Digital Tests mit SuperCapLader zur Dekoderpufferung

[framo]

Fährt eigentlich eine Lok mit Decoder weiter wenn eine Fahrstufe eingestellt ist, der Datentransfer unterbrochen ist/wird, aber noch Spannung z.B. vom Verstärker am Gleis anliegt?

Das wäre ja auch so wenn der Pufferkondensator weiterspeist und die Verbindung zum Gleis unterbrochen ist. Freilich nur für ein/oder mehr Sekunde(n) - würde mich trotzdem mal interessieren.

pS. (z.B. bei Defekt in der Elektronik der Zentrale)

Ja! Problem verstanden!
Ich habe beim Experimentieren mit meinen Pufferschaltungen dadurch schon einige (Auffahr-)Unfälle gehabt. Siehe dazu auch #21
(Habe jetzt ein ESU-Powerpack geordert um etwas Reengineering zu betreiben betüglich Zeitbegrenzung)

BTW: Dafür muss auch nichts kaputt gehen. Praktisches Beispiel: ein anderer Zug erzeugt einen Kurzschluß, der Booster schaltet sofort ab und die Züge mit Pufferspeicher fahren munter 50 - 100cm weiter ...

 

[Per]

Ich kann mir keine Situation vorstellen, wo dies eintritt.

Zum Beispiel gewollt beim Gleichstrombremsen. Dann wird nach vorab eingestellter Kennlinie angehalten.
Ist das Analog-Bit gesetzt, sollte die Lok entsprechend der eingestellten Gleichspannung weiterfahren.
Ansonsten erkennt die Lok, dass kein Digitalsignal anliegt und bleibt stehen. Aber wie ruckartig?

 

[amazist]

Naja nicht ganz. Die Lok erkennt eine unsymmetrische Digitalspannung bei ABC und hält darauf langsam an. Nichts anders bewirken die Diooden in dem "ABC" Bremsbaustein - Unsymmetrie erzeugen.

 

[Per]

Ok, man sollte vllt. noch unterscheiden, ob das Signal ein halbes Digitalsignal oder reiner Gleichstrom ist.

Dürfte aber für o.a. Fall irrelevant sein.

 

[ateshci]

Worum geht's hier eigentlich ?​

 

[TTKAI]

Wie fast immer, nicht mehr ums eigentliche Thema.

TTKAI

 

[güntter]

Anbei mal ein paar praktische Beispiele bzgl. Einbau der Pufferschaltung in TT-Loks:

V90 von PIKO:
In PIKO-Loks ist in der Regel genug Platz zur Unterbringung zusätzlicher elektronischer Bauelemente.
Der Kondensator hat einen Durchmesser von 6,5 mm.

 

[güntter]

V100 von Tillig/Modist

Etwas kniffliger ist der Einbau in eine V100. Hier muß sowohl Pufferschaltung als auch Kondensator im Führerstand untergebracht. Der Kondensator hat hier 6,5 mm Durchmesser.
Damit der Platz ausreicht wird die Abdeckung zur Platine hin herausgenommen. Alternativ könnte ein kleinerer Kondensator mit 4 mm Durchmesser verwendet werden.

Damit die Elektronik im Führerstand nicht so stark zu sehen ist, wurde der Kondensator geschwärzt und die Platine der Pufferschaltung mit grauem Klebeband abgedeckt.

 

[Notenfischer]

Nachdem ich am letzten Wochenende alle Teile zusammen hatte, um die ersten Platinen von Matthias zu bestücken, habe ich dieses Wochenende den ersten Umbau einer meiner Loks gewagt.
Da bei der V60 DB von Kühn zu wenig Platz für die Schaltung und Kondensator war, habe ich einfach den Motor ausgebaut und durch einen kleineren ersetzt. Derzeit experimentiere ich hier mit dem kleineren Glockenanker-Motor (FM1015DS) von Fischer-Modell. Die Verbindung zum Getriebe hab ich provisorisch mit Schrumpfschlauch hergestellt, das läuft aber nicht rund, da sich die unterschiedlich dicken Achsen (1,5mm am Getriebe und 1mm am Motor) nicht gut zueinander zentriert haben. Im nächsten Schritt werde ich es mit einem Stück Silikon-Schlauch probieren.
Ansonsten bleibt noch die Möglichkeit entsprechende Adapter aus Messingrohr zu verwenden.
Auch in Bezug auf die Motor-Halterung bin ich mir noch nicht sicher, ob ich das so lassen kann. Den Motor habe ich mit einem Stück Hartschaum und Polystyrol unterfüttert und mit doppelseitigem Klebeband fixiert. In das Gehäuse habe ich eine seitliche Führung und ein Stück Gummimatte für sanften Druck von oben eingebaut. Ich hoffe, dass der Silikon-Schlauch leichte Ungenauigkeiten ausgleichen kann.
Da ich die Lok gerade auseinandergenommen hatte, habe ich dann auch noch Kupplungen von SD-Modellbau eingebaut.

Die Kondensatoren haben einen Durchmesser von je 4mm (0,3F@2,7V) und sind in Reihe geschaltet, so dass die Platine auf 5V konfiguriert wurde.
Vielen Dank nochmal an Matthias für die tolle Arbeit! Die 0805 Komponenten liessen sich übrigens unter der Lupe gut verlöten.
Grüße,
Rolf

 

[güntter]

Hallo Rolf,
ein kleiner Glockenankermotor ist sicher ein gangbarer Weg, um Platz für eine Pufferschaltung zu schaffen.
Ich habe meine V60 erstmal wieder zugeschraubt und mir auch diesen 0,3F-Kondensatoren mit 4mm Durchmesser bestellt. SCL und SCap sollen dann in der Fahrerkabine untergebracht werden.

Für meine Köf will ich diesen Kondensator verwenden:


BZ154B473ZSB, 0,047F / 4,5V
Maße: 2,3x15x20 mm

Gibt es bei Mouser für EUR 10,10. Das ist zwar teuer, aber ich habe nur eine Köf
Für die Köf hoffe ich auf eine kleinere Ausführung des SCL.


Rolf, eine Frage an dich: welche Zenerdiode verwendest du ? 8,1V oder 10V.

Viele Grüße
Günter

 

[WolfgangTT]

Rolf,
erzwingst Du nun über die reihegeschalteten Kondensatoren ohmsch eine
gleichmäßige Spannungsverteilung?

Viele Grüße Wolfgang

 

[Notenfischer]

@Günter,

Ich verwende die 10V Zenerdioden. Meine Z21 ist auf 14V eingestellt, so dass ich ca. 13V hinter dem Gleichrichter messen kann. Da die meisten Moteren auf 12V ausgelegt sind, wollte ich da nicht weiter runtergehen.

@Wolfgang,

Im Moment habe ich noch keinen Spannungsteiler an die Kondensatoren angelötet, mache ich aber wahrscheinlich noch. Ist erstmal nicht kritisch, da ich die Kondensatoren mit 5V betreibe, aber nominal 5,4V möglich wären. kleinere Unsymetrien sollten also kein Problem sein...

Grüsse,
Rolf

 

[amazist]

Du verzichtest auf die Schwungmasse (mechanischer Speicher) um Elektronikkomponenten (elektrischer Speicher) unterzubringen.
Eine gute Mechanik kann man durch nichts ersetzen.

Das Thema Kondensatoren in Reihe ist wenig zielführend.
Aus >Elektronik Kompendium - Reihenschaltung von Kondensatoren<:
"....im Einschaltmoment herrschen undefinierte Zustände, wobei genau dann ein Kondensator kaputt gehen kann. Es ist aber ebenso möglich, dass die Zerstörung erst nach längerer Zeit und während des Betriebs erfolgt. Wobei sich jeder Kondensatortyp anders verhält.....Und wenn einer durch Kurzschluss kaputt geht, dann knallt es auch bei den anderen, weil die dann erst recht zu viel Spannung abbekommen....."

Spannungsteiler an den Kondensatoren , die dem entgegenwirken sollen verbrauchen ja auch wieder gespeicherte Energie bei Kontaktproblemen am Gleis.....

 

[güntter]

Du verzichtest auf die Schwungmasse (mechanischer Speicher) um Elektronikkomponenten (elektrischer Speicher) unterzubringen.
Eine gute Mechanik kann man durch nichts ersetzen. ...

Die gespeicherte mechanische Energie ist im Quadrat abhängig von der Drehzahl der Schwungmasse oder andersrum: bei Rangierbetrieb bringt eine Schwungmasse nicht mehr viel. Gerade bei Langsamfahrt ist es aber wichtig gepeicherte Energie zur Verfügung zu haben.
Ein elektrischer Speicher ist hingegen geschwindigkeitsunabhängig und kann auch im Rangierbetrieb seine gepeicherte Energie voll bereitstellen.
Ich habe es nicht berechnet, aber der Energieinhalt eines elektischen Speichers nach dem SCL-Prinzip dürfte mindestens 10x höher seín, als der einer Schwungmasse.
Nach Rolfs Umbau verbleibt übrigens in Form der bewegten Masse des Motors weiterhin ein mechanischer Speicher in der Lok, nur eben wesentlich kleiner.

Ich persönlich würde die Schwungmasse nicht entfernen oder zumindest durch zusätzliche Bleigewichte wenigstens die Masse der Lok erhalten.
Wir sollten aber auch abwarten, was uns Rolf über die Fahreigenschaften seiner V60 nach dem Umbau berichtet.


mfG
Günter

 

[güntter]

Das Thema Kondensatoren in Reihe ist wenig zielführend. Spannungsteiler an den Kondensatoren verbrauchen ja auch wieder gespeicherte Energie bei Kontaktproblemen am Gleis.....

Ja und ? Der Motor braucht 150 mA, der Spannungsteiler 10 mA. Die Pufferschaltung muß die Energie für 1-2 Sekunden zur Verfügung stellen.
Und wo genau ist nun das Problem ?

mfG
Günter

 

[amazist]

Und wo genau ist nun das Problem ?

Die Reihenschaltung mit ihren Unwägbarkeiten.

 

[güntter]

Die Reihenschaltung mit ihren Unwägbarkeiten.

Du kannst auch auf die Reihenschaltung verzichten und nur einen Supercap mit 2,7V verwenden. Meine DB V100 fährt mit der Energie eines Kondensators mit 1F / 2,7V bei 8km/h Modellgeschwindigkeit 9cm weit, damit kommt sie über jede Weiche.

Es wird durch DC/DC-Wandler ein Kondensator nicht restlos entleert, sondern unterhalb einer Minimalspannung von etwa 1,9V bringt der SCL0805 keine Leistung mehr. Nutzbar ist nur das Spannungsintervall zwischen 1,9V und 2,7V. Eine Kondensator mit 5,5V Maximalspannung ist deshalb wesentlich effektiver.

Interessanterweise bestehen fertige Kondensatoren mit 5,5V Spannung aus zwei in Reihe geschalteten 2,7V Kondensatoren, und zwar ohne Ladungsausgleich, wie z.B. der unten gezeigte Typ. Meine V90 schafft mit diesem Typ bei 8km/h übrigens 14,5 cm.



Da aus meiner Sicht eine Pufferschaltung nur für 1 bis 2 cm bei Rangierfahrt reichen muß, ist die Verwendung von 5,5V-Typen bei TT nicht zwingend. Bei anderen Modellmaßstäben sieht das aber schon anders aus und die Gartenbahner schalten auch schon mal 10 Kondenstoren mit je 10F in Reihe (jedoch ohne Verwendung der vorgestellten SCL 0805).

mfG
Günter

 

[amazist]

Interessant - das Pärchen ist bestimmt ausgemessen.

 

[Notenfischer]

Das mit der Schwungmasse ist in der Tat ein Experiment. Aber wie Günter schon geschrieben hat, sollte sie zumindest für den Auslauf bei Stromabriss nicht nötig sein. Ob sie notwendig ist, um den Einfluss der Motorregelung zu glätten, ist mir nicht ganz klar. Sollte eigentlich auch kein Problem sein, da die Regelung ja sehr hochfrequent (20-40kHz) abläuft.
Dass der Antrieb derzeit unrund läuft liegt definitiv an der Schrumpfschlauch Konstruktion. Sollte es mit dem Silikon-Schlauch nicht besser werden, baue ich eventuell die alte Kardanwelle mitsamt der Schwungmasse wieder ein. Dann sollte aber trotzdem noch Platz für die Schaltung vorhanden sein (kann ich auch hochkant unterbringen). Dass ich das nicht gleich gemacht habe liegt daran, dass die Adapter-Röhrchen von 1mm auf 1,5mm nicht so schnell zu bekommen sind.

@amazist
Ich verstehe (und teile zum Teil) deine Bedenken bzgl. der Reihenschaltung von Kondensatoren. Ich habe aber auch schon in einem Datenblatt von SuperCaps gelesen, dass das erlaubt wäre, solange der parallel geschaltete Widerstand mindestens 10 mal soviel Strom durchlässt wie der Leckstrom groß ist. Das wäre bei diesem Kondensator 0,006mA*10= 0,06mA. Gilt vielleicht nicht für jeden Kondensator-Typ, es ist aber sicherlich vorteilhaft, den Leckstrom zu 'überbrücken'. Parallel geschaltete Widerstände wären also generell nicht verkehrt.

Man könnte auch argumentieren, dass die Lebensdauer des Kondensators in Reihenschaltung erhöht wird, weil im Einsatzfall nur die Hälfte des Stromes fliessen muss. Für den verwendeten Kondensator ist ein Dauerstrom von 200mA und Maximalstrom von 500mA spezifiziert. Da ist man mit nur einem Kondensator also sehr dicht am Limit.

 

[schumo99]

Hallo,
ich habe die Schaltung nochmal ein Stück verkleinert, so dass die Platine nun 14x10mm misst.

Außerdem ist nun optional noch mit integriert:
- Abschaltung der Pufferung nach Zeit um - ein schon befürchtetes - zu langes Fahren der Loks (z.B. bei Kurzschluss) zu verhindern. Die Zeit ist über einen Widerstand einstellbar.
- Abschaltung bei Unterschreiten einer Minimalspannung des Supercaps. Dadurch kann das unschöne Flackern von LEDs unterbunden werden kurz bevor der Supercap dann völlig entladen ist.
- Anschluss der 3.Leitung (CHARGE-Leitung bei ESU u.a.). Dadurch kann dann der Lokdecoder den Ladevorgang des Supercaps steuern.

Wie gesagt: Alle diese Optionen können, aber keine muss.

Das Ganze hat auch einen kleinen Nachteil. Die Bauteile sind nun 0603. Aus meiner Sicht kann man das aber fast genauso gut löten wie die 0805. Die Leistungsfähigkeit ist unverändert zur 0805er Version.

Die Bausteilbestückung muss ich noch zeichnen, dann stelle ich diese auch online.

Noch kurz zum Balancieren:
Ich sehe da eigentlich kein Problem, wenn man nicht an die Spezifikationsgrenze geht. Wenn man die empfohlenen Bauteile verwendet kommt man irgendwo knapp über 5,0V bei der Ladespannung des Supercaps raus. Das sollte aus meiner Sicht in der Regel in Ordnung sein, um auch bei Ungleichgewichten keinen der beiden zu Überladen. Die parallel geschalteten Widerstände zum Balancieren kann man machen, aber die fressen ordentlich Leistung weg, wenn sie was bringen sollen. Ich habe das schon ausprobiert. Da ist es aus meiner Sicht zweckmäßiger die Spannung einfach auf 5,0V zu belassen...
Meiner Meinung nach muss man auch keine Angst vor undefinierten Zuständen beim Zuschalten der Kondensatoren haben, da diese eben nicht direkt eingeschaltet werden. Die Kondensatoren stehen ständig im Lade-/Entladegleichgewicht, nur dass halt die Entladung seeehr langsam ist, wenn grade kein Kontaktproblem besteht, und wenn dann Energie benötigt wird fährt der Entladeteil rauf und der Ladeteil runter. Und das ist nochmal über die Keramikkondensatoren abgepuffert.
Es darf nur nicht durch unterschiedliche Innenwiderstände und/oder Kapazitäten zu größeren Spannungsunterschieden der beiden Kondensatoren kommen. Wenn man 2 gleiche verwendet und diese nicht ganz lädt, ist das ok. Wenn man aber ganz voll macht oder 2 unterschiedliche Typen verbaut, kann es ein Problem geben. Diese beiden Fälle würde ich halt einfach unterlassen.

Grüße
Matthias

 

[framo]

....
Außerdem ist nun optional noch mit integriert:
- Abschaltung der Pufferung nach Zeit um - ein schon befürchtetes - zu langes Fahren der Loks (z.B. bei Kurzschluss) zu verhindern. Die Zeit ist über einen Widerstand einstellbar.
- Abschaltung bei Unterschreiten einer Minimalspannung des Supercaps. Dadurch kann das unschöne Flackern von LEDs unterbunden werden kurz bevor der Supercap dann völlig entladen ist.
- Anschluss der 3.Leitung (CHARGE-Leitung bei ESU u.a.). Dadurch kann dann der Lokdecoder den Ladevorgang des Supercaps steuern. ....

Super, ganz wichtige Features! Jetzt läuft es in die richtige Richtung - freue mich schon auf die Veröffentlichung!

 

[ateshci]

@schumo99
Du schreibst über die Balancierwiderstände. Auf den Seiten der Hersteller wird angegeben, dass ein solcher ~10x den Leckstrom des Kondensators führen soll, um den Balanciereffekt zu erreichen. das sollte doch zu recht hohen Widerstandswerten führen.
Alternativ kann man das auch so machen und das braucht auch sehr wenig Platz. Datenblätter der SAB-MOSFETs
Nur leider, was einen katholischen Radfahrer zum Absteigen zwingt, sind wieder mal Preis und Lieferzeit.

 

[schumo99]

Hallo,
ich habe auch hohe Widerstandswerte ausprobiert. Das führt aber - bei mir - nicht zu wirklich guten Balanciereffekten. (Vielleicht hab ich es auch einfach falsch gemacht und zu wenig Ausdauer an den Tag gelegt.). Es kann auch dran liegen, dass bei der Schaltung ja permanent ein - geringer - Strom fließt und den Kondensator unter Spannung hält. Dadurch muss dann wahrscheinlich der "Ausgleichsstom" 10x so groß wie dieser konstante Strom sein. Und das ist dann halt soviel, dass man große Teile der Leistung verliert oder eben der "Ausgleichsstrom" so klein ist, dass es nichts mehr bringt. Diese Konstantstromaufnahme zu unterbinden, macht halt die Platine wieder ein richtiges Stück größer. Und dieser Strom ist bei der hier vorgestellten Schaltung eh' schon ein ganzes Stück kleiner als z.B. bei ESU...

Ich habe für mich dann beschlossen, dass man es auch lassen kann und einfach nicht ganz voll laden (oder halt nur einen 2,7V Typ zu verwenden...).

Grüße
Matthias

 

[ateshci]

Ich würde auch sowieso fertige 5,5V-Kondensatoren einsetzen. Die Krux liegt jedoch darin, dass für kleine Loks weder Einzel-(2,7V) noch Doppelkondensatoren (5,4V) brauchbar sind. Die kleinen prismatischen flachen Typen von Murata werden leider nicht mehr gefertigt. Ich habe noch 4 Stück davon und hüte die wie meinen Augapfel . Na ja ernsthaft - nur damit kann man in der Gartenlaube oder der Köf was reißen. Die erhältlichen 40x48mmx1,1mm³ sind in TT nicht wirklich einsetzbar.

 

[güntter]

...
(Habe jetzt ein ESU-Powerpack geordert um etwas Reengineering zu betreiben betüglich Zeitbegrenzung)

BTW: Dafür muss auch nichts kaputt gehen. Praktisches Beispiel: ein anderer Zug erzeugt einen Kurzschluß, der Booster schaltet sofort ab und die Züge mit Pufferspeicher fahren munter 50 - 100cm weiter ...

Wenn dein Zug mit der Energie des Pufferspeichers noch 1 m fahren kann und du deswegen eine Zeitschaltung brauchst, um nach 2 sek den Strom abzustellen damit er nach 10 cm zum Stehen kommt, dann zeigt das doch nur, daß dein Kondensator vollkommen überdimensioniert ist. ESU baut die Powerpacks wohl eher für H0 und nicht für TT.
Vielleicht solltest du einfach einen kleineren Kondensator nehmen und dein Problem ist gelöst.