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THEMA: Strombegrenzung - Warum brennt Leistungstransistor durch?
THEMA: Strombegrenzung - Warum brennt Leistungstransistor durch?
fgee - 31.05.18 22:35
Heute brauche ich die Hilfe von den Elektronikern unter euch.
Was mache ich falsch?
Ich versuche eine Strombegrenzung zu basteln. Bild und Schema in der Beilage.
Basis der Strombegrenzung ist die Kombination aus dem Leistungstransistor T1, dessen Basisstrom von einem zweiten Transistor T2 auf Null gesaugt wird, wenn der Spannungsabfall über einem Messwiderstand R2 grösser als 0,6 V wird und dadurch der zweite Transistor T2 zu leiten beginnt.
Dadurch, dass T1 weniger Basisstrom hat, sinkt der Strom im Messwiderstand; T2 leitet etwas weniger; T1 leitet etwas mehr; usw; es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei welchem der Spannungsabfall über R2 0,76 V beträgt.
Bei einem 0,22 Ohm Widerstand stellt sich also eine Strtombegrenzung auf 2.7 A ein.
Mit dem Schalter S1 kann ein zusätzlicher 0,27 Ohm Messwiderstand (R3) zugeschaltet werden. Daraus ergibt sich ein resultierender Gesamtwiderstand R2 // R3 von 0,12 Ohm. Damit stellt sich eine Strombegrenzunbg auf 5A ein.
Der Leistungstransistor T1 ist ein BDX53C; dieser ist für 8A Kollektorstrom spezifiziert.
Der zweite Transistor T2 ist ein BC337-40; dieser ist für 400mA Kollektorstrom spezifiziert.
Der Kühlköper von T1 hat einen thermischen Widerstand von 4 K/W.
Als ich die Strombegrenzung an einem Schaltnetzteil 16V / 70W betrieb, hat die Schaltung funktioniert. Ich konnte 2,7A bzw. 5A Kurzschlussstrom messen.
Wenn 2 x 0,6V in den Dioden abfällt, stellen sich folgende Verlustleistungen ein:
bei 2,7A Kurzschlussstrom -> Pv = ca. 40 W
bei 5A Kurzschlussstrom -> Pv = ca. 75 W
Als ich die Schaltung an einem Schaltnetzteil 24V / 160W betrieb, ist der Leistungstransistor abgeraucht. Er hat jetzt Dauer-Druchgang. Jetzt ist es das Schaltnetzteil, das abschaltet. Das hab ich so verifiziert: Nach Ausbau von R1 hat die Schaltung immer noch Durchgang.
Die Schaltung hat andere Male (mit weniger Strom) auch schon funktioniert, siehe
hier http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/dccsicherungsautomat.htm
oder hier http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/handregler.htm
oder hier http://www.muehlenroda.de/elektro/regler1.htm
Und darum brauche ich die Schaltung:
Bei der Gartenbahn habe ich halt das Netzteil 24V / 160W (bzw. im Garten einen DC-DC-Wandler 24V / 150W ab Batterie). Ist so weil ist so. Bei Kurzschluss am Gleis schaltet das Netzteil schneller ab als der Booster. Das führt zu merkwürdigen Effekten (u.a. spricht die Überlastsicherung des Boosters gar nicht an, weil ihm, vorher "schwarz vor den Augen" wird, und die Zentrale wird ebenfalls ausgeschaltet und startet dann wieder auf, ebenso der Booster).
Ich will nun eine Strombegrenzung zwischen Booster und Gleis hängen. DIe Strombegrenzung soll einen Strom durchlassen, der über der Abchaltschwelle des Boosters liegt, aber unter der Abschaltschwelle des Netzteils sein.
Warum brennt der Leistungstransistor durch?
• Ist es die thermische Belastung? (Ich bin der Meinung, der Kühlkörper sei noch nicht spürbar warm geworden) -> Dann müsste ich die zusätzlich die Kurzschlusszeit begrenzen
• Ist es der Maximalstrom des Leistungstransistos? (Es ist möglich, dass deutlich mehr als 8A durch T1 fliessen, bis das Netzteil abschaltet.) -> Dann müsste ich einen grösseren Leisutngstransistor nmehmen. Was für einen?
• Oder hat die Schaltung einen grundsätzlichen Designfehler? *koppgratz*
Für sachdienliche Hinweise dankt
Felix
Edit: Threadtitel nachgebessert
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Was mache ich falsch?
Ich versuche eine Strombegrenzung zu basteln. Bild und Schema in der Beilage.
Basis der Strombegrenzung ist die Kombination aus dem Leistungstransistor T1, dessen Basisstrom von einem zweiten Transistor T2 auf Null gesaugt wird, wenn der Spannungsabfall über einem Messwiderstand R2 grösser als 0,6 V wird und dadurch der zweite Transistor T2 zu leiten beginnt.
Dadurch, dass T1 weniger Basisstrom hat, sinkt der Strom im Messwiderstand; T2 leitet etwas weniger; T1 leitet etwas mehr; usw; es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei welchem der Spannungsabfall über R2 0,76 V beträgt.
Bei einem 0,22 Ohm Widerstand stellt sich also eine Strtombegrenzung auf 2.7 A ein.
Mit dem Schalter S1 kann ein zusätzlicher 0,27 Ohm Messwiderstand (R3) zugeschaltet werden. Daraus ergibt sich ein resultierender Gesamtwiderstand R2 // R3 von 0,12 Ohm. Damit stellt sich eine Strombegrenzunbg auf 5A ein.
Der Leistungstransistor T1 ist ein BDX53C; dieser ist für 8A Kollektorstrom spezifiziert.
Der zweite Transistor T2 ist ein BC337-40; dieser ist für 400mA Kollektorstrom spezifiziert.
Der Kühlköper von T1 hat einen thermischen Widerstand von 4 K/W.
Als ich die Strombegrenzung an einem Schaltnetzteil 16V / 70W betrieb, hat die Schaltung funktioniert. Ich konnte 2,7A bzw. 5A Kurzschlussstrom messen.
Wenn 2 x 0,6V in den Dioden abfällt, stellen sich folgende Verlustleistungen ein:
bei 2,7A Kurzschlussstrom -> Pv = ca. 40 W
bei 5A Kurzschlussstrom -> Pv = ca. 75 W
Als ich die Schaltung an einem Schaltnetzteil 24V / 160W betrieb, ist der Leistungstransistor abgeraucht. Er hat jetzt Dauer-Druchgang. Jetzt ist es das Schaltnetzteil, das abschaltet. Das hab ich so verifiziert: Nach Ausbau von R1 hat die Schaltung immer noch Durchgang.
Die Schaltung hat andere Male (mit weniger Strom) auch schon funktioniert, siehe
hier http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/dccsicherungsautomat.htm
oder hier http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/handregler.htm
oder hier http://www.muehlenroda.de/elektro/regler1.htm
Und darum brauche ich die Schaltung:
Bei der Gartenbahn habe ich halt das Netzteil 24V / 160W (bzw. im Garten einen DC-DC-Wandler 24V / 150W ab Batterie). Ist so weil ist so. Bei Kurzschluss am Gleis schaltet das Netzteil schneller ab als der Booster. Das führt zu merkwürdigen Effekten (u.a. spricht die Überlastsicherung des Boosters gar nicht an, weil ihm, vorher "schwarz vor den Augen" wird, und die Zentrale wird ebenfalls ausgeschaltet und startet dann wieder auf, ebenso der Booster).
Ich will nun eine Strombegrenzung zwischen Booster und Gleis hängen. DIe Strombegrenzung soll einen Strom durchlassen, der über der Abchaltschwelle des Boosters liegt, aber unter der Abschaltschwelle des Netzteils sein.
Warum brennt der Leistungstransistor durch?
• Ist es die thermische Belastung? (Ich bin der Meinung, der Kühlkörper sei noch nicht spürbar warm geworden) -> Dann müsste ich die zusätzlich die Kurzschlusszeit begrenzen
• Ist es der Maximalstrom des Leistungstransistos? (Es ist möglich, dass deutlich mehr als 8A durch T1 fliessen, bis das Netzteil abschaltet.) -> Dann müsste ich einen grösseren Leisutngstransistor nmehmen. Was für einen?
• Oder hat die Schaltung einen grundsätzlichen Designfehler? *koppgratz*
Für sachdienliche Hinweise dankt
Felix
Edit: Threadtitel nachgebessert
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Beitrag editiert am 04. 06. 2018 21:56.
Der Fehler sitzt vor dem Computer... Da hab ich falsch gedacht, ignoriere mein Geschreibsel bitte.
Danke
Hallo Felix,
der BDX 53 ist ein Darlington, da solltest Du 1,2V BE Spannung annehmen.
Ev. funzt der Link zum Datenblatt, da kann man das schön sehen.
https://www.datasheets360.com/pdf/4118893318398...3c&pqid=96814586
Gruß
Walter
Danke
Hallo Felix,
der BDX 53 ist ein Darlington, da solltest Du 1,2V BE Spannung annehmen.
Ev. funzt der Link zum Datenblatt, da kann man das schön sehen.
https://www.datasheets360.com/pdf/4118893318398...3c&pqid=96814586
Gruß
Walter
teppichbahner - 31.05.18 23:30
Ich seh erst mal keinen Fehler...
Das der Leistungstransistor ein Darlington ist, macht ja nichts, da die Reglung ja über den kleinen Transistor läuft. Und eben dort müssen die 0.56 V ( oder was auch immer das Thermometer gerade sagt ) anliegen, damit die Strombegrenzung wirksam wird. Der Basis des Leistungstransistors ist auf jeden Fall da zu, wenn der kleine durchsteuert.
Nun ist das ganze aber nicht an einer DC Quelle angeschlossen, sondern wird "digital" durchflossen. Und nun kommt es mal ganz blöd auf die parasitären Kapazitäten an. Das Datenblatt schweigt ja zu den möglichen Frequenzen. Das Problem wäre da die Basis des 2. Transistors in der Darlingtonstufe, da diese nur durch im Transistor verbauten Widerstand entladen wird. Ist aber mal nur so eine Idee.
Mein Vorschlag:
Häng mal ein Oszzi auf die Widerstände und schau Dir mal an, welcher Strom denn wirklich fließt und wie hoch die Spitzen sind. Und als Gegenversuch kannst Du ja auch mal wirklich DC ohne Booster verheizen und schauen, ob die Schaltung überlebt.
Nun, wenn da 75 Watt in den Weltraum abgestrahlt werden sollen, dann wären das 75*4-> 300k über Außentemperatur. Das würde zumindest mal das bleihaltige Lötzinn nicht mitmachen.png)
Und der thermische Übergangswiderstand vom Transistor zum Kühlkörper wird auch bei perfekter Montage mit Wärmeleitgel/Platte/Kleber/Hexenwerk auch noch aufzuschlagen sein. Also das ist schon sehr weit neben den Sollwerten.
So, nun aber noch mal ein Blick ins Datenblatt:
Da steht, die "Save Operating Area" geht bei 8A Nennstrom nur bis 7 Volt!
Ich glaube da liegt der Hase im Pfeffer Der kriegt intern die Wärme nicht vom Silizium!
Bei 20V meint das Datenblatt noch 0.4A... wie kommen die eigentlich auf die Werte? Na egal, so stehts zumindest mal geschrieben, wenn ich nicht zu blöd zum Lesen bin ( man möge mich da aufklären, man lernt ja nie aus )
Dann sagt das Datenblatt, er kann maximal 60 Watt Wärme wegbringen. Da bist Du auch sehr drüber.
Ich sag mal so, eine Transistor mit >100 Watt Verlustleistung ist schon ein Klopper.
Gruß
Klaus
Das der Leistungstransistor ein Darlington ist, macht ja nichts, da die Reglung ja über den kleinen Transistor läuft. Und eben dort müssen die 0.56 V ( oder was auch immer das Thermometer gerade sagt ) anliegen, damit die Strombegrenzung wirksam wird. Der Basis des Leistungstransistors ist auf jeden Fall da zu, wenn der kleine durchsteuert.
Nun ist das ganze aber nicht an einer DC Quelle angeschlossen, sondern wird "digital" durchflossen. Und nun kommt es mal ganz blöd auf die parasitären Kapazitäten an. Das Datenblatt schweigt ja zu den möglichen Frequenzen. Das Problem wäre da die Basis des 2. Transistors in der Darlingtonstufe, da diese nur durch im Transistor verbauten Widerstand entladen wird. Ist aber mal nur so eine Idee.
Mein Vorschlag:
Häng mal ein Oszzi auf die Widerstände und schau Dir mal an, welcher Strom denn wirklich fließt und wie hoch die Spitzen sind. Und als Gegenversuch kannst Du ja auch mal wirklich DC ohne Booster verheizen und schauen, ob die Schaltung überlebt.
Zitat
Der Kühlköper von T1 hat einen thermischen Widerstand von 4 K/W.
Nun, wenn da 75 Watt in den Weltraum abgestrahlt werden sollen, dann wären das 75*4-> 300k über Außentemperatur. Das würde zumindest mal das bleihaltige Lötzinn nicht mitmachen
Und der thermische Übergangswiderstand vom Transistor zum Kühlkörper wird auch bei perfekter Montage mit Wärmeleitgel/Platte/Kleber/Hexenwerk auch noch aufzuschlagen sein. Also das ist schon sehr weit neben den Sollwerten.So, nun aber noch mal ein Blick ins Datenblatt:
Da steht, die "Save Operating Area" geht bei 8A Nennstrom nur bis 7 Volt!
Ich glaube da liegt der Hase im Pfeffer
Der kriegt intern die Wärme nicht vom Silizium!Bei 20V meint das Datenblatt noch 0.4A... wie kommen die eigentlich auf die Werte? Na egal, so stehts zumindest mal geschrieben, wenn ich nicht zu blöd zum Lesen bin ( man möge mich da aufklären, man lernt ja nie aus )
Dann sagt das Datenblatt, er kann maximal 60 Watt Wärme wegbringen. Da bist Du auch sehr drüber.
Ich sag mal so, eine Transistor mit >100 Watt Verlustleistung ist schon ein Klopper.
Gruß
Klaus
Hallo Klaus,
Wenn man DCC gleichrichtet, entsteht im Prinzip eine geglättete Gleichspannung.
Gegen "Dreck" am Ausgang könnte noch eine Rückwärtsdiode über den Leistungstransistor gelegt werden, wie im Schema von Armin Mühl vorgesehen (dritter Link). Aber eigentlich unnötig, das ist durch die vier Dioden des Gleichrichters schon abgefangen.
Ich hab die Schaltung aber noch gar nicht an DCC betrieben. Der Transistor ist abgeraucht bei Betrieb direkt am DC Netzteil. Es war keine Zentrale und kein Booster beteiligt.
Dass der Aufbau nicht geeignet ist, um 150 W _dauernd_ in Wärme umzuwandeln, ist mir klar. Es geht bei der Schaltung nur darum, den Strom zu begrenzen bis "irgendwer" abschaltet. Aber das ist natürlich ein wichtiger Punkt.
Aufgrund der thermischen Trägheit geht es aber ein paar Sekunden, bis der KK sich zu erwärmen beginnt. Ich dachte mir halt, so lange müsste die Schaltung den Kurzschluss abkönnen.
Aus deiner Antwort entnehme ich nun, dass der Transistor die Wärme nicht vom Silizium kriegt, der KK also wirkungslos ist
Bringt es etwas, einen grösseren Transistor zu nehmen? Armin Mühl hat im Fremo H0 Fahrregler einen BDW83 mit 15 A verwendet.
Felix
Wenn man DCC gleichrichtet, entsteht im Prinzip eine geglättete Gleichspannung.
Gegen "Dreck" am Ausgang könnte noch eine Rückwärtsdiode über den Leistungstransistor gelegt werden, wie im Schema von Armin Mühl vorgesehen (dritter Link). Aber eigentlich unnötig, das ist durch die vier Dioden des Gleichrichters schon abgefangen.
Ich hab die Schaltung aber noch gar nicht an DCC betrieben. Der Transistor ist abgeraucht bei Betrieb direkt am DC Netzteil. Es war keine Zentrale und kein Booster beteiligt.
Dass der Aufbau nicht geeignet ist, um 150 W _dauernd_ in Wärme umzuwandeln, ist mir klar. Es geht bei der Schaltung nur darum, den Strom zu begrenzen bis "irgendwer" abschaltet. Aber das ist natürlich ein wichtiger Punkt.
Aufgrund der thermischen Trägheit geht es aber ein paar Sekunden, bis der KK sich zu erwärmen beginnt. Ich dachte mir halt, so lange müsste die Schaltung den Kurzschluss abkönnen.
Aus deiner Antwort entnehme ich nun, dass der Transistor die Wärme nicht vom Silizium kriegt, der KK also wirkungslos ist
Bringt es etwas, einen grösseren Transistor zu nehmen? Armin Mühl hat im Fremo H0 Fahrregler einen BDW83 mit 15 A verwendet.
Felix
RhönbahNer - 01.06.18 07:21
Moin Felix,
ich habe die Schaltung jetzt nicht en Detail durchgesehen, trotzdem einige Gedanken meinerseits dazu:
- Darlingtontransistoren sind immer kritisch, weil sie im Gegensatz zu einfachen Bipolartransistoren per se nicht in Sättigung gebracht werden können. Das Problem heißt hier VCEsat - beim BCX53 liegt diese bei ca. 2V. Somit fallen über dem Transistor bei 5A selbst im günstigsten Fall 10W Verlustleistung an.
- Ich vermute das Problem im Augenblick des Abregelns: Wenn der Strom zu hoch wird und T2 den Basisstrom für T1 kurzzuschließen beginnt, wird T2 "zumachen". Dies geschieht nicht digital, sondern kontinuierlich, d.h. die Spannung über T1 wird von erwähnten 2V (VCEsat) ansteigen, bis irgendwann die volle Betriebsspannung über der C-E-Strecke abfällt. In gleichem Maße nimmt zwar der Strom ab, jedoch wird wahrscheinlich dazwischen ein Zustand von vermindertem Strom und erhöhtem Spannungsabfall über T1 erreicht sein, bei dem die maximal zulässige Leistung überschritten wird.
- Parasitäre Kapazitäten dürften hier weniger problematisch sein. Da der Transistor nicht im Sättigungsbetrieb arbeitet, sind die auszuräumenden Ladungsmengen in der Basis relativ klein.
- Beim SOA-Diagramm ist auch Vorsicht geboten. Die Ermittlung dieses Bereichs ist in der Praxis schwierig und wird daher in den Datenblättern anhand von Rahmenwerten oder Eckpunkten gerne geschätzt. Sie verläuft in keinem Fall so linear wie im verlinkten BCX53-Datenblatt angegeben. Tatsache ist, daß durch lokale Überhitzungen im Silizium bereits Schäden durch Aufschmelzungen im Silizium entstehen, die makroskopisch anhand des elektrischen Verhaltens noch nicht sichtbar sind. Diese sog. "hot spots" ziehen dann fast den gesamten Basisstrom auf sich, der Transistor geht in Folge an dieser Stelle durch.
- Alternativ könntest Du Versuche mit sog. low-VCEsat-Typen machen. Im Normalzustand werden sie wesentlich weniger Verlustleistung verheizen, wobei das generelle Problem beim Abregeln natürlich auch hier besteht. Beispiel für solche Transistoren: https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/PHPT60610NY.pdf
Grüße, Jürgen
ich habe die Schaltung jetzt nicht en Detail durchgesehen, trotzdem einige Gedanken meinerseits dazu:
- Darlingtontransistoren sind immer kritisch, weil sie im Gegensatz zu einfachen Bipolartransistoren per se nicht in Sättigung gebracht werden können. Das Problem heißt hier VCEsat - beim BCX53 liegt diese bei ca. 2V. Somit fallen über dem Transistor bei 5A selbst im günstigsten Fall 10W Verlustleistung an.
- Ich vermute das Problem im Augenblick des Abregelns: Wenn der Strom zu hoch wird und T2 den Basisstrom für T1 kurzzuschließen beginnt, wird T2 "zumachen". Dies geschieht nicht digital, sondern kontinuierlich, d.h. die Spannung über T1 wird von erwähnten 2V (VCEsat) ansteigen, bis irgendwann die volle Betriebsspannung über der C-E-Strecke abfällt. In gleichem Maße nimmt zwar der Strom ab, jedoch wird wahrscheinlich dazwischen ein Zustand von vermindertem Strom und erhöhtem Spannungsabfall über T1 erreicht sein, bei dem die maximal zulässige Leistung überschritten wird.
- Parasitäre Kapazitäten dürften hier weniger problematisch sein. Da der Transistor nicht im Sättigungsbetrieb arbeitet, sind die auszuräumenden Ladungsmengen in der Basis relativ klein.
- Beim SOA-Diagramm ist auch Vorsicht geboten. Die Ermittlung dieses Bereichs ist in der Praxis schwierig und wird daher in den Datenblättern anhand von Rahmenwerten oder Eckpunkten gerne geschätzt. Sie verläuft in keinem Fall so linear wie im verlinkten BCX53-Datenblatt angegeben. Tatsache ist, daß durch lokale Überhitzungen im Silizium bereits Schäden durch Aufschmelzungen im Silizium entstehen, die makroskopisch anhand des elektrischen Verhaltens noch nicht sichtbar sind. Diese sog. "hot spots" ziehen dann fast den gesamten Basisstrom auf sich, der Transistor geht in Folge an dieser Stelle durch.
- Alternativ könntest Du Versuche mit sog. low-VCEsat-Typen machen. Im Normalzustand werden sie wesentlich weniger Verlustleistung verheizen, wobei das generelle Problem beim Abregeln natürlich auch hier besteht. Beispiel für solche Transistoren: https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/PHPT60610NY.pdf
Grüße, Jürgen
10W Verlustleistung bei 5A wäre tragbar. Im Normalbetrieb werden i.d.R. nicht mehr als 1,5A bezogen von der Anlage, selten 2,2A. Das ergibt 3-5W Verlustleistung, das ergibt eine Erwärmung um 12-20 Grad. Nicht elegant, aber tragbar.
Aber ich muss die Schaltung ja auf den "schlimmstmöglichen Fall" auslegen... und das ist halt der Abschaltstrom des Boosters.
Ich würde ja auch einen FET einsetzen; damit müssten kleinere Verlustleistungen möglich sein; aber mit FET kenne ich mich nicht aus... Beim Rumprobieren vor zwei Jahren hab ich die Schaltung mit FET nicht hingekriegt.
Felix
Aber ich muss die Schaltung ja auf den "schlimmstmöglichen Fall" auslegen... und das ist halt der Abschaltstrom des Boosters.
Ich würde ja auch einen FET einsetzen; damit müssten kleinere Verlustleistungen möglich sein; aber mit FET kenne ich mich nicht aus... Beim Rumprobieren vor zwei Jahren hab ich die Schaltung mit FET nicht hingekriegt.
Felix
Wie lang dauerts denn bis der Booster abschaltet? Reicht R-C in der Zuleitung? Vielleicht ist es einfacher gleisseitig eine oder mehrere Sicherungen (die also bei Kurzschluss schneller abschalten als das Netzteil) zu bauen welche die Sicherung des Boosters ersetzen.
Warum eigentlich DC-DC Wandler anstelle von 2x 12V = 24V Batterie in Serie?
Nächster Gedanke: Wenn man immer 24V Batterie (natürlich mit Ladestrombegrenzung) zwischen Netzteil und Booster hat, dann schaltet das Netzteil wohl nicht mehr ab.
Grüße,
Harald.
Warum eigentlich DC-DC Wandler anstelle von 2x 12V = 24V Batterie in Serie?
Nächster Gedanke: Wenn man immer 24V Batterie (natürlich mit Ladestrombegrenzung) zwischen Netzteil und Booster hat, dann schaltet das Netzteil wohl nicht mehr ab.
Grüße,
Harald.
Arnold_Huebsch - 01.06.18 09:05
Hello!
Abgesehen von den Problemen mit der Schaltung die schon im reinen DC Betrieb Ärger macht will ich noch auf weitere Probleme hinweisen die dann im Digitalbetrieb noch entstehen:
Die Gleichrichter Dioden müssen schnelle Shottky Typen sein. Klassische 1N400x sind zu langsam beim Sperren.
Das zweite Problem ist wenn die "Sicherung" arbeitet wird der Strom begrenzt und die Schutzschaltung der Boosterendstufe wird gar nicht erst getriggert. Daraus folgt die Schaltung muß dauerhaft den Strom Begrenzt halten. Der Booster wird nie abschalten.
-AH-
Abgesehen von den Problemen mit der Schaltung die schon im reinen DC Betrieb Ärger macht will ich noch auf weitere Probleme hinweisen die dann im Digitalbetrieb noch entstehen:
Die Gleichrichter Dioden müssen schnelle Shottky Typen sein. Klassische 1N400x sind zu langsam beim Sperren.
Das zweite Problem ist wenn die "Sicherung" arbeitet wird der Strom begrenzt und die Schutzschaltung der Boosterendstufe wird gar nicht erst getriggert. Daraus folgt die Schaltung muß dauerhaft den Strom Begrenzt halten. Der Booster wird nie abschalten.
-AH-
haba,
Zu lange. Ein Booster soll "träge" abschalten, damit Mikrokurzschlüsse (kurzzeitige Kurzschlüsse) verziehen werden. Das träge Verhalten wird auch benötigt, um beim Einschalten der Gleisspannung Kondensatoren in den Soundloks zu laden.
Um ehrlich zu sein - (es ist ein Littfinski DB-4 Booster) Littfinski gibt an, dass der Booster abschalten und nach 4 Sekunden wieder einschalten soll. Das hab eich noch nie feststellen können. Die Speisung (egal ob Schaltnetzteil oder DC-DC-Wandler) hat immer schneller abgeschaltet, und versucht nach 1 Sekunde wieder einzuschalten.
Am Booster ergibt sich folgendes Verhalten:
Kurzschluss -> LED am Booster rot
Speisung schaltet ab -> LED am Booster dunkel
Speisung schaltet wieder ein -> Booster hat den Kurzschluss "vergessen" -> LED am Booster grün
Kurzschluss noch da -> LED am Booster wieder rot
usw.
Das verstehe ich jetzt nicht. Was willst du wo einbauen?
Bei der z21, die dem Booster parallel geschaltet ist (läuft an der selben Sppeisung, was Teil des Problems ist, aber unumgänglich) habe ich versucht, diese am Abschalten zu hindern mit einem 4700uF Kondensator. Damit habe ich vermutlich die Endstufe (H-Brücke) gehimmelt; ich kann die z21 nicht mehr dazu bewegen, die Gleisspannung einzuschalten. Sie geht immer spätestens nach 2 Sekunden auf "Kurzschluss" (rote LED).
Problem ist vermutlich, dass der Kondensator kurzzeitig einen unbegrenzten Strom zur Verfügung stellt
Im Grunde bin ich ja genau da dran.png)
Wenn ich die im Beitrag 0 gezeigte Strombegrenzung um die Abschaltung ergänze (siehe erster Link in Beitrag 0), was eine gute Idee ist um den Leistungstransistor zu schützen, weil damit die hohe Verlustleistung auf eine kurze Zeit begrenzt wird, dann läuft es genau auf den "Sicherungsautomaten" hinaus (erster Link in Beitrag 0). Das Hinzufügen einer Abschaltmeldung auf den Boosterbus ist dann auch keine Hexerei mehr.
Nur,
wozu habe ich dann überhaupt für teures Geld einen Booster, wenn dessen Begrenzungsschaltung nicht funktioniert? Das wär dann schon der zweite Littfinski Booster mit einem schweren Designfehler (der DB-2 hat gar keine Abschaltung, und beim DB-4 funkltioniert sie nicht)
Geht nicht. Aus der Batrterie kommt "beliebig viel" Strom bei bis zu 28V. Damit kann man keine Modellbahn betreiben.
In der Zuleitung von der Batterie ist eine Schmelsicherung 10A träge, danach kommt ein 10A Solar-Laderegler. Dann kommt der 6A DC-DC-Wandler, der eine geregelte Spannung für die Modellbahn bereitstellt. Es funktioniert auch alles - bis auf den Umstand, dass der DC-DC-Wandler, gleich wie das Schaltnetzteil für den Innenbetrieb, "flink" abschaltet, flinker als der Booster.
Wenn ich die Gartenbahn am Gleisausgang der z21 betreibe und dann ein Kurzschluss auftritt, schaltet die Speisung übrigens nicht ab; die z21 bleibt am Leben. Nur: Irgendwie hab ich es geschafft, die z21 zu himmeln (siehe oben) - ein ezweite z21 möchte ich nicht himmeln; es gibt schon Gründe, das Gleis an einem Booster zu betreiben.
Es ist halt Vieles miteinander verknüpft und beeinflusst sich gegenseitig
Felix
Zu lange. Ein Booster soll "träge" abschalten, damit Mikrokurzschlüsse (kurzzeitige Kurzschlüsse) verziehen werden. Das träge Verhalten wird auch benötigt, um beim Einschalten der Gleisspannung Kondensatoren in den Soundloks zu laden.
Um ehrlich zu sein - (es ist ein Littfinski DB-4 Booster) Littfinski gibt an, dass der Booster abschalten und nach 4 Sekunden wieder einschalten soll. Das hab eich noch nie feststellen können. Die Speisung (egal ob Schaltnetzteil oder DC-DC-Wandler) hat immer schneller abgeschaltet, und versucht nach 1 Sekunde wieder einzuschalten.
Am Booster ergibt sich folgendes Verhalten:
Kurzschluss -> LED am Booster rot
Speisung schaltet ab -> LED am Booster dunkel
Speisung schaltet wieder ein -> Booster hat den Kurzschluss "vergessen" -> LED am Booster grün
Kurzschluss noch da -> LED am Booster wieder rot
usw.
Das verstehe ich jetzt nicht. Was willst du wo einbauen?
Bei der z21, die dem Booster parallel geschaltet ist (läuft an der selben Sppeisung, was Teil des Problems ist, aber unumgänglich) habe ich versucht, diese am Abschalten zu hindern mit einem 4700uF Kondensator. Damit habe ich vermutlich die Endstufe (H-Brücke) gehimmelt; ich kann die z21 nicht mehr dazu bewegen, die Gleisspannung einzuschalten. Sie geht immer spätestens nach 2 Sekunden auf "Kurzschluss" (rote LED).
Problem ist vermutlich, dass der Kondensator kurzzeitig einen unbegrenzten Strom zur Verfügung stellt
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
Vielleicht ist es einfacher gleisseitig eine oder mehrere Sicherungen (die also bei Kurzschluss schneller abschalten als das Netzteil) zu bauen welche die Sicherung des Boosters ersetzen.
Im Grunde bin ich ja genau da dran
Wenn ich die im Beitrag 0 gezeigte Strombegrenzung um die Abschaltung ergänze (siehe erster Link in Beitrag 0), was eine gute Idee ist um den Leistungstransistor zu schützen, weil damit die hohe Verlustleistung auf eine kurze Zeit begrenzt wird, dann läuft es genau auf den "Sicherungsautomaten" hinaus (erster Link in Beitrag 0). Das Hinzufügen einer Abschaltmeldung auf den Boosterbus ist dann auch keine Hexerei mehr.
Nur,
wozu habe ich dann überhaupt für teures Geld einen Booster, wenn dessen Begrenzungsschaltung nicht funktioniert? Das wär dann schon der zweite Littfinski Booster mit einem schweren Designfehler (der DB-2 hat gar keine Abschaltung, und beim DB-4 funkltioniert sie nicht)
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
Wenn man immer 24V Batterie (natürlich mit Ladestrombegrenzung) zwischen Netzteil und Booster hat, dann schaltet das Netzteil wohl nicht mehr ab.
Geht nicht. Aus der Batrterie kommt "beliebig viel" Strom bei bis zu 28V. Damit kann man keine Modellbahn betreiben.
In der Zuleitung von der Batterie ist eine Schmelsicherung 10A träge, danach kommt ein 10A Solar-Laderegler. Dann kommt der 6A DC-DC-Wandler, der eine geregelte Spannung für die Modellbahn bereitstellt. Es funktioniert auch alles - bis auf den Umstand, dass der DC-DC-Wandler, gleich wie das Schaltnetzteil für den Innenbetrieb, "flink" abschaltet, flinker als der Booster.
Wenn ich die Gartenbahn am Gleisausgang der z21 betreibe und dann ein Kurzschluss auftritt, schaltet die Speisung übrigens nicht ab; die z21 bleibt am Leben. Nur: Irgendwie hab ich es geschafft, die z21 zu himmeln (siehe oben) - ein ezweite z21 möchte ich nicht himmeln; es gibt schon Gründe, das Gleis an einem Booster zu betreiben.
Es ist halt Vieles miteinander verknüpft und beeinflusst sich gegenseitig
Felix
Beitrag editiert am 01. 06. 2018 09:27.
Arnold,
der Hinweis ist korrekt, ist aber hier nicht das Problem, weil ich diese Aspekte bereits berücksichtigte.
Felix
der Hinweis ist korrekt, ist aber hier nicht das Problem, weil ich diese Aspekte bereits berücksichtigte.
Felix
Eine Variante wär noch, den Littfinski Booster ersatzlos zu entfernen und die Gartenbahn am Gleisausgang der z21 zu betreiben. Deren 3 A sollten für meine Gartenbahn im Normalsfall ausreichen (nicht mehr als drei Gartenbahnzüge gleichzeitig; mehr gibt die Anlage nicht her; Messungen ergaben, dass ein fahrender Zug mit zweimotoriger Lok bei mir nicht mehr als 0,8 A zieht).
Dann noch die oben gezeigte Strombegrenzung in die Zuleitung zur z21, also in den Gleichstrom-Teil des Gesamtsystems, und hoffen, dass die z21 bei Kurzschluss nicht mehr abraucht...
und gut wär's...
Was meint ihr?
Felix
Dann noch die oben gezeigte Strombegrenzung in die Zuleitung zur z21, also in den Gleichstrom-Teil des Gesamtsystems, und hoffen, dass die z21 bei Kurzschluss nicht mehr abraucht...
und gut wär's...
Was meint ihr?
Felix
teppichbahner - 01.06.18 10:07
Zitat
Eine Variante wär noch, den Littfinski Booster ersatzlos zu entfernen und die Gartenbahn am Gleisausgang der z21 zu betreiben.
Eine weitere Variante wäre es direkt eine Endstufe aus 2 Leistungstransitoren zu bauen, die eine entsprechende Strombegrenzung und Endabschaltung beherrscht. Der Aufwand ist ja kaum größer als der "Nachbrenner" welcher mit Gleichrichter und Zeug auch das Digitalsignal nicht schöner macht.
Zitat
- Parasitäre Kapazitäten dürften hier weniger problematisch sein. Da der Transistor nicht im Sättigungsbetrieb arbeitet, sind die auszuräumenden Ladungsmengen in der Basis relativ klein.
Ja eben relativ. Nach meiner Erfahrung haben so manche Darlingtonstufen schon bei 10kHz keine Chance mehr.
Zitat
Wenn man DCC gleichrichtet, entsteht im Prinzip eine geglättete Gleichspannung.
Ganz sicher nicht! Wäre dem so, müßte die Flankensteilheit der Digitalendstufe nebst des Gleichrichters unendlich steil sein. Da hätte sich die Bundesnetzagentur aber schon bei Dir gemeldet
Also "erlebt" der Leistungstransistor durchaus Nulldurchgänge, die man betrachten muß.Wie gesagt: Ein Oszi sagt mehr als tausend Worte.
Meine Optionen wären:
1) Eine gute Endstufe selber bauen, anstatt irgendwelche Booster nachträglich betriebstauglich zu machen.
2) Einen deutlich größeren Transistor nehmen. Größer meint auch Bauform, wegen der thermischen Eigenschaften. TO3?
Gruß
Klaus
Zitat
- Ich vermute das Problem im Augenblick des Abregelns: Wenn der Strom zu hoch wird und T2 den Basisstrom für T1 kurzzuschließen beginnt, wird T2 "zumachen". Dies geschieht nicht digital, sondern kontinuierlich,
Die Stufe soll gar nicht digital abschalten! Sie regelt aktiv den Strom auf dem Maximalwert und verheizt dabei den Rest selbst. Wenn Du 1 Ohm hinten dran hängen würdest, würde die auf 5 Volt runter "regeln" und ein Strom von 5A durchjagen. Am Transistor fallen dann 15V bei 5A ab, also rund 75Watt.
*an die Stirn schlag*
Ja, du hast recht! Aber das trau ich mir nicht zu; ich bin Mechatroniker, nicht Elektroniker. Mein Ding ist mehr das Integrieren von Teilsystemen zu einem Ganzen.
Sowas? MJ11016G (30A Kollektorstrom)
Wie baut man TO3 auf eine Lochrasterplatte? *koppgratz*
Felix
RhönbahNer - 01.06.18 11:19
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
Die Stufe soll gar nicht digital abschalten! Sie regelt aktiv den Strom auf dem Maximalwert und verheizt dabei den Rest selbst.
Genau darauf wollte ich hinweisen!
Grüße, Jürgen
Zitat - Antwort-Nr.: | Name: teppichbahner
>> Wenn man DCC gleichrichtet, entsteht im Prinzip eine geglättete Gleichspannung.
Ganz sicher nicht! Wäre dem so, müßte die Flankensteilheit der Digitalendstufe nebst des Gleichrichters unendlich steil sein.
Und wenn man einen Entstörkondensator (sagen wir, 100nF) parallel zum "Innenleben" der Schaltung (parallel zu T1 + R2) schaltet?
Felix
Edit: 1uF wär' wahrscheinlich besser, dann ergibt sich zusammen mit R2//R3 eine Zeitkonstante von Tau = R * C = 0.12 Ohm * 1uF = 120ns;
bei 3,3uF wären es 390nS
Beitrag editiert am 01. 06. 2018 14:12.
Man schraubt den TO-3 auf den großen Kühlkörper und dann macht man den Rest mit dicken angelöteten Kabeln (an den beiden Beinen und an eine Öse um eine Schraube).
Wo? Zwischen Netzeil und Z21? Also da soll der Z21 ein Kondensator nix ausmachen weil der ist eigentlich nur kurzzeitg eine sehr gute Spannungsquelle und wenn die H-Brücke eine sehr gute Spannungsquelle am Eingang nicht packt dann ist ihr Kurzschlussschutz fehlerhaft, oder? Beim Kondensator braucht man zum Schutz des Netzeils auch noch Ladewiderstand und Diode für die Entladung am Ladewiderstand vorbei.
Ok, der DC-DC Wandler ist also eigentlich nur ein Stab von 26-28V Bleibatteri auf 24V, richtig? Wieviel verträgt der Booster an der Versorgung (sind da 28V zu viel> und hat er nen Optokoppler am Eingang?
Grüße,
Harald.
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
habe ich versucht, diese am Abschalten zu hindern mit einem 4700uF Kondensator.
Wo? Zwischen Netzeil und Z21? Also da soll der Z21 ein Kondensator nix ausmachen weil der ist eigentlich nur kurzzeitg eine sehr gute Spannungsquelle und wenn die H-Brücke eine sehr gute Spannungsquelle am Eingang nicht packt dann ist ihr Kurzschlussschutz fehlerhaft, oder? Beim Kondensator braucht man zum Schutz des Netzeils auch noch Ladewiderstand und Diode für die Entladung am Ladewiderstand vorbei.
Ok, der DC-DC Wandler ist also eigentlich nur ein Stab von 26-28V Bleibatteri auf 24V, richtig? Wieviel verträgt der Booster an der Versorgung (sind da 28V zu viel> und hat er nen Optokoppler am Eingang?
Grüße,
Harald.
Hallo
Eigentlich sollte man das Problem mal anderes aufrollen.
Eine Strombegrenzung nachträglich einzubauen, ist immer etwas problematisch. Das gehört eigentlich in das Netzteil, Wandler.
75W in Wärme zu verwandeln. ist nicht gerade einfach. Theoretisch reicht sogar der 2N3055 dafür, bei ausreichender Kühlung. Wichtig wäre es, Transisistoren zum Beispiel von on oder STM dafür zu nehmen, jetzt beim 2N3055.
Warum greift man nicht auf die älteste Lösung zurück, die es gibt. Eine Glühlampe als Strombegrenzung.
Oder eine andere Lösung wäre ein Triac oder Thyristor in einer Klemmschaltung.
Gruß
Eigentlich sollte man das Problem mal anderes aufrollen.
Eine Strombegrenzung nachträglich einzubauen, ist immer etwas problematisch. Das gehört eigentlich in das Netzteil, Wandler.
75W in Wärme zu verwandeln. ist nicht gerade einfach. Theoretisch reicht sogar der 2N3055 dafür, bei ausreichender Kühlung. Wichtig wäre es, Transisistoren zum Beispiel von on oder STM dafür zu nehmen, jetzt beim 2N3055.
Warum greift man nicht auf die älteste Lösung zurück, die es gibt. Eine Glühlampe als Strombegrenzung.
Oder eine andere Lösung wäre ein Triac oder Thyristor in einer Klemmschaltung.
Gruß
haba,
Ja. Netzteil -> Diode (zwecks Entkopplung) -> Elko -> z21.
Ja, daran studiere ich auch herum. Roco hat den Eingang der Frage und die Weiterleitung an die Digital-Experten bestätigt, aber die Antwort steht noch aus.
BEVOR der Elko dran war, hat die z21 immer abgeschaltet (Kurzschlus = rote LED) und zwar ohne dass das Netzteil in die Knie ging! Sooo falsch scheint der Kurzschlkussschutz der z21 doch nicht zu sein.
ABER
Die z21 hat einen integrierten Booster für 3A, der auch bei einem Netzteil 18V/36W (ergo max. 2A) abschaltet... Wie erkennt die z21 den Kurzschluss? Daran, dass die Spannung des Netzteils einbricht und der Strom steigt? Irgend so was halt... Wenn jetzt ein Elko mehr ist, bricht die Spannung später ein... Irgend so etwas mysteriöses müsste es sein, sonst wär es dann wirklich eine Fehlkonstruktion weil unzuverlässig.
Das ist alles nicht sehr vertrauenerweckend, d.h. mein Vertrauen in die Endstufe der z21 ist im Grunde weg
Lustigerweise geht das ohne. Und das Netzteil selber verursacht gemäss Spezifikation auch Inrush Current Peak beim Einschalten von bis zu 30A !! (was die Modellbahn aber nicht mitkriegt, da sie abgangseitig angeschlossen ist)
Ja.
Herr Littfinski hatte mich 2013 eindringlich darauf hingewiesen, dass der Booster nur an einer geregelten Speisung betrieben werden dürfe. Betrieb an Batterie sei unzulässig. Ich verstehe das so, dass eine Batterie zu hohe Spannungen und zu hohe Ströme verursachen kann.
Ja, der Booster hat einen Optoklopper am Eingang.
Felix
Ja. Netzteil -> Diode (zwecks Entkopplung) -> Elko -> z21.
Ja, daran studiere ich auch herum. Roco hat den Eingang der Frage und die Weiterleitung an die Digital-Experten bestätigt, aber die Antwort steht noch aus.
BEVOR der Elko dran war, hat die z21 immer abgeschaltet (Kurzschlus = rote LED) und zwar ohne dass das Netzteil in die Knie ging! Sooo falsch scheint der Kurzschlkussschutz der z21 doch nicht zu sein.
ABER
Die z21 hat einen integrierten Booster für 3A, der auch bei einem Netzteil 18V/36W (ergo max. 2A) abschaltet... Wie erkennt die z21 den Kurzschluss? Daran, dass die Spannung des Netzteils einbricht und der Strom steigt? Irgend so was halt... Wenn jetzt ein Elko mehr ist, bricht die Spannung später ein... Irgend so etwas mysteriöses müsste es sein, sonst wär es dann wirklich eine Fehlkonstruktion weil unzuverlässig.
Das ist alles nicht sehr vertrauenerweckend, d.h. mein Vertrauen in die Endstufe der z21 ist im Grunde weg
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
Beim Kondensator braucht man zum Schutz des Netzeils auch noch Ladewiderstand
Lustigerweise geht das ohne. Und das Netzteil selber verursacht gemäss Spezifikation auch Inrush Current Peak beim Einschalten von bis zu 30A !! (was die Modellbahn aber nicht mitkriegt, da sie abgangseitig angeschlossen ist)
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
der DC-DC Wandler ist also eigentlich nur ein Stab von 26-28V Bleibatteri auf 24V, richtig?
Ja.
Herr Littfinski hatte mich 2013 eindringlich darauf hingewiesen, dass der Booster nur an einer geregelten Speisung betrieben werden dürfe. Betrieb an Batterie sei unzulässig. Ich verstehe das so, dass eine Batterie zu hohe Spannungen und zu hohe Ströme verursachen kann.
Ja, der Booster hat einen Optoklopper am Eingang.
Felix
Beitrag editiert am 01. 06. 2018 17:22.
sebisr,
...zu ungenau. Der Booster (träge) soll abschalten, die Speisung (flink) aber nicht.
Triac oder Thyristor oder was-weiss-ich... Ich bin kein Elektroniker, ich muss es basteln mit der Technologie, die ich beherrsche. Bipolar-Transistor geht gerade noch.
Eine Drossel kam mir auch noch in den Sinn (der Strom kann nicht springen), aber für 5A ??
Eine andere Lösung, die für mich denkbar ist, geht so: Die Speisung der z21 wird gepuffert (eben mit dem 4700uF Elko), dann vermag sie das Abschalten der Speisung für 1 Sekunde zu überbrücken. Da sie den Kurzschluss vom LIttfinski-Booster noch mitkriegt (dessen rote LED geht kurz an, und die rote LED der z21 auch), schaltet die z21 dann die Gleisspannung ab. Nach 1 Sekunde schaltet die Speisung den Booster wieder ein. Der bleibt auf Halt (rote LED), weil von der Zentrale noch kein Digitalsignal ansteht.
Wäre schön gewesen... Ist halt daran gescheitert, dass die z21 abgeraucht ist beim Kurzschlusstest am Gleisausgang der z21 (der ja zum CV auslesen benötigt wird).
Felix
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
Warum greift man nicht auf die älteste Lösung zurück, die es gibt. Eine Glühlampe als Strombegrenzung.
...zu ungenau. Der Booster (träge) soll abschalten, die Speisung (flink) aber nicht.
Triac oder Thyristor oder was-weiss-ich... Ich bin kein Elektroniker, ich muss es basteln mit der Technologie, die ich beherrsche. Bipolar-Transistor geht gerade noch.
Eine Drossel kam mir auch noch in den Sinn (der Strom kann nicht springen), aber für 5A ??
Eine andere Lösung, die für mich denkbar ist, geht so: Die Speisung der z21 wird gepuffert (eben mit dem 4700uF Elko), dann vermag sie das Abschalten der Speisung für 1 Sekunde zu überbrücken. Da sie den Kurzschluss vom LIttfinski-Booster noch mitkriegt (dessen rote LED geht kurz an, und die rote LED der z21 auch), schaltet die z21 dann die Gleisspannung ab. Nach 1 Sekunde schaltet die Speisung den Booster wieder ein. Der bleibt auf Halt (rote LED), weil von der Zentrale noch kein Digitalsignal ansteht.
Wäre schön gewesen... Ist halt daran gescheitert, dass die z21 abgeraucht ist beim Kurzschlusstest am Gleisausgang der z21 (der ja zum CV auslesen benötigt wird).
Felix
Beitrag editiert am 01. 06. 2018 17:19.
Hallo Felix
Mal so Vermutungen
1. Die Schaltung arbeiten als Linearregler, dies hat eine hohe Verlustleistung zur Folge Beispiel 3A und 8V im Regler
2. Die Schaltung setzt sich bei jedem Nulldurchgang zurück und arbeitet dann wieder als Linearregler
Und das Hauptproblem: Die Selektivität ist nicht gewährleistet. Das nächste Schutzelement zum Kurzschluss löst nicht aus sondern erst die Speisung.
Du brauchst eine Schaltung die Digital arbeitet entweder leitet sie den Strom (3A,0.2V) oder unterbricht ihn vollständig (0A, 24V).
Die Schaltung soll den Strom eine bestimmte Zeit (z.B 2 Sekunden unterbrechen bevor sei wieder durchschaltet.
Vorzugsweise wird das DCC Signal direkt geschaltet, d.H ohne zuerst gleichzurichten.
Dh die Schaltung um einen Schmitt Trigger und einen 555 Timer erweitern oder gleich einen Mikroprozessor nehmen.
Bei der Zeit die du investieren muss kaufst du am besten einen entsprechenden Bausatz oder ein fertiges Modul.
Gruss
Matthias
Mal so Vermutungen
1. Die Schaltung arbeiten als Linearregler, dies hat eine hohe Verlustleistung zur Folge Beispiel 3A und 8V im Regler
2. Die Schaltung setzt sich bei jedem Nulldurchgang zurück und arbeitet dann wieder als Linearregler
Und das Hauptproblem: Die Selektivität ist nicht gewährleistet. Das nächste Schutzelement zum Kurzschluss löst nicht aus sondern erst die Speisung.
Du brauchst eine Schaltung die Digital arbeitet entweder leitet sie den Strom (3A,0.2V) oder unterbricht ihn vollständig (0A, 24V).
Die Schaltung soll den Strom eine bestimmte Zeit (z.B 2 Sekunden unterbrechen bevor sei wieder durchschaltet.
Vorzugsweise wird das DCC Signal direkt geschaltet, d.H ohne zuerst gleichzurichten.
Dh die Schaltung um einen Schmitt Trigger und einen 555 Timer erweitern oder gleich einen Mikroprozessor nehmen.
Bei der Zeit die du investieren muss kaufst du am besten einen entsprechenden Bausatz oder ein fertiges Modul.
Gruss
Matthias
maylander,
Und wie soll das gehen?
- Strommessung funktioniert immer mittels Spannungsmessung über einem Lastwiderstand
- DCC ändert ständig die Polarität
- Ohne Gleichrichtung ändert daher auch ständig die Polarität des Messwerts
- Ohne Gleichrichtung sieht die Messschaltung also zur Hälfte der Zeit einen "sehr kleinen Strom", nämlich minus 5A
...Heisst auf Deutsch: Booster wegschmeissen, anderen Booster verwenden.
Die Idee ist bedenkenswert,
nur:
Weisst du einen Booster, der genügend "selektiv" abschaltet?
Ein Booster muss träge abschalten, damit die Modellbahn funktioniert. In der Zeit zwischen Auftreten des Kurzschlusses und Abschalten des Boosters passiert aber etwas ganz Wesentliches: Es fliesst der maximale Kurzschlussstrom. Wird dieser nicht begrenzt, kann das Speisegerät flink abschalten.
Die Beobachtung am Littfinski-Booster zeigt, dass er eben nicht linear regelt (sondern fürs "digital" abschalten konstruiert ist), genau so wie du vorschlägst; und dies, zusammen mit dem flinken Abschalten der Speisung, wird auch der Grund sein, weshalb er noch nicht kaputt gegangen ist.
Mit der "digitalen" Abschaltung ist aber das Problem des maximalen Kurzschlussstromes zwischen Auftreten des Kurzschlusses und Abschalten des Boosters eben nicht gelöst. Ich bin der Meinung, hierfür braucht es ZUSÄTZLICH einen Linearregler, der den Strom begrenzt - nicht dauernd, aber für 1/4 Sekunde oder so, bis der Booster abschaltet.
Aus den Gründen, die du nanntest, muss ich davon ausgehen, dass andere Booster den Maximalstrom vor dem Abschalten ebenfalls nicht begrenzen
Darum ist diese Strombegrenzung FÜR 1/4 SEKUNDE das, was ich mit meiner Bastelei erreichen möchte.
Felix
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
Vorzugsweise wird das DCC Signal direkt geschaltet, d.H ohne zuerst gleichzurichten
Und wie soll das gehen?
- Strommessung funktioniert immer mittels Spannungsmessung über einem Lastwiderstand
- DCC ändert ständig die Polarität
- Ohne Gleichrichtung ändert daher auch ständig die Polarität des Messwerts
- Ohne Gleichrichtung sieht die Messschaltung also zur Hälfte der Zeit einen "sehr kleinen Strom", nämlich minus 5A
Zitat - Antwort-Nr.: | Name:
kaufst du am besten einen entsprechenden Bausatz oder ein fertiges Modul.
...Heisst auf Deutsch: Booster wegschmeissen, anderen Booster verwenden.
Die Idee ist bedenkenswert,
nur:
Weisst du einen Booster, der genügend "selektiv" abschaltet?
Ein Booster muss träge abschalten, damit die Modellbahn funktioniert. In der Zeit zwischen Auftreten des Kurzschlusses und Abschalten des Boosters passiert aber etwas ganz Wesentliches: Es fliesst der maximale Kurzschlussstrom. Wird dieser nicht begrenzt, kann das Speisegerät flink abschalten.
Die Beobachtung am Littfinski-Booster zeigt, dass er eben nicht linear regelt (sondern fürs "digital" abschalten konstruiert ist), genau so wie du vorschlägst; und dies, zusammen mit dem flinken Abschalten der Speisung, wird auch der Grund sein, weshalb er noch nicht kaputt gegangen ist.
Mit der "digitalen" Abschaltung ist aber das Problem des maximalen Kurzschlussstromes zwischen Auftreten des Kurzschlusses und Abschalten des Boosters eben nicht gelöst. Ich bin der Meinung, hierfür braucht es ZUSÄTZLICH einen Linearregler, der den Strom begrenzt - nicht dauernd, aber für 1/4 Sekunde oder so, bis der Booster abschaltet.
Aus den Gründen, die du nanntest, muss ich davon ausgehen, dass andere Booster den Maximalstrom vor dem Abschalten ebenfalls nicht begrenzen
Darum ist diese Strombegrenzung FÜR 1/4 SEKUNDE das, was ich mit meiner Bastelei erreichen möchte.
Felix
Beitrag editiert am 02. 06. 2018 09:45.
*Nachdenk*
Da die Kurzschluss-Abschaltung des Boosters ungenügend ist, muss ich da etwas tun.
Lösungsansätze:
0) Keine Massnahme: Die Speisung wird weiterhin "flink" abschalten. Das führt zu Abschalten der z21 und des WLAN Routers, es sei denn, diese kriegen einen Elko, der die Energie für 1 Sekunde, bis die Speisung woeder einschaltet.
Vorteil: (keiner)
Nachteil: Elko für Pufferung der z21 und des WLAN Routers ist schwierig (hat zu unerwünschten Effekten = Abrauchen der z21 bei Kurzschluss an deren Gleisausgang geführt)
1) Strombegrenzung zwischen Speisung und Booster einfügen
Vorteil: Strombegrenzung arbeitet im reinen DC-Betrieb
Nachteil: Strombegrenzung nimmt dem Booster den Saft weg im Kurzschlussfall -> Booster "vergisst" den Kurzschluss -> Jemand muss die Gleisspannung ausschalten, entweder die Strombegrenzung durch zusätzliche Schaltung, oder die Zentrale, indem sie den Kurzschluss mitkriegt und das DCC-Signal abschaltet
2) Strombegrenzung zwischen Booster und Gleis einfügen
Vorteil: Booster behält die volle Betriebsspannung und bleibt daher "am Leben" und erhält dadurch erstmals die Möglichkeit, sein eigenes Abschaltverhalten zu zeigen
Nachteil: Strombegrenzung brennt durch, wenn Booster nicht abschaltet
3) Booster wird ersatzlos gestrichen, die Anlage wird am Gleisausgang der z21 betrieben. Der liefert gem. Spezifikation bis zu 24V / 3,2A.
Das Streichen des Boosters bedingt Überlegungen zur z21, siehe nachfolgend:
Nächster Punkt
Da ich kein Vertrauen in die Kurzschluss-Abschaltung der z21 mehr habe, muss ich auch da etwas tun.
Lösungsansätze:
0) Keine Massnahme: Ich vertraue zitternd darauf, dass die Endstufe der z21 doch nicht so schlecht ist wie befürchtet, und nehme in kauf, dass mir noch eine z21 abraucht, falls mein Vertrauen ungerechtfertigt war
1) z21 Gleisausgang wird nur zum Programmieren verwendet: Die Anlage wird mit Booster betrieben. Dadurch sinkt die Häufigkeit des Betriebs des z21 Gleisausgangs auf ein Minimum. Und beim Programmieren werden normalerweise keine Weichen befahren, also entstehen auch keine Kurzschlüsse.
Vorteil: Die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen sinkt sehr stark
Nachteil: Tritt doch ein Kurzschluss auf, ist der Effekt ungewiss, siehe bei Lösungsansatz 0)
2) Strombegrenzung zwischen z21 und Gleis einfügen
Vorteil: z21 behält die volle Betriebsspannung und bleibt daher "am Leben"
Nachteil: Strombegrenzung brennt durch, wenn z21 nicht abschaltet
------------------
FAZIT
Die vielversprechendste Lösung scheint mir, eine Strombegrenzung zwischen Booster und Gleis bzw. z21 und Gleis zu schalten. Da das Gleis mittels Kippschalter auf die z21 (zum Programmieren) oder den Booster (zum Fahren) aufgeschaltet werden kann, genpgt es, EINE Strombegrenzung zwischen Kippschalter und Gleis zu schalten.
Dies war meine Absicht, als ich die Schaltung baute, die im Eröffnungsbeitrag gezeigt ist.
Es geht gleich weiter...
Da die Kurzschluss-Abschaltung des Boosters ungenügend ist, muss ich da etwas tun.
Lösungsansätze:
0) Keine Massnahme: Die Speisung wird weiterhin "flink" abschalten. Das führt zu Abschalten der z21 und des WLAN Routers, es sei denn, diese kriegen einen Elko, der die Energie für 1 Sekunde, bis die Speisung woeder einschaltet.
Vorteil: (keiner)
Nachteil: Elko für Pufferung der z21 und des WLAN Routers ist schwierig (hat zu unerwünschten Effekten = Abrauchen der z21 bei Kurzschluss an deren Gleisausgang geführt)
1) Strombegrenzung zwischen Speisung und Booster einfügen
Vorteil: Strombegrenzung arbeitet im reinen DC-Betrieb
Nachteil: Strombegrenzung nimmt dem Booster den Saft weg im Kurzschlussfall -> Booster "vergisst" den Kurzschluss -> Jemand muss die Gleisspannung ausschalten, entweder die Strombegrenzung durch zusätzliche Schaltung, oder die Zentrale, indem sie den Kurzschluss mitkriegt und das DCC-Signal abschaltet
2) Strombegrenzung zwischen Booster und Gleis einfügen
Vorteil: Booster behält die volle Betriebsspannung und bleibt daher "am Leben" und erhält dadurch erstmals die Möglichkeit, sein eigenes Abschaltverhalten zu zeigen
Nachteil: Strombegrenzung brennt durch, wenn Booster nicht abschaltet
3) Booster wird ersatzlos gestrichen, die Anlage wird am Gleisausgang der z21 betrieben. Der liefert gem. Spezifikation bis zu 24V / 3,2A.
Das Streichen des Boosters bedingt Überlegungen zur z21, siehe nachfolgend:
Nächster Punkt
Da ich kein Vertrauen in die Kurzschluss-Abschaltung der z21 mehr habe, muss ich auch da etwas tun.
Lösungsansätze:
0) Keine Massnahme: Ich vertraue zitternd darauf, dass die Endstufe der z21 doch nicht so schlecht ist wie befürchtet, und nehme in kauf, dass mir noch eine z21 abraucht, falls mein Vertrauen ungerechtfertigt war
1) z21 Gleisausgang wird nur zum Programmieren verwendet: Die Anlage wird mit Booster betrieben. Dadurch sinkt die Häufigkeit des Betriebs des z21 Gleisausgangs auf ein Minimum. Und beim Programmieren werden normalerweise keine Weichen befahren, also entstehen auch keine Kurzschlüsse.
Vorteil: Die Wahrscheinlichkeit von Kurzschlüssen sinkt sehr stark
Nachteil: Tritt doch ein Kurzschluss auf, ist der Effekt ungewiss, siehe bei Lösungsansatz 0)
2) Strombegrenzung zwischen z21 und Gleis einfügen
Vorteil: z21 behält die volle Betriebsspannung und bleibt daher "am Leben"
Nachteil: Strombegrenzung brennt durch, wenn z21 nicht abschaltet
------------------
FAZIT
Die vielversprechendste Lösung scheint mir, eine Strombegrenzung zwischen Booster und Gleis bzw. z21 und Gleis zu schalten. Da das Gleis mittels Kippschalter auf die z21 (zum Programmieren) oder den Booster (zum Fahren) aufgeschaltet werden kann, genpgt es, EINE Strombegrenzung zwischen Kippschalter und Gleis zu schalten.
Dies war meine Absicht, als ich die Schaltung baute, die im Eröffnungsbeitrag gezeigt ist.
Es geht gleich weiter...
*weiter nachdenk*
Der Threadtitel heisst "Warum brennt Leistungstransistor durch?"
Ich denke, die richtige Antwort hat teppichbahner in Nr.2 mit dem Hinweis auf die "safe operating area" des Transistors gegeben. Ich muss also einen Transistor verwenden, dessen "safe operating area" min. 5A (besser 7A) bei 24V erlaubt.
Ich werde daher die Schaltung mit einem MJ11016G (30A Kollektorstrom) (siehe Nr.12) neu aufbauen. Und ich werde einen Kondensator 3,3uF hinzufügen, damit der Basisstrom des Leistungstransistors geglättet wird.
Das ist aber erst ein Linearregler (Strombegrenzung) und noch keine Abschaltung, das habt ihr richtig erkannt. Eine Abschaltung ist unerlässlich.
Lösungsansätze:
0) Keine Massnahme. Die Strombegrenzung begrenzt mit ihrem Linearregler; das Abschalten wird dem Booster überlassen. (Dies ist die beabsichtigte Funktion der Schaltung im Eröffnungsbeitrag)
Vorteil: schlanke Lösung
Nachteil: Schaltung ist nicht eigensicher
1) Die Strombegrenzung wird erweitert um eine Kurzschlussmeldung an die Zentrale: Da die Strombegrenzung ja "weiss", wann ein Kurzschluss vorliegt, kann man daraus eine Meldung an die Zentrale generieren: Tiefpass -> Schwellwertschalter -> Optokoppler -> Boosterbus
Vorteil: Relativ schlanke Lösung(?)
Nachteil: Schaltung nicht eigensicher. Und vielleicht doch nicht so schlank; vom Aufwand her läuft es auf Lösungsansatz 3) hinaus.
2) Die Strombegrenzung wird um eine Abschaltung erweitert: Im Wesentlichen geht es dann darum, meinen DCC Sicherungsautomat
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/dccsicherungsautomat.htm
"aufzubohren" für 4A Dauerstrom und 5A Maximalstrom oder so während 0,2 Sekunden, mit automatischem Wiedereinschalten nach 2-4 Sekunden.
Variante: Umschaltbar auf 2A Dauer / 2,7A max, für Betrieb an z21
Vorteil: Schaltung existiert schon und ist eigensicher
Nachteil: Es irritiert mich, dass ich die komplette Schutzschaltung selber bauen muss. Dies wäre Aufgabe der Gerätehersteller (Roco und Littfinski)!
3) Wie 2) aber mit zusätzlicher Kurzschlussmeldung an die Zentrale
Vorteil: Schaltung ist eigensicher; Zentrale kriegt Kurzschluss mit und schaltet ab
Nachteil: Wenn die Zentrale abschaltet, ist die Abschalt-Schaltung auf meiner Schaltung eigentlich überflüssig
Soweit mal meine Gedanken...
Was meint euer Bauchgefühl?
Felix
Der Threadtitel heisst "Warum brennt Leistungstransistor durch?"
Ich denke, die richtige Antwort hat teppichbahner in Nr.2 mit dem Hinweis auf die "safe operating area" des Transistors gegeben. Ich muss also einen Transistor verwenden, dessen "safe operating area" min. 5A (besser 7A) bei 24V erlaubt.
Ich werde daher die Schaltung mit einem MJ11016G (30A Kollektorstrom) (siehe Nr.12) neu aufbauen. Und ich werde einen Kondensator 3,3uF hinzufügen, damit der Basisstrom des Leistungstransistors geglättet wird.
Das ist aber erst ein Linearregler (Strombegrenzung) und noch keine Abschaltung, das habt ihr richtig erkannt. Eine Abschaltung ist unerlässlich.
Lösungsansätze:
0) Keine Massnahme. Die Strombegrenzung begrenzt mit ihrem Linearregler; das Abschalten wird dem Booster überlassen. (Dies ist die beabsichtigte Funktion der Schaltung im Eröffnungsbeitrag)
Vorteil: schlanke Lösung
Nachteil: Schaltung ist nicht eigensicher
1) Die Strombegrenzung wird erweitert um eine Kurzschlussmeldung an die Zentrale: Da die Strombegrenzung ja "weiss", wann ein Kurzschluss vorliegt, kann man daraus eine Meldung an die Zentrale generieren: Tiefpass -> Schwellwertschalter -> Optokoppler -> Boosterbus
Vorteil: Relativ schlanke Lösung(?)
Nachteil: Schaltung nicht eigensicher. Und vielleicht doch nicht so schlank; vom Aufwand her läuft es auf Lösungsansatz 3) hinaus.
2) Die Strombegrenzung wird um eine Abschaltung erweitert: Im Wesentlichen geht es dann darum, meinen DCC Sicherungsautomat
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/dccsicherungsautomat.htm
"aufzubohren" für 4A Dauerstrom und 5A Maximalstrom oder so während 0,2 Sekunden, mit automatischem Wiedereinschalten nach 2-4 Sekunden.
Variante: Umschaltbar auf 2A Dauer / 2,7A max, für Betrieb an z21
Vorteil: Schaltung existiert schon und ist eigensicher
Nachteil: Es irritiert mich, dass ich die komplette Schutzschaltung selber bauen muss. Dies wäre Aufgabe der Gerätehersteller (Roco und Littfinski)!
3) Wie 2) aber mit zusätzlicher Kurzschlussmeldung an die Zentrale
Vorteil: Schaltung ist eigensicher; Zentrale kriegt Kurzschluss mit und schaltet ab
Nachteil: Wenn die Zentrale abschaltet, ist die Abschalt-Schaltung auf meiner Schaltung eigentlich überflüssig
Soweit mal meine Gedanken...
Was meint euer Bauchgefühl?
Felix
Beitrag editiert am 02. 06. 2018 10:58.
Hallo,
wie wäre es mit einem "richtigen" Booster, z.B. von Zimo oder in der unteren Preisklasse den Lenz LV102.
Grüße, Peter W.
wie wäre es mit einem "richtigen" Booster, z.B. von Zimo oder in der unteren Preisklasse den Lenz LV102.
Grüße, Peter W.
Peter,
das ist bedenkenswert. 24V * 5A = 125W... Der LV102 müsste an einem 160W Schaltnetzteil betrieben werden können (bedtimmungsgemässer Gebrauch).
ABER
damit ist das Problem mit der Endstufe der z21 noch nicht gelöst.
Und: Lenz schreibt in der Bedienanleitung (die ich eben gelesen habe), dass der LV102 bei Überstrom nach 100ms abschaltet. Was passiert in den 100ms davor?
Felix
das ist bedenkenswert. 24V * 5A = 125W... Der LV102 müsste an einem 160W Schaltnetzteil betrieben werden können (bedtimmungsgemässer Gebrauch).
ABER
damit ist das Problem mit der Endstufe der z21 noch nicht gelöst.
Und: Lenz schreibt in der Bedienanleitung (die ich eben gelesen habe), dass der LV102 bei Überstrom nach 100ms abschaltet. Was passiert in den 100ms davor?
Felix
Hallo Felix
Antwort auf 20
Der Eigenbedarf für die Schaltung muss gleichgerichtet werden. Der Messstrom ebenfalls. Der Laststrom nicht. Mit einem Messtrafo kann man den Strom messen und die sekundärseitige Spannung gleichrichten.
Wenn die Sicherung schnell genug ausschaltet muss der Booster nie ausschalten. Du kannst also die Gartenbahn in mehrere abschnitte aufteilen und nur ein Abschnitt ist betroffen.
Googel man nach "merg dcc district cutout module"
Da findest du eine entsprechende Schaltung. Von der kannst du dich inspirieren lassen und deine Schaltung entsprechend anpassen.
Oder du wirst Mitglied bei MERG und kannst dir das Ding als Kit bestellen. Diese Bausätze sind sehr gut dokumentiert und erhalten den Print sowie alle Bauteile.
Das DCC Cutout Module kostet dann £11.02 günstiger kann man die Bauteile nicht beschaffen und die Mitgliedsgebühr hat sich schnell amortisiert.
Gruss Matthias
Antwort auf 20
Der Eigenbedarf für die Schaltung muss gleichgerichtet werden. Der Messstrom ebenfalls. Der Laststrom nicht. Mit einem Messtrafo kann man den Strom messen und die sekundärseitige Spannung gleichrichten.
Wenn die Sicherung schnell genug ausschaltet muss der Booster nie ausschalten. Du kannst also die Gartenbahn in mehrere abschnitte aufteilen und nur ein Abschnitt ist betroffen.
Googel man nach "merg dcc district cutout module"
Da findest du eine entsprechende Schaltung. Von der kannst du dich inspirieren lassen und deine Schaltung entsprechend anpassen.
Oder du wirst Mitglied bei MERG und kannst dir das Ding als Kit bestellen. Diese Bausätze sind sehr gut dokumentiert und erhalten den Print sowie alle Bauteile.
Das DCC Cutout Module kostet dann £11.02 günstiger kann man die Bauteile nicht beschaffen und die Mitgliedsgebühr hat sich schnell amortisiert.
Gruss Matthias
teppichbahner - 02.06.18 11:46
Zitat
Zitat
1) Eine gute Endstufe selber bauen
*an die Stirn schlag*
Ja, du hast recht! Aber das trau ich mir nicht zu; ich bin Mechatroniker, nicht Elektroniker. Mein Ding ist mehr das Integrieren von Teilsystemen zu einem Ganzen.
Eine bipolare Endstufe, die nur digital können muß, also sich eine Dreck um Klirrfaktor und Co kümmern muß, ist doch aus ein paar Bauteilen schnell gestrickt. Und da eine Strombegrenzung mit Abschaltung nach Zeit einzubauen, ist dann ein kleineres Thema. Zumindest kommt man dann um unsägliche Gleichrichtung von Digitalströmen herum.
Im Prinzip reichen ein paar Widerstände, 2 kleine und 2 große Transistoren für die eigentliche Endstufe. Dann 2 Lastwiderstände für die Strommessung und 2 kleine Transistoren für die bekannte "Absaugeinrichtung", wie Du sie ja hier vorgestellt hast. Und dann noch je Seite einen Kondensator und einen weiteren Transistor, der nach einer Zeit einfach "umfällt" und die Basis dauerhaft kurzschließt, bis man das Ganze stromlos macht. Ggf. Resettaster.
Grundschaltung:https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/endstu_t.htm
siehe Bild 3!
Mit der eingebauten Stromegrenzung etwa so, wie in 2.6.4 beschrieben:
https://home.zhaw.ch/hhrt/EK2/AudioEndstufen/AudioEndstufen.pdf
Da ergänzt Du Deinen schon bekannten Strombegrenzer-Widerstand und Transistor. Der Ausgangskondensator fällt ersatzlos weg. Mit der Kondensator-Kippstufe mußt Du mal experimentieren, hab da auch gerade keinen fertigen Plan in der Tasche.
Gruß
Klaus
Zitat
Zitat
2) Einen deutlich größeren Transistor nehmen. Bauform ... TO3
Sowas? MJ11016G (30A Kollektorstrom)
Wie baut man TO3 auf eine Lochrasterplatte? *koppgratz*
Man schraubt das Ding auf den passenden Kühlkörper, lötet ordentliche Litzen an die Beine, die dann auch kühlen, befestigt die Litzen noch geeignet am Kühlkörper, damit man eine Zugentlastung des "Klotzes" bekommt und nicht ständig die Beinchen abknickt und geht mit den Litzen auf ordentliche Schraubklemmen. Platine ist unnötig!
*weiter nachdenk*
Das, was ich ursprünglich wollte, ist die Schaltung aus dem Eröffnungsbeitrag zu laufen zu kriegen => Lösungsansatz 0)
haba schlägt in Nr.6 vor, gleisseitig eine Sicherung zu bauen, die die des Booster ersetzt => Lösungsansatz 2)
teppichbahner schlägt in Nr.11 vor, die Strombegrenzung gleich zum kompletten Booster auszubauen... Bemerkenswerte Idee, aber damit bin ich überfordert.
maylander schlägt in Nr.19 vor, eine Abschaltung zu bauen und dafür eine fertig entwickelte Schaltung zu nutzen => Lösungsansatz 2) bzw. Antwort 25
Peter W. schlägt in Nr.23 vor, einen anderen Booster zu verwenden. Das birgt aber wieder andere Risiken
Felix
Das, was ich ursprünglich wollte, ist die Schaltung aus dem Eröffnungsbeitrag zu laufen zu kriegen => Lösungsansatz 0)
haba schlägt in Nr.6 vor, gleisseitig eine Sicherung zu bauen, die die des Booster ersetzt => Lösungsansatz 2)
teppichbahner schlägt in Nr.11 vor, die Strombegrenzung gleich zum kompletten Booster auszubauen... Bemerkenswerte Idee, aber damit bin ich überfordert.
maylander schlägt in Nr.19 vor, eine Abschaltung zu bauen und dafür eine fertig entwickelte Schaltung zu nutzen => Lösungsansatz 2) bzw. Antwort 25
Peter W. schlägt in Nr.23 vor, einen anderen Booster zu verwenden. Das birgt aber wieder andere Risiken
Felix
teppichbahner,
Eine Variante zu Antwort 26 wäre noch, die Strombegrenzung in die Zuleitung der Booster-Endstufe zu schalten (so, dass der Steuerschaltung des Boosters der Saft erhalten bleibt) - also ein Eingriff in den Booster
Felix
Eine Variante zu Antwort 26 wäre noch, die Strombegrenzung in die Zuleitung der Booster-Endstufe zu schalten (so, dass der Steuerschaltung des Boosters der Saft erhalten bleibt) - also ein Eingriff in den Booster
Felix
Beitrag editiert am 02. 06. 2018 12:29.
teppichbahner,
Die Schaltung im PDF Kapitel 2.6.4 ist für eine Gegentakt-Endstufe, da bräuchte ich 48V Speisespannung... Jetzt habe ich 24V und eine H-Brücke im Booster...
Die Strombegrenzung aus 2.6.4 könnte meine Schaltung sicherer machen - aber dazu müsste ich sie vollständig verstehen, und zur Funktion steht nur: "die Widerstände R3 und R5 sind mit einem Matlab-Skript ermittelt"
Felix
Die Schaltung im PDF Kapitel 2.6.4 ist für eine Gegentakt-Endstufe, da bräuchte ich 48V Speisespannung... Jetzt habe ich 24V und eine H-Brücke im Booster...
Die Strombegrenzung aus 2.6.4 könnte meine Schaltung sicherer machen - aber dazu müsste ich sie vollständig verstehen, und zur Funktion steht nur: "die Widerstände R3 und R5 sind mit einem Matlab-Skript ermittelt"
Felix
teppichbahner - 02.06.18 13:37
@29:
Schau einfach mal genau hin: Da ist genau Deine Schaltung in der Endstufe drin. Da ist einfach Deine Strombegrenzung im vorher gezeigt Verstärker fertig integriert. Die Widerstände im Strompfad der Endstufe dienen zur "Messung". Geht die Spannung so hoch, daß der Transistor aufmacht, dann zieht er die Basis der Leistungsstufe auf Null. Genau wie Du es auch gemacht hast. Berechnung: Genau wie Du es schon gemacht hast!
Wieso 48V? Nonsens! Die Stufe läuft auch an 10 Volt oder 100 Volt. Da ist nirgends ein Spannungsteiler oder sonst was drin, was einer Dimensionierung bedürfte. Selbst die Dioden in der Eingangsstufe kannst Du weglassen, da diese nur für eine Vorspannung der Endstufe sorgen, damit die Nulldurchgänge sauber werden. In einer Digitalendstufe völlig irrelevant.
Wo bist Du überfordert? Das sind doch je Seite rund 10 Bauteile. Das schaffst Du!
Steckbrett, Teile rein, Spannung dran, ausprobieren. Einen Nachmittag weiter und die Sache funzt! Kannst Du ja erst mal mit einer Seite der Schaltung ausprobieren. Mehr als ein paar Cent in Rauch verwandeln kann ja nicht passieren.
Und wenn ein Studi für seine Hausaufgabe gleich ein Matlab Script braucht um einen linear beschalteten Widerstand zu berechnen, na gut, aber wir können das auch mit 'nem Bleistift und 'nem Block ausrechnen. Ohmsches Gesetz sollte bekannt sein. Und Du darfst auch gerne 'nen Taschenrechner verwenden
Gruß
Klaus
Schau einfach mal genau hin: Da ist genau Deine Schaltung in der Endstufe drin. Da ist einfach Deine Strombegrenzung im vorher gezeigt Verstärker fertig integriert. Die Widerstände im Strompfad der Endstufe dienen zur "Messung". Geht die Spannung so hoch, daß der Transistor aufmacht, dann zieht er die Basis der Leistungsstufe auf Null. Genau wie Du es auch gemacht hast. Berechnung: Genau wie Du es schon gemacht hast!
Wieso 48V? Nonsens! Die Stufe läuft auch an 10 Volt oder 100 Volt. Da ist nirgends ein Spannungsteiler oder sonst was drin, was einer Dimensionierung bedürfte. Selbst die Dioden in der Eingangsstufe kannst Du weglassen, da diese nur für eine Vorspannung der Endstufe sorgen, damit die Nulldurchgänge sauber werden. In einer Digitalendstufe völlig irrelevant.
Wo bist Du überfordert? Das sind doch je Seite rund 10 Bauteile. Das schaffst Du!
Steckbrett, Teile rein, Spannung dran, ausprobieren. Einen Nachmittag weiter und die Sache funzt! Kannst Du ja erst mal mit einer Seite der Schaltung ausprobieren. Mehr als ein paar Cent in Rauch verwandeln kann ja nicht passieren.
Und wenn ein Studi für seine Hausaufgabe gleich ein Matlab Script braucht um einen linear beschalteten Widerstand zu berechnen, na gut, aber wir können das auch mit 'nem Bleistift und 'nem Block ausrechnen. Ohmsches Gesetz sollte bekannt sein. Und Du darfst auch gerne 'nen Taschenrechner verwenden
Gruß
Klaus
@30,
Jein.
Auf Seite 11 ist die Schaltung drin, aber mit dem Hinweis, dass die Leistungstransistoren in Kürze durchbrennen. Darüber sind wir uns schon lange einig.
Auf Seite 12 ist die verbesserte Schaltung; nun sind die Widerstände R3, R5, R1 hinzugefügt (untere Hälfte sinngemäss). R3 verstehe ich: Strombegrenzung für die Basis des "Basis-Absaug-Transistors" (im PDF T3; in meinem Schema T2). Aber was bewirken R5, R1?
R5 kann nicht isoliert betrachtet werden, sondern ist parallel zum Ersatzwiderstand aus (T1 + R3).
R1 kann nicht isoliert betrachtet werdeb, sondern ist parallel zum Ersatzwiderstand aus (RE + RLast), wobei im Kurzschlussfall RLast gegen Null tendiert.
Das schaut mir alles ziemlich kompliziert aus.
Und dann... R5 + R1 sorgen dafür, dass die Verlustleistung im Leistungstransistor begrenzt ist.
Eigentich kann man das gleiche Ziel auch erreichen, wenn man den Linearregler AUS-schaltet nach einer (kurzen) Zeit. Eigentlich hab ich das schon mit meinem DCC Sicherungsautomaten.
Im PDF arbeitet die Schaltung mit +Ubplus und -Ubminus gegen Masse. Üblicherweise werden +Ub und -Ub mit einem Transformator erzeugt, bei dem die positive Halbwelle für +Ub und die negative Halbwelle für -Ub verwendet wird.
Bei der Modelleisenbahn ist das aber veraltet. Stand der Technik sind Schaltnetzteile, die nur +Ub gegen Masse ausgeben, und dann eine H-Brücke in der Endstufe.
Klaus,
du hast mir den entscheidenden Tipp gegeben mit dem Stichwort "safe operating area". Ich werde das umsetzen.
Aber einen Booster selber zu bauen, das ist in der Praxis viel komplizierter als in der Theorie. Ich denke nicht, dass mich dieser Weg ans Ziel führt.
Felix
Edit: Dreckfuhler korrigiert
Jein.
Auf Seite 11 ist die Schaltung drin, aber mit dem Hinweis, dass die Leistungstransistoren in Kürze durchbrennen. Darüber sind wir uns schon lange einig.
Auf Seite 12 ist die verbesserte Schaltung; nun sind die Widerstände R3, R5, R1 hinzugefügt (untere Hälfte sinngemäss). R3 verstehe ich: Strombegrenzung für die Basis des "Basis-Absaug-Transistors" (im PDF T3; in meinem Schema T2). Aber was bewirken R5, R1?
R5 kann nicht isoliert betrachtet werden, sondern ist parallel zum Ersatzwiderstand aus (T1 + R3).
R1 kann nicht isoliert betrachtet werdeb, sondern ist parallel zum Ersatzwiderstand aus (RE + RLast), wobei im Kurzschlussfall RLast gegen Null tendiert.
Das schaut mir alles ziemlich kompliziert aus.
Und dann... R5 + R1 sorgen dafür, dass die Verlustleistung im Leistungstransistor begrenzt ist.
Eigentich kann man das gleiche Ziel auch erreichen, wenn man den Linearregler AUS-schaltet nach einer (kurzen) Zeit. Eigentlich hab ich das schon mit meinem DCC Sicherungsautomaten.
Im PDF arbeitet die Schaltung mit +Ubplus und -Ubminus gegen Masse. Üblicherweise werden +Ub und -Ub mit einem Transformator erzeugt, bei dem die positive Halbwelle für +Ub und die negative Halbwelle für -Ub verwendet wird.
Bei der Modelleisenbahn ist das aber veraltet. Stand der Technik sind Schaltnetzteile, die nur +Ub gegen Masse ausgeben, und dann eine H-Brücke in der Endstufe.
Klaus,
du hast mir den entscheidenden Tipp gegeben mit dem Stichwort "safe operating area". Ich werde das umsetzen.
Aber einen Booster selber zu bauen, das ist in der Praxis viel komplizierter als in der Theorie. Ich denke nicht, dass mich dieser Weg ans Ziel führt.
Felix
Edit: Dreckfuhler korrigiert
Beitrag editiert am 02. 06. 2018 16:59.
Zitat - Antwort-Nr.: 25 | Name: maylander
merg dcc district cutout module
Ich hab mir das angeschaut; danke für den wertvollen Hinweis.
Schema: https://www.merg.org.uk/merg_resources/dcc/download/APC1_sch.pdf
Beschreibung: https://www.merg.org.uk/merg_resources/dcc/download/APC1_txt.pdf
Es ist eine Schaltung, die MOSFET als Leistungstransistor verwendet. Das hatte ich vor zwei Jahren auch versucht aber nicht hingekriegt. Insofern: Super!
Aber auch diese Schaltung ist entweder "ein" oder "aus"; der Strom wird nicht begrenzt bis zum Abschalten.
Ich merke immer mehr, dass ich nicht um den Linearregler herumkomme, wenn ich den Strom begrenzen will.
Mein DCC Sicherungsautomat macht es so: Bei Überstrom begrenzt er mit einem Linearregler auf etwas mehr als den Maximalstrom, UND wenn der Strom nach 0,2 Sekunden nicht gesunken ist, dann wird AUS geschaltet.
Es wird wohl daraus hinauslaufen (Lösungsansatz 2).
Um zu testen, ob es überhaupt funktioniert, werde ich wohl die Schaltung aus dem Eingangspost noch mit dem "dicken" Transistor aufbauen, also nur Linearregler ohne Abschaltung (Lösungsansatz 0). Das geht schneller.
Ich danke euch, es hat mir viel geholfen, mit euch laut über diese Aufgabenstellung nachzudenken.
Felix
Mein DCC Sicherungsautomat macht es so: Bei Überstrom begrenzt er mit einem Linearregler auf etwas mehr als den Maximalstrom, UND wenn der Strom nach 0,2 Sekunden nicht gesunken ist, dann wird AUS geschaltet.
Es wird wohl daraus hinauslaufen (Lösungsansatz 2).
Um zu testen, ob es überhaupt funktioniert, werde ich wohl die Schaltung aus dem Eingangspost noch mit dem "dicken" Transistor aufbauen, also nur Linearregler ohne Abschaltung (Lösungsansatz 0). Das geht schneller.
Ich danke euch, es hat mir viel geholfen, mit euch laut über diese Aufgabenstellung nachzudenken.
Felix
Nur so aus Neugierde: Isses ne Z21 oder z21? Ich weiss nicht wie die Endstufe der z21 aussieht, aber den oben genannten Lenz LV102 hatte ich schon mal offen. Da ist am Eingang gleich nach dem Gleichrichter ein Mosfet drin der die Spannung stabilisiert. Also Linearregler. Leider ham se aber den Zener, der eine zu hohe Spannung am Gate verhindern könnte wenn der Drain plötzlich wegen Kurzschluss in den Keller sackt vergessen. Dann raucht der Mosfet ab. So ich empfehle in einen LV102 keine Spannungen über 20V (Vtop) reinzugeben, egal was die Anleitung dazu sagt. Bei der z21 könnte ja auch sowas passiert sein wenn plötzlich eine sehr gute Spannungsversorgung (Kondensator) auf einen sehr harten Kurzschluss trifft. Was sagt denn Roco über den Fehler bei deiner z21?
Grüße,
Harald.
Grüße,
Harald.
haba,
es ist eine (weisse) z21.
Roco sagt bis jetzt gar nix
Siehe Beilagen.
Bild 1 zeigt die z21 komplett. Die Platine ist nur einseitig bestückt.
Die Anschlüsse sind
- oben: (Bedientaste) und dann 2x X-Bus
- unten: Power, to Track, B-Bus, R-Bus, LAN.
Bild 2 zeigt den Bereich unten links (Spannungseingang) mit einem Leistungstransistor.
Bild 3 zeigt den Bereich oben mitte (H-Brücke) mit vier Leistungstransistoren.
Die Leistungstransistoren sind identisch mit "F49055 P650D A1HN" beschriftet.
Ein Blick in die Glaskugel sagt mir: Alle bauen den gleichen Mist, es muss ja billig sein. Also begrenzt niemand den Strom... Wenn der Kurzschluss auftritt, wird nach einer Zeit abgeschaltet, aber nicht begrenzt.
Felix
Edit: Die Forensoftware hat das Bild von 2500 auf 900 Pixel heruntergerechnet. Daher mit zwei Detailbildern ergänzt.
Die von fgee zu diesem Beitrag angefügten Bilder können nur von registrierten Usern gesehen werden - Login
es ist eine (weisse) z21.
Roco sagt bis jetzt gar nix
Siehe Beilagen.
Bild 1 zeigt die z21 komplett. Die Platine ist nur einseitig bestückt.
Die Anschlüsse sind
- oben: (Bedientaste) und dann 2x X-Bus
- unten: Power, to Track, B-Bus, R-Bus, LAN.
Bild 2 zeigt den Bereich unten links (Spannungseingang) mit einem Leistungstransistor.
Bild 3 zeigt den Bereich oben mitte (H-Brücke) mit vier Leistungstransistoren.
Die Leistungstransistoren sind identisch mit "F49055 P650D A1HN" beschriftet.
Ein Blick in die Glaskugel sagt mir: Alle bauen den gleichen Mist, es muss ja billig sein. Also begrenzt niemand den Strom... Wenn der Kurzschluss auftritt, wird nach einer Zeit abgeschaltet, aber nicht begrenzt.
Felix
Edit: Die Forensoftware hat das Bild von 2500 auf 900 Pixel heruntergerechnet. Daher mit zwei Detailbildern ergänzt.
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Beitrag editiert am 02. 06. 2018 19:07.
Hallo,
man will bei DCC bewusst nicht begrenzen, weil das zu einer Signalverformung führt und kein Mensch weiß wie die einzelnen Decoder darauf reagieren.
Grüße Peter W.
man will bei DCC bewusst nicht begrenzen, weil das zu einer Signalverformung führt und kein Mensch weiß wie die einzelnen Decoder darauf reagieren.
Grüße Peter W.
Peter,
diese Aussage scheint mir nicht durchdacht zu sein. Hast du Quellen für diese Aussage?
Selbst die Gleisspannung des Lenz LV102 geht bei Kurzschluss in die Knie, wenn der LV102 am Trafo betrieben wird. Es ist dann einfach der Trafo, der zu macht.
Bei einem "richtig" konzipierten System ist die Selektivität gewährleistet, und gleichzeitig ist das Abschaltverhalten des Gesamtsystems so, dass die Steuerspannung für den Booster erhalten bleibt.
Felix
diese Aussage scheint mir nicht durchdacht zu sein. Hast du Quellen für diese Aussage?
Selbst die Gleisspannung des Lenz LV102 geht bei Kurzschluss in die Knie, wenn der LV102 am Trafo betrieben wird. Es ist dann einfach der Trafo, der zu macht.
Bei einem "richtig" konzipierten System ist die Selektivität gewährleistet, und gleichzeitig ist das Abschaltverhalten des Gesamtsystems so, dass die Steuerspannung für den Booster erhalten bleibt.
Felix
Ausserdem ist bei Kurzschluss die Gleisspannung sowieso null, aufgrund des Kurzschlusses. Das Gleissignal ist also bei Kurzschluss sowieso verfälscht. Da spielt es auch keine Rolle mehr, wenn noch der Strom begrenzt wird. Weniger als null kann die Gleisspannung nicht haben.
Felix
Felix
Update:
Heute die Littfinski Hotline angerufen und den Fall besprochen. Fazit, das Littfinski Schaltnetzteil macht bei Überstrom "weich" zu, d.h. liefert noch ca. 15V @ 100mA. Das genügt, dass der Booster "am leben" bleibt.
Moderne MOSFET Schaltnetzteile machen "hart" zu bei Übetstrom, damit bleibt dem Booster "die Luft weg"; und wenn die Speisung wiederkommt, startet der Booster wieder auf.
Lösung: Strombegenzung zwischen Booster und Gleis bauen (Lösungsansatz 2)
...ich hab was anderes gefunden: eine fixfertige Bauanleitung inkl. Schema für einen Selbstbau-Booster
https://www.stayathome.ch/booster.htm
bzw. http://luessi.ch/pdf/Booster%20BMD%20v5.pdf
Man sieht dem Schema an: von der "Laborversion" einer Strombegrenzungsschaltung bis zum fertigen Booster geht es dann doch ein wenig länger als einen Sonntag Nachmittag
aber der Stayathome-Booster ist eine gute Ausgangsbasis, wenn jemand etwas selber machen will. - Für mich hat er jedoch einen entscheidenden Nachteil: Er braucht eine Wechselspannung am Eingang, damit daraus positive und negative Speisespannung generiert werden kann. Ich hab aber Gleichspannung...
Dies einfach als Info; wer weiss, vielleicht ist noch mal jemand froh drum.
Und dann hab ich noch den Threadtitel etwas nachgebessert.
Felix
Heute die Littfinski Hotline angerufen und den Fall besprochen. Fazit, das Littfinski Schaltnetzteil macht bei Überstrom "weich" zu, d.h. liefert noch ca. 15V @ 100mA. Das genügt, dass der Booster "am leben" bleibt.
Moderne MOSFET Schaltnetzteile machen "hart" zu bei Übetstrom, damit bleibt dem Booster "die Luft weg"; und wenn die Speisung wiederkommt, startet der Booster wieder auf.
Lösung: Strombegenzung zwischen Booster und Gleis bauen (Lösungsansatz 2)
Zitat - Antwort-Nr.: | Name: teppichbahner
(Audio-Endstufe) Das sind doch je Seite rund 10 Bauteile. Das schaffst Du! Steckbrett, Teile rein, Spannung dran, ausprobieren. Einen Nachmittag weiter und die Sache funzt!
...ich hab was anderes gefunden: eine fixfertige Bauanleitung inkl. Schema für einen Selbstbau-Booster
https://www.stayathome.ch/booster.htm
bzw. http://luessi.ch/pdf/Booster%20BMD%20v5.pdf
Man sieht dem Schema an: von der "Laborversion" einer Strombegrenzungsschaltung bis zum fertigen Booster geht es dann doch ein wenig länger als einen Sonntag Nachmittag
aber der Stayathome-Booster ist eine gute Ausgangsbasis, wenn jemand etwas selber machen will. - Für mich hat er jedoch einen entscheidenden Nachteil: Er braucht eine Wechselspannung am Eingang, damit daraus positive und negative Speisespannung generiert werden kann. Ich hab aber Gleichspannung...
Dies einfach als Info; wer weiss, vielleicht ist noch mal jemand froh drum.
Und dann hab ich noch den Threadtitel etwas nachgebessert.
Felix
Update: Die Strombegrenzung sieht nun so aus und funktioniert, d.h. das vorgeschaltete MOSFET Schaltnetzteil schaltet nicht mehr ab, da dessen Kurzschlussstrom nicht mehr überschritten wird:
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/bilder/DCCsicherungsautomat20.jpg
(Beachte den fetten 30A Leistungstransistor - vgl. hierzu das Bild im Ursprungsbeitrag )
Das ist nun anders:
• Der Transistor kann nun den maximalen Strom bei maximaler Spannung (safe operating area)
• Da dabei erheblich Wärme entsteht, wird nach 0,25s vollständig abgeschaltet. Dadurch wird der Leistungstransistor nie unzulässig erwärmt.
Mehr Info auf meiner Webseite.
Danke an Klaus für den entscheidenden Tipp mit dem Stichwort "safe operating area".
Felix
http://k.f.geering.info/modellbahn/technik/bilder/DCCsicherungsautomat20.jpg
(Beachte den fetten 30A Leistungstransistor - vgl. hierzu das Bild im Ursprungsbeitrag
)Das ist nun anders:
• Der Transistor kann nun den maximalen Strom bei maximaler Spannung (safe operating area)
• Da dabei erheblich Wärme entsteht, wird nach 0,25s vollständig abgeschaltet. Dadurch wird der Leistungstransistor nie unzulässig erwärmt.
Mehr Info auf meiner Webseite.
Danke an Klaus für den entscheidenden Tipp mit dem Stichwort "safe operating area".
Felix
Beitrag editiert am 12. 07. 2018 01:42.
teppichbahner - 12.07.18 10:42
Danke für die Blumen!
Gern geschehen!
Gruß
Klaus
Gern geschehen!
Gruß
Klaus
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