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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannungsversorgung Eisenbahn via PWM


Autor: Stefan_KM (Gast)
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Hallo Leute.

Ich habe für meine Eisenbahn die Spannungsversorgung derart verändern 
wollen, dass die Fahrtspannung durch ein PWM geregelt wird.
Der Nutzen liegt darin, dass eine fahrende Lok nicht langsamer wird, 
wenn eine zweite mitfährt. Das Ganze wird mit 12V betrieben-->12V PWM.

Das Problem ist nun, schließe ich mein PWM an die Schinen an und stelle 
ein Lok darauf bricht die PWM-Spannung zusammen. Wenn eigentlich 12V 
ausgegeben werden (also bei 8 bit PWM = 255) liegen noch ca. 3-4V an. 
Dies reicht nicht aus, um eine Lok fahren zu lassen.

Was mache ich also falsch. Ich habe ein 16kHz PWM. Wieso bricht die 
Spannung zusammen?

Meine Spannungsquelle ist ein stabilisiertes 12V Netzteil mir 1,2A. 
Sollte reichen.

Vielleicht könnt ihr mir helfen.

Danke

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

wegen defekter Glaskugel kann ich Deinen Schaltplan leider nicht 
erkennen...

Stell ihn doch bitte als Bild hier rein, dann könnte man vielleicht 
helfen.

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Ich habe ein 16kHz PWM

Ist unklug sowas auf den Schienen zu haben.


>Was mache ich also falsch.
Der Widerstand R42 ist falsch dimensioniert.

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Selten so gelacht....
Anbei der vereinfachte Schaltplan

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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Die Treiberschaltung ist für 16kHz ungeeignet. Wenn du ohne Lok (ohne 
Last) misst, dann läd der Transistor die Schiene (die als Kondensator 
wirkt) auf. Du misst 12V.

Mit Last wirst du keine sauberen Flanken bekommen. Das Prinzip PWM wird 
ad adsurdum geführt..

PS: Wo ist eigentlich die Freilaufdiode für den Motor?

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Muss ich die Eingangsspannung mit einem größerem Kondensator (470µF) 
abpuffern?

Autor: Sascha Focus (sascha_focus) Benutzerseite
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Stefan_KM wrote:
> Selten so gelacht....
> Anbei der vereinfachte Schaltplan

Ich würde anstelle des 2N6109 nen P-Moßfet nehmen.

Gruß Sascha

Autor: Tobias Binkowski (tc-soundnlight)
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Matthias Lipinsky wrote:
>>Ich habe ein 16kHz PWM
>
> Ist unklug sowas auf den Schienen zu haben.
>

Wieso? Sry falls die frage "dumm" ist .. aber würde mich interessieren!

@Stefan_KM (Gast); Hast du schon überlegt wie du die Lok dann rückwärts 
fahren lässt oder willst du für jeden Stromkreis eine PWM für Vorwärts 
und eine für Rückwärts machen?!

Autor: Basti (Gast)
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Schau dir mal die Travos mit halbwellenanfahrt an, die nutzen auch PWM. 
Ich würde die Frequenz drastisch reduzieren, vielleicht mal 100hz 
probieren

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Wieso denn eine Freilaufdiode?

Die Diode würde auch nur in eine Richtung wirken.

Das PWM habe ich aber mit einem Oszi überprüft. Ohne Lok ist es ein 
richtiges PWM. Mit Lok sollte es eine entpsrechende Gleichspannung sein, 
da der Motor eine integrierende Wirkung auf das PWM haben sollte.

Die Gleichspannung ist aber bei maximalem PWM nicht 12V.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Wieso? Sry falls die frage "dumm" ist .. aber würde mich interessieren!

schnellschaltende Signale, hier mit großen geschaltetetn Spannungen und 
Strömen => großes du/dt und di/dt => Störungen.
Sowas versucht man immer lokal zu halten. Also direkt in der Lok zu 
machen.



>Mit Lok sollte es eine entpsrechende Gleichspannung sein,
>da der Motor eine integrierende Wirkung auf das PWM haben sollte.

Aber nur mit korrekt arbeitender PWM UND mit Freilaufdiode!

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Den Fahrtrichtungswechsel realisiere ich mit einem Relais mit 2 
Wechslern. Wird über einen Tastendruck umgeschaltet. Wird auch vom µC 
gesteuert.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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>Ich würde die Frequenz drastisch reduzieren, vielleicht mal 100hz
>probieren

Wenn die Loks huppeln und brummen sollen, dann mach mal. Nee, 16kHz sind 
bei richtiger Schaltung schon okay. Wir nutzen auf unserer Strecke 19kHz 
mit P-MOSFET in der Endstufe, auch mit Richtungswechsel-Relais und 
Freilaufdiode.

Autor: Reinhard R. (reirawb)
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Laut Datenblatt
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet2/1/02hu3...
hat dein Leistungstransistor ein h21E von 30...150. Nehmen wir mal die 
goldene Mitte von 100 an, dann fließen bei einem Basisstrom von 1,2mA 
(12V/10kOhm) maximal 120mA. Sollte deine Lok mehr verbrauchen, bricht 
natürlich die Spannung ein. Mach mal aus dem 10kOhm zwischen Kollektor 
BC547 und Basis 2N6109  220 Ohm bis 1kOhm. Der 2N6109 verträgt max. 3A 
Basisstrom, da stirbt eher der BC547.

Reinhard

Autor: oszi40 (Gast)
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1. Jedes Gleis ist auch eine wunderbare Antenne...
2. Halte mal den Oszi dran.
Wenn meine Glaskugel richtig liegen würde, sähe ich Spannungsabfall und 
Tastverhältins, böse Spannungspitzen
3. Reicht der Strom um den Transistor durchzusteuern ???
4. Wie funktioniert Deine Kurzschlusssicherung?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Mach mal aus dem 10kOhm zwischen Kollektor
>BC547 und Basis 2N6109  220 Ohm bis 1kOhm.

Du sättigst damit den Transistor. Das ist schlecht für das 
Schaltverhalten.


Machs so:
http://www.mikrocontroller.net/attachment/34752/P_FET.png

Autor: Reinhard R. (reirawb)
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> Du sättigst damit den Transistor. Das ist schlecht für das
> Schaltverhalten.
Aber wenn er nicht richtig durchgesteuert wird, bringt er den Strom 
nicht und die Spannung an der Last bricht zusammen.

Ich denke schon, dass es bessere Methoden bzw. Bauteile für eine 
Leistungsendstufe gibt, aber es ging mir um das Verständnis, warum die 
Spannung in der Schaltung des OP zusammenbricht.

Reinhard

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Ok, ich werde mal die Sache mit den 1k Ohm versuchen. Danach melde ich 
mich wieder.

Autor: Reinhard R. (reirawb)
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> Ok, ich werde mal die Sache mit den 1k Ohm versuchen. Danach
> melde ich mich wieder.

Ja, und mach mal aus dem 100kOhm zwischen Emitter und Basis auch 1kOhm. 
An dem fallen max. 0,7V ab, was dann einen Ableitstrom von 0,7mA macht. 
Ist besser für das zuverlässige Sperren als die 7µA bei 100kOhm.

Reinhard

Autor: Stefan_KM (Gast)
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Hallo.

Ich habe aus den 10k Ohm an der Basis des 2N6109 4k Ohm gemacht (kleiner 
habe ich gerade nicht da) und es geht. Ich werden noch weitere Bauteile 
umdimensionieren (BC 547 in Leistungstransistor) und dann meine 
Schaltung in eine Platine umwandeln.

Danke für eure Anregungen.

Autor: Sven (Gast)
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Bevor Du eine Platine machst, denk nochmal drüber nach. Die Schaltung 
ist suboptimal, da hilft es auch nix, die Widerstände kleiner zu machen. 
Und wenn Du den BC547 durch einen BD... ersetzt, wird es nicht besser, 
weil die eine geringere Stromverstärkung und höhere Basiskapazität 
haben. Da bekommst Du die 16 kHz noch schlechter durch...

Autor: Gregor B. (Gast)
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Hallo,

Stefan_KM wrote:
> Wieso denn eine Freilaufdiode?
>
> Die Diode würde auch nur in eine Richtung wirken.

du brauchst eine Freilaufdiode über dem pnp-Transistor. Im Bremsbetrieb 
wirkt der Motor als Generator, dann treibst Du ohne Freilaufdiode den 
pnp-Transistor in den Reverse-Betrieb.
Beim p-Mosfet wird in dem Fall die Body-Diode leitend.

Gregor

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Beim p-Mosfet wird in dem Fall die Body-Diode leitend.
Eben nicht!


>du brauchst eine Freilaufdiode über dem pnp-Transistor.
Auch nicht.

>du brauchst eine Freilaufdiode
Das allerdings!
Es geht nur so:
+12V--------- Transistor ------o------- PWM_Motor
               |               |
               |               |
           Ansteuerung        ---
                              /|\
                               |
                               |
GND----------------------------o------- GND_Motor

Autor: Reinhard Pölzleithner (carnival)
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zu den 16kHz:

sind prinzipiell kein Problem am Gleis. DCC arbeitet auch auf der 
Frequenz. Da liegt nun aber das Problem. Wenn du eine Lok mit 
eingebautem Decoder auf dem Gleis hast kann es bei dieser Lok u.U. zu 
merkwürdigen Verhalten kommen, da der Decoder die PWM als Daten deuten 
könnte. Die Abstrahlung stellt keine sonderliche Thematik dar, da ja 
Hin- und Rückleiter stets parallel liegen und sich somit das Feld nur 
zwischen den Schienen aufbaut.

Autor: Willi (Gast)
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Hallo,
PWM geht problemlos, zum Basisstrom und zur Freilaufdiode wurde ja schon 
genug geschrieben. Zur Frequenz 16kHz sind für Faulhaber u.ä. i.o.. 
Ältere Motoren deren Anker eine größere Masse hat, haben mit 16 kHz kein 
Drehmoment mehr, hier ist eine Frequenz von ca 100Hz die bessere Wahl 
auch wenn der motor dann brummt.

Gruß Willi

Autor: Nico K. (brainhunter)
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Reinhard Pölzleithner wrote:
> zu den 16kHz:
>
> sind prinzipiell kein Problem am Gleis. DCC arbeitet auch auf der
> Frequenz. Da liegt nun aber das Problem. Wenn du eine Lok mit
> eingebautem Decoder auf dem Gleis hast kann es bei dieser Lok u.U. zu
> merkwürdigen Verhalten kommen, da der Decoder die PWM als Daten deuten
> könnte. Die Abstrahlung stellt keine sonderliche Thematik dar, da ja
> Hin- und Rückleiter stets parallel liegen und sich somit das Feld nur
> zwischen den Schienen aufbaut.

nicht ganz dcc arbeitet im idealfall bei 8620,7Hz für "1" und  die 
hälfte oder weniger für "0"

Autor: oszi40 (Gast)
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Beim nächsten " Eisenbahnunglück"

Punkt 4 Kurzschlusssicherung=?
Oft ist ein Transistor schneller tod als eine Sicherung.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Wir haben in unseren Endstufen PTC-Sicherungen drin. Der MOSFET kann 10x 
mehr Strom ab, als die Sicherung. Wir haben schon genügend Kurzschlüsse 
provoziert. Hat alles gehalten. Wichtig ist, daß der MosFET einen 
geringen Innenwiderstand gegenüber der Zuleitung und dem Gleis hat und 
immer schnell durchgeschaltet wird. Dann ist alles gut und der 
Kurzschluß entschärft sich von allein.

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