Fahrstrom, Rechteck, Automatikblockbetrieb und Handregler

[ah_tt]

Also angenommen T5a ist Dein beschriebener BSP135: Spannung an Source kann nicht unter -0,7V (wg. Vbe von T4a), Ansteuerung Gate von Kollektor T1 kann nicht über ca. +11V und nicht unter 0V, damit hast Du die VGSmax von +-20V lt. Datenblatt eingehalten. Aber: die VGS ist immer positiv (+11,7V wenn T1 leitet, +0,7V wenn T1 gesperrt), der depeletion type sperrt aber erst bei VGS<-0.5V.

Die R25/26/34/35-Kombi habe ich jetzt mal galant ignoriert, da willst Du ja für T2 und T5 einen Basisstrombegrenzung realisieren, was mit FET unnötig ist. Also Grenzwertbetrachtung s.o. mit T1 komplett durchgesteuert/gesperrt.

 

[zucker]

Erstmal vielen Dank, da muß ich nochmal nachdenken.

Die Kombination um T1 (T1a) hab ich so angeordnet, um nur eine Spitze als T1 (T1a) Ube Öffner zu haben. Die LED der Optos verlischt erst nach ca 3..4µs nach dem abschalten der zugeführten Rechteckspannung. Dieses Nachleuchten läßt die CE Strecke des Opto T länger offen als gedacht. Das Rechteck hat einen Bauch. Von daher muß das so bleiben.
Ursprünglich war als T1 ein NPN drin, die CE Strecke des Opto-T als Basisöffner gedacht - geht nicht. Die Fallzeit ist einfach zu lang.

 

[ah_tt]

Nimm doch ne schöne integrierte Halbbrücke (MOSFET driver), da haste je nach Typ noch Signalformung drin und was es so gibt. Nein, einen konkreten Typ habe ich jetzt nicht parat, ich würde zum Start irgendwo im MCP14-Universum graben und schauen, was passen könnte. Der Reichelt hat doch einiges da und immer schön mit Datenblatt garniert. Gibt auch 'doppelte Viertelbrücken' (pull up / pull down-Ausgänge getrennt herausgeführt und welche mit TriState / Enable-Eingang (damit dann je nach Fahrtrichtung nur pos. oder nur neg. Impulse) etc. ...
Falls Du noch Power MOSFETS als Endstufe nehmen wöltest, brauchst Du dann sowieso einen richtigen FET Treiber, weil sonst typabhängig evtl. mit verschliffenen Flanken die Safe Operating Area schon bei geringen Strömen verlassen wird.

 

[VT-Fan]

Hey Zucker,
angeregt durch Deine ersten Posts in diesem Thread habe ich in letzter Zeit auch mit 10kHz PWM Reglern rumexperimentiert.
Vor allem wegen des angenehmen Effekts der Dauerbeleuchtung bei 10% Tastverhältnis und stehender Lok☀️
Sehr überzeugend!
Die unschönen Artefakte mit der Gegen-EMK habe mir allerdings bei den einfachen Emitterfolgern im Ausgang auch nicht gefallen.
Hast Du schon mal über für 100% gegengekoppelte Leistungs-OPs nachgedacht? Damit könnte man dann auch das Transistorgrab in der Ausgangsstufe vermeiden…
Da bin ich gerade am Testen.
Grüße Achim

 

[ateshci]

Mit diesen Ausgangsstufen habt Ihr zwar keinen lückenden Motorstrom, aber manche Motoren werden dabei heiß.

 

[Per]

Ich finde toll, mit welchem Eifer ihr hier rangeht. Ich verstehe vllt 10% und werde es definitiv nicht nachbauen (können!), aber das tut meiner Begeisterung keinen Abbruch.

 

[ateshci]

Weiter ist bei dieser Realisierung zu bedenken, dass in jeder Impulspause der Motor über T4/T4a kurzgeschlossen wird und der Strom durch den Motor für diese Zeit nur über den Innenwiderstand begrenzt wird. Die Freilaufdiode fehlt völlig- keine gute Idee, denn bis zum Abklingen des treibenden Stroms wegen der Motorinduktivität ( bevor der Motor in den Generatorbetrieb geht ), werden T4/T4a invers betrieben.

 

[ateshci]

Was mir dazu noch einfällt: Die Ausgangstufen sollten nicht in die Sättigung getrieben werden, denn die in der Basis gespeicherte Ladung verzögert das Ausschalten. Dazu gibt es die bekannten Baker-Clamp-Schaltung und Speed-Up-Kondensator. Dann ist dieser ganze Schmonzes mit exotischen FETs unnötig. Nur- Motoren treibt man mit solchen Ausgangsstufen nicht so wie angedacht an. Es ist nicht sinnvoll, während der Impulspause den Motor kurzzuschließen und ihn dadurch abzubremsen - damit wird nur unnötig geheizt.

 

[zucker]

Danke für die Rückmeldung. Dieser Tage habe ich die Schaltung etwas abgeändert. Die reine Endstufe macht was sie soll, zeigt zumindest die Simu und die Berechnung. Es ist nun die Ansteuerung zu knacken. Derweil hab ich mal was mit 2 Diff versucht. Das paßt noch nicht, vielleicht auch gar nicht, nur wenn die Gegeseite vom Diff abgeklemmt ist. Im Moment fällt mir noch nichts dazu ein. Hatte mit Hilfsspannungen am E- Eingang der Diff experimentiert. Der jeweils zur Mitte hin liegende End-T muß später abschalten, sozusagen am unteren Ende der Flanke. Vielleicht eine Kaskode - jedenfalls wird es doch aufwändiger.

Das Problem ist, daß eine Schiene generell fest an Masse liegen soll, die Ausgangsbahn der Endstufe jedoch Ub+ oder Ub- führt. Eine Brückenschaltung in Form einer Motor H Brücke fällt damit aus.
Ich schreib jetzt hier mal nix weiter dazu, da sich die Bauteilnummern ständig ändern.

 

[ateshci]

Diese Endstufe hat einen gravierenden Fehler -die Freilaufdiode ist wirkungslos, weil in der Impulspause beide Transistoren gesperrt sind und es keinen Pfad für den Motorstrom zum Abklingen gibt.

 

[zucker]

Das ist das leidige Problem von Foren - man kann sich halt nicht direkt unterhalten. Deshalb doch mal neu gezeichnet mit Bauteilbezeichnung und Erklärung; die End-T lassen den Rückstrom zu, allerdings kann man das in der Simu so nicht sehen, da jeweils beide Treiber an den Basen zusammengeklemmt sind.
Die 3A über R37 (R37a) sind der max zulässige Strom, hier sind ca 285mA bei 11.5V an der Last relevant. T6 und T6a sind als Strombegrenzer gedacht.



Die negative Seite ist hier zu, R42a und R41a haben Emitterpotential (bl Verbindung).

Ube T5 und Ube T2 bekommen Kollektorpotential (rt Verbindung), öffnen und lassen den Strom von Ub+ zur Last über beide End-T durch.
Wenn Ube T2 auf Emitterpotential gezogen wird, schließt T3, T4 bleibt offen, da Ube T5 noch auf Kollektorpotential liegt.

In der Simu sind über dem Lastgebilde 2 Spannungsquellen gezeichnet. Mit denen hab ich den Rückwärtsstrom simuliert, also volle -13V (oder +13V) auf den Ausgang gelegt. Der Strompfad mit ca 4.5A geht durch T4 und D2 auf Masse. T5 wird dabei mit fast 100mA belastet.

Genau im Moment der abfallenden, vom Eingang kommenden, Flanke, soll eben Ube T2 schließen, Ube T5 aber immer offen sein und erst mit ansteigender Flanke wieder Ube T2 öffnen.
Wenn die negative Seite bedient wird, müssen allerdings beide End-T der positiven Seite geschlossen bleiben, so wie hier dargestellt, die negative Seite zu ist, wenn die positive aktiv ist.
Und genau deshalb hab ich da mal mit den beiden Diff`s rumgefummelt, bzw kam auf die Idee mit den selbtsleitenden FET.
Da muß was gehen. Es sind 4 Arme da, mit Hilfsspannung an den E- Eingängen sogar mit fast vollem negativen bzw positiven Niveau.

Es sind eigentlich nur 5 Szenarien möglich:
1. Opto 1 und Opto 2 ohne Signal - T3 und T3a zu, T4 und T4a egal
2. Opto 1 mit Signal H, Opto 2 ohne Signal - T3 und T4 offen, T3a und T4a zu
3. Opto 1 mit Signal L, Opto 2 ohne Signal - T3 zu T4 offen, T3a zu T4a egal
4. Opto 1 ohne Signal, Opto 2 mit Signal H - T3 und T4 zu, T3a und T4a offen
5. Opto 1 ohne Signal, Opto 2 mit Signal L - T3 zu T4 egal, T4a offen T3a zu

Bei einer reinen NF Endstufe ist es einfach, da gibt es nur ein Eingangssignal, Strom durch den Diff einbrennen, globale GK drauf und gut ist.
Aber das Ding hier nervt zur Zeit.

 

[zucker]

Wollte die Automatikplatine mit dem Reflexkoppler aus Beitrag 93
einbauen und den Block tauglich machen.

Der 4017 war um 180° verdreht eingelötet, Kurzschluß über die ganze Elektronik, alle Züge sind losgefahren. Über den Notstop wurde alles gestoppt und händisch wieder alle Züge auf Position gebracht. Einer entging der Aufmerksamkeit, der blieb aber so doof stehen, daß die Lok nach dem Entriegeln des Notstops einen kapitalen Kurzschluß im Fahrstromkreis verursachte, was mir aber über 20min lang entging, denn in der Zeit hab ich den 4017 rausgeschnitten und einen neuen korrekt eingesetzt. Die Folge ist eine weitere zerschmatze Blockplatine im Sbhf.

4017 verdreht


und einen neuen richtig eingesetzt


und nochmal Saft drauf - leider hat es da wohl auch auf der Platine mehr in Mittleidenschaft gezogen - der 4073 ist explodiert:


Von daher, 2 x neu.

Aber es gibt auch Neues vom Gegentakt und das scheint zu funzen:

negativer Zweig:


gn = Eingangskurve von V2 auf die Optos
vio = Ausgangskurve nach D6 und D4




positiver Zweig





und bei postiver Aktivität von hinten mit -13V voll draufgeballert:


vio = V5


andersrum




Q10 und Q3 dürften nun die steuerbaren Freilaufdioden sein - der Testaufbau wird es zeigen.

 

[zucker]

Hallo,

die Automatikplatine mit der Lokzählung ist nach dem Neuaufbau (Beitrag obendrüber mit verdrehtem 4017) nun final in einen Block eingebaut. Der Block hat eine Gleislänge von 3200, die Reflexplatine liegt im Gleis und ist auf der einen Seite fest mit der Masseschiene verlötet. Ub+12.5V und der Ausgang werden als Draht ausgeführt. Der Anhaltevorgang wird durch den Magneten unter dem letzten Wagen bei der Überfahrt des Reed ausgelöst. Der Reed des Blockes löscht dann auch die Zählung und stellt den Zähler auf 0.
Ein paar Impressionen:

Die Reflexschranke im Gleis; die Diode dient als Verpolschutz.


Eine 119 von unten mit den Klebestreifen für die Zählung; hier sind es 4.
Die LüP des Zuges beträgt 2200:


Die Lok fährt über die Reflexschranke und wird gezählt.
Die gn LED von Rechts nach Links: 0, 1, 2, 3, 4
Die angeschriebenen Zahlen betreffen die Einstellregler, konnten aus Routinggründen nicht passend zu den LED angeordnet werden.
Die ge LED ist die Kontrollled der Refexschranke. Wenn sie blinkt oder leuchtet wird Licht von der IR LED auf den IS 471 geworfen.
(das Gedudel im Hintergrund bitte ich zu entschuldigen, vergessen das Radio auszumachen)
Anhang anzeigen 119 Zählung.mp4

Zugstop nach Ablauf der Integration - Übersicht über den zurückgelegten Weg:


Nahaufnahme mit Zollstock:


Halteposition der Lok:


Nahaufnahme mit Zollstock, es liegt ein 2. an, bei 3200 ist der Block zu Ende:


Eine 38 zieht einen Eilzugwagenzug, LüP 1600
Die 38 ist unten rt und wird von daher als Ganzes von der Reflexschranke erfasst. Deshalb kommen da sw Klebestreifen drunter, um den Lichtfluß zu unterbrechen. Sie hat die Zahl 3:


Zählung:


Stopposition des letzen Wagens:


Stopposition der Lok:


Eine Roco 110 mit 5 2achs Rekowagen. Sie hat keinen Streifen drunter, zählt also 0. Dieser Kanal ist für die kürzesten Züge gedacht, hier LüP 660.
Zählung:


Stopposition des letzen Wagens:


Stopposition der Lok:


Der zurückgelegte Bremsweg, wobei die Bremsintegration erst kurz vor der Stopposition erfolgt, vorweg aber gleichmäßig gefahren wird. Der Reed für den Bremsvorgang liegt oben im Bild, wo die V60 steht:


Ein Güterzug mit 110ner Doppeltraktion und der Zählung 1, LüP 1600
Anhang anzeigen 110 Doppeltraktion anhalten.mp4

Eine 52 mit 20 Kesselwagen, die es gerade so geschafft hat. Die Kategorisierung der Loks und Züge und die Einstellungen ob 0 oder 1...4 und deren Zeitabgleiche sind etwas langwierig:
Anhang anzeigen 52 Stop.mp4

Also, das Spiel funktioniert soweit. Mit den reflektierenden Stellen muß man etwas experimentieren, so können auch blanke Schrauben zur Reflexion genügen. Ein Wagen mit Reinigungszwergen wird nicht gezählt, da der Filz glatt auf dem Gleis aufliegt und etwas ins Gleis drückt, so daß der Pappsteg zwischen IR LED und IS 471 den Lichtfluß sperrt.

 

[Per]

Doppeltraktion

Die zweite (oder erste) Lok hat also Null. Und die Loks sind den festen Zügen fest zugeordnet?!

 

[zucker]

Hallo Per,

ja, eine 110 hat 0, die andere 1. Die Züge sind fest.
Man kann die Loks aber wechseln, muß dabei halt nur die Bestimmung beachten. Solange die großen Streckenloks 2000....2200 mm Zug haben, sind sie tauschbar. Bei den kurzen Personenzügen können die beiden 110 mit 0 zum Einsatz kommen oder eine V75 oder eine BR86 oder eben eine Lok mit der Bestimmung "Kurzzug".

Nehme an, Deine Frage zielt auf den universellen Einsatz hin ab. Im reinen Digitalbetrieb wird sicher der Lok über die Weg Zeitstrecke die Stoppstelle eingegeben .?
Mir schwebte hierzu als Bremsauslöser ein Hallsensor als Zuganfangserkennung vor oder eine kapazitive Erkennung der 1. Achse bzw eines Streifens Alu unter der Lok. Das muß noch reifen. In diesem Block wird es vorerst so bleiben, als Langzeittestung sozusagen.

Ursprünglich wollte ich mittels 1nem Lokzähler mit dem 4017 mehrere Aufgaben lösen. Das geht so aber nicht, da dann vom Zähler mit nachgeschaltenen Transistoren viele Drähte mit 0 bis 4 zu den einzelnen Weiterverarbeitungsstellen laufen müssen.

 

[teetee]

Ich habe eine Grundlagenfrage zu analogen Fahrreglern im Zusammenhang mit dem Punkt des Anfahrens bei unterschiedlichen Motoren.
An einem Piko Handregler laufen bei mir u.a. zwei verschiedene GA-Motoren.

Zum einen ein "langsamer" 8000-rpm-Motor, dieser setzt die Lok auffallend spät, erst deutlich im Regelbereich langsam in Bewegung.
Dann der nächst schnellere 10000-rpm-Motor. Dieser macht das Gegenteil, er fährt schon mit kleiner Geschwindigkeit los, sobald der Regler die Nullstellung verlässt.
Bei noch schneller drehenden Motoren wird es sicherlich noch auffälliger sein.

Ich habe diesen kleinen Justierknopf am Fahrregler noch nicht ausprobiert. Vermutlich lann man mit diesem die Sache entsprechend einstellen.
Das würde im Umkehrschluss bedeuten, man müsste eigentlich beim analogen Fahren in allen Loks einen einheitlichen Motor (oder ähnlichen) benutzen
oder aber für jeden unterschiedlichen Motor eine eigene Fahrreglerjustierung anwenden, falls auffällige Unterschiede beim Anfahren nicht gefallen.

Ist das beim analogen Fahren technisch nun mal so oder ist das eine Frage des Reglers?

 

[VT-Fan]

In aller Kürze:
das ist bei allen Fahrreglern so, egal ob analog oder digital.
Bei den in die Fahrzeuge eingebauten digitalen Decodern kann man aber den Fahrregler auf die Motoren fest abstimmen und den passenden Wert einprogrammieren. Dann geht‘s bei Fahrstufe 1 gleich los.
Bei Analogreglern braucht es dafür ein Poti, an dem man eine für den Motor passende Vorspannung einstellen kann. Das hat den gleichen Effekt.
Grüße!

 

[LiwiTT]

@teetee
Erwarte von diesen (Billig-)Motoren keine Wunder, auch da gibt es Streuungen.
Bei einer meiner Loks sorgt gerade ein noch wenig benutzter 1020D (8.000 rpm) neuerdings für Schleichfahrten, die sich nach einer Weile Betrieb ruckartig ins früher normale Fahr-/Regelverhalten ändern.

 

[zucker]

Hallo teetee,

der Motor hat ein Losbrechmoment. Bei welcher Spannungshöhe der liegt, ist von Motor zu Motor unterschiedlich und hat auch nichts mit der max Umdrehung zu tun, sondern vielmehr mit seinem Aufbau. Der Glockenanker wird bei geringerer Spannung anlaufen als ein herkömmlicher Ankermoter. Die Ursache liegt in der Überwindung diverser Widerstände (mechanisch, gegenstrommäßig, magnetisch) im Motor selbst.
Der eingebaute Motor hat zudem noch Reibungswiderstände zu überwinden (Getriebe, Lager usw.) Auch die Last (Anhängelast) ist zu beachten.

Um diesen Losbrechmoment, auch Bocksprung genannt, zu überwinden, muß man nachhelfen. Eine Möglichkeit ist, das aufmodulieren einer pulsenden Gleichspannung die höher ist als die eigentliche Fahrspannung.
Da Du in diesem Thread nachfragts - hier wird eine reine Rechteckspannung mit festen 11...11.5V ans Gleis gelegt. Der Motor bekommt somit immer seine U nenn zur Verfügung gestellt, allerdings mit zeitlichen Pausen. Damit gibt es kein Losbrechmoment mehr.