Stabile "mobile" Spannungversorgung (Modellbahn) gesucht...

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Stabile "mobile" Spannungversorgung (Modellbahn) gesucht...
Suche nach: modellbahn (139)

    










BID = 1073796

Corradodriver

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Hi Leute, ich bin mal wieder dabei, am Thema Modellbahn weiter zu arbeiten.

Es geht um die "stabile" Spannungsversorgung von "mobilen" Digitaldecodern, sprich, Funktionsdecodern in den Wagen.
Durch Dreck und Unebenheiten usw. hat man ja immer wieder mit Stromversorgungslücken zu kämpfen, die man heutzutage ja inzwischen mit Pufferspeicher jeglicher Art zu Leibe rücken kann. Allesamt haben aber ein Problem, den Spannungsabfall beim Verlust von Ub. Was für den Moder der Lok oder dem Sound in den Modellen unwichtig ist, weil der Decoder das wegregelt/aussteuert, macht sich bei der LED-Beleuchtung durch ein flackern extrem bemerkbar.
Die Erfahrung hat gezeigt, das selbst der Spannungsabfall an einer Schottky-Diode die über Vorwiderstand/Konstantstromquelle betriebene LED deutlich dunkler werden lässt. Für dieses Problem suche ich eine Lösung. Sprich, wie mache ich aus 15V "Landstrom" (Aus dem Gleis) 15V aus der "Konserve" (Aus dem Pufferspeicher).

Zu den Gegebenheiten:
Die Versorgungsspannung am Gleis ist FIX eingestellt und sollte je nach Systemanbieter auf einem Wert zwischen 12 und 21V liegen und nicht schwanken. (Es gibt Systemanbieter, die mit ungeregelter Spannung arbeiten, wo die Leerlaufspannung bin 21V hoch gehen kann. Unter Last liegt diese bei dem Anbieter aber bei ~15V)

Meine Decoder arbeiten mit einer Spannung bis runter zur Versorgungsspannung der LEDS. 3,5V würde ich hier als Untergrenze ansehen. Ich muss also keine 12-15V erzeugen...

Die Last an den Decodern beträgt max. 100mA.

Es soll ein Spannungeinbruch von max. 1 Sek. überbrückt werden.


Bisher hatte ich versucht, über einen 5,5v Festspannungsregler den Decoder direkt zu betreiben. Parallel dazu wurde aus diesem ein Low ESR-Goldcap über eine Doppel-Schottkydiode/Ladewiderstand ge/entladen. Das ganze hat nicht ohne Spannungseinbruch funktioniert! Selbst eine um den Spannungseinbruch zu egalisieren eingebaute Schottky zwischen Spannungsregler und Decoder zeigte, das die LEDs (Sowohl mit Vorwiderstand als auch über Konstantstromquelle betrieben) durch einen Spannungsabfall flackerten. (Der Spannungsabfall kann wenn überhaupt nur 0,1-0,2V betragen haben, hat sich aber deutlich gezeigt!)

Jetzt war meine Überlegung, ob man dem Problem Herr werden könnte, wenn man nach der Pufferschaltung einen StepUp-Regler verbaut, der sowohl von der Versorgungsspannung als auch vom Cap gespeist wird. Bisher is ja alles nur graue Theorie, aber könnte das funktionieren? Der StepUp-Regler könnte den Cap ja quasi restlos aussaugen. Die Frage ist, ob es Regler gibt, die schneller als das Auge arbeiten...(Ja gut, meine Augen sind heut wieder besonders träge... )...und ob der Cap mit dem "liefern" nach kommt.
Ziel ist es, eine Schaltung zu finden, die den Spannungseinbruch am Decoder/dessen Last verhindert und später in SMD mit auf der Platine Platz finden kann.

MFG Andy



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MFG Andy

BID = 1073800

Offroad GTI

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Zitat :
Das ganze hat nicht ohne Spannungseinbruch funktioniert! Selbst eine um den Spannungseinbruch zu egalisieren eingebaute Schottky zwischen Spannungsregler und Decoder zeigte, das die LEDs (Sowohl mit Vorwiderstand als auch über Konstantstromquelle betrieben) durch einen Spannungsabfall flackerten. (Der Spannungsabfall kann wenn überhaupt nur 0,1-0,2V betragen haben, hat sich aber deutlich gezeigt!)
Kannst du das an einem Labornetzteil (also mit stabiler Spannung*) reproduzieren?

Kann mir nicht vorstellen, dass das Flackern auf einen Spannungsfall von <2% (bezogen auf 12V) zurückzuführen ist...

*)Vielleicht bricht die Spannung für einen kurzen Augenblick komplett zusammen. Ein Multimeter kann dies nicht feststellen, und zeigt den Mittelwert an, welcher nur geringfügig unter der Nennspannung liegt.



_________________
Theoretisch gibt es zwischen Theorie und Praxis keinen Unterschied. Praktisch gibt es ihn aber.








BID = 1073811

perl

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Zitat :
Die Erfahrung hat gezeigt, das selbst der Spannungsabfall an einer Schottky-Diode die über Vorwiderstand/Konstantstromquelle betriebene LED deutlich dunkler werden lässt.
Dann ist das eben keine Konstantstromquelle.
Vielleicht, weil die Betriebsspannung zu niedrig ist, vielleicht auch, weil die Schaltung wegen ungünstiger Schaltung oder Dimensionierung selbst zuviel Spannungsabfall verursacht.
Da solltest du genauere Daten bzw. den Schaltplan liefern.

Den Rest diskutiere ich beim jetzigen Wissensstand nicht, ausser: Wieviel Platz hast du für die "Notstromversorgung", und was muss sie leisten?

P.S.:
Zitat :
Der StepUp-Regler könnte den Cap ja quasi restlos aussaugen.
Das bringt kaum noch etwas.
Wenn du den Kondensator bis zur halben Spannung entlädst, hast du schon 75% der gespeicherten Energie entnommen.





[ Diese Nachricht wurde geändert von: perl am 14 Nov 2020 18:22 ]

BID = 1073816

Corradodriver

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Wir reden hier von diesem Plan...





Zitat :
Kannst du das an einem Labornetzteil (also mit stabiler Spannung*) reproduzieren?

Hab ich ehrlich gesagt noch nicht versucht, da der Decoder nen DCC-signal verlangt, das nur das Digitalsystem bietet. Somit hab ich auch deren Stromversorgung getestet.


Zitat :
Kann mir nicht vorstellen, dass das Flackern auf einen Spannungsfall von <2% (bezogen auf 12V) zurückzuführen ist...

*)Vielleicht bricht die Spannung für einen kurzen Augenblick komplett zusammen. Ein Multimeter kann dies nicht feststellen, und zeigt den Mittelwert an, welcher nur geringfügig unter der Nennspannung liegt.


Streichen wir mal das Wort Flackern. Das war viell. die falsche Wortwahl. Die LEDs leuchten nach Verlust von Ub deutlich dunkler!!!


Zitat :
Den Rest diskutiere ich beim jetzigen Wissensstand nicht, ausser: Wieviel Platz hast du für die "Notstromversorgung", und was muss sie leisten?


Platz...DAS ist das leidige Thema. wie immer... Nicht viel. Hier mal ein Bild einer Platine, die schon im Betrieb ist.




Alles was zum Spannung stabilisieren an "Hühnerfutter" gebraucht wird, sollte mit auf die Platine passen. Der Goldcap wird i.d.R. ausgelagert, sollte aber mögl. nicht mehr als 1-2cm³ in Anspruch nehmen. Gern weniger, da es auch Modelle mit weniger Platz gibt. (Zugegeben, die kleineren Modelle mit weniger Platz haben auch weniger LEDs verbaut, wodurch die zu speichernde Energie geringer ausfallen kann. Somit relativiert sich das wieder.)


Zitat :
Dann ist das eben keine Konstantstromquelle.

Nen "missbrauchter" Sperrschicht-FET... BF511 ohne ext. Beschaltung.


Zitat :
Das bringt kaum noch etwas.
Wenn du den Kondensator bis zur halben Spannung entlädst, hast du schon 75% der gespeicherten Energie entnommen.


Das ist egal, wenn er leer ist, ist er leer. Das soll keine Stromunabhängige Akku-Zugbeleuchtung werden, es geht hier nur um kurze Unterbrechungen durch Dreck oder anderen Kontaktschwierigkeiten.

Wie gesagt... 100mA... für 1 Sek. ist vollkommen ausreichend und eigentlich schon Grenzwertig vom möglichen. Länger brauchts nicht zu überbrücken.

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MFG Andy

BID = 1073817

Harald73

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hi,

vor Jahren hatte ich mal was mit GoldCaps zu tun, damals war ich froh, einen zu finden der unter 10 Ohm Innenwiderstand hatte. Vielleicht geht dessen Spannung einfach in die Knie, wegen R, nicht mal wegen Entladung.

Die Zahlenwerte im Schaltbild stimmen nicht, vermute ich mal, 1µ5, 4µ7, 1µ5 ist "etwas wenig".
Vor allem aber: Du pufferst meiner Meinung (und ohne DCC-Erfahrung ) nach an der falschen Stelle. Jedes mV, was du den Goldcap entlädst kostet dich Versorgungsspannung. Ich würde den Puffer VOR den 7805 packen. Dort darf die Spannung gerne von 15 auf 8V (oder weiter, mit einem guten LowDrop-Regler sogar bis "5,fastNull") einbrechen, ohne dass sich an den 5V was ändert. Klar, der Kondensator muss dann auch die maximale Spannung aushalten, also 3 bis 4 (kleinere) GoldCaps in Serie.




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*..da waren sie wieder, meine 3 Probleme: 1)keiner 2)versteht 3)mich
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BID = 1073819

Corradodriver

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Ja, die 1,5µF für den Cap stimmen nicht, die dienen nur als Platzhalter. Hier kommen in der Regel 0,25F-0,47F-Typen zu Einsatz. Mehr Platz ist selten zu finden.


Zitat :
Ich würde den Puffer VOR den 7805 packen.

Und genau DAS würde ich NICHT machen, weil ich die gespeicherte Energie nicht im Spannungsregler verheizen will.
Bei 10V Unterschied und 100mA Last verbraten da 1 Watt! Energie, die mit viiieeel Platzverbrauch (3 statt 1 Cap) erkauft werden muss.

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BID = 1073821

rasender roland

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Zitat :
Harald73 hat am 14 Nov 2020 19:43 geschrieben :

Vor allem aber: Du pufferst meiner Meinung (und ohne DCC-Erfahrung ) nach an der falschen Stelle. Jedes mV, was du den Goldcap entlädst kostet dich Versorgungsspannung.

Sehe ich auch so.
Da ist doch genug Platz für einen 470 uF Kondensator. Der muss ja nicht zwingend auf der Platine sitzen. Der Goldcap kann dann wohl auch entfallen.

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mfg
Rasender Roland

BID = 1073822

Harald73

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Edit(Zeit war abgelaufen??): aha, Goldcaps gibt es auch fertig in Serie. Der hier hat 20V, 2cm3 aber leider nur 4m7, reicht nicht ganz: BZ05KB472ZSB


Zitat :
Das soll keine Stromunabhängige Akku-Zugbeleuchtung werden,

und wenn doch? PowerBank-Elektronik und
https://shop.lipopower.de/85mAh-37V.....71622
(1,3cm3)


Zum Thema verheizen:
Eventuell könnte man ja vielleicht an dieser Stelle einen Schaltregler verwenden, dann würde sogar der 4m7 von oben reichen. Aber nein, so konstruktiv wollen wir lieber nicht denken.

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BID = 1073824

perl

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Wie ich vermutete: Viel Zeug, das man nicht braucht, und das nicht nur unnütz ist, sondern sogar kontraproduktiv.

Ich schätze, dass die LED in dieser Schaltung nicht mehr als 3mA bekommen, und das schafft der µC auch so, lediglich mit einem Vorwiderstand. Konstantstrom ergibt sich automatisch, da der µC mit einer konstanten Spannung versorgt wird.

Du hast nur "Tiny" drangeschrieben, aber welcher der vielen ist es denn?
Wozu dient die Einkopplung der Speisespannung an Pin11?


BID = 1073825

Corradodriver

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Zitat : rasender roland hat am 14 Nov 2020 20:22 geschrieben :

Sehe ich auch so.
Da ist doch genug Platz für einen 470 uF Kondensator. Der muss ja nicht zwingend auf der Platine sitzen. Der Goldcap kann dann wohl auch entfallen.

Also ich sag mal so... Mein Wissenstand ist zwar stark begrenzt, aber ich war immer der Meinung, das nen Goldcap mehr Energie speichern kann, als ein Elko.


Zitat :
Du hast nur "Tiny" drangeschrieben, aber welcher der vielen ist es denn? Wozu dient die Einkopplung der Speisespannung an Pin11?


Attiny44
Pin 11 wird das DCC-Signal zur Steuerung eingespeist.

Lipos wird es definitiv nicht geben. Diese "Bomben" baue ich nicht in meine Modelle, zumal diese oftmals über Monate stromlos in der Verpackung gelagert werden. Da is die Selbstentladung zu schnell und killt mir den Akku.

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MFG Andy

BID = 1073826

perl

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Zitat :
ich war immer der Meinung, das nen Goldcap mehr Energie speichern kann, als ein Elko.

Das hängt stark von der Spannung ab, denn die gespeicherte Energie wächst mit dem Quadrat der Spannung. E=0,5*C*U²
Ausserdem kann man mit einer höheren Spannung meist mehr anfangen als mit niedrigen Spannungen, bei denen, auch wegen der höheren Ströme, die Widerstandsverluste grösser werden.

So kann z.B. bei 5V ein 0,1F Kondensator 1,25 J bzw. Ws speichern, und wenn du ihn bis auf 3V entlädst, kannst du 0,8 J davon benutzen.

Vergleichsweise speichert ein 1000µF Elko (nur 1% der obigen Kapazität!), den du mittels einer einfachen Spannungsverdopplerschaltung auf 25V aufgeladen hast, gut 0,31 J von denen ein Step-Down-Wandler bei Entladung bis 6V gut 0,29 J nutzen kann.
z.B.: https://www.ebay.de/itm/Adjustable-.....09718

1s lang 100mA bei 5V zu liefern erfordert 0,5 J.
Bei 3V wären es nur noch 0,3J - und dann ist plötzlich der 25V Elko wieder im Spiel.

Wie bereits geschrieben werden deine 12 LED aber weit weniger brauchen; zusammen mit dem 7805 und dem µC vielleicht 40mA.
Du solltest die tatsächliche Stromaufnahme mal messen.

Noch interessanter wird diese Betrachtung, wenn man, wie du es versuchst, Linearregler verwendet.
Mit 3V wirst du die weissen LED und den µC gerade noch betreiben können, und mit einem Low-Drop-Regler könnte der 0,1F Kondensator die 40mA für 5s
liefern.
Der 25V Elko sieht unter diesen Umständen viel schlechter aus, den nun wird die meiste Spannung auf dem Regler verheizt. Bei 40mA und 3V Endspannung gingen nach 0,55s die Lichter aus.

Meine Empfehlung daher:
Lass den eingangsseitigen Gleichrichter wie er ist, aber verwende den 7805 um damit den Supercap auf 5V aufzuladen.
Dahinter kommt dann ein einstellbarer Low-Drop-Regler, wie z.B. https://www.conrad.de/de/p/microchi......html , den du mittels Trimmpoti oder Festdwiderständen auf eine Ausgangsspannung von etwa 3V bis 3,3V einstellst.
Mit diesen ca. 3V betreibst du den Tiny und die LEDs, und justierst die Spannung so, dass der Tiny weisse LED direkt mit der gewünschten Helligkeit ansteuert.
Für andere Farben brauchst du Vorwiderstände.
Der Spannungsabfall an den µC-internen Pull-Down Transistoren beträgt unter diesen Umständen etwa 0,1V.

BID = 1073827

Corradodriver

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Zitat :
Wie bereits geschrieben werden deine 12 LED aber weit weniger brauchen; zusammen mit dem 7805 und dem µC vielleicht 40mA.
Du solltest die tatsächliche Stromaufnahme mal messen.


Die ändert sich, da die Schaltung an jeden Wagen angepasst wird. Sprich, langer Wagen viele LEDs, kurzer Wagen, wenig LEDs. Bei nem langen Wagen rechne ich mit bis zu 27 teils einzeln/parallel geschalteten LEDs (Ich halte mich da direkt ans Vorbild. Wo im Original ne Lampe saß, wird ne LED platziert. Deshalb ist die Schaltung bei jedem Wagen anders.), welche i.d.R. mit rund 3mA betrieben werden sollen. Die Helligkeit moderner Warmweißer LEDs ist da immernoch mehr als ausreichend. Damit bin ich bei 81mA.


Zitat :
Lass den eingangsseitigen Gleichrichter wie er ist, aber verwende den 7805 um damit den Supercap auf 5V aufzuladen.


Hatte mir den 78M05 ausgesucht, weils den als SMD-Typ gibt. (0,5A) den 7805 gibt nur als bedrahtet. (1A) Ist der Wechsel zwingend nötig? Weil eig. brauch ich den Platz.

PS: Teils hab ich sogar noch ne 1N4148 im GND-Anschluss des 78M05, um die Spannung noch auf 5,5V zu pushen. Gibt nochmal nen Schub extra.


Zitat :
Mit diesen ca. 3V betreibst du den Tiny und die LEDs, und justierst die Spannung so, dass der Tiny weisse LED direkt mit der gewünschten Helligkeit ansteuert.


Also gänzlich auf Vorwiderstände oder KSQ verzichten?
Wie siehts dann mit der Parallelschaltung von LEDs aus? Teils sollen mehrere LEDs von einem Ausgang des Tinys geschaltet werden. Problemlos möglich?
Hab grad mal gesucht, aber im Datenblatt des Tinys die Info nicht gefunden. Ich meine, er kann pro Ausgang 20mA schalten? Wären max. 6 LEDs wenn diese durch die Streuung nicht zuviel Strom ziehen...

Den Low-Drop-Regler hab ich mir mal angesehen... Werd ich mir mal besorgen. Leider in Berlin kein "Lagertyp". Also nix mit abholen...

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MFG Andy

BID = 1073853

perl

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Zitat :
Hatte mir den 78M05 ausgesucht, weils den als SMD-Typ gibt. (0,5A) den 7805 gibt nur als bedrahtet. (1A) Ist der Wechsel zwingend nötig?
Nein, ich war nur zu faul das M hin zu schreiben.
I.W. sind das die gleichen Schaltungen, die sich vielleicht in der Grösse des Ausgangstransistors unterscheiden. M.W. haben sie sogar die gleiche Leerlaufstromaufnahme.


Zitat :
Teils hab ich sogar noch ne 1N4148 im GND-Anschluss des 78M05, um die Spannung noch auf 5,5V zu pushen
Falls der Supercap das aushält.
Das solltest du im Datenblatt nachsehen. Immerhin kann ja nach die 5% Toleranz des Reglers hinzukommen.
Generell ist es keine gute Idee Bauteile dauerhaft an der Grenze des Erlaubten zu betreiben. Meist steht auch im Kleingedruckten, dass die Bauteile dadurch leiden können.


Zitat :
Also gänzlich auf Vorwiderstände oder KSQ verzichten?
Jedenfalls bei den weissen LED. Andere Farben werden geringere Flusspanungen haben und daher einen Vorwiderstand benötigen.


Zitat :
Teils sollen mehrere LEDs von einem Ausgang des Tinys geschaltet werden. Problemlos möglich?
Schau ins Datenblatt!
Und zwar in das aktuellste, dass du auf der Seite des Herstellers findest.
Ältere Versionen, hauptsächlich bei den Händlern zu finden, enthalten oft noch Fehler. Beachte auch, ob du evtl schon A Versionen oder andere Weiterentwicklungen des ursprünglichen Typs benutzt.
Ausserdem sind nicht generell alle I/O von µC gleich stark. Wo das der Fall ist, steht es auch im DB.
Ein weiterer Punkt der zu beachten ist, ist die Belastbarkeit der Power Anschlüsse VSS bzw. VDD, denn darüber läuft ja der summierte Strom der Ausgänge.


Zitat :
Wären max. 6 LEDs wenn diese durch die Streuung nicht zuviel Strom ziehen...
Probiers einfach aus. Streuen sollten die LED allerdings nicht, sondern wenigstens vom gleichen Gurt stammen.
Wird schon schief gehen.



Zitat :
Leider in Berlin kein "Lagertyp". Also nix mit abholen...
Kannst ihn dir doch bestellen und nach ein paar Tagen in der Filiale abholen. Dann kostet es keinen Aufpreis und kein Porto.

P.S.:
Du solltest kontrollieren ob die Gleichrichterdioden stark genug sind um den Einschltstrom des Supercap zu überstehen. Der 78M05 begrenzt den zwar etwas, aber mit 1A würde ich rechnen.

Programmierst (also nicht nur brennen) du den Tiny selbst?










BID = 1073854

Corradodriver

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Nein, ich brenne nur...

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nabruxas

Monitorspezialist



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Wohnort: Alpenrepublik

Warum brauchst Du so viele Kanäle für die Innenbeleuchtung der Waggons?
Kommt da für den Discobetrieb auch eine Spiegelkugel rein?

Vielleicht hast Du in meinen anderen Post den AL5809-15 gesehen?
*** click mich ***
Mit einen dieser Kerlchen kannst Du wahrscheinlich die gesamte Innenbeleuchtung realisieren.



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