Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Stabile Spannungsversorgung aus 18V digitaler Datenleitung


von Philipp K. (philipp_k921)


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Moin,

ein Kumpel von mir macht professionelle Events europaweit mit Carrera. 
Ab und an programmiere oder baue ich für ihn irgendwelche Lösungen die 
er einsetzt. Er hat sich was neues ausgedacht und dafür muss ich unter 
einer Schiene einen Microcontroller einbauen. Da sind nur wenige 
Millimeter Platz, aber es passt schon. Wir haben jetzt zu dritt lange 
diskutiert, wie man das am besten realisieren kann. Es gibt verschiedene 
Rahmenbedingungen die zu berücksichtigen sind:
- soll so hoch wie alle anderen Standardschienen sein (zum Transport)
- Lagerfähig
- keine Kabel außerhalb der Schiene, da Kabelsalat beim Aufbau 
unerwünscht
- auch keine Stromversorgung von außen. Maximal ginge LiPo. 
Problematisch das Laden, da Schiene in der Regel im Lager
- Irgendwas ständig ein- oder ausbauen nicht praktikabel

Alles muss clean und sauber sein. Sprich einen professionellen Look 
haben. Jetzt ist die beste Möglichkeit, die Energie für den uC aus der 
Schiene (18V - 19V) abzugreifen und mit einem BC auf die richtige 
Spannung bringen.

ABER: Bei Carrera (Digital) werden die Daten für die Autos und 
Perepherie über die Schienen übertragen. 
(http://slotbaer.de/carrera-digital-124-132/9-cu-daten-protokoll.html 
oder 
http://www.wasserstoffe.de/carrera-hacks/protocol-encode/index.html)
Das führt dazu, dass in der Schiene bis zu 150us die Spannung weg ist. 
Hier kann man nicht einfach mit einem BC 3,3V realisieren. Das muss 
vorher stabilisiert werden. Und genau hier kenne ich mich nicht gut aus. 
Wie schaffe ich es, eine stabile Spannung für den uC respektive BC 
bereit zu stellen, obwohl die Quelle gleichzeitig Datenleitung ist?
Ich freue mich auf eure Vorschläge und wäre sehr dankbar für Alles, dass 
zu einer Lösung führt :) Schönen Start in den Tag

: Verschoben durch Moderator
von Rainer W. (rawi)


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Philipp K. schrieb:
> Das führt dazu, dass in der Schiene bis zu 150us die Spannung weg ist.

Ok, die musst du mit einem Kondensator überbrücken, bei 18V hast du doch 
genug Luft.

> Hier kann man nicht einfach mit einem BC 3,3V realisieren.

Was ist ein BC?

Philipp K. schrieb:
> Wie schaffe ich es, eine stabile Spannung für den uC respektive BC
> bereit zu stellen, obwohl die Quelle gleichzeitig Datenleitung ist?

So, wie bei bei den meisten digitalen Modellbahnen.

Du brauchst einen Kondensator zur Speicherung von Energie, eine Diode 
zur Entkopplung von der Datenleitung und einen Spannungsregler, der die 
eine feste Ausgangsspannung erzeugt.
Wieviel Strom kann dein "Datensignal" liefern?
Wieviel Strom benötigt deine Microcontrollerschaltung?

von Philipp K. (philipp_k921)


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Hi Rainer, ja das hab ich vergessen gehabt.
Also die Schiene liefert ca. 180W. Also genug. Für die uC Schaltung 
brauch ich etwas 500mA bei 3.3V. Und mit BC meinte ich einen Buck 
Converter. (ja ist keine geläufige abk. :) )

von Peter D. (peda)


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Philipp K. schrieb:
> Für die uC Schaltung
> brauch ich etwas 500mA bei 3.3V.

Was muß denn der µC so kompliziertes rechnen. Typisch kommt ein µC bei 
mir mit 1..5mA aus.

von Michael B. (laberkopp)


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Philipp K. schrieb:
> Wie schaffe ich es, eine stabile Spannung für den uC respektive BC
> bereit zu stellen, obwohl die Quelle gleichzeitig Datenleitung ist?

So wie jedes Carrera Auto.

Ein kleiner Kondensator puffert die Spannung in der kurzen Zeit. Kein 
Akku.

Philipp K. schrieb:
> Für die uC Schaltung brauch ich etwas 500mA

Irre. Was soll die berechnen, bitcoins ? Oder LED Beleuchtung wie ein 
Halogen Scheinwerfer ? 500mA sind masslos und zeugen von mangelhaftem 
technischen Verständnis.

Wenn es nur um uC geht (also keine Aktoren wie Motoren oder LED): 5mA 
sollten locker reichen.

von .● Des|ntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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Philipp K. schrieb:
> ein Kumpel von mir macht professionelle Events europaweit mit Carrera.
> Ab und an programmiere oder baue ich für ihn irgendwelche Lösungen die
> er einsetzt. Er hat sich was neues ausgedacht und dafür muss ich unter
> einer Schiene einen Microcontroller einbauen.

und dafür soll es hier kostenlose Hilfe geben?

von Philipp K. (philipp_k921)


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Manman, das ist ja eine Competition an schlechten Kommentaren hier. Ihr 
dürft gerne woanders weiter machen.

Ja, für mich ist das eine spielerei. Ebenso werden viele dieser Dinge 
auch von privaten Leuten anschließend genutzt. Die community ist hier 
sehr groß

von Jens M. (schuchkleisser)


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Hurr 500mA ist viel zuviel...

Ein ESP mit WLAN braucht das. Oder was mit "Neopixel"-LEDs.

Und zum Thema Energie aus der Schiene zu nehmen: Schau bei den 
(H0/Märklin-)Modellbahnern, die machen das auch alle so, das dürfte 
technisch identisch laufen.
Gleichrichter und Elko an der Datenleitung, schon hast du satt Power, 
der Rest liegt an dir.

von Philipp K. (philipp_k921)


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Das mit H0 ist ein super Tipp. Vielen Dank.
Richtig. Neopixel können ganz schön viel ziehen.

von Cyblord -. (cyblord)


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Michael B. schrieb:
> 500mA sind masslos und zeugen von mangelhaftem
> technischen Verständnis.

Das tut ja der ganze Eingangspost.

Philipp K. schrieb:
> Ja, für mich ist das eine spielerei. Ebenso werden viele dieser Dinge
> auch von privaten Leuten anschließend genutzt. Die community ist hier
> sehr groß

Und ich Dummerchen dachte doch tatsächlich ich hätte was von prof. 
Events gelesen.

: Bearbeitet durch User
von Philipp K. (philipp_k921)


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Wahnsinn wie viel hier derailen. Kompensiert eure Belanglosigkeit bitte 
bitte woanders. Ich habe echt keine Zeit dafür

von .● Des|ntegrator ●. (Firma: FULL PALATINSK) (desinfector) Benutzerseite


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Cyblord -. schrieb:
> Und ich Dummerchen dachte doch tatsächlich ich hätte was von prof.
> Events gelesen.

:D

von Rahul D. (rahul)


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[Offtopic]
Philipp K. schrieb:
> eure Belanglosigkeit
Gibt's dafür keine pseudoenglisches Wort?
[/Offtopic]

Wozu werden denn 500mA (bei 3,3V mal eben 1,65W) gebraucht?
Die digitale Carrerabahn hat auch Weichen, die aus der Schiene betrieben 
werden (und vermutlich weniger Strom bzw. Leistung benötigen).

Anonsten:
http://slotbaer.de/slotbaer-projekte-digital/28-pd132-d124/29-d133.html

von Philipp K. (philipp_k921)


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loser ;)

Da kommt ein Lautsprecher inkl. amp dran und ca 40 ws2812b Neopixel. 
Buck Converter ist ein LM2596.

von Philipp K. (philipp_k921)


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Ich sehe, dass hier viele in Mathe nicht so gut sind und doch großes 
Interesse daran haben. Das ist kein Problem. Das ist ganz einfach.

Also die Gleichung für Strom die wir hier benötigen ist
I = W/U

Dann können wir unseren max amp Strom ausrechnen. Die Amp könnte, wenn 
man wollte 3 W. Wir setzen ein
I = 3/3.3 = 0.9A

Dann habe ich noch 40 Neopixel. Eine Farbe zieht bis zu 25mA. Das ist 
jetzt einfach mit Multiplikation und Summierung ausrechnbar:
I = 3*25 * 40 = 3000 mA
Das sind Milliamper, um auf Amper zu kommen also durch tausend teilen 
dann erhält man 3 A.

Wenn wir das jetz alles addieren kommen wir auf 3,9 Ampere die ich max 
benötigen würde. Da ich aber nicht alles voll aussteuer, dann kann man 
davon was abziehen. Et voila: pi mal Daumen 500mA

: Bearbeitet durch User
von Cyblord -. (cyblord)


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Philipp K. schrieb:
> Ich sehe, dass hier viele in Mathe nicht so gut sind und doch großes
> Interesse daran haben. Das ist kein Problem. Das ist ganz einfach.

Wenn das alles so einfach ist, warum fragst du dann hier und hast es 
nicht einfach schon längst gemacht?

> Milliamper
> Amper

Keine weiteren Fragen.


Ah doch noch eine Frage:

Wie kommst du von 3,9A auf 500mA? Scheint ein merkwürdiger Daumen zu 
sein den du da hast.

: Bearbeitet durch User
von Rahul D. (rahul)


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Philipp K. schrieb:
> I = U/R
> I = W/U

welche phzsikalische Größe ist denn "W"?
Vielleicht die Leistung "P"?
Wenn man schon klugscheißt, sollte man es auch richtig machen.

Die erste Formel ist hier schon mal überflüssig.

von Helmut -. (dc3yc)


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Philipp K. schrieb:
> Das sind Milliamper, um auf Amper zu kommen also durch tausend teilen
> dann erhält man 3 A.

Man könnte auch die Amper hoch- oder runterskillen!

SCNR, danach ROFL.

von Vanye R. (vanye_rijan)


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> Das führt dazu, dass in der Schiene bis zu 150us die Spannung weg ist.
> Hier kann man nicht einfach mit einem BC 3,3V realisieren.

150us ist ein Witz. Im industriellen Umfeld sind 50ms nicht selten. Und 
wer zuhause mal das eine oder andere LED Leuchtmittel ausgeschaltet hat 
wird merken das dies deutlich wahrnehmbar weiterleuchtet bis es dann 
abschaltet.

Vanye

von Roland F. (rhf)


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Hallo,
Philipp K. schrieb:
> Da kommt ein Lautsprecher inkl. amp dran und ca 40 ws2812b Neopixel.
> Buck Converter ist ein LM2596.

Wäre vielleicht gut gewesen wenn du das zu Anfang mal erwähnt hättest.

rhf

von Jens M. (schuchkleisser)


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Roland F. schrieb:
> Wäre vielleicht gut gewesen wenn du das zu Anfang mal erwähnt hättest

Warum?
Tut das was zur Sache?
Die Frage ist doch vollkommen eindeutig, und es wurde die gewünschte 
Belastbarkeit genannt, was da letztendlich dranhängt ist doch vollkommen 
egal.

von Michael B. (laberkopp)


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Philipp K. schrieb:
> loser ;)
> Da kommt ein Lautsprecher inkl. amp dran und ca 40 ws2812b Neopixel.
> Buck Converter ist ein LM2596.

Unter eine Schiene

Philipp K. schrieb:
> Da sind nur wenige Millimeter Platz, aber es passt schon

Man könnte glauben, du bist nicht der TO.

So aber ist klar dass du nur trollst. Troll woanders. Spinner braucht 
man hier nicht.

von Roland F. (rhf)


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Hallo,
Jens M. schrieb:
> ...und es wurde die gewünschte Belastbarkeit genannt...

Im Eröffnungsbeitrag habe ich zu dieser nicht unerheblichen Bedingung 
aber nichts gelesen.

rhf

von Jens M. (schuchkleisser)


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Roland F. schrieb:
> Im Eröffnungsbeitrag habe ich zu dieser nicht unerheblichen Bedingung
> aber nichts gelesen.

Und jetzt?
Da steht ja auch sinngemäß nur "wie komme ich vom digitalen Datensignal 
an den da drin versteckten Strom?".
Da ist ja erstmal egal ob man wenige mA braucht oder etliche A.

Im Nachhinhein betrachtet hat es auch total was gebracht den Laststrom 
zu nennen, denn dann kamen auch sofort vollkommen sinnlose Posts wozu 
man das denn braucht, "meine Schaltungen brauchen nur 5mA höhöhö". Sehr 
hilfreich. Wenn es darum geht den Postcount hochzusetzen. Für den OP und 
sein Problem vollkommen irrelevant.

von Günter L. (Firma: Privat) (guenter_l)


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von Philipp K. schrieb:
>Wie schaffe ich es, eine stabile Spannung für den uC respektive BC
>bereit zu stellen, obwohl die Quelle gleichzeitig Datenleitung ist?


Die Daten auf eine Trägerfrequenz modulieren, und
dann mit Frequenzweichen, aus Hochpass- und Tiefpassfilter
arbeiten.

https://de.wikipedia.org/wiki/Hochpass

https://de.wikipedia.org/wiki/Tiefpass

Zum Beispiel bei Satelitenfernsehen macht man das auch
so, da werden über das Antennenkabel die HF und gleichzeitig
die Stromversorgung (Gleichspannung) zum LNB übertragen.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Setzen, sechs.
Vollommen am Thema vorbei, quasi invers, und dann auch noch mit falscher 
Lösung für das Inversproblem.
Wow.

von Philipp K. (philipp_k921)


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Ja danke Jens. Genau das war meine Frage: "wie komme ich vom digitalen 
Datensignal an den da drin versteckten Strom?"

Beim letzten mal habe ich zu wenig Infos gegeben und hab ständig 
Voschläge bekommen die nicht praktikabel waren. Wenn man zu viele Infos 
raus gibt, hängen sich 15 Jährige halbstarke an irrelevanten 
Nebensächlichkeiten auf. Leider moderiert auch niemand deren Quatsch 
weg. Wer nachher in diesem Forum nach der gleichen Problematik sucht 
sieht dann nur das Michael versucht sich groß zu machen und danach weint 
er würde getrollt werden, Cyblord feststellt er ist ein Dummerchen (hat 
er aber recht) und Peter mit "seinem" uC ins Bettchen geht und der nur 
1..5mA verbraucht.

Es ist für spätere Fragesteller leider wenig hilfreich.

von Rahul D. (rahul)


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Philipp K. schrieb:
> Ja danke Jens. Genau das war meine Frage: "wie komme ich vom
> digitalen
> Datensignal an den da drin versteckten Strom?"
Sobald eine elektrische Spannung vorhanden ist, und man zwei Pole 
miteiander verbindent, fließt ein Strom - Physik 7. Klasse (oder war das 
sogar noch i Sachkundeunterricht der Grundschule?)

> Beim letzten mal habe ich zu wenig Infos gegeben und hab ständig
> Voschläge bekommen die nicht praktikabel waren. Wenn man zu viele Infos
> raus gibt, hängen sich 15 Jährige halbstarke an irrelevanten
> Nebensächlichkeiten auf. Leider moderiert auch niemand deren Quatsch
> weg. Wer nachher in diesem Forum nach der gleichen Problematik sucht
> sieht dann nur das Michael versucht sich groß zu machen und danach weint
> er würde getrollt werden, Cyblord feststellt er ist ein Dummerchen (hat
> er aber recht) und Peter mit "seinem" uC ins Bettchen geht und der nur
> 1..5mA verbraucht.

Das (arrogante) Dummerchen hat diesen Thread eröffnet...

von Philipp K. (philipp_k921)


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> Du brauchst einen Kondensator zur Speicherung von Energie, eine Diode
> zur Entkopplung von der Datenleitung und einen Spannungsregler, der die
> eine feste Ausgangsspannung erzeugt.
> Wieviel Strom kann dein "Datensignal" liefern?
> Wieviel Strom benötigt deine Microcontrollerschaltung?

Was wäre für ein Kondensator nötig?
Wenn ich so von 500mA bei 3.3V ausgehe also etwa 100mA bei 18V und in 
150us 0,1V Spannungsabfall toleriere komme ich mit (wenn ich alles 
richtig gemacht habe)
C = I*t/dV = 150uF
heraus. Ist das annehmbar, oder zu klein oder zu groß? Oder ist t zu 
groß oder der Spannungsabfall? Sonst würde ich es damit einfach mal 
probieren und schauen, was am Ende des Buck Converters heraus kommt.

von Philipp K. (philipp_k921)


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Entschuldige Rahul, dass ich dich nicht mit erwähnt habe. Dass zwischen 
dem Anspruch deines Selbswertgefühls und der Wirklichkeit eine große 
Lücke klafft ist nicht zu verkennen.

von Rahul D. (rahul)


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Philipp K. schrieb:
> Was wäre für ein Kondensator nötig?
> Wenn ich so von 500mA bei 3.3V ausgehe also etwa 100mA bei 18V und in
> 150us 0,1V Spannungsabfall toleriere komme ich mit (wenn ich alles
> richtig gemacht habe)
> C = I*t/dV = 150uF
> heraus. Ist das annehmbar, oder zu klein oder zu groß? Oder ist t zu
> groß oder der Spannungsabfall? Sonst würde ich es damit einfach mal
> probieren und schauen, was am Ende des Buck Converters heraus kommt.

Dein Kondesator muss soviel Ladung enthalten deine (pi x Daumen) 500mA 
über die gewünschte Zeit (150µs?) zu liefern, und dabei mit seiner 
Spannung nicht unter die Mindestspannung deiner Schaltung kommen.

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