Digital Tests mit SuperCapLader zur Dekoderpufferung

[Notenfischer]

Hallo Günter,

du könntest auch probieren, den Kondensator mit 3V zu betreiben. Ich weiss nicht, ob das in deinem Fall schon ausreichen würde, aber bei meinen Messungen habe ich ca. 30-60% mehr Auslauf bei der 3V Einstellung im Vergleich zur 2,7V Konfiguration messen können (siehe PDF). Die Messungen habe ich zwar nur mit den beiden 1F Typen gemacht, aber bei dem 0,3F würde ich einen ähnlichen Effekt erwarten.

Ansonsten müsstest du dann ja tatsächlich einen anderen Kondensator einbauen. Passt denn der 6mm/1F Kondensator nicht in die Kabine?

 

[güntter]

Hallo Rolf,
ich habe jetzt zwei 0,3F/2,7V seriell geschaltet und über Zehnerdioden mit 2,7V gegen Überladung gesichert.
Der SCL läd allerdings nur bis 5,25 V, da ich keinen passenderen Widerstandswert in SMD 0603 hatte.
Die V60 fahrt nun bei 8 km/h 3 cm und bei 50 km/h 7,5 cm. Mit diesen Werten bin ich zufrieden.

Ich habe nur versucht einen SCap mit 0,22F/5,5V einzubauen. Dieser Typ besteht aus zwei Einzelkondensatoren mit 6,5 mm Durchmesser - passt leider nicht ganz rein. Mit einem Kondensator 1F/2,7V und 6,5 mm Durchmesser habe ich es nicht ausprobiert, dieser Typ könnte aber reinpassen, wenn man ihn in die Vertiefung bei der Instrumententafel plaziert. Zur Not könnte man auch den Transparenten Einsatz unter dem Dach etwas ausfräßen.

mfG
Günter

P.S.: Im Stummiforum gibt es eine Sammelbestellung für die SMD-Bauteile des SCL0805, also ohne Platine und ohne Supercap.
Wen das interessiert, hier der Link zum Stummiforum.

 

[güntter]

... aber bei meinen Messungen habe ich ca. 30-60% mehr Auslauf bei der 3V Einstellung im Vergleich zur 2,7V Konfiguration messen können (siehe PDF).

Jedes Zehntel Volt bringt etwas, besonders wenn man nur einen Kondensator verwendet. Das liegt eben daran, daß der Step-Up-Wandler bei Eingangsspannungen unter 1,9 V nicht mehr arbeitet, jedenfalls wenn der Wandler mit dem MT3608 arbeitet.
Matthias hat nun eine weitere Schaltung entworfen, welche mit dem TPS61022 arbeitet und bis zu einer Eingangsspannung von 1,1V arbeitet.
Die Ladung des Scap wir somit besser genutzt, was du an den Testergebnissen sehen kannst.
Leider ist die Schaltung größer als die bisherigen was an der höheren Komplexität liegt und das obwohl SMD-Bauteile 0402 verbaut werden.
Den TPS61022 auf eine Platine zu löten dürfte auch nicht jedermanns Sache sein (ich habe es geschafft ), denn das Teil misst 2x2mm und hat 7 Kontaktflächen, also keine Beinchen.

Anbei die Testergebnisse:

 

[ateshci]

Ich habe ja schon 2017 anhand meiner Versuche festgestellt, dass verlässliche Pufferung nur mit 5,5V-Kondensatoren zu erreichen ist - besonders wenn man mal einen etwas stromhungrigeren Motor hat. Bei Köf, V15 & Co geht es nur mit Akku und einem radikal anderen Lösungsansatz, wenn man mehrere cm überbrücken will. Die Fischer-Pufferung schafft eben nur mm.

 

[framo]

....dass verlässliche Pufferung nur mit 5,5V-Kondensatoren zu erreichen ist - besonders wenn man mal einen etwas stromhungrigeren Motor hat. .....

100%-ige Zustimmung, sehe ich genau so!
Meine eigene, inzwischen gut funktionierende Lösung basiert deshalb auch auf 5V-Typen.

 

[Mr. X]

Mal eine Frage am Rande.
Haben die Schaltregler eigentlich eine Auswirkung auf den Sound,
also Einstreuung auf den LS?

 

[güntter]

... Haben die Schaltregler eigentlich eine Auswirkung auf den Sound,
also Einstreuung auf den LS?

Ich habe noch keine Soundloks mit den SCL ausgerüstet.
Die Motorsteuerung durch Dekoder erfolgt aber ebenfalls durch eine Impulsbreitensteuerung im Frequenzbereich von 60Hz bis 40 kHz, je nach Motortyp und Dekoder. Wenn die Motorsteuerung nicht stört, dann sollte dies von den SCL ebenfalls nicht zu erwarten sein.
Im Zweifelsfall einfach mal testen.

mfG
Günter

 

[ateshci]

Die Schaltregler arbeiten im hohen kHz- bis unteren MHz-Bereich. Hörbare Auswirkungen können deshalb nicht auftreten.

 

[güntter]

Ich habe nun endlich mein Köf mit neuem Motor und einer Speicherschaltung ausgestattet.
Als Speicherkondensatoren verwende ich zwei 0,3F/2,7V in Serie von Illinois Capacitor. Um eine eventuelle asymetrische Aufladung zu verhindern, sind parallel zu den Kondensatoren zwei Zenerdioden mit 2,7V geschaltet.
Die Kondensatoren haben 4mm Durchmesser und lassen sich neben dem Glockenankermotor (sb-Modell) gut im Gehäuse unterbringen.
Bei 10 km/h Modellgeschwindigkeit fährt das Köf etwa 20 cm mit der gespeicherten Energie.

Jetzt werde ich noch Digitalkupplungen dranbauen, dann darf rangiert werden.

 

[Notenfischer]

Hallo Günter,

die Platine sieht aber nochmal kleiner aus als die Version 2, die ich kenne und benutze. Gibt es inzwischen eine neue Version der Platine von Matthias?

Grüße,
Rolf

 

[ateshci]

@güntter,
Glückwunsch. Kannst Du mal ein Prinzipschaltbild davon einstellen?

 

[güntter]

Hallo Günter,
die Platine sieht aber nochmal kleiner aus als die Version 2, die ich kenne und benutze. Gibt es inzwischen eine neue Version der Platine von Matthias?
Grüße,
Rolf

Richtig, es gibt eine noch kleinere Platine mit den Abmessungen 10 x 10,5 mm. Möglich war die Verkleinerung durch verwendung von SMD-Widerständen der Baugröße 0402, welche sich jedoch gut löten lassen. Alle anderen Bauteile sind größer.
Anbei ein Größenvergleich. Unten die grüne Platine (0805-er Widerstände und Kondensatoren) mit 12 x 10,5 mm, mittig eine gekürzte rote Patine (0603 R und C) mit 12 x 10,5 mm und die neue, schwarze Platine mit 10 x 10,5 mm.
Die Schaltung, sowie die verwendeten Indultivitäten und ICs sind bei allen Varianten gleich.

@güntter,
Glückwunsch. Kannst Du mal ein Prinzipschaltbild davon einstellen?

Danke für den Glückwunsch Helmut, ich werde ihn auch an Matthias weitergeben.
Der Matthias ist H0-Bahner und deshalb im Stummiforum unterwegs. Hier der Link in dieses Forum mit der Vorstellung der schwarzen Platine incl. Stückliste zum Download:
https://www.stummiforum.de/viewtopic.php?p=2160366#p2160366

Anbei ein Prinzipschaltbild:



mfG
Günter

 

[güntter]

Inzwischen habe ich auch die Digitalkupplungen im Köf eingebaut. Leider ist das Ergebnis nicht so toll. Die starre Kupplung läßt sich sehr schlecht ein und auskuppeln und die vordere Kupplung steht nach oben und ist damit viel zu hoch.
Da muß ich noch etwas dran rumpfriemeln ...

 

[Stardampf]

Da gibt's doch was bei Peter Horn?!?

 

[güntter]

Meinst du das hier ? http://peho-kkk.de/mshop/index.php/spur-tt/umruestsatz-koef-100.html
Müsste ich mal ausprobieren, zusammen mit der Digitalkupplung.
Danke für den Tipp.

V.G.
Günter

 

[Mr. X]

Gibt es auch eine Bezugsquelle für die C's?

Grüße

 

[güntter]

Die Kondensatoren, sowie Widerstände und Induktivitäten , gibt es bei Mouser im Sortiment.
Wichtig ist auf niedrige ESR ( ESR < 1 Ohm) zu achten.
In meine Köf habe ich diesen Typen eingebaut: 0,3F / 2,7V
Die Zenerdioden, welche ich als Überladungsschutz eingesetzt habe, sind übrigens doch nicht die optimale Lösung. Besser ist es an dieser Stelle Widerstände mit 10kOhm/1% zur Balance zu verwenden.

 

[ateshci]

Die Kondensatoren sind aber frühestens Mitte Dezember wieder erhältlich. Das ist die Crux bei allen kleinen Supercaps: Vorlaufzeiten von 20..40 Wochen. Beim Datenblatt für den kleinsten C ist auch noch ersichtlich, dass der ESR von 1 Ohm nur bei AC gilt, der DC-Wert liegt bei <=1,5 Ohm, d.h. zwei in Serie haben irgendwo zwischen 2...3Ohm Innenwiderstand.
Korrektur von: "Das ist natürlich bei ca. 100mA Motorstrom max. zu vernachlässigen."
Das spielt eine große Rolle bei der nutzbaren Überbrückungszeit. Wenn ein Motor 100mA Strom braucht, muss der Wandler, beginnend mit ca. 5V und dann fallenden Kondensatorspannung , trotzdem 12V zur Verfügung stellen. Bei einem üblichen mittleren Wirkungsgrad von 85% entnimmt er dem Kondensator Strom von ca. 280mA aufwärts, erzeugt also im Beispiel einen von ~0,6V rasch auf >1V steigenden Spannungsabfall am Innenwiderstand, weil mit steigenden Übersetzungsverhältnis der entnommene Strom ebenfalls ansteigt. Da ist relativ schnell die Untergrenze, bei der der Wandler abschaltet, erreicht. Da es sich dann immer noch um Werte im ~10sec-Bereich handelt, ist das für den Zweck natürlich vollkommen ausreichend.

 

[güntter]

Die Lieferfähigkeit dieser SCaps ist tatsächlich ein Problem, ich warte selbst auf eine Lieferung.
Eine Alternative sind diese chinesischen SCaps, welche man z.B. über AliExpress bestellen kann. Datenblätter gibt es nicht dazu, aber wir haben mit diesen Typen getestet und sie für gut befunden.

 

[ateshci]

Die habe ich auch 'bergweise', sie sind ziemlich leicht erhältlich. Das Problem ist der Platzbedarf -ich habe das ja schon mal gezeigt mit einer DB-221. Großdiesel sind kein Problem damit, Köfs, Kalugas und V22 schon.

 

[Ubraunse]

Die Kondensatoren, sowie Widerstände und Induktivitäten , gibt es bei Mouser im Sortiment.
Wichtig ist auf niedrige ESR ( ESR < 1 Ohm) zu achten.
In meine Köf habe ich diesen Typen eingebaut: 0,3F / 2,7V
Die Zenerdioden, welche ich als Überladungsschutz eingesetzt habe, sind übrigens doch nicht die optimale Lösung. Besser ist es an dieser Stelle Widerstände mit 10kOhm/1% zur Balance zu verwenden.

Hallo,
wie hoch ist die Gleisspannung eingestellt?
Ich habe 14V Digitalspannung und somit ca. 12,5V Gleichspannung nach dem Decodergleichrichter (gemessen). Damit erreiche ich aber nur 4,8V Ladespannung nach dem Step-Downwandler (Zenerdiode 10V). Ab 13,6V Gleichspannung stehen dann 5,3V an.
Sollte ich die Z-Diode auf 9,1 bzw. 8,2V verringern? Muß auch der Step-Up Wandler (R1=154kΩ) bei 14V Digitalspannung angepasst werden?
Scaps 0,3F/2,7V (ESR < 1Ω) gibt es bei Fischer-Modell (Zimo).
Danke.

 

[ateshci]

Die Supercaps vertragen nur 5,5V. Deine Schaltung ist okay

 

[ateshci]

Nachtrag:
Die 10V-Diode D4 soll nur den Dauerbetrieb des ICs ermöglichen und ist keine gute Lösung, weil die Eingänge des ICs laut Datenblatt max. 6V vertragen. Wird also die Gleisspannung höher als 16V, könnte er Schaden nehmen. Besser ist es, den Widerstand R6 ganz entfallen zu lassen und EN über 100k, wie im Datenblatt empfohlen, mit Vin zu verbinden. Auswirkungen auf die Stabilität der Ausgangsspannung hat die Spannung an EN jedoch nicht, daher ist D4 dafür irrelevant. Der Stepup-Schaltung ist die Kondensatorspannung in den von Dir angegebenen Schwankungsbreiten vollkommen egal, theoretisch beeinflusst es zwar die nutzbare Pufferzeit, aber das heißt hier im Bereich von +/- 0,1sec
Noch ein Nachsatz:
Mir fällt auf, dass die Schaltung bei Speicherbetrieb im Kreis arbeitet. Damit wird ein Teil der Ladung nur im Step-Down-Wandler 'verbraten' und trägt nichts zum Weiterfahren bei. Aus diesem Grund benutze ich diesen Wandler hier und schließe den /SHDN-Anschluß mit einem 1k-Widerstand gegen Masse und über einen weiteren Widerstand an einen Gleisanschluß an. der Glättungskondensator muss nur gerade so 100µs überbrücken. So lange Spannung am Gleis ist, lädt der Schaltkreis, beim Speicherbetrieb schaltet er ab.

 

[Ubraunse]

Danke für die Hilfe.

 

[ateshci]

Ich habe meinen Ansatz mit Linearregler zum Aufladen und StepUp-SNT noch ein bisschen weiterverfolgt. Zum einen soll erfüllt sein, dass die Schaltung die vom Decoder ( z.B. über die SUSI-Buchse ) bereitgestellte Spannung zum Laden nutzt, über den gleichen Anschluss bei Kontaktverlust auch den Decoder puffert und zuletzt auch die Ladeschaltung im Pufferfall nicht parallel zur Last arbeitet. Damit würde die Pufferung unwirksam.
Hier ist die Lösung, die nur zwei Anschlüsse braucht und ausreichend lange ( 1 bis 5sec ) puffert:

Der Transistor leitet, so lange die Spannung VOM Decoder >=12V ist, also im Normalfall mit Schienenkontakt. Damit wird der Kondensator mit ~ 100mA geladen. Er braucht dazu ~25sec, wenn er ganz leer war. Bei Kontaktverlust arbeitet das SNT und sperrt über die beiden Dioden den Transistor. Daher kann kein Strom zurück in den Kondensator fließen. Der Strombegrenzungswiderstand wird beim ersten Einschalten währen der Ladezeit etwas warm und sollte deshalb keinen direkten Kontakt mit Kunststoff haben.