Das HSTNS-PL40 ist ein kompaktes 500-W-Netzteil aus der HPE-Flex-Slot-Serie. Es ist ursprünglich für den Einsatz in HPE-ProLiant-Servern vorgesehen, jedoch lässt es sich mit überschaubarem Aufwand auch außerhalb eines Servers betreiben. Aufgrund seiner hohen Leistung, des guten Wirkungsgrades und der kompakten Bauform eignet es sich beispielsweise als leistungsfähige Stromversorgung für Amateurfunkgeräte. Optional lässt sich die Ausgangsspannung auf 13,8 V erhöhen.
HPE bezeichnet das Netzteil als HPE 500W Flex Slot Platinum Hot Plug Low Halogen Power Supply Kit. Im Gegensatz zu den CRPS (Common Redundant Power Supply) Netzteilen mit einer Breite von 73,5 mm hat das hier beschriebene Gerät nur eine Breite von 68 mm und ist auch etwas kürzer. Gerade diese kleinen Maße und das geringere Gewicht machen diese Netzteilfamilie interessant für kompakte Funkstationen und auch für Portabel-Betrieb.
Neben der 500 Watt Variante sind auch Geräte mit 800 Watt weit verbreitet. Sie haben die Modellbezeichnung HSTNS-PL41-1. Mit exakt der gleichen Größe und einem fast identischen internen Aufbau eignen sie sich ebenfalls zum Umbau.
Technische Daten
- Leistung: 500 W
- Ausgang: nominal 12 V DC 41,7 A max.
- Eingang: 100–240 V AC, 50–60 Hz
- Eingangsstrom: ca. 6,5 A bei 100–127 V bzw. 3,3 A bei 200–240 V
- Anschluss: IEC C14 Kaltgerätebuchse
- Bauart: HPE Flex Slot, Hot-Plug
- Effizienz: 80 PLUS Platinum, bis etwa 94 % bei mittlerer bis hoher Last
- Kühlung: integrierter Lüfter, temperaturgesteuert
- Abmessungen: ca. 40,6 × 68,6 × 226 mm
- Gewicht: ca. 730 g
- Model: HSTNS-PL40-1
- Teilenummern:
- Generic Part-No.: 723594-001
- Part-No.: 723595-201
Betrieb außerhalb eines Servers
Servernetzteile benötigen neben den eigentlichen Leistungsanschlüssen zusätzliche Signale zum Starten und zur Überwachung. Das HSTNS-PL40 lässt sich als Netzteil recht einfach auch außerhalb eines Servers betreiben.
An den beiden großen Kontaktflächen steht die Ausgangsspannung an: rechts +12 V und links 0 V. Auf der Unterseite sind ebenfalls diese großen Kontaktflächen vorhanden, sie sind intern mit der Oberseite verbunden. Zum Anschluss können Leitungen direkt aufgelötet werden. Alternativ kann die Platine auch mit einem 4,5 mm Bohrer durchbohrt werden und die Kontaktierung mit 4 mm Schrauben erfolgen.
Steuerleitungen verbinden
Bei dem hier verwendeten Exemplar müssen die, von der Oberseite aus betrachtet, ganz links nebeneinanderliegenden Kontakte 1, 2 und 3 verbunden werden. Dadurch wird die erforderliche Einschaltfreigabe hergestellt. Nach dem Anlegen der Netzspannung läuft der Lüfter kurz an; anschließend stehen am Ausgang zunächst etwa 12,3 V DC zur Verfügung.
Die genaue Pinbelegung sollte vor dem Nachbau anhand des eigenen Netzteils überprüft werden, da bei Servernetzteilen unterschiedliche Ausführungen existieren können.
Diese Änderung lässt sich durchführen, ohne das Gerät zu öffnen.
Ausgangsspannung erhöhen
Für die Verwendung als Amateurfunk-Stromversorgung wurde die Ausgangsspannung über die interne Rückkopplungs- bzw. Feedbackschaltung verändert. Ziel war es die Spannung mit minimalen Eingriffen so zu erhöhen, dass die im Amateurfunk gebräuchliche Spannung von ca. 13,8 V erreicht wird.
Umbau
Dazu muss das Gerät geöffnet werden. Zunächst werden die drei Senkkopfschrauben gelöst. Anschließend lässt sich die Gehäuseabdeckung ausclipsen und durch leichtes seitliches Verschieben abnehmen.
Die eigentliche Modifikation erfolgt auf der Unterseite der Hauptplatine. Dazu werden drei weitere Schrauben gelöst und die Platine an der Kontaktseite vorsichtig etwas vom Bodenblech angehoben. Bei vorsichtiger Arbeitsweise ist es nicht erforderlich, die Platine vollständig auszubauen. Dabei ist unbedingt darauf zu achten, dass keine kleinen und empfindlichen Bauteile oder Leitungen beschädigt oder abgerissen werden.
Von der großen +12-V-Kontaktfläche führt am äußersten Rand eine dünne Leiterbahn an einer Befestigungsbohrung vorbei zur senkrecht angeordneten Steuerplatine.
Diese Leiterbahn wird an geeigneter Stelle durchtrennt.
Anschließend habe ich an beiden Seiten der Trennstelle vorsichtig den Lötstopplack entfernt und die dadurch freigelegte Leiterbahn leicht verzinnt.
1. Versuch
⚠️ Hinweis: Diesen Umbau nicht durchführen, sondern weiterlesen!
Bei diesem ersten Versuch wurde die Leiterbahn im Rückkopplungspfad der Spannungsregelung durchtrennt und die beiden Leiterbahnabschnitte mit einem Widerstand verbunden. Dadurch wird das Rückkopplungssignal gezielt verändert. Der Regler erkennt dadurch eine zu niedrige Ausgangsspannung und erhöht seine Ansteuerung entsprechend.
Für diesen Versuch wurde ein SMD-Widerstand mit 22 Ω in der Bauform 0805 verwendet. Durch seine geringe Bauhöhe kann die Platine anschließend wieder montiert werden, ohne dass der Widerstand mit anderen Bauteilen oder Teilen des Gehäuses kollidiert.
Nach Abschluss der Arbeiten wurde das Netzteil sorgfältig wieder zusammengebaut und zunächst einem Funktionstest unterzogen. Dabei zeigte sich, dass die Modifikation grundsätzlich funktioniert und die Ausgangsspannung tatsächlich angehoben wird.
Messwerte und Lastregelung
Beim hier getesteten HSTNS-PL40 wurde durch den 22-Ω-Widerstand die Ausgangsspannung von ursprünglich etwa 12,3 V auf 13,67 V angehoben. Die Abweichung vom Zielwert 13,8 V beträgt weniger als 1 %. Mit einem größeren Widerstand, zum Beispiel 24 Ohm kann die Spannung vermutlich etwas höher als 13,8 V eingestellt werden. Jedoch ist dabei zu beachten, dass dann die Überspannungsschutzschaltung (OVP) im Netzteil ansprechen kann. Der Umbau wurde daher bei 22 Ohm belassen und es sind diesbezüglich keine weiteren Untersuchungen durchgeführt worden.
Die anschließende Prüfung der Modifikation unter Last hat folgende Werte ergeben:
| Last | Ausgangsspannung |
| Leerlauf | 13,673 V |
| 0,04 A | 13,671 V |
| 5,0 A | 13,643 V |
| 9,0 A | 13,621 V |
Zwischen Leerlauf und 9 A Last beträgt die Spannungsänderung lediglich 52 mV.
⚠️ Dynamisches Regelverhalten
Obwohl die Ausgangsspannung im statischen Betrieb zunächst unauffällig erscheint, verschlechtert sich das dynamische Regelverhalten drastisch. Sehr wahrscheinlich verändert der zusätzliche Widerstand die Impedanz und damit die Übertragungsfunktion des Rückkopplungspfads. Dadurch kann sich die Regelverstärkung und insbesondere die Dynamik der Spannungsregelung deutlich verschlechtern.
Besonders deutlich zeigt sich das bei sprunghaften Laständerungen. Beim Wechsel zwischen geringer Last und hoher Last können dabei erhebliche Spannungsspitzen auftreten.
Das Netzteil ist in dieser Form nicht für den praktischen Einsatz geeignet. Insbesondere bei Funkgeräten mit einem großen Unterschied zwischen Empfangs- und Sendestrom besteht durch mögliche Spannungsspitzen die Gefahr einer Überspannung und damit einer Beschädigung des angeschlossenen Geräts.
2. Versuch
Da die Widerstandsmodifikation gezeigt hat, dass sich die Ausgangsspannung über den Rückkopplungspfad grundsätzlich beeinflussen lässt, wurde nach einer besseren Lösung gesucht. Die gewünschte Veränderung der Rückkopplungsspannung bei gleichzeitig niedriger Impedanz lässt sich durch den Einsatz von Dioden erreichen. Im Gegensatz zu einem Widerstand besitzen Dioden im Arbeitspunkt einen deutlich geringeren dynamischen Innenwiderstand. Der Spannungsabfall über der Diode bleibt dabei innerhalb des vorgesehenen Betriebsbereichs vergleichsweise stabil, ist jedoch etwas von der Temperatur abhängig.
Durch Einfügen einer einzelnen Silizium-Diode 1N4148 steigt die Ausgangsspannung auf etwa 13,35 V. Mit zwei 1N4148 in Reihe steigt sie auf über 14 V, was für die gewünschte Ausgangsspannung zu hoch ist.
Die letztlich verwendete Kombination aus einer 1N4148 und einer BA103 in Reihenschaltung erwies sich bei diesem Netzteil als geeigneter Kompromiss. Damit ergibt sich eine Ausgangsspannung von etwa 13,5 V. Gegenüber dem Zielwert von 13,8 V entspricht das einer Abweichung von ca. -2 %.
Regelverhalten
Das Bild zeigt die Ausgangsspannung des Netzteils bei einem Lastsprung von 5 A auf Leerlauf (ca. 40 mA).
Das dynamische Regelverhalten ist stabil und gutmütig. Nach dem Lastsprung ist lediglich eine kurze Spannungsabweichung zu erkennen, anschließend stabilisiert sich die Ausgangsspannung wieder ohne nennenswerte Nachschwinger. Auch bei Laständerung von Leerlauf zu 5 A gibt es keine problematischen Überschwinger.
Eine Tendenz zu den deutlichen Schwingungen bzw. Nachregelvorgängen, die bei der zuvor beschriebenen Widerstandsmodifikation auftraten, ist nicht erkennbar. Damit zeigt die Diodenmodifikation ein deutlich besseres dynamisches Verhalten und ist für den weiteren Einsatz wesentlich besser geeignet.
Erreichte Ausgangsspannung und Stabilität
Mit der gewählten Kombination aus 1N4148 und BA103 konnte die gewünschte Erhöhung der Ausgangsspannung weitgehend erreicht werden.
Im konkreten Aufbau wurden 13,544 V im Leerlauf und 13,506 V bei einer Last von 5 A gemessen.
Die Spannungsänderung bei Last beträgt damit lediglich 7,6 mV/A, was einen guten Wert darstellt.
Messungen zeigen eine sehr gute Spannungsstabilität über den untersuchten Lastbereich. Auch bei höheren Strömen verändert sich das Verhalten nicht wesentlich.
Die genannten Werte gelten ausdrücklich für die hier verwendete konkrete Schaltung und die eingesetzten Bauteile. Aufgrund von Bauteiltoleranzen, Diodenkennwerten, Temperatur und möglichen Unterschieden zwischen einzelnen Netzteilvarianten können sich bei anderen Exemplaren abweichende Spannungen ergeben. Die Werte sollten daher nicht als allgemein gültige Ergebnisse für diese Modifikation verstanden werden.
Strombelastbarkeit bei 13,8 V
Aufgrund der höheren Ausgangsspannung erreicht das Netzteil nicht mehr seine Nominal-Belastbarkeit von 41,7 A wie bei 12 V. Bei einer Ausgangsspannung von 13,8 V entsprechen 500 W rechnerisch einem maximalen Ausgangsstrom von etwa 36 A. Ob dieser Strom dauerhaft entnommen werden kann, hängt jedoch von der konkreten Netzteilvariante, der Kühlung und den Betriebsbedingungen ab.
Die Belastbarkeit ist für typische Transceiver mit etwa 20 A maximaler Stromaufnahme vollkommen ausreichend und bietet sogar noch genügend Reserve um Zusatzgeräte an der Funkstation mitzuversorgen.
Wirkungsgrad Abschätzung
| Laststrom | Ausgangsleistung bei 13,8 V | Wirkungsgrad* |
|---|---|---|
| 5 A | ca. 70 W | ca. 90 % |
| 10 A | ca. 140 W | ca. 93 % |
| 20 A | ca. 275 W | ca. 94 % |
| 36 A | ca. 495 W | ca. 93 % |
*Wirkungsgradwerte zwischen den offiziellen HPE-Lastpunkten sind interpolierte Näherungswerte. Es handelt sich nicht um Datenblattwerte von HPE, sondern um Anhaltswerte für typische Betriebssituationen.
Elektrische Sicherheit
Auch nach dem Trennen vom Stromnetz können Kondensatoren noch gefährliche Spannungen führen.
Arbeiten am geöffneten Netzteil dürfen daher nur von entsprechend qualifizierten Personen durchgeführt werden.
Vor Arbeiten im Inneren muss das Netzteil vollständig vom Stromnetz getrennt und die Spannungsfreiheit fachgerecht festgestellt werden.
Nach einem Umbau sind insbesondere Ausgangsspannung, Lastregelung, Temperatur und Schutzfunktionen zu überprüfen.
Eine zu hohe oder instabile Ausgangsspannung kann angeschlossene Geräte beschädigen.
Der Umbau erfolgt auf eigene Gefahr. Für jegliche Schäden wird keine Haftung übernommen.
Diese Beschreibung stellt keine Aufforderung zum Umbau dar, sie dokumentiert lediglich die von mir durchgeführten Messungen und Modifikationen.
Preis und Verfügbarkeit
Das HSTNS-PL40 ist als gebrauchtes Servernetzteil gut erhältlich. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Beitrags waren gebrauchte Exemplare teilweise bereits ab 15 Euro plus Versandkosten erhältlich.
Damit bietet das Netzteil ein sehr interessantes Preis-Leistungs-Verhältnis: Für vergleichsweise wenig Geld erhält man ein solides 500-W-Netzteil.
Beim Kauf ist darauf zu achten, dass es sich tatsächlich um ein HSTNS-PL40 bzw. PL40-1 handelt und das Netzteil vollständig und funktionsfähig ist. Bei gebrauchten Servernetzteilen können Lüfter, Steckkontakte oder die Elektronik je nach vorheriger Betriebsdauer unterschiedlich stark beansprucht sein.
Eignung für Amateurfunk
Mit der angehobenen Ausgangsspannung und etwa 36 A Strombelastbarkeit eignet sich das HSTNS-PL40 gut als kompakte Stromversorgung für Amateurfunkgeräte. Die gemessene Spannung bleibt auch bei Belastung bemerkenswert stabil. Durch die Nennleistung von 500 W steht beim Betrieb mit handelsüblichen Transceivern zudem eine erhebliche Leistungsreserve zur Verfügung.
Ein weiterer Vorteil ist der hohe Wirkungsgrad des 80-PLUS-Platinum-Netzteils. Der Hersteller gibt hierfür Werte von bis zu 94 % an. Im Vergleich zu klassischen linearen Netzteilen ist das PL40 deutlich kleiner und leichter. Der integrierte Lüfter sorgt auch bei höherer Belastung für die notwendige Kühlung. Beim Empfang läuft der Lufter sehr langsam und mit minimalem geräusch. Nur bei längeren Sendephasen mit hoher Leistung erhöht sich die Lüfterdrehzahl und das Geräusch nimmt etwas zu.
Servernetzteile verfügen üblicherweise über umfangreiche Eingangs- und Ausgangsfilter sowie eine für den vorgesehenen Betrieb optimierte EMV-Auslegung. Daraus lässt sich jedoch nicht automatisch auf eine für den Amateurfunk ausreichende Störfreiheit schließen. Daher sollte für empfindliche Funkanwendungen nach dem Umbau geprüft werden, ob das Netzteil auf den verwendeten Frequenzbereichen unerwünschte HF-Störungen erzeugt. Ein praktischer Test mit dem eigenen Empfänger ist hier aussagekräftiger als eine pauschale Aussage über die HF-Verträglichkeit oder die Einhaltung von Normen.
Fazit: Das HSTNS-PL40 ist für wenig Geld ein interessantes Ausgangsmaterial für eine leistungsfähige, kompakte Amateurfunk-Stromversorgung.