Kondensator - wie anschließen???

[Grischan]

Hallo Kalle,
Yves von der Digitalzentrale hat das mit dem Kondensator in meiner BR80 gemacht. Es funktioniert und bringt was, Außerdem hab ich es bei der BR86 (neu 1. Serie) gesehen bei ihm. Die hat durch Einbau eines Kondensators ihre Macken verloren. Der Kondensator war so groß gewählt wie es eben ging (logo). Am besten du fragst mal Yves (Boarder YLange)

 

[ateshci]

Ein 1000µF-Kondensator kann ungefähr 0,1sec bei 100mA Motorstrom überbrücken ( Spannungsabfall von 15 auf 6V, dann macht der Decoder Schluß ), hat aber als 25V-Type ca. (DxL)13x21mm. Gibt man sich mit 470µF/16V
( ist allerdings schon kritisch wegen der Spannung ) und 0,05sec zufrieden, dann benötigt man 10x13mm, 25V sind 3mm länger.
Meistens geht es deswegen, weil die Unterbrechungen doch sehr kurz sind.
Gruß vom Heizer

 

[E-Fan]

Spannungsverdopplerschaltungen haben einen zu hohen Innenwiderstand als das sie für unsere Ideen genutzt werden könnten. Für einige Millampere Stromentnahme sind sie aber ganz gut zu gebrauchen.

Das ich aus pulsierender Gleichspannung eine Wechselspannung filtern kann, muss ich dir doch nicht sagen...

Das ist richtig, nur nützt sie im vorgegebenen Fall niemandem.

Was DC-DC Wandler angeht gibt es ein hauptsächliches Problem:
Diese arbeiten immer mit Spulen die recht hohe Induktivitäten aufweisen. Man könnte theoretisch gesehen die Schaltfrequenz erhöhen um die Spulen kleiner ausfallen zu lassen. Dann bringen aber die Ein- und Ausschaltflanken der nötigen Mosfets irgentwann zu große Verluste mit sich zumal die Treiberschaltung der Mosfets proportional zur Frequenz höhere Ströme verkraften können muss. Der Goldcap bringt also wenig wenn man die hälfte seiner gespeicherten Energie in Wärme umwandeln muss weil man keinen Platz hat.
(normale Transistoren kann man wegen ihrer großen Uce von rund 1 bis 2V je nach Strom nicht nehmen)
Weiterhin sollte die oft vorhandene Schwungmasse in den Fahrzeugen nicht aus der Betrachtung herausgelassen werden - die speichert im Vergleich gesehen sicherlich wesentlich mehr Energie als ein "pofeliger" 1000µ Kondensator.

 

[ateshci]

@e-fan
Man braucht nur einen MOSFET
Rechnen wir mal:
Uemin= 1.5V Uemax=2,3V, Ua=12V Ia=0,2A f=200kHz ---->
Idmax=1,59A, Idmin=0,62A bei Einschaltzeit von 1µsec = Tastgrad 20%
L= 9,8µH Drahtdicke 0,9mm, Kern Siemens R6,3/K1.

Die Spannungswelligkeit kann toleriert werden, denn der Decoder hat ja noch seinen eigenen Spannungsstabilisator/Glättungskondensator für den Prozessor und dem Motor ist das egal.

Also keineswegs utopische Werte.
Gruß vom Heizer

 

[E-Fan]

Ich hab ja nicht gesagt das es nicht geht - denke halt nur das die Schaltverluste verhältnissmäßig hoch wären.
(interessiert mich trotzdem wo Du die Werte her hast!)

P.S.: Stellen die Werte des Entladestroms aus dem Kondensator auch den durchschnittlichen Wert während der Zeit, in der der Mosfet durchgeschaltet ist, dar? Imho dürften die Peaks deutlich größer sein...

 

[ateshci]

@e-fan
>>interessiert mich trotzdem wo Du die Werte her hast!
Das ist das Programm, mit dem ich schon immer meine Schaltnetzteile berechnet habe
( Die funktionieren auch! ). Bei den paar nsec Ein/Ausschaltflanke dürften die Verluste am FET nicht so arg wild sein. Ich schätze die auf höchstens 2W. Sollte der Supercap bei der gepulsten Stromentnahme nicht so einbrechen, wie ich angenommen habe, wird die Bilanz noch besser.
>>Imho dürften die Peaks deutlich größer sein.
Wenn man von Imax und Imin spricht, ist das wohl eindeutig.
Der Strom fällt während der Einschaltzeit von Imax auf Imin ab.

Gruß vom Heizer

 

[E-Fan]

@ateshci:

Ick hab da mal ne Fraache zum Thema Ladungspumpen:
Zum einen könnte man die Verlustreichen Dioden in einer Ladungspumpe durch FET's ersetzen die über einen OpAmp angesteuert werden der die Spannungen vor und hinter den Diodenanschlüssen vergleicht und damit die FET's nur dann durchschaltet wenn eine normale Diode leiten würde.
Die Pumpwechselspannung könnte man doch theoretisch auch aus der Generatorspannung gewinnen - um die Kaskadierung der ladungspumpe klein zu halten - die der Motor nach dem Abschalten des Stroms noch liefert. Ein Decoder könnte in dem Moment die Pumpspannung mit einigen hundert Kilohertz zerhacken und in die Ladungspumpe umschalten lassen (soweit die Kondensatoren für die Frequenzen geeignet sind) um damit die Kapazität des Goldcaps brauchbar zu machen.
Damit wäre ein Step-Up Wandler mitsamt seiner (recht großen) Spule überflüssig und bei beideitiger Bestückung einer vier oder sechslagigen Platine könnte der Decoder anderthalb oder zweimal so lang wie die derzeit kleinsten erhältlichen ausfallen (ohne Goldcap)

 

[ateshci]

@e-fan
Ladungspumpen mit einem Transferkondensator - der dann zusätzlich zum Speicher seinen Platz braucht - schaffen höchstens eine Spannungsverdopplung.
Bilaterale MOS-Schalter für hohe Ströme, die mehr als 5V sperren können, sind mir nicht bekannt.
Der Motor erzeugt keine Wechselspannung, sondern Gleichspannung.
Da das perpetuum mobile unmöglich ist, kann der Motor seine eigene Versorgungsspannung nicht erzeugen.
Gruß vom Heizer

 

[E-Fan]

Laut Aussage der mir im WWW verfügbaren Infos ist die Ausgangangspannung zu einem großen Teil von der Pumpspannung abhängig.
Anbei mal eine gedankliche Prinzipskizze. Die Funktion der OpAmps könnte theoretisch auch von einem µC mit zwei Analogkomparatoren übernommen werden. Ich denke aber das der klassische Operationsverstärker hier einen deutlichen Geschwindigkeitsvorteil besitzt.
Einziges Problem: es wird eine zusätzliche Spannung von -10V benötigt.
P.S.: die Bezeichnung LM741 bitte unbeachtet lassen - der Tut hier nichts zur Sache.

P.P.S.: Ein perpetuum mobile ist es bei weitem nicht da ja Anfänglich Energie von aussen zugeführt werden muss. Vielleicht trifft die Bezeichnung verzögerte Selbsthalteschaltung (die dann irgentwann in sich zusammenbrechen wird) die Idee eher im Kern.

 

[ateshci]

Diese Skizze verstehe ich nicht, denn es fehlt der für eine Ladungspumpe nötige Transferkondensator. SO kann niemals die Spannung Ua Addition der Spannungen Uind und Uc sein.


Zusatz 15:35h
Eine Ladungspumpe kann pro Stufe:
entweder
eine Spannung verdoppeln oder auf einen frei wählbaren Bruchteil herunterteilen.
oder
zwei Spannungen mit dem gleichen Bezugspunkt addieren.

Gruß H.

 

[E-Fan]

Oh da hat sich ein kleiner Fehler eingeschlichen - C1 MUSS entfallen.
Die Ansteuerung der Fet's soll dazu dienen die Transistoren nur dann durchzuschalten wenn die Spannung am Drain gößer als die an der Source ist. Eine Diode tut ja auch nix anderes - hat aber, solang sie kein Schottkytyp ist mindestens 0,7V Spannungsabfall.
Quelle 1:
http://www.sprut.de/electronic/switch/schalt.html
"Es lassen sich mehrere Ladungspumpen hintereinander schalten. Jede zusätzliche Stufe vergrößert die Eingangsspannung um weitere n Volt. Mit solchen Kaskaden lassen sich auch Hochspannungen erzeugen, dann sollte man aber größere Schwingamplituden als 5V verwenden um das Verhältnis von Diodenspannungsabfall zu Pumpgewinn zu verbessern. Bei einer Schwingamplitude von 100V kann man die Diodenverluste schon fast vergessen. Der Spannungszuwachs pro Stufe erreicht dann 97,9 V"
Auf dieser Aussage beruht mein Gedanke.
Quelle 2:
http://www.holger-klabunde.de/dcdc/picdcdc.htm
Allerdings frag ich mich grad wo die hauptsächliche Leistung herkommt. Aus dem Anschluß der, in unserem Fall, an die Kapazität angeschlossen ist oder an dem der mit xxx Volt getaktet wird.

 

[ateshci]

@e-fan
JEDE der beiden Spannungsquellen muß auch den Strom liefern können, um die insgesamt benötigte Energie zur Verfügung zu stellen. Der Motor kann das gerade nicht! Er würde ganz schnell stehenbleiben, da sein Energiespeicher ja nur in der Anker/Schwungmasse besteht, der gerade bei niedrigen Drehzahlen, wo das Kontaktproblem sich am deutlichsten bemerkbar macht, nichts drauf hat, von der Getriebereibung garnicht zu sprechen.
Also könntest Du genauso gut auch die anstehende Schienenspannung benutzen, da sie sowieso schon eine Rechteckspannung ist. Was hilft Dir das aber? Du müßtest einen Kondensator für min. 30V= ( DCC-Halbwelle ist 15V ) mit entsprechender Kapazität haben, dann noch einen Abwärtsregler, da der Decoder max. 25V verträgt...
Abgesehen davon, wie viele Kondensatoren willst Du denn in die Lok reinbauen? Dann hast Du mindestens drei Schalttransistoren anstelle der Dioden mit ihren Umschaltverlusten.
SPRUTs Schaltung ist eine spezielle Ladepumpe, die eigentlich dazu gedacht ist, bei Kaskaden mit der Hälfte der Dioden auszukommen und damit den Wirkungsgrad zu verbessern. Es bleibt aber trotzdem festzuhalten, daß mit der Stufenzahl der entnehmbare Strom sinkt und daß man nicht mehr rausholen kann,als man reinsteckt.
Gruß vom Heizer

 

[ateshci]

@e-fan
>>Oh da hat sich ein kleiner Fehler eingeschlichen - C1 MUSS entfallen.

Das ist nicht der einzige Fehler.
Wenn der Schalter zur Spannungsquelle Uind öffnet, muß gleichzeitig ein Pfad zur Masse schließen, denn sonst kann der Kondensator nicht mit der Spannung Uc aufgeladen werden, und umgekehrt.

>>Die Ansteuerung der Fet's soll dazu dienen die Transistoren nur dann durchzuschalten wenn die Spannung am Drain gößer als die an der Source ist.

So, und was machen die FETs, wenn die Sourcespannung durch das 'Hochschieben' des mit Uc aufgeladen Kondensators Richtung (Uc +Uind) steigt? Jeder MOSFET hat eine intrinsische Diode, die dann leitet. Hätte er keine, würde er bei Spannungen > ca. 5..6V irreparabel durchschlagen. Ohne Diode geht da NICHTS!!! und den FET kannst Du Dir sparen.
Das gilt genau so für den FET Richtung Ua, da ja Ua > Uc ist.
Gruß vom Heizer

 

[ateshci]

So, und damit die Diskussion ein Ende hat:
Es gibt von einer amerikanischen Firma 'Dimension Engineering' einen 3g schweren, 30x18x9mm großen Spannungswandler namens 'AnyVolt Micro', dessen Eingangsspannung von 15V bis 2,5V schwanken darf, Ausgangspannung beliebig zwischen 3 und 15V fest einstellbar ist, max. 0.5A liefert bei einem Wirkungsgrad von 75% und z.B. bei 5V Eingangsspannung 12V@150mA , bei 3,3V noch 100mA, zur Verfügung stellt. Der Preis ist 19,99$ ( zzgl. Versandkosten)
Zusammen mit einem NEC FS0H104Z ( 100000µF/5.5V ) mit D=16,5mm und H=8,5mm läßt sich realistischerweise etwas machen.
Ende der Diskussion.
Gruß vom Heizer

 

[onkeljoky]

Hallo ateshci der Heizer,

onkeljoky möchte einfach in die Unterhaltung zwischen Dir und E-Fan
die Frage stellen. Das ist die Lösung die 01 137 mit Dampfgenerator bei 6 Volt schon richtig Dampfen zu lassen.

Es gibt von einer amerikanischen Firma 'Dimension Engineering' einen 3g schweren, 30x18x9mm großen Spannungswandler namens 'AnyVolt Micro', dessen Eingangsspannung von 15V bis 2,5V schwanken darf, Ausgangspannung beliebig zwischen 3 und 15V fest einstellbar ist, max. 0.5A liefert bei einem Wirkungsgrad von 75% und z.B. bei 5V Eingangsspannung 12V@150mA , bei 3,3V noch 100mA, zur Verfügung stellt. Der Preis ist 19,99$

Mit freundlichen Grüßen auch an den E-Fan auf eine Antwort welche mir Konkret hilft:

onkeljoky

PS.: Solche Diskussionen sind immer lehrreich, und interessant.

 

[ateshci]

@onkeljoky
Seuthe Artikel-Nr. 20 ( www.seuthe-dampf.de ) ist vermutlich passend und liegt von der Stromaufnahme so, daß er schon bei der normalen Anfahrspannung einer Analoglok ( Gleichrichter, Siebkondensator nicht vergessen ) losqualmen kann, wenn man die Spannung des Gerätes auf ca. 12V einstellt.
Gruß vom Heizer

 

[E-Fan]

@Heizer:
Da nun mein Gedanke unwiederlegbar im Sande verlaufen, weil praktisch nicht machbar ist, hab ich nochmal weiter gedacht:
Ne Kaskade aus zwei Ladungspumpen sollte doch ausreichend Spannung liefern können (grob überschlagen 13V bei vollem Kondensator - vorrausgesetzt man nimmt anstatt der Wirkungsgradfressenden Silizium- die besseren Schottkydioden)

 

[Kalle]

Hi,

so, der Kondensator ist eingebaut. Verwendet habe ich einen Elko mit den Werten 25Volt/1000Mikro Farad. Der Elko hat einen Größe von 10x20mm. Um diesen doch recht großen Kondensator unterzubringen, war es notwendig das Gehäuse auszufräsen, in den Rahmen eine Tasche von 20x4mm einzufräsen und das Ballastgewicht entsprechend zu bearbeiten. Das Ergebnis scheint recht vielversprechend zu sein. Erste Probefahrten zeigten ein deutlich bessers Fahrverhalten, gerade auf den EW1- Weichen. Ich werde in den nächsten Tagen noch einige Fahrversuche machen und bin gespannt, ob ich nun bloß „Gewicht gegen Kapazität“ eingetauscht habe oder das Fahrverhalten der Lok sich verbessert hat.
kalle

>hinzugefügt am 15.07.2007
Habe heute mal einige Proberunden "gedreht". Der Einbau hat also tatsächlich ein besseres Fahrverhalten zu Tage gefördert. EW1-Weichen können nun im Schritttempo befahren werden. Die Zugkraft ist ausreichen (sechs Zweiachser in einer 6%Steigung).
kalle

 

[ateshci]

@kalle
Erklärst Du uns auch, was die zwei Schaltkreise in Deiner (Schirmer64 ?) für eine Funktion haben? Der senkrecht stehende scheint der Decoder (Fabrikat/Typ?) zu sein, was ist das andere?
Ach so ,wie wirkt sich das auf die Zugkraft aus?
Gruß vom Heizer

 

[Kalle]

Hi,
Zimo MX620 + Originalplatine der Schirmer 64. Zugkraft weis ich noch nicht. Kann sein das ich da "kreisrunde Augen" mache wenn die nüscht mehr zieht. Probiere ich die Tage mal aus.
kalle

 

[Gordon]

Passt vielleicht nicht ganz hier her aber auch interessant. Im Heft 4 der Modellbahn Illustrierten ist ein Bericht über ein Antriebskonzept in Spur N drin. Der Autor nennt es Super Kinetic und beruht auf großen Schwungmassen die der Innenform der Lok angepasst sind und zum Teil auch um den Motor herum gehen. Damit erreicht er Auslauflängen aus 12V von 2,5m. Das ganze ist allerdings mechanisch ziemlich aufwändig.

 

[ateshci]

@gordon
Das Problem der Schwungmasse liegt darin, daß sie dort wirksam wird, wo man sie nicht braucht ( 2,5m Auslauf bei 12V ) und bei niedrigen Motordrehzahlen = langsamer Bewegung = Kontaktprobleme = Stehenbleiben unwirksam ist.
Gruß vom Heizer

 

[Gordon]

@ateshci
In dem Beitrag heißt es sinngemäß das auch bei kleinen Geschwindigkeiten ein weiterrollen statt findet. Das sollte dann auch bei Kontaktproblemen reichen, ansonsten hat man wohl ein generelles Kontaktproblem. Viel entscheidener finde ich das Gedächtnis des Dekoders zu verlängern, sonst überbrückt zwar die Schwungmasse das kontaktlose Stück der Decoder fängt aber wieder bei Fahrstufe 1 an.

 

[ateshci]

sonst überbrückt zwar die Schwungmasse das kontaktlose Stück der Decoder fängt aber wieder bei Fahrstufe 1 an.

Entschuldigung, aber das nicht ganz richtig.
Bei Spannungs- und damit Informationswiederkehr liest jeder Decoder sofort die an ihn adressierte Info wieder ein und wertet sie aus. Es kann bei manchen Fabrikaten per CV ein langsames Anfahren nach Spannungsausfall >1sec gesetzt werden. Das ist aber für stromlose Abschnitte vor Signalen gedacht und hat mit dem Verhalten bei kurzen Unterbrechungen nichts zu tun. Also macht er da weiter, wo er aufgehört hat, als die Spannung ausfiel.
Das dauert im ungünstigsten Fall ( alle 120 Adressen werden gleichzeitig mit neuen Infos
gespeist ) theoretisch 0,6sec, ist aber bisher noch nie beobachtet worden.
Gruß vom Heizer

 

[Grischan]

Na Heizer, einige (ältere) lastgeregelte Dekoder von Lenz zeigen aber dieses Verhalten bei Unterbrechungen. Ist wohl aber inzwischen abgestellt.