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Modellbahn Fahrspannung steuern.
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BID = 572885
E-P-S
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Hallo zusammen. Meine Frage dreht sich um das Thema Modelleisenbahn, speziell die Steuerung der Fahrspannung einer Analogen Modellbahn.
Ich weis gar nicht wo ich anfangen soll, daher kurz zum Hintergrund: Die Modellbahn soll per PC gesteuert werden. Hierbei werden über ein Interface (ATMEL) eine Reihe von Modulen angesteuert auf denen sich CMOS4094 befinden die als großes Schieberegister zusammengeschaltet sind. Schalter und Rückmelder (mit 4021) usw. sind schon erledigt und kein Problem - ebensowenig die Kommunikation zum PC.
Es scheitert an der Schaltung für die Fahrspannung - also dem Modul dafür. Hierbei sollen 6 Bit (64 Fahrstufen: 0-63) in eine Gleichspannung von 0-12V und entsprechend hoher Leistung (max. etwa 1,5A) umgesetzt werden.
Als Kern dient wieder ein CMOS 4094 and dessen Ausgängen Bit 1-6 momentan ein R2R Netzwerk (20K/10K) hängt. Einen DAC & OPV kann ich nicht einsetzen, da keine negative Spannung zur Verfügung steht! Daher weiche ich auf das R2R Netzwerk aus.
Da ich nun aber den 4094 schlecht mit 1,5A belasten kann, würde ich hinter das R2R gerne einen Leistungstransistor (bsp. BD675) hängen der wiederum die extra angelegte Gleichspannung von 0 bis etwa 16V regeln soll.
Leider versagt irgendwie mein Gehirn bei allem was nach dem R2R kommt - auch ein Testaufbau bringt keine ordentlichen Ergebnisse. Am R2R messe ich bei 12V Betriebsspannung noch 0 - 9,9V für die Werte 0 - 63. Nur wie steuere ich damit nun den Transistor an, also über welchen Vorwiderstand usw. ohne dabei den 4094er zu schrotten?
Leider fehlt mir da jegliche Peilung.
WICHTIG - Eine PWM Steuerung kommt nicht in Frage da die älteren und/oder die sehr neuen Gleichstromlokomotiven dies nicht verkraften.
Kurzum gefragt: Wie kann ich 12-16V mit max. 1,5A vom PC aus regeln?
Ich hoffe das jemand den langen Text hier liest und mir weiter helfen kann - vielen, vielen Dank. |
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BID = 572886
hajos118
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Spannungsregler, z.B. LM317, angesteuert mit elektronischem Widerstand (ser. Ansteuerung durch Atmel µC?) gibt's mit bis zu 255 Stufen, wodei Du Dir wahrscheinlichum die untersten Stufen keinen Kopf machen mußt, da die Loks (üblicherweise) nur bis ca. 5% der Endspannung noch mit Bewegung reagieren.
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Interpunktion und Orthographie dieses Beitrags sind frei erfunden.
Eine Übereinstimmung mit aktuellen oder ehemaligen Regeln wäre rein zufällig und ist nicht beabsichtigt.
Wer einen Fehler findet, darf ihn behalten!
[ Diese Nachricht wurde geändert von: hajos118 am 17 Dez 2008 14:01 ] |
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BID = 572889
perl
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Zitat :
| | Einen DAC & OPV kann ich nicht einsetzen, da keine negative Spannung zur Verfügung steht! |
Das könntest du schon und tust es sogar, denn dein R2R-Netzwerk ist nichts anderes als ein 6-Bit-DAC.
Zitat :
| | Da ich nun aber den 4094 schlecht mit 1,5A belasten kann, würde ich hinter das R2R gerne einen Leistungstransistor (bsp. BD675) hängen der wiederum die extra angelegte Gleichspannung von 0 bis etwa 16V regeln soll. |
Nimm hinter deinem DAC lieber einen Opamp, wie den LM324, der auch mit unipolarer Versorgung zurechtkommt und Eingangsspannungen bis herab zu 0V verarbeitet. Damit steuerst du dann einen kräftigen MOSFET, BUZirgendwas, an.
Zitat :
| | Eine PWM Steuerung kommt nicht in Frage da die älteren und/oder die sehr neuen Gleichstromlokomotiven dies nicht verkraften. |
Das ginge schon, aber die meisten vergessen, dass hinter den Leistungsschalter eine Speicherdrossel gehört. Da induktive Bauteile nicht so gut erhältlich und auch relativ teuer sind, wird diese Lösung i.A. nicht bevorzugt.
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Bei obigem Beitrag handelt es sich um meine private Meinung.
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BID = 572892
E-P-S
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Wow, schnelle Antwort. Vielen Dank erstmal.
Das R2R ist natürlich ein DAC - schon klar. Ich wollte zum Ausdruck bringen das ich keinen "Schaltkreis" einsetzen kann (z.B. DAC0808) weil mir halt die neg. Spannung abgeht.
Das ganze jetzt noch auf PWM umzumüntzen ist mir ehrlich gesagt auch etwas zu umständlich. Daher frage ich mal ganz bettelnd (und frech) -
wie müsste die Schaltung mit dem OpAmp und dem LM324 aussehen?
Ich bedanke mich ganz herzlich.
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BID = 572897
perl
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Zitat :
| | Am R2R messe ich bei 12V Betriebsspannung noch 0 - 9,9V für die Werte 0 - 63 |
Das kommt mir etwas wenig vor.
Verwendest du so niederohmige Widerstände, dass die CMOS-Ausgänge in die Kniee gehen ?
Am besten baut man soetwas in SMD auf, da braucht man keine Löcher zu bohren und 1%ige-SMD-Widerstände -alle der gleiche Wert- kosten praktisch nichts.
Wie hoch ist denn die Gleichspannung, aus der du die 12V Fahrspannung gewinnen willst und mit welchen Strömen rechnest du?
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BID = 572935
E-P-S
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Als R2R benutze ich 10K/20K Wiederstände mit 1% Toleranz. Die Fahrspannung beträgt 16V. Die Spannung die das ganze steuert beträgt 12V.
Die 16V werden also am Collector eingespeist, Massen sind verbunden. Ich denke mal das max. 1,5A mehr als ausreichend sind, wobei natürlich noch ne Diode gegen Verpolung und eine Poli Switch Sicherung als Kurzschlußschutz in den 16V Kreis reinkommen.
SMD ist nicht so günstig da sämtliche Bauteile schon vorhanden sind und ich mit SMD nicht wirklich umgehen kann.
Nachtrag @hajos: Ich benutze nur 6-Bit (0-5) weil das Bit 6 für den Richtungswender dient (also Relais zum Umpolen der Fahrspannung) und Bit 7 wird benutzt um diese PC geregelte Spannung abzutrennen und auf den Stromkreis, bzw. an das Gleis, einen handgeregelten Trafo zu schalten.
[ Diese Nachricht wurde geändert von: E-P-S am 17 Dez 2008 16:55 ]
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BID = 573137
E-P-S
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Ich nochmal 
Scheinbar geht es jetzt doch - war wohl etwas spät und mein Hirn schon am pennen - allerdings besteht noch immer ein Problem.
Mein jetziger Aufbau sieht so aus: 4094, Ausgänge (6-Bit) mit R2R Netzwerk (10/20K), Ausgang des R2R an Vorwiederstand 220Ohm an Leistungstransistor BD675.
Die Steuerspannung beträgt 10V (nicht 12V wie ich oben erwähnte, daher auch nur die 9,9V hinter dem R2R) und gesteuert werden sollen 16V.
Steuern lässt sich super zwischen 0 und 9,9V vor dem Transistor. ABER: komischerweise kommt dahinter auch nicht mehr raus obwohl hier die 16V anliegen.
Warum???
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BID = 573182
GeorgS
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Ich würde die Spannung gar nicht steuern,
sondern mal eine gesteuerte Stromquellenschaltung versuchen.
Nach meiner Einschätzung müßte man damit ein wesentlich
realitätsnäheres Anfahren hinbekommen.
(ohne Geruckel und plötzlichem Lospreschen)
Gruß
Georg
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BID = 573185
E-P-S
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Eine nette Idee - hättest du ne passende Schaltung dafür?
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BID = 573224
GeorgS
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Hast du
eine Suchmaschine, eine Tastatur und zwei Hände?
Georg
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BID = 573282
perl
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So ungefähr stell ich mir das vor.
Die Verwendung des LM317T anstelle eines simplen Transistors bringt ein paar Vorteile:
1) Das Teil ist überlastfest und wenn es ihm zu warm wird, regelt es einfach den Ausgangsstrom herab.
Sozusagen unkaputtbar.
2) Das Teil ist kurzschlussfest und begrenzt den maximalen Strom von sich aus auf etwa 2A.
3) Die Ausgangsspannung ist um 1,2 V höher als die Steuerspannung.
4) Der benötigte Steuerstrom beträgt nur 50µA
Die Elkos der geeigten Schalzung können alle z.B. 10µF/25V haben und sollten nahe an dieser Schaltung angebracht sein. Die eigentlichen Siebelkos können sich dann woanders befinden.
So wie gezeigt, hat der LM324 eine Verstärkung von 4,7.
Zusammen mit der genannten Spannungsanhebung um 1,2V und dem anschliessenden Abfall um 0,7V brauchst du also 2,4V am Eingang um eine Ausgangsspannung von 12V zu erreichen.
Da dein DAC mehr liefert, kannst du ihn mit dem Trimmpoti anpassen.
Auf die Dioden am Ausgang (1n4001 o.ä.) kann man wahrscheinlich sogar verzichten.
Sie verhindern in erster Linie potentiell zerstörerischen Rückstrom in das IC.
Im Extremfall (Wechselspannung am Ausgang) geht die untere mit Kurzschluss kaputt, aber verhindert so die Zerstörung der ICs. Daher auch die Bezeichnung Opferdiode.
Der LM317 braucht eine Mindestlast um 5mA, sonst läuft seine Ausgangsspannung hoch.
Da das hier vermutlich nicht stört, habe ich keine Massnahmen dagegen ergriffen.
Falls das doch ein Thema sein sollte, lege man an seinen Pin3 (den mittleren!) noch einen Widerstand von z.B 470 Ohm nach 0V.
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E-P-S
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Tja was soll ich sagen:
ALLERHEFTIGSTES DANKESCHÖN und besinnliche Feiertage.
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BID = 573286
perl
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De rien.
P.S.:
Ich sehe gerade das hier:
Zitat :
| | Die Steuerspannung beträgt 10V (nicht 12V wie ich oben erwähnte, daher auch nur die 9,9V hinter dem R2R) und gesteuert werden sollen 16V. |
Dann versorge bitte den 324 über eine Diode auch aus der Fahrspannung anstatt aus der Steuerspannung, sonst wird das etwas knapp. Evtl. dann auch den Elko dort etwas größer (47..100µF) wählen.
Weitere Änderungen sollten nicht erforderlich sein.
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[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 19 Dez 2008 3:27 ]
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