THEMA: Z-Schaltung mit Transistoren

http://www.datasheetcatalog.net/de/datasheets_pdf/B/C/5/4/BC546B.shtml

Eine Lok zieht (Daumenwert) 250mA. Da ist der BC546B schon lange verbrannt

Frage 1: Wie willst du es hinkriegen, dass die Lok vorwärts UND rückwärts fahren kann? (Umpolung im Gleis erforderlich)

Frage 2: Wie willst du die galvanische Trennung hinkriegen? (entweder braucht jeder Regler seinen eigenen Trenntrafo, oder die Z-Schaltung muss doppelpolig und galvanisch getrennt sein - eine Anforderung, die mit Relais viel einfacher zu erfüllen ist als mit Elo)

...oder habe ich etwas übersehen?

Felix

Hi Felix,
ich habe einen Mega8 mit einer L298N Vollbruecke. Das funktioniert einwandfrei. Auch im Dauerbetrieb. Also kein Problem mit der Umpolung. Die Vollbruecke hat 2 Ausgaenge.
Was ich im Moment habe, ist das hier:
http://static.evigo.net/infolexikon/.media/images/2008/11/06/motor_platine_.png

Da ich aber mehr als 2 Gleise im Bahnhof habe, muss ich irgendwie mehrere dieser Teile verwenden und eigendlich wollte ich keine Relais benutzen.

Hier eine Schaltung, wo ein 12 Volt Relais geschaltet wird. Anstelle des Relais wollte ich nun direkt an die Schiene gehen.
http://i40.tinypic.com/2cfqsz5.jpg

Gruesse

Dusty


Tante Edit: Verdammt, doch ein Umpolproblem, da ich mit den Ausgaengen des 298 nicht an den Transistor kann.

Z-Schaltung mit Transis ist nach meiner Meinung nicht die Lösung.
Wenn Du eh schon einen Controller vor jedem Transistor-Pärchen hast, dann kannst Du auch gleich die passende Fahrspannung damit erzeugen, z.B. per PWM im Atmel. Dann hast Du auch keine Umpolprobleme, denn der Controller kann ja bei PWM 50% 0 Volt am Ausgang der Endstufe erzeugen. Somit kannst Du dann beliebig viele Fahrzeuge (maximal so viele wie Gleisabschnitte) unabhängig steuern, wenn es denn so sein soll.

Und damit bist Du eigentlich bei der Lösung "Dekoder am Gleis" Lösung, so wie G&R das auch macht. Entsprechende Endstufenschaltungen findest Du zu Hauf im Netz. Ich empfehle direkt auf 8A Transistoren zu gehen, dann kann die Sicherung auch im Netzteil sitzen und alles ist recht unempfindlich. Die Dinger kosten auch nur wenige Cent mehr als 2A Typen, die man auf jeden Fall benötigt.

So 'ne Lok braucht zwar vielleicht nur Durchschnittlich 250mA, aber beim Anfahren sind es dann auch gerne mal 500mA und wenn dann auch mal was klemmt oder 'ne Trennstelle überfahren wird und die Polung nicht stimmt, dann fließt auch ganz fix mehr. Und Transis sterben schnell & lautlos und oft indem sie voll leitend werden.

Ich habe bisher mit 8A Typen in TO220 die besten Erfahrungen gemacht. Seit langem hat da nix mehr gekokelt. Ich habe aber auch aktive Stromüberwachung/Regelung. Insofern nicht ganz so einfach, wie Du es Dir vorstellst.

Viel Spaß beim Basteln!
Micha

Hi Micha,
die Schaltung mit der Vollbruecke funktioniert bereits und ich kann per PWM vom AVR vor und zurueck fahren. Mein Problem ist halt, was passiert, wenn die Lok von einem zum anderen Gleis wechselt. Bringen alle Motortreiber die selbe Leistung, bei gleicher Programmierung? Oder hab ich auf einem Gleis andere Werte, als auf dem zweiten Gleis? Ist die Geschwindigkeit dann auf beiden Gleisen gleich, oder nicht? Ich hab leider kein Ossi um das zu messen.

Pro Atmega hab ich einen L298 dran. Also 2 Motorausgaenge fuer 2 Gleise. Dann halt noch Taster und Leds fuer Rueckmeldung, wie Fahrtrichtung usw. Die AVRs sind per TWI mit einem Master verbunden, Der am PC angeschlossen ist. Ich kann also jede Steuerung einzelnd benutzen, oder ueber den Master steuern.
Pendelzugsteuerung, Benutzung als Fahrtregler klappen ohne Probleme.
Da im TWI-Bus bis zu 120 Clients moeglich sind, kann der Master halt noch weitere Systeme, wie Servo-Controller, Gleisbesetztmelder und Dergleichen verwalten.
Das Ganze funktioniert fast komplett wie eine Digitalsteuerung, nur dass ich keine Dekoder in den Loks habe. Die Kosten sind dadurch super gering. Steuerung fuer bis zu 20 Servos fuer grade mal 15.-Euronen. Fahrtregler fuer 2 Stromkreise nur 20.- Euro. Master, oder auch Zentrale genannt, nur 25.-Eurolein.
Programmierung ist in C und das Programm fuer den PC laeuft nativ unter Linux.

Gruesse

Dusty

P.S.: Ich werd einfach mal testen, was die Lok macht, wenn ich 2 Controllerboards verwende.

Dass du mit einer Vollbrücke einen Motor steuern kannst, verstehe ich. Aber was hat das mit einem BC546B (nix Vollbrücke) zu tun!?!?

Zu "Transistortreiber die Erste": Das Relais kannst du nun problemlos mit dem BC546 schalten...

Im Übrigen denke ich wie Micha: Wenn du keine Relais willst, kommt's zum Schluss auf "Decoder am Gleis" heraus - das wäre nicht die schlechteste Lösung, wenn man unbedingt das Rad neu erfinden will.

Felix

Hi Felix,
ich habe ueber Folgendes nachgedacht dabei:
Gleis 1 - Vollbruecke Ausgang 1 - Controller 1
Gleis 2 - Vollbruecke Ausgang 2 - Controller 1
Gleis 3 - Vollbruecke Ausgang 1 - Controller 2
Gleis 4 - Vollbruecke Ausgang 2 - Controller 2

Wenn ich jetzt von Gleis 1 auf Gleis 3 wechsel, ist ein anderer Controller zustaendig. Selbst bei gleicher Programmierung beider Controller, glaube ich nicht, dass beide Gleise mit der selben Leistung versorgt werden. Also, die Lok entweder langsamer oder schneller wird. Und eine Z-Schaltung ist doch dafuer gedacht, dass die Lok auf ihrem gesammten Weg vom selben Trafo versorgt wird um das zu verhindern. Die Controller mit den Treibern sind in dem Fall ja nix Anderes, als die Trafos. Oder seh ich das falsch?

Gruesse

Dusty

Ich habe ähnliches angefangen und muß dich auf 2 Probleme hinweisen:
Bei deiner Vollbrücke must du ALLE gleise beidseitig trennen, und beim überfahren der Trennstellen Syncronisieren!
Ich habe bei meinen Tests mit Halbbrücken gespeist aus + und -12V gegen gemeinsam 0 gearbeitet. Allerdings muß auch hier beim überfahren der Trennstellen das PWM-Signal syncronisiert werden. sonst passiert es, das Gleis 1 genau in der 0VLücke von Gleis 2 seinen Spannungsimpuls hat, und so du beim überfahren 2 mal so oft die Spannung voll am Tfz hast.
Da habe ich Tagelang ohne Ozzi gerätselt, warum die Lok mal sauber ihre runden über 4 einspeisungen drehte, dann mal dort oder dort schneller wurde und dann mal hier und da Bocksprünge machte um dann wieder sauber ihre runden zu drehen.

Hi,
genau das ist das Problem. 2 Boards zu syncronisieren klappt ja vielleicht noch, aber wenn ich 8 oder 10 Boards per TWI syncronisiere, dann ist die Datenuebertragung zu langsam um alle Vollbruecken gleich zu tackten per PWM. Ein Gleichzeitiger Start der PWM-Signale bringt auch nix, weil dann die Quarze 110% gleich laufen muessen, damit Alles syncron laeuft.
Deswegen wollt ich ja eine Z-Schaltung verwenden. Dann wird ein Controller der Lok zugeordnet und uebernimmt auf der gesamten Strecke die Steuerung. Ein Board wuerde dann die Z-Schaltung uebernehmen und die anderen Controller koennten ohne direkte Comunication untereinander einfach ihre Aufgabe erledigen.

Gruesse

Dusty

das Syncsignal war dann bei mir einfach ein Signal das von einem PWM-generator erzeugt wurde, und an alle gesendet wurde. dieser setzte dann einfach alle PWM auf 0 wenn der 1. auf 0 war. dazu benötigt man nur einen freien Pin mit Int-Funktion.

@7:

Korrekt. Vollbrücke ist viel zu kompliziert. Einseitige 0 und normale "Audio-Endstufe" mit +/- Versorgung ist da viel einfacher.

Und einen PWM würde ich auch nicht auf das Gleis schicken wollen, sondern das Ganze vom Portpin mittels RC einigermaßen glätten.

Alternativ kann man aber auch eine Sync-Leitung an allen Controllern anknoten, die dann via Interrupt den PWM Syncen. Das ist dann ganz sicher genau genug.

Oder man verwendet ein geeignetes Protokoll, welches den Sync direkt mitschleppt.

Wieso ist Vollbruecke zu kompliziert? 2 Pins fuer die Auswahl der Richtung und auf den Enable-Pin vom L298 das PWM geschickt. Also 3 Pins pro Motor. Einfacher geht's doch gar nicht.

Gruesse

Also das mit dem PWM-Sync wurde ja schon besprochen. (Der Heisswolf kann's übrigens.)

Nehmen wir an, du machst wirklich die Z-Schaltung. Ich verstehe dich so, dass du nach der Vollbrücke die Leitungen über Transistoren führst und danach parallel schaltest und dann ans Gleis. So ein ganz klein wenig ähnlich wie eine Diodenmatrix, nur dass es keine Dioden sind sondern Transistoren. Und dass in jedem "Kreuzungspunkt" der Matrix ein Verknüpfungselement hin muss. Als Verknüfungselement für den "Starkstronteil" (Fahrstrom!) schlägst du Kleinsignaltransistoren BC546 vor.

Da das Potential in den Anschlussleitungen je nach Fahrtrichtung ändert, gibt es doch eigentlich keinen definierten Gnd mehr ausgangsseitig der Vollbrücke. Wie willste denn da mit "nur" NPN-Transistoren auskommen? Ich bin kein Elektroniker sondern Mechatroniker, aber ich stelle mir das schwierig vor. Die ganzen Vollbrücken beeinflussen sich doch gegenseitig und machen zudem die Z-Schaltung per NPN-Transistor "kaputt". Kann das überhaupt funktionieren?

Eigentlich brauchst du ein Bauelement, das folgende Eigenschaften bietet:
- kleiner Steuerstrom (mit wenig Aufwand TTL- oder CMOS-Kompatibel)
- Grosser Schaltstrom (muss "Starkstromteil" schalten können)
- Keine Verstärkerfunktion, Schaltfunktion reicht
- Galvanische Trennung sinnvoll (dadurch keine gegenseitige Beeinflussung der Vollbrücken)
- am liebsten doppelpolig (dann sind die Fahrstromabschnitte sauber getrennt und ganz sicher beeinflussungsfrei)
- Kleine Abmessungen
- Einfacher Anschluss
- günstiger Preis für die fertig aufgebaute und funktionsfähige Lösung

Solche Wunderbauteile werden von der Industrie zu Tausenden hergestellt und verbaut. Es sind kleine DIL Relais... Think about...

Felix

Und dann immer  2 Leitungen zu jedem Gleis. Ich finde eine Sammel-Null und eine Leitung von der Elektronik zum Gleis einfacher, aber das mag ja auch Geschmackssache sein. ;) Und ich finde PWM am Gleis auch nicht besonders attraktiv, vor allem nicht, wenn man auch mit Glockenankermotoren fährt, die mögen keine PWM < 5 kHz. Und 5KHz  synchron zu machen, ist nur in Software wieder etwas heftig, da fängt man dann wieder an Zyklen zu zählen. Und es bleibt ja trotzdem noch ein winziger Rest Unsynchronität, in dem sehr hohe Ströme fließen, wenn ein Fz gerade die Trennstelle passiert. Hardware-PWM mit externer Sync-Leitung geht da schon besser.
Und volle Gleisspannung mit PWM um zu stehen ist ziemlich brutal. Da geht einiges an Leistung über den DC-Widerstand am Motor weg. Gut, die Beleuchtung brennt dann schon mal dauerhaft, allerdings vorwärts und rückwärts gleichzeitig mit schwankender Helligkeit je nach Geschwindigkeit.

Ich finde, daß sind genug gute Gründe es nicht so zu machen.

Mir sind zwei Moegliche Loesungen durch den Kopf gegangen:

1.
Ich versuch mal das PWM zu syncronisieren. Meine Idee heute war, dass ich vom Master ein allgemeines Signal (Broadcast) an alle Clientboards schicke und wenn das kommt beim Client die PWM starte. Dann lass ich das Ganze laufen, bis ich feststell, dass die Lok ruckt beim Uebergang. Anhand der Zeit kann ich dann festlegen, in welchem Zeitabstand ich das Syncsignal schicken muss. Kann aber auch sein, dass es nur einmal noetig ist, wenn alle internen Tackgeber der AVRs gleichlaufen sollten. Dann muss ich beim festlegen der Fahrroute nur noch drauf achten, dass alle benutzten Boards die gleiche Richtung geschaltet sind. Muesste eigendlich funktionieren. Eine direkte Trennung der Vollbruecken muesste ich mir eigendlich sparen koennen, weil, wie man im Schaltbild sehen kann, bereits Dioden an den Ausgaengen der Brueckentreiber sind, damit keine Spannung zurueck schlagen kann.

2.
Ich kann ueber Software-PWM bis zu 3 L298 ansteuern, Macht 6 Gleisabschnitte ueber einen Atmega8. Mit Porterweiterung auch mehr. Waere zwar eine groessere Loetarbeit an der Platine, aber ich spar mir das Syncronisieren, weil alle Treiber mit dem selben PWM getacktet werden.

Mal sehen, was ich die naechsten Tage geschafft bekomme.

Gruesse und Dergleichen

Dusty

Hi again,
diesmal Doppelpost, anstatt ne Tante Edit. (Wird sonst zu lang)
@Rudi
Wie sollte man es denn machen? Folgende Voraussetzungen sind allerdings zwingend erforderlich:
In keinem Fall Digital. Gruende sind egal. Also kein Grund darueber eine Diskussion anzufangen.
Langsames Anfahren und Abbremsen an Haltepunkten, Wenn Strom aufgedreht/abgeschaltet wird.
Volle Kontrolle ueber PC muss moeglich sein.

Gruesse

Dusty

@14


Die Dioden schützen die Ausgangsstufe, das ist richtig. ABER die Dioden bewirken auch, dass die Fremdspannung einer "feindlichen", nicht-synchronisierten Vollbrücke per Kurzschluss ruckzuck abgeführt wird.... Das ist kaum das, was du wolltest?

Zwei Spannungs-/Stromquellen, die irgendwie zusammengeschaltet werden, zwingen sich über Ausgleichsströme gegenseitig in die Knie, und die schwächere der Beiden gibt den Geist auf. Wenn ein Triebfahrzeug über eine Trennstelle fährt, ist das egal, da der "Spuk" nach etwa 1 Sekunde vorüber ist. Wenn aber das Triebfahrzeug genau auf der Trennstellen "sitzen" bleibt (z.B. wegen falscher Polung im zweiten Abschnitt), dann fliessen die Ausgleichsströme dauernd, und sie sind so gross wie die Kurzschlussströme der Stromquellen. Wenn die Stromquellen das aushalten, geht auch schon mal ein Drehgestell in Rauch auf... Woher ich das weiss? - Nun: Versuch macht kluch

Felix

Ein Patentrezept hab ich natürlich auch nicht, aber:

PWM mit vollem Hub am Gleis finde ich zu hart. Das hat bei mir schon eine Köf II zerlegt, die einfach abrauchte. Und die bekam die PWM nur mit vielleicht 20% Ein (~ 12 Volt) / 80% Aus (also 0-Volt). Also sag ich mal: das geht so einfach nicht.

Kurzschlussverhalten:
Ich denke, daß man ohne eine aktive Strombegrenzung in Hardware sowas auch nicht machen sollte. Zudem sollte auch nach einer gewissen Dauer der Strombegrenzung, zum Beispiel 1 Sekunde, der Abschnitt heruntergeregelt werden und das sehr schnell. Sonst gibts verglühte Radschleifer, ggf angeschmolzene  Fahr- oder Drehgestelle.

PWM muß einen echten Sync haben. Das kann im Protokoll passieren, was man ja alle paar Miliisekunden mit schicken kann. Das ist ja kein Aufwand.

Was folgt /für mich!) daraus:
Ich habe lange mit PWM und zuschaltbarer Glättung, PWM Hubbegrenzung und Strombegrenzung experimentiert und die Ergebnisse waren letztlich prima. Aber der Schaltungsaufwand wurde dann in Analogtechnik recht üppig. Über das Experimentierstadium bin ich aber nicht gekommen. Der Aufwand aus PWM und Kondensatoren, hubbegrenzenden Dioden und den Koppelern/Op-Amps eine Strombegrenzung zu bauen ist halt aufwändig.

Mein nächster Schritt wird sein, die Gleissignale direkt von einem DA-Wandler auszugeben und nur noch die Strombegrenzung analog zu machen. XMEGA haben z.B. direkt 4 Analogausgänge.
Damit wird die Schaltung dramatisch kleiner! Das man dann gefühlte 100 Portpins nicht braucht, ist dann auch egal Im Moment hab ich aber noch keinen XMega im Haus. Die sollen erst mal ihre Kinderkrankheiten verlieren

Falls jemand 'nen Controller kennt, der mehr DA Ausgänge hat, bitte melden!!!!!

Jetzt aber Frühstück ;)

Hi,
Lokdecoder machen doch nix anderes. Der Decoder ist im Prinzip die gleiche Schaltung, wie mein Steuerpult. Ein Controller nimmt das Digitalsignal vom Gleis ab und betreibt den Motor der Lok mit einem Vollbrueckentreiber. Warum sollte man also im Analogbetrieb nicht genauso arbeiten?

Gruesse

Dusty

Tante Edit: hier ein link dazu -> http://home.arcor.de/dr.koenig/digital/fauli.htm

Hi again,
hab noch mal getestet mit einer alten Arnold T3. Nach 10 Minuten Dauerbetrieb mit PWM wird der Motor genauso warm, wie 10 Minuten bei vollem Trafobetrieb.
Bisher kann ich kein Problem mit PWM sehen.

Gruesse

Dusty

Es kommt auf den Motor an... Die ollen Dreipoler laufen sozusagen "nur" wenn sie mit langsamer PWM "geprügelt" werden. Bei der Arnold T3 haste dir einen besonders grauenhaften Antrieb ausgesucht
Such mal im Forum nach "Faulhaber" oder so... aber auch da: Du wirst nix "merken" aber der Hersteller sagt, die Lebensdauer der Faulhaber wird verkürzt, wenn sie mit ungeeigneter Spannungsform angesteuert werden.

Schau, niemand hier will dir etwas ausreden. Wenn du von deiner Idee überzeugt bis, geh deinen Weg. Ich wünsche dir viel Erfolg. Allerdings bin ich aufgrund meiner eigenen Versuche mit den Themen Spannungsregelung, Strombegrenzung, Z-Schaltung skeptisch, ob man auf deinem Weg "zu Fuss" ans Ziel kommt. Da sind ein paar Abkürzungen vorgesehen, die sich zum Schluss gut als "Umweg" entpuppen könnten.  Ob es zielführender wäre, eine von der Industrie "richtig" fertig entwickelte Lösung zu nehmen? Der Heisswolf kann doch alles was du willst und hat auch ein USB-Interface. Du kannst deine Controller auch für andere Dinge einsetzen. Da ist noch genügend Potential für Eigenentwicklungen.

Nochmal: Wenn du von deiner Idee überzeugt bist, geh deinen Weg - niemand kann dich daran hindern. Versuch macht kluch.

"Wo kämen wir hin, wenn alle nur sprächen: "wo kämen wir hin", und niemand stünde auf um nachzusehen, wohin man käme, wenn man ginge!"

Felix

Hi Felix,
ich habe mir die Anleitung vom Heisswolf angeguckt. Er macht ebenfalls PWM. Deswgen versteh ich einfach nicht, was ich falsch machen soll.
Heisswolf=PWM
DCC-Decoder=PWM

Was ich ueber Faulhuber weiss, ist, dass sie mit einer hohen Frequenz (40-50kHz) betrieben werden sollten.

Ich will das Ganze selber bauen, ich Spass am Basteln habe und mein Selbstbau grade mal 35.- Euro mit Gehaeuse und Bedienelementen kostet. Da kommt keine bereits fertige Loesung dran.

Gruesse

Dusty

P.S.: Die T3 hab ich genommen, weil ich sonst nur noch eine Lima hab, wo mir ein Abrauchen bei einem Fehler nix ausmachen wuerde

Ich will garantiert niemandem was ausreden. Ich habe nur meine Erfahrungen berichtet, damit sie eben nicht jemand anders nochmal machen muß. Selber lernen macht klug, ja gewiß, aber nicht jeder muß Lehrgeld bezahlen. In diesem Sinne kannst Du sicherlich Deine Idee verfolgen, warum auch nicht ;)

Viel Spaß und frohes Fest!
Micha

Hallo Dusty,
stimmt, der Heißwolf kann PWM. Und er kann auch noch reine Gleichspannung und Mischformen aus PWM/Gleichspannung.
Es funktioniert aber nur mit den aufgesteckten Synchronisationsmodulen auf jedem Regler, womit man dann zwei Stromkreise ohne Fehler oder Probleme überfahren kann.

Für den perfekten Betrieb von drei und mehr Reglern hat sich Herr Heißwolf den Multibus-Controller ausgedacht, womit dann alle angeschlossenen Regler (bis zu 16!) synchronisiert werden. Funktioniert absolut einwandfrei!

Ich denke, ohne eine Synchronisation wird Dein Projekt nicht einwandfrei funktionieren können.

Grüße und schöne Weihnachten
Peter

Hallo Dusty
Deine Idee finde ich interessant.
Die Controller könntest du alle mit dem gleichen Taktsignal versorgen,für den Gleichlauf.
als Idee:
Die  Motortreiber kann man als Gleisanschlüsse ansehen, die von z.B. 1 von 8  Controllern
angesteuert werden.Es sind also die Controller nicht mehr fest mit den Motortreibern verbunden
sondern über Multiplexer(Z-Schaltung).

schöne Weihnachten
Thomas

Hallo,
ich habe das Problem gelöst indem je ein Controller für einen Fahrstrom-Bereich verantwortlich ist.
Zwischen den Controllern (Fahrstrombereiche) gibt es Übergabegleise (bei mir Bahnhofsgleise) in denen keine Durchfahrten zugelassen sind. Ein Controller fährt in das Gleis ein und trennt das Gleis ab. dann gibt er an den Nachbar-Controller ein Signal, worauf dieser das Gleis zuschaltet.
Absolut Kurzschlusssicher.
Etwas unflexibel, gebe ich zu, aber es lässt sich betrieblich so verstecken das es nicht auffällt.
Gruß Rolf