Gebloggt: Linux in Schulen

In eigener Sache: ich habe ein Faible für den Open-Source-Einsatz in Schulen und Bildungseinrichtungen. Ich meine dabei nicht nur Linux als Arbeitsplatzbetriebssystem im Lehrbetrieb, sondern vor allem als fundamentale Plattform der gesamten schulischen Infrastruktur. Das betrifft sowohl die Infrastruktur im Bereich Server, etwa als Grundlage des schuleigenen IT-Netzwerkes für den laufenden Betrieb UND für Lernzwecke in der Informatikausbildung, als auch die Verwaltung schuleigener Ressourcen. Neben dem gewöhnlichen Verwalten von Rechnern und Benutzern auf Basis eines Verzeichnisdienstes, wie in jedem anderen IT-Netzwerk auch – hier punktet Linux gegenüber Active Directory und MS Windows Server vor allem von der Kostenseite – betrifft das auch die Bereitstellung von Schulungsräumen und Zuteilung von Ressourcen.

Schulpädagogische Musterlösung

Die paedML-Schul-Software wurde bis 2013 vom Landesmedienzentrum Baden-Württemberg entwickelte und ist eine umfassende Lösung zum Verwalten der schulischen IT-Infrastruktur und für den IT-gestützten Unterricht. PaedML kümmert sich unter anderem um das Bereitstellen von Diensten zum Steuern des Unterrichts oder bietet Zugang zu Lernportalen oder stellt einen sicheren Zugang zum Internet für den Zugriff von unterwegs und zuhause zur Verfügung. Eine Voraussetzung dafür ist ein zentrales und schulübergreifend einsetzbares Benutzer- und Berechtigungsmanagement.

Was ist paedML ?

Die neue PeadML-Version 6 basiert jetzt im Gegensatz zu den Vorgängern auf UCS@School des Bremer Open-Source-Herstellers Univention und damit ebenfalls auf Debian. Das Produkt stellt neben einem Kommunikations-Server (E-Mail, WWW, Datenbanken) unter anderem eine Firewall, einen Fileserver, einen Printserver und einen Applikationsserver zur Verfügung. Dazu gibt es eine spezielle Schulkonsole. Hierbei handelt es sich um eine für den Unterricht konzipierte Weboberfläche. Bemerkenswert ist auch SheilA (Selbstheilende Arbeitsstationen). Mit SheilA lassen sich Arbeitsplatzrechner einfach und schnell wiederherstellen. Im Vergleich zum Vorgänger verfügt paedML 6.0 außerdem über eine zentrale Hard- und Software-Inventarisierung. Zudem wurde die Benutzeroberfläche vereinfacht und verbessert. Interessierte Bildungsträger und Schulen erhalten paedML Linux 6.0 auf Anfrage beim Landesmedienzentrum Baden-Württemberg.

Vorteile von paedML

Laut Univention besteht ein Vorteil von paedML Linux 6.0 darin, dass sich die Lösung in sehr kurzer Zeit einführen und in Betrieb nehmen lässt. Mit paedML 6 lassen sich sämtliche Verwaltungsaufgaben mit Hilfe der webbasiertes Management-Oberfläche ausführen. Dazu gehören etwa das Einbinden neuer Nutzer und Endgeräte oder das zentrale Vergeben von Berechtigungen. Ferner lassen sich mit paedML 6 Schülerrechner verwalten oder digitale Unterrichtsmaterialien ausrollen. Darüber hinaus gibt es einen Klassenarbeitsmodus. Mit paedML stehen nach Einschätzung des LMZ in Baden-Württemberg Personalressourcen, die sonst für das Verwalten der schulische IT benötigt würden wieder voll für den Unterricht zur Verfügung. Die Verwendbarkeit von paedML ist selbstverständlich nicht auf Baden Württemberg beschränkt. Technische Einzelheiten zu paedML 6 finden sich auf der Produktseite und in den technischen Datenblättern zur paedML und zur Schulkonsole.

paedML und Univention

Allerdings war der Umstieg auf UCS@school unter Nutzern nie umstritten, insbesondere nachdem das Landesmedienzentrum als Folge des im Rahmen eines Symposiums beschlossenen Wechsels zu Univention die bisherigen Entwickler entlassen und Anwender über die Zukunft von paedML im Unklaren gelassen hatte. Daher haben sich viele ehemaliger Entwickler und Nutzer unter  openML/linuxmuster.net zu einem von der Gemeinschaft weitergeführten Projekt auf Basis von paedML 5  zusammengefunden. Während paedML durch den Wechsel zu UCS@school eine in Teilen neue Bedienung aufweist, setzt openML/linuxmuster.net das bisherigen Konzept (von paedML 5) fort und basiert auf Server-Seite ausschließlich auf freier Software. So verwendet openML/linuxmuster.net etwa Ubuntu als Fundament. Allerdings unterstützt openML/linuxmuster.net mit der Beschränkung auf freie Software im Gegensatz zu paedML keine Windows- oder Novell-Server. Univention hatte den Zuschlag seinerzeit nicht ohne Bedingungen bekommen. Das neue paedML musste den Funktionsumfang der bestehenden paedML-Version 5 hundertprozentig abdecken. Univention wurde zudem verpflichtet, uneingeschränkten Third-Level-Support sicherstellen und die webbasierte Management-Konsole von UCS@school zur „pardML-Schulkonsole“ umfunktionieren, sowie die Bedienung vereinfachen. Ferner sollte paedML als hochverfügbares System realisieren werden. Darüber hinaus muss Univention Schulen oder den zuständigen IT-Dienstleistern Schulungen für den Einsatz im Schulalltag, sowie eine ausführliche Dokumentation zur Verfügung stellen.

 

Dynamische Stromverteilung in Ladeschaltungen leicht gemacht

In portablen Geräten steuert normalerweise ein interner Lade-IC das Laden des Akkus. Bei einem Lithium-Ionen-Akku gibt er zunächst einen konstanten Strom ab und danach eine konstante Spannung. Heute setzen diese ICs üblicherweise optimierte Laderoutinen ein und implementieren dabei eine dynamische Stromverteilung.

In der Vergangenheit hat man die Stromverteilung bei akkubetriebenen Geräte auf verschiedene Weise umgesetzt. Mit dem effizientesten Aufbau erzielt man die beste Nutzererfahrung bei maximaler Akkuschonung.

Dieser Beitrag beschreibt die Funktionsweise einer optimalen Stromverteilung und zeigt, wie man das Verfahren in einer hochintegrierten Stromsteuereinheit (PMU, Power Management Unit) umsetzen kann. Mit ihr kann man Stromversorgung und Akkuladung in Geräten wie etwa E-Book-Readern, Tablets und Mediaplayern platzsparend lösen.

Grundlegende Anforderungen an eine Ladeschaltung

Das Laden eines Akkus ist zunächst einmal einfach: Wird das betreffende Gerät an einen USB-Port oder an ein Netzteil angeschlossen, beginnt der Ladevorgang. Mit dem Einstecken wacht das Gerät typischerweise auf, es zieht dann Leistung aus der externen Quelle und speist damit das System und die interne Ladeschaltung.

Der Strom zur Versorgung des Systems wird dabei nicht aus dem Akku entnommen, der gerade geladen wird, sondern direkt aus der Stromquelle. Das hält die Zahl der Ladezyklen klein, schließlich zehrt jeder Lade- und Entladevorgang an der Lebenszeit des Akkus. Mit der Zahl der Lade- und Entladezyklen wird jeder Lithium-Ionen-Akku immer schwächer und fällt schließlich aus. Vermeidet man also eine unnötige Stromentnahme aus dem Akku, indem man beim Vorhandensein einer externen Stromquelle das System ohne Beteiligung des Akkus speist, verlängert dies das Leben des Akkus.

Das Gerät wird unabhängig vom Akku mit Strom versorgt

Ein weiterer Vorteil dieser Stromverteilung liegt darin, dass die Stromversorgung des Geräts unabhängig vom Akku erfolgt. Das Gerät startet auch mit leerem Akku sofort, ohne dass der Anwender warten muss, bis der Akku Spannung aufgebaut hat.

Bild 1: Der einfachste Aufbau einer Stromverteilung in einem akkubetriebenen Gerät mit zwei Schottky-Dioden, die ein logisches ODER bilden.

Im einfachsten Fall trennt eine Diode den Akku von der Systemstromversorgung, eine weitere Diode versorgt das System um den Akku herum (Bild 1). Die beiden Dioden bilden zusammen ein logisches ODER. Damit startet das System sofort, wenn es an eine externe Spannungsversorgung angeschlossen wird, derweil wird der Akku geladen und kann Spannung aufbauen. Diese einfache Schaltung hat aber verschiedene Nachteile. Der größte Nachteil ist der Spannungsabfall an den Schottky-Dioden, besonders nachteilig dabei ist der Leistungsverlust an D2, der bei Akkubetrieb auftritt. In diesem Fall geht an D2 Akkuleistung verloren.

Strom für das Gerät und zum Akku-Laden

Ein zweiter, weniger offensichtlicher Nachteil ist, dass die Ladeschaltung den Akku lädt, ohne dabei zu beachten, dass das Gerät selbst mit Strom versorgt werden möchte. Ist die Schaltung an einen normalen USB-Port angeschlossen, der gerade mal 500 mA Strom liefern kann, beansprucht die Ladeschaltung eventuell den ganzen Strom für sich und lässt für das System nichts mehr übrig. Schlimmer noch will die Ladeschaltung eventuell mehr als 500 mA Strom aus dem USB-Port ziehen und verletzt damit die USB-Spezifikation.

Ein MOSFET ersetzt die beiden Dioden

Bild 2: Ersetzt man die Dioden der Schaltung in Bild 1 durch MOSFETs, spart man sich den unnötigen Spannungsverlust im Akkubetrieb.

Ersetzt man die Dioden in Bild 1 durch einen MOSFET (M1 in Bild 2), ist das ein Schritt in die richtige Richtung. In diesem Fall sorgt der MOSFET für eine niederohmige Verbindung zwischen Akku und angeschlossenem Gerät, das ermöglicht sowohl ein Laden des Akkus als auch das unmittelbare Einschalten des Geräts, wenn die Spannungsquelle entfernt wird.

Braucht das System mehr Strom, als die Stromquelle liefern kann, kann der Akku über den PowerPath-FET die Differenz dazu liefern. Nachdem D1 nun nicht mehr vorhanden ist, kann der Lade-IC intern für eine Strombegrenzung sorgen und somit verhindern, dass der USB-Port überlastet wird.

Ein zweites Problem bleibt aber noch ungelöst: Die Strombegrenzung verhindert zwar die Überlastung des USB-Ports, aber sie verteilt den Strom nicht zwischen System und Batterieladung. Der Anwender wird normalerweise die volle Systemleistung wünschen und dafür eine verlängerte Ladezeit in Kauf nehmen, statt zu akzeptieren, dass sein System nicht genügend Speiseleistung bekommt, damit der Akku möglichst schnell geladen wird.

Um dieses Problem anzugehen, braucht man eine dynamische Stromverteilung, die den Ladestrom so steuert, dass die Leistungsfähigkeit der Quelle und der Strombedarf des angeschlossenen Systems berücksichtigt werden. Ziel dabei ist die volle Systemleistung bei externer Stromversorgung bei gleichzeitig minimaler Nutzung des Akkus in dieser Zeit.

Ein externer und ein interner MOSFET im Akkustrompfad

Bild 3: Dieser Aufbau bietet eine dynamische Stromverteilung.

Die Schaltung in Bild 3 arbeitet sowohl mit einem externen als auch einem internen MOSFET im Akkustrompfad. Dieser Aufbau bietet dynamische Leistungsverteilung.

Der externe MOSFET ist optional: Anwendungen mit hohem Strombedarf (bei denen viel Wärme abgeleitet werden muss), profitieren von einem externen Schaltelement. Wenn die Ladeschaltung abgeschaltet ist, versorgt der Akku das angeschlossen Gerät komplett selbst.

Ein Vorregler versorgt Ladeschaltung und System

Bild 4: Bei geringer Systemlast bleibt im Rahmen des Maximalstroms der Quelle noch Platz für einen Ladestrom (gelbe Pfeile).

Bild 4 zeigt, wie beim Anschluss an eine externe Stromquelle Ladeschaltung und System über einen Vorregler versorgt werden. Sowohl dessen Ausgangsspannung als auch sein Maximalstrom können konfiguriert werden.

Steigt der Strombedarf des Systems, sinkt der Ladestrom automatisch, damit der im Vorregler eingestellte Maximalstrom nicht überschritten wird, man erzielt so also eine dynamische Stromverteilung.

Bei vollem Akku wird das System komplett über den Vorregler versorgt

Bild 5: Ist der Akku voll geladen, öffnet sich der Ladeschalter, und aus dem Akku wird weiter kein Strom entnommen, solange das Gerät an eine externe Stromquelle angeschlossen ist.

Ist der Akku voll geladen, öffnet sich der Akkuschalter in Bild 5. Das System wird nun komplett über den Vorregler versorgt, aus dem Akku wird somit kein Strom entnommen, was dessen Lebensdauer verlängert. Überschreitet der Strombedarf des Systems (rot) den eingestellten Maximalstrom der externen Quelle kann der Akku zusätzlich Strom (gelb) über die PowerPath-FETs liefern („battery switch + ideal diode“ in Bild 5). Ist der programmierte Maximalstrom erreicht, sinkt VSUP_CHG minimal unter die Akkuspannung, so dass Strom aus dem Akku ins System fließen kann. Der Maximalstrom der externen Stromquelle wird aber nicht überschritten, so dass die Stromquelle nicht überlastet wird.

Integration einer dynamischen Stromsteuerung in eine PMU

Bild 6: Übersteigt der Strombedarf des Systems den Maximalstrom der externen Quelle, kann der Akku zusätzlichen Strom über den externen Schalter liefern.

In portabler Consumer-Elektronik, etwa in Tablets, ist Platz absolute Mangelware. Daher ist die Stromversorgung solcher Geräte meist mit einem Power Management IC (PMIC) aufgebaut, das die notwendigen Gleichspannungswandler in einem IC vereint.

Zur Vereinfachung des Designs der Stromversorgung und zur Platzersparnis wäre zu wünschen, dass die Ladeschaltung in diesen PMIC integriert ist. Aber wo bleibt dann die dynamische Stromsteuerung, wie sie oben beschrieben ist?

 

Dynamische Stromsteuerung mit einem PMIC

Bild 7: Die Ladeschaltung im PMIC AS 3711 unterstützt dynamische Stromsteuerung.

Bild 7 zeigt den optimalen Aufbau für die Implementation einer dynamischen Stromsteuerung mit einem AS3711, einem PMIC von ams für tragbare Geräte wie etwa Mediaplayer und Tablets. Der AS3711 verfügt über zwei Abwärtswandler mit 1 A, einen Abwärtswandler mit 1,5 A, einen Abwärtswandler mit 3 A, acht LDOs, zwei Aufwärtswandler und einen geschalteten Laderegler mit 1,5 A – und das alles in einem Gehäuse von 7 mm x 7 mm.

Ein Laderegler auf der Basis eines Schaltreglers lädt einen Akku effizienter als die üblicherweise eingesetzte lineare Ladeschaltung. Er braucht daher weniger Strom, so dass mehr vom Speisestrom für das angeschlossene System übrig bleibt (das von VSUP versorgt wird). Die höhere Effizienz des Schaltreglers senkt auch die thermische Verlustleistung während der Batterieladung. Der AS3711 bietet darüber hinaus einen Überspannungsschutz bis 30 V und einen strombegrenzenden Vorregler, der auf 16 unterschiedliche Stromwerte zwischen 0,1 und 2,5 A programmiert werden kann. Weiterhin ist die Spannung auf der VSUP_CHG-Schiene konfigurierbar.

PMIC mit integrierter Ladeschaltung spart Platz und Kosten

Setzt man ein PMIC mit einer integrierten Ladeschaltung ein, spart man Platz und Kosten eines separaten Lade-ICs. Weiterhin können alle Spannungen und der komplette Ladevorgang mit nur einem Registersatz eingestellt und überwacht werden. Über die grafische Benutzerschnittstelle des AS3711 kann man die Ladeschaltung des PMIC sowie die anderen Funktionsblöcke extrem einfach konfigurieren (siehe Bild 8). Man kann alle Funktionsblöcke von Bild 7 über diese GUI programmieren, wobei Erhaltungsladung, Konstantstromladung, Konstantspannungsladung, Zeit, Auszeit, Temperaturüberwachung, Strombegrenzung und Erkennung externer Überspannung konfigurierbar sind. Weiterhin besteht die Wahl zwischen linearem und geschaltetem Akkuladeverfahren.

Prinzipielle Vorteile durch Einsatz eines PMICs

Bild 8: Grafische Benutzerschnittstelle zur Konfiguration des PMICs AS 3711.

Der vorliegende Artikel hat gezeigt, dass dynamische Stromsteuerung den Akku schont und für eine optimale Systemleistung sorgt, wenn das Gerät an eine externe Stromversorgung angeschlossen ist.

Sie kann weiterhin den Akku als zusätzliche Stromquelle nutzen, wenn das System mehr Strom braucht, als die externe Quelle liefern kann. Somit kann man ein Netzteil kleiner dimenisionieren, was Kosten spart. Es muss ja nur die Akkuladung abdecken können, nicht aber gleichzeitig den Spitzenbedarf des Systems.

All diese Vorteile haben Anwender der neuesten PMICs für portable Geräte, wenn sie den Aufbau umsetzen, wie er oben am Beispiel des AS3711 dargestellt wurde. Dieser IC bietet ein effizientes Mittel dafür, den Ladestrom dynamisch an den Strombedarf des Systems anzupassen.

Die Implementierung einer dynamischen Stromsteuerung über ein PMIC bringt zusätzlich folgende Vorteile:

  • Platzersparnis, weil ein externer Lade-IC eingespart wird,
  • einfache Steuerung aller Spannungen per Software, einschließlich der Ladespannung,
  • vereinfachte Stromsteuerung über den PMIC, der Eingangsspannung, Akkuspannung, Systemspeisespannung und alle anderen Spannungen überwacht und intelligente Systeminterrupts generiert und automatisch handhabt.

Freies WLAN – Bayern voran

Bayern ist damit das erste Bundesland mit einer solchen klaren Zielvorstellung. Erst kürzlich hat das Land Bayern beschlossen für den Breitbandausbau 1,5 Milliarden Euro zur Verfügung zu stellen. Zunächst muss allerdings beim WLAN erst einmal weitere Rechtssicherheit, was die Störerhaftung betrifft, geschaffen werden. Die Bundesregierung will im August 2014 einen Gesetzentwurf vorlegen.

Fotos in Lync 2013 und Exchange

Hochauflösende Fotos können Benutzer mit Outlook Web App hochladen. Benutzer können aber nur ihre eigenen Fotos aktualisieren. Administratoren können mit der Exchange-Verwaltungsshell die Fotos aller Benutzer aktualisieren:

$photo = ([Byte]] $(Get-Content -Path „e:\Photos\joos.jpg“ -Encoding Byte -ReadCount 0))
Set-UserPhoto -Identity „Thomas Joos“ -PictureData $photo -Confirm:False
Set-UserPhoto -Identity „Thomas Joos“ -Save -Confirm:False

Damit ein hochgeladenes Foto dem Benutzerkonto zugewiesen wird, muss der Benutzer in den Optionen das Bild noch speichern. Um als Administrator das Foto dem Benutzerkonto beispielsweise von Thomas Joos zuzuweisen, verwenden Sie als Befehl:

Set-UserPhoto -Identity „Thomas Joos“ -Save -Confirm:False

Um zu prüfen, ob das neue Foto dem Benutzerkonto zugewiesen wurde, meldet sich der Benutzer in Lync an und lässt sich sein Bild anzeigen. 

Lync 2013 installieren und konfigurieren

Um Lync 2013 auf einem Server mit Windows Server 2012/2012 R2 zu installieren, müssen Sie zunächst einige Voraussetzungen installieren. Dazu verwenden Sie am besten die PowerShell. Zunächst installieren Sie .NET Framework:

Install-WindowsFeature -Name NET-Framework-Core -Source D:\sources\sxs 

Danach installieren Sie die notwendigen Voraussetzungen für Lync 2013:

Install-WindowsFeature -Name Windows-Identity-Foundation,Server-Media-Foundation,NET-HTTP-Activation

Starten Sie die Oberfläche der Lync-DVD, müssen Sie zunächst noch Visual C++ 2012 x64 installieren lassen. Dazu blendet der Installations-Assistent ein entsprechendes Fenster ein.

Nachdem die notwendigen Erweiterungen installiert sind, startet der Installations-Assistent von Lync 2013. Klicken Sie im Fenster auf Installieren, damit Sie Lync 2013 installieren können

 

Gebloggt: Oracle Linux 7 ist da

Oracle hat seinen RHEL-Klon Oracle Linux in Version 7 freigegeben. Detaillierte Informationen die Unterschiede zu RHEL betreffend, sowie in Bezug auf die Neuerungen im Vergleich zur Vorgängerversion liefert eine umfangreiche Pressemitteilung. Den Neuerungen gegenüber Oracle Linux 6.x widmen sich auch die Release-Notes, die im gut bestückten Dokumentationszentrum zur Verfügung stehen. Die Distribution steht nach Registrierung zum kostenlosen Download zur Verfügung. Oracle verkauft auf Wunsch und im Gegensatz zu CentOS aber auch Support-Pakete.

Gleich oder nicht gleich

Im Gegensatz zum nahezu hundert Prozent identischen CentOS-Klon, dessen Entwickler seit Jahresbeginn offiziell mit Red Hat zusammenarbeiten, versteht sich Oracle Linux traditionell eher

als Konkurrent von Red Hat Enterprise Linux. Laut Oracle soll Oracle Linux trotz der genannten Unterschiede aber ebenfalls voll kompatibel zu Red Hat Enterprise Linux sein, allerdings könne sich Oracle Linux 7 aufgrund der speziellen Erweiterungen in Einzelfällen durchaus anders verhalten, als das Original. Das Nachbauen eines RHEL-Klones ist möglich, weil die Quellpakete von Red Hat Enterprise Linux – nicht aber Binärpakete oder Kernel-Patches – wie für ein Open-Source-Projekt üblich frei zugänglich sind.

Oracle AddOns und Ubreakable Kernel

Ein Alleinstellungsmerkmal von Oracle Linux ist die in Version 7 eingeführte Tracing-Unterstützung mit Hilfe des ursprünglich für Solaris entwickelten Dtrace. Eine Besonderheit von Oracle Linux besteht im Unbreakable Kernel, den Oracle mit eigene Erweiterungen ausrüstet. Der hört in der aktuellen Version auf den Namen (UEK R3) und verfügt in Oracle Linux 7 über eine Reihe von Verbesserungen, etwa bei der Virtualisierung mit Xen. Ferner bietet Oracle im Zusammenhang mit UEK R3 und im Gegensatz zu Red Hat offiziellen Support für das Dateisystem Btrfs. Btrfs lässt sich zwar auch in RHEL nutzen, wird dort aber nicht supported. Das neue Standard-Dateisystem von Oracle Linux 7 ist aber, wie auch bei Red Hat Enterprise Linux XFS. Der Btrfs-Support gilt nur für den Unbreakable Kernel. Bekanntlich liegt Oracle Linux auch ein „Red Hat Compatible Kernel“ (RHCK)“ bei. Dieser basiert bei Oracle Linux 7 auf dem auch von RHEL 7 verwendeten Kernel 3.10. Auch das Highlight von Oracle Linux, die auf Ksplice beruhende Live-Patch-Technologie zum Patchen des Kernels zur Laufzeit, ist nur mir UEK R3 verfügbar. Zwar werkeln die Red-Hat-Entwickler mit Kpatch an einer ähnlichen Technologie, die wird aber von RHEL 7 derzeit noch nicht supported. Der Unbreakable Kernel R3 beruht auf einen Linux-Kernel 3.8.

Weitere Neuerungen von Oracle Linux 7 im Vergleich zum Vorgänger sind etwa die Unterstützung der Container-Virtualisierung mit Docker und LCX (Linux Containers), die Umstellung des betagten Init-Systems System-V-Init auf systemd und der Wechsel des Standard-Desktops auf von Gnome 2.x auf Gnome 3.8 im Classic Mode.

Schaltende Bits

Antwort: Entwickler, die mit schnellen A/D-Wandlern nicht so gut vertraut sind, erwarten eventuell, dass der Digitalausgang eines Wandlers bei einem statischen Analogeingang konstant bleibt. Dies ist ähnlich wie man ohne Eingangssignal einen einfachen DC-Offsetfehler am Ausgang eines Operationsverstärkers erwartet. Nimmt man das Eingangssignal von einer Verstärkerschaltung und misst die Ausgangsspannung mit einem Digital-Multimeter, zeigt dieses den Verstärkeroffset an.

Das Digital-Multimeter mittelt die angezeigten Ergebnisse (mit einem A/D-Wandler). Allerdings sagt das Digital-Multimeter nichts über das Rauschen am Verstärkerausgang aus. Zum Messen des Rauschens ist ein Oszilloskop oder ein Spektrumanalysator erforderlich.

Wie alle anderen Bauteile in der Signalkette leisten auch A/D-Wandler mit ihrem eigenen thermischen Rauschen einen Beitrag zum Gesamtrauschen. Falls man also verifizieren möchte, dass der A/D-Wandler sich ohne Eingangssignal wie erwartet verhält, muss man einen Block von Daten erfassen und den Mittelwert bilden. Genauso wie es ein Digital-Multimeter mit der Verstärkerschaltung macht.

Schnelle A/D-Wandler floaten normalerweise zu Code in der Mitte des Ausgangsbereiches plus oder minus Offset. Somit sollte sich der resultierende Durchschnittsausgangscode innerhalb der Offsetspezifikation des A/D-Wandlers befinden. Während man den Block von erfassten Daten analysiert, kann man leicht das Rauschverhalten des A/D-Wandlers überprüfen. Die Datenblattspezifikation ist „Eingangsbezogenes Rauschen“, angegeben als LSBeff.. Die Messung ist bekannt als „Massebezogener Eingangshistogrammtest“, wobei die Nomenklatur von frühen Wandlern stammt, die einen bipolaren Eingangsbereich um Masse hatten. Den Eingang gegen Masse kurzuschließen entsprach kein Eingangssignal zu haben.

Moderne schnelle Wandler arbeiten normalerweise mit einer unipolaren Spannung. Somit ist statt der Masse ihre eingangsseitige Gleichtaktspannung der Mittelpunkt der Stromversorgung des Schaltungseingangs . Glücklicherweise wird der Histogrammtest durchgeführt, indem man ohne Eingangssignal einen Block mit Daten erfasst. Dies ist bereits erfolgt.

Statt den Mittelwert der erfassten Ausgangsdaten zu bilden, sollte man ein Histogramm anfertigen. Für einen typischen schnellen A/D-Wandler sind eventuell 1 LSBeff. Eingangsrauschen spezifiziert. So kann man eventuell eine Gauß’sche Verteilung mit den Offset Codes ±3 sehen. Das eingangsbezogene Rauschen wird als Standardabweichung der erfassten Daten berechnet.

Auf die eingangs gestellte Frage zurückkommend lässt sich sagen, dass das Breitbandrauschen des A/D-Wandlers für das Umschalten der Ausgänge sorgt – selbst ohne Eingangssignal. Viel Erfolg mit dem restlichen Debugging ihrer Schaltung.

Von Uwe Bröckelmann nach Unterlagen von Analog Devices.

LEDs mit höherer Spannung verbessern die Lampen-Effizienz

Man ist sehr daran interessiert, Glühlampen durch Leuchten zu ersetzen, die LEDs als Leuchtmittel verwenden. Normalerweise wird eine geringe Anzahl (5 bis 9) von LEDs in Reihe geschaltet, und ein Netzteil muss bei Strömen von etwa 350 bis 700 mA die Netzspannung in Niedrigspannung (typischerweise einige 10 V) umwandeln.

Bei Ermittlung der besten Art der Isolierung des Verbrauchers von der Netzspannung sind einige Abwägungen zu machen. Die Isolierung kann entweder im Netzteil oder in der Halterung der LEDs realisiert werden. In diesen Lower-Power-Designs werden LEDs im Allgemeinen galvanisch isoliert, da hierbei ein kostengünstigeres, nicht isoliertes Netzteil verwendet werden kann. Das Bild 1 zeigt einen typischen LED-basierten Lampenersatz. Das Netzteil in diesem Beispiel ist nicht isoliert. Das heißt, dass die Isolierung zum Schutz des Verbrauchers vor hohen Spannungen im Gehäuse statt im Netzteil integriert ist.

Bild 1: In einem LED-basierten Lampenersatz ist wenig Platz für ein Netzteil.
Bild 1: In einem LED-basierten Lampenersatz ist wenig Platz für ein Netzteil.

Dort ist offenkundig wenig Platz für das Netzteil vorhanden, was hohe Anforderungen an den Entwurf eines solchen Gehäuses stellt. Darüber hinaus befindet sich das Netzteil im Innern des Gehäuses. Dies behindert die Kühlung und macht eine gute Effizienz zu einem Schlüsselfaktor.

Bild 2 zeigt einen nicht isolierten Schaltkreis, der LEDs aus einem 120-V-Netz betreibt. Er enthält eine Gleichrichterbrücke, die eine Abwärtsleistungsstufe speist. Der Abwärtswandler ist die umgedrehte Version, bei der sich der Leistungsschalter Q2 auf der Rückführung befindet und die Freilaufdiode D3 an die Quelle angeschlossen ist.

Bild 2: Ein Abwärtswandler ergibt einen einfachen, mit Netzspannung betriebenen LED-Treiber.
Bild 2: Ein Abwärtswandler ergibt einen einfachen, mit Netzspannung betriebenen LED-Treiber.

Der Strom wird während der Einschaltzeit des Leistungsschalters über einen Quellenwiderstand geregelt. Während dieser Schaltkreis relativ effizient ist (80 bis 90 %), so weist er doch einige Nachteile auf, die den Wirkungsgrad begrenzen. Der Leistungsschalter muss im eingeschalteten Zustand den vollen Ausgangsstrom führen. Bei ausgeschaltetem Leistungsschalter fließt der Ausgangsstrom durch die Freilaufdiode. Die Spannung an den Strommesswiderständen R8 und R10 beträgt etwa 1 V.

Diese drei Spannungsabfälle sind im Vergleich zu einer LED-Spannung von 15 bis 30 V signifikant und begrenzen die Netzteileffizienz. Insbesondere tragen diese Verluste zum Temperaturanstieg in der Lampenfassung bei. Die Lichtleistung der LED verringert sich mit der Zeit und ist stark von ihrer Betriebstemperatur abhängig.

Beispielsweise nimmt die Lichtleistung einer LED über 50.000 Betriebsstunden bei 70 °C um 30 % ab, und bei 80 °C kann man mit einer Lebensdauer von lediglich 30.000 Betriebsstunden rechnen. Das Wärmeproblem wird weiter verstärkt, da die Lampen in kegelförmigen Lampenschirmen untergebracht sind, die die Wärme einschließen und eine Konvektionskühlung nicht fördern.

Hersteller von LED-Lampen haben damit begonnen, LED-Lichtquellen mit höherer Spannung zu entwickeln, indem sie mehrere LEDs auf einem gemeinsamen Substrat in Reihe schalten. Durch die höheren Spannungen lassen sich entweder die Kosten senken oder die Netzteileffizienz steigern. Mit diesen Produkten mit höheren Spannungswerten kann eine kostengünstigere Version des Netzteils einfach aus mehreren Gleichrichtern und einem Vorschaltwiderstand realisiert werden.

Bei diesem Ansatz wird zwar ein relativ guter Leistungsfaktor erzielt, jedoch ist der Wirkungsgrad gering, da ein beträchtlicher Teil der Eingangsspannung über dem Vorschaltwiderstand abfällt und dabei Verluste im Bereich von 30 bis 50 % der LED-Leistung entstehen. Dies kann eine Möglichkeit für Anwendungen mit geringerer Leistung sein, bei denen die Größe der wichtigste Faktor ist. Für höhere Leistungen ist dieser Ansatz aufgrund des geringen Wirkungsgrads jedoch ungeeignet.

Netzteile mit Aufwärtswandler oder mit Abwärtswandler?

Bild 3: Steigerung der LED-Treibereffizienz mithilfe eines Abwärtswandlers.
Bild 3: Steigerung der LED-Treibereffizienz mithilfe eines Abwärtswandlers.

Bild 3 stellt eine andere Alternative mit einem Netzteil mit Aufwärtswandlung vor. Der größte Teil des Schaltkreises ist in beiden Ansätzen identisch. Die Verluste an Schalter, Diode und Strommesswiderstand sind jedoch viel geringer, sodass Wirkungsgrade im Bereich von 90 bis 95 % erzielt werden. Dieser Schaltkreis weist zudem einen guten Leistungsfaktor mit Messwerten von 97 %auf.

Bild 4 zeigt ein Foto der zwei Netzteile, die in den Schaltbildern der Bilder 1 und 2 dargestellt wurden. Auch wenn dieses Netzteil ungefähr die gleiche Ausgangsleistung erzeugt, so gibt es doch mehrere offensichtliche Unterschiede, die sich auf die Größe des Netzteils auswirken. Die Spule des Aufwärtswandlers ist deutlich kleiner, da er nicht so viel Energie speichern muss. Zudem besitzt der Aufwärtswandler einen kleineren Widerstand als der Abwärtswandler.

Bild 4: Ein Netzteil mit Aufwärtswandler ist kleiner und effizienter als eines mit Abwärtswandler.
Bild 4: Ein Netzteil mit Aufwärtswandler ist kleiner und effizienter als eines mit Abwärtswandler.

Bei diesem Widerstand handelt es sich um einen Ersatzlastwiderstand (R20 in Bild 2), der verwendet wird, um zu bestimmen, wann in einem Dimmer ein Thyristor (SCR) zündet. Dies ist erforderlich, da die Dimmer über einen Triac mit Entstörkondensator verfügen, der ohne Last eine relativ hohe Spannung in das Netzteil speist. Dies verwirrt das Netzteil und führt zu fehlerhaftem Dimmverhalten.

Am Aufwärtswandler wird ein solcher Widerstand nicht benötigt, da die LEDs über die Boostinduktivität mit dem Eingang verbunden sind und eine ausreichende Last darstellt, sodass obiges Problem hier keine Rolle spielt. Die Rückseite der Platine ist nicht dargestellt, jedoch weist der Abwärtswandler (wie in den Schaltplänen zu sehen ist) mehr einfache Schaltungskomponenten auf. Der Aufwärtswandler ist verlustärmer, was bei Anwendungen mit eingeschränktem Platzangebot, wie beispielsweise LED-Ersatzlampen, von besonderer Bedeutung ist.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass LEDs mit höheren Spannungen zur Verlängerung der Lebensdauer von einschraubbaren LED-Lampen beitragen, indem sie die Verluste und die resultierenden Temperaturanstiege reduzieren. Dies erfolgt durch Austausch des Abwärtswandlers durch einen Aufwärtswandler, was den Wirkungsgrad des Netzteils steigert. Ein Aufwärtswandler weist etwa halb so viele Verluste auf wie ein Abwärtswandler. Darüber hinaus besteht der Aufwärtswandler aus weniger Teilen, erzielt einen besseren Leistungsfaktor und ist kleiner. Zudem wird das Dimmen mit einem Triac vereinfacht.

Von Robert Kollman, Texas Instruments

Druckverwaltungs-Konsole

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf der Konsolenstruktur auf den Eintrag Druckerserver, können Sie weitere Server der Verwaltungskonsole hinzufügen, die Sie zukünftig über diese zentrale Stelle verwalten.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf einen der verbundenen Druckerserver, können Sie verschiedene Aufgaben durchführen. Unter anderem können Sie alle Druckertreiber auf einen Schlag exportieren.

Über das Kontextmenü können Sie auch neue Drucker hinzufügen. Im Gegensatz zum normalen Installations-Assistenten für Drucker, können Sie über den Assistenten in der Druckverwaltung auch automatisch nach verfügbaren Druckern im gleichen Subnetz suchen lassen.

Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf einen Drucker, können Sie über das Kontextmenü verschiedene Aufgaben durchführen.

So können Sie zum Beispiel mit dem Befehl Mit Gruppenrichtlinie bereitstellen eine Gruppenrichtlinie auswählen, in die Sie den Drucker integrieren. Alle Benutzer und alle Computer, für die diese Richtlinie angewendet wird, werden automatisch mit dem hinterlegten Drucker verbunden

BranchCache auf Clients konfigurieren

Zur Aktivierung von BranchCache erstellen Sie am besten eine neue GPO und weisen diese zu. Die Einstellungen für Dateiserver in Gruppenrichtlinien finden Sie über „Computerkonfiguration/Richtlinien/Administrative Vorlagen/Netzwer“k. Hier aktivieren Sie auch den unterstützten Modus und den freien Speicherplatz für BranchCache. Aktivieren Sie „BranchCache-Modus „Gehosteter Cache“ festlegen“, müssen Sie über die Richtlinie auch den FQDN des Server in der Niederlassung festlegen (Hosted-Cache-Server), der die Daten vom Dateiserver der Zentrale (Content-Server abruft).

Wollen Sie in der Niederlassung mit Distributed Cache arbeiten, verwenden Sie den Befehl:

netsh branchcache set service mode=DISTRIBUTED

Sind bereits Richtlinien gesetzt, erhalten Sie bei der Ausführung auf dem Client eine entsprechende Meldung. Geben Sie den Befehl ein, wird die Firewall auf dem Client bereits automatisch für die beiden erwähnten Firewallregeln aktiviert.

Wollen Sie mit Hosted Cache in der Niederlassung arbeiten, verwenden Sie folgenden Befehl:

netsh branchcache set service mode=HOSTEDCLIENT LOCATION=<Server in Niederlassung der als Hosted-Cache-Server funktioniert>

Auch dieser Befehl konfiguriert automatisch die Firewall auf dem Client.

Mit dem Befehl „netsh branchcache show status al“l, können Sie sich einen Status der Clientkonfiguration anzeigen lassen. Mit dem Befehl „netsh branchcache show hostedcache“ lassen Sie sich den Hosted-Cache-Server anzeigen.