED (Eingang)
R2Widerstand1 kOhm ¼ WattAufladung C2
R3Widerstand47 kOhm ¼ WattEntladung C2 / Pull-Up Inverter
R4Widerstand1 kOhm ¼ WattAufladung Q1
C1Elektrolytkondensator10µF 16 Voltallg. Stabilisierung
C2Elektrolytkondensator470µF 16 VoltAbschalteverzögerung
C3Folienkondensator0,1µFEntkopplung OK1

Prototyp
Prototyp

Anschlüsse

Es ist dringend davon abzuraten, USB-Verlängerungskabel oder dergleichen für den Betrieb von externen USB-Festplatten ohne eigene Stromversorgung einzusetzen. Hier hat die Praxis gezeigt, daß Festplatten entweder überhaupt nicht hochfahren oder der Betrieb hin und wieder gestört sein kein.

Um die Festplatte mit dem mitgelieferten USB-Kabel ohne zusätzliche Verkabelung anschließen zu können, muß diese Schaltung zwischen der 5Volt-Versorgungsspannung des USB-Anschlusses und der USB-Anschlußbuchse selbst geschaltet werden. Da ein Durchtrennen der entsprechenden Leiterbahn auf der Platine des Receivers sowie das Anlöten entsprechender Kabel nicht zu empfehlen ist, sollte stattdessen die aufgelötete USB-Buchse von der Platine entfernt und eine neue Buchse mit geraden Anschlüssen ein paar Millimeter nach vorne versetzt wieder angelötet werden. Die Masse, Abschirmung und die beiden Datenleitungen werden einfach mit kurzen Drähten mit der neuen USB-Buchse verbunden.

Die 5-Volt-Leitung der Platine wird zur Elektronik geführt und der Ausgang der Elektronik an den 5-Volt-Anschluß der USB-Buchse angeschlossen. Wenn die Elektronik aus Platzgründen außerhalb des Receivers-Gehäuses untergebracht wird, sollten diese Zuleitungen einen ausreichend großen Querschnitt aufweisen, damit es nicht zu unnötigen Verlusten der Versorgungsspannung kommt.

Um den Steueranschluß der Schaltung mit dem FTA19N zu verbinden, werden an den Pins 8 und 14 der SCART-Buchse (zum TV-Gerät) Leitungen angelötet. Idealerweise handelt es sich hierbei um ein geschirmtes Kabel, dessen Schirm an Pin 14 angeschlossen wird. Glücklicherweise sind beide Pins auch ohne Ausbau der Platine gut erreichbar.


Probleme

SCART

Leider ließ sich bei den Recherchen über den SCART-Standard nicht so richtig herausfinden, welcher Pin eigentlich das Gegenstück zur Schaltspannung auf Pin 8 darstellt. In einigen Publikationen ist von der Masse der digitalen Signale, die auf den Pins 10 und 12 liegen, die Rede. In der Praxis hat sich dies als funktionssicher erwiesen, daher taucht in dieser Schaltungsbeschreibung der Pin 14 auf.


USB

Streng genommen wird durch die Schaltung ein USB-Grundsatz nicht beachtet: Beim Anschließen eines USB-Gerätes soll zuerst die Verbindung zur Spannungsversorgung hergestellt, dann erst die Datenleitungen miteinander verbunden werden. Der USB-Stecker weist daher unterschiedlich lange Pins auf.

Die Schaltung verletzt systembedingt diese Regel: Die beiden USB-Datenleitungen sind immer mit dem externen Datenträger verbunden, also auch beim Einschalten durch die Zuverfügungstellung der Spannungsversorgung. In der Praxis sind (bisher) jedoch keine Probleme beim Erkennen oder Verwenden der USB-Geräte aufgetreten.



Letzte Aktualisierung dieser Seite: 29.09.2013, 08:34 Uhr