Ich habe mal eine Frage zu einer Schaltung, ob diese den gewünschten Effekt bringt. Es handelt sich um eine Modellbahn, analog betrieben. Die Zugmaschinen fahren, wenn der obere Strang positiver als der untere Strang ist, nach links. Die Zugmaschinen fahren, wenn der untere Strang positiver als der obere Strang ist, nach rechts. Die Spannung ist Stufenlos, von -16V bis +16V einstellbar. Die zwei schwarzen Leitungen, sind das Gleis. An den Enden ist der eine Strang jeweils unterbrochen. Wenn der obere Strang positivere Spannung als der untere Strang hat, dann bewegt sich die Zugmaschine nach links, bis sie den Gleisabschnitt erreicht, wo der PMOS zwischen geschaltet ist. Die Zugmaschine hält an. Wenn man den Fahrtregler in die andere Richtung dreht, so das der obere Strang negativere Spannung hat als der untere, fährt die Zugmaschine wieder los, bedingt durch die Body-Diode. Der obere Strang muss natürlich muss natürlich um mindestens soviel negativer sein, als an der Body-Diode abfällt. Die Zugmaschine fährt dann nach rechts, wird im mittleren Bereich etwas schneller, bedingt durch den Spannungsabfall an der Body-Diode, der dann im mittleren Bereich wegfällt, und erreicht dann den rechten Bereich, wo die Zugmaschine dann wieder stoppt. Dort kann man dann den Fahrtregler wieder in die andere Richtung drehen, so das die Zugmaschine wieder nach links fahren kann. Die Taster ziehen das Gate jeweils auf das Potenzial des unteren Strangs. Wenn der Taster SW1 offen ist, dann hat das Gate an Q1 die gleiche Spannung wie Source über den PullUp R1 und sollte sperren. Ist der Taster gedrückt, und die Spannungsdifferenz größer Gth, sollte der PMOS leiten und die Zugmaschine könnte weiter nach links fahren. Wenn der Taster SW2 offen ist, dann hat das Gate an Q2 die gleiche Spannung wie Source über den PullDown R2 und sollte sperren. Ist der Taster gedrückt, und die Spannungsdifferenz größer Gth, sollte der NMOS leiten und die Zugmaschine könnte weiter nach rechts fahren. Den Taster soll in dann ein Baustein von einer Weichenrückmeldung ersetzen, bei einer bestimmten Weichenposition, soll dann die Zugmaschine weiter in die gesperrte Richtung fahren können. Der Baustein zieht auf GND. Aufpassen bei der Wahl des MosFET sollte ich, das sie ausreichend hohen GS Spannung aushalten, also 16V oder mehr. Und das sie einen kleinen Gth haben, damit sie auch bei kleineren Spannungen am Fahrtrafo durchsteuern um die Zugmaschine im Sperrbereich zu bewegen. Auch sollte der MosFET ein vielfaches des Stromes tragen können, die die Zugmaschine braucht, (250mA normal, 1A Blockierstrom). Sind meine Gedankengänge dazu richtig? Kann das funktionieren? Übersehe ich etwas? Mir kommt es etwas zu einfach vor. Wenn ich mit meinen Gedanke falsch abgebogen bin, wäre ich über eine kleine Aufklärung dankbar. Gruß
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Andre K. schrieb: > Ich habe mal eine Frage zu einer Schaltung, ob diese den gewünschten > Effekt bringt. Das kommt drauf an, welche Spannung Q1 und Q2 zwischen G und S vertragen. Davon hängt es ab, wie du schon richtig erkannt hast. Man kann auch eine Z-Diode verwenden, um die U_GS zu begrenzen. Q2 scheint falsch eingebaut zu sein (D und S vertauscht). Leider verhindern zu geringe Auflösung des Bildes und Verschmierung durch JPEG Artefakte, dass man die Bodydiode richtig erkennen kann. Nicht ohne Grund sagen die Forenregeln: Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten! ... Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder GIF-Format hochladen
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Rainer W. schrieb: > Q2 scheint falsch eingebaut zu sein (D und S vertauscht). Nein, das ist der Trick an der Trickschaltung: der gilt für die "andere Spannungspolarität" ;-) Andre K. schrieb: > größer Gth ... kleinen Gth Du meinst damit die Ugsth, oder? > Kann das funktionieren? Probiers aus. Die Chancen stehen nicht allzu schlecht. > Übersehe ich etwas? Das Problem ist, dass bei geringer Ugs der Mosfet nicht schaltet, sondern im linearen Bereich betrieben wird, und überraschend viel Verlustleistung in ihm anfällt. Nimm also nicht nur Mosfets mit kleiner Ugsth, sondern auch mit "viel Silizium", also eine große (und kühlbare) Bauform. > Mir kommt es etwas zu einfach vor. Was spricht gegen Relais?
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Rainer W. schrieb: > Nicht ohne Grund sagen die Forenregeln: > Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten! > ... > Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder GIF-Format hochladen Entschuldigung, ja ich hätte das beachten sollen. Jetzt im PNG Format im Anhang. Edit: Hmm, das ist auch nicht wirklich besser. Aber oben Source, unten Drain. Body-Diode leitet von oben nach unten. Edit 2: Ich habe mal die Leitungen Verkürzt, damit das Verhältnis der Symbole zum Rest größer wird. Rainer W. schrieb: > Q2 scheint falsch eingebaut zu sein (D und S vertauscht). Leider > verhindern zu geringe Auflösung des Bildes und Verschmierung durch JPEG > Artefakte, dass man die Bodydiode richtig erkennen kann. Es ist ein NMOS. Source ist an +16V bis -16V. Positive Spannung gegenüber GND wird über die Body-Diode an den oberen Strang geleitet, das die Zugmaschine Richtung links fahren kann. Negative Spannung gegenüber GND wird blockiert. Wenn z.B. -8V an Source liegen, zieht der PullDown das Gate auf -8V. Wenn man den Taster SW2 drückt, liegt am Gate GND (0V) an. Das Gate hat +8V gegenüber Source, sollte somit durchsteuern. Die Zugmaschine rollt Richtung Rechts weiter. Eigentlich richtig oder?
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Lothar M. schrieb: > Rainer W. schrieb: >> Q2 scheint falsch eingebaut zu sein (D und S vertauscht). > Nein, das ist der Trick an der Trickschaltung: der gilt für die "andere > Spannungspolarität" ;-) > Danke, also doch kein Knoten in meinem Hirn. > Andre K. schrieb: >> größer Gth ... kleinen Gth > Du meinst damit die Ugsth, oder? > Entschuldigung, ja meine ich. >> Kann das funktionieren? > Probiers aus. Die Chancen stehen nicht allzu schlecht. > OK :) >> Übersehe ich etwas? > Das Problem ist, dass bei geringer Ugs der Mosfet nicht schaltet, > sondern im linearen Bereich betrieben wird, und überraschend viel > Verlustleistung in ihm anfällt. Nimm also nicht nur Mosfets mit kleiner > Ugsth, sondern auch mit "viel Silizium", also eine große (und kühlbare) > Bauform. > Ja, wenn Ugsth klein ist, dann ist ja auch der Bereich, wo ein hoher Widerstand zwischen DS ist, ziemlich klein, oder? Kann ein Erfahrener einen P und N Mosfet für diesen Bereich empfehlen? >> Mir kommt es etwas zu einfach vor. > Was spricht gegen Relais? * Größe * klacken * Preis * Stromverbrauch * zusätzliche Diode * Treiber für das Relais, der Weichenbaustein zieht nur auf GND * Interesse daran, ob es funktioniert Sind Dinge, die mir spontan einfallen. Aber ja, mit Relais schon umgesetzt. Edit: Was mir gerade noch einfällt, entstehende Spannungsspitzen, durch den Motor des anhaltenden Zuges, sollte man ableiten? Bin gerade Überfragt, ob da etwas in der Zugmaschine verbaut ist.
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Andre K. schrieb: > Ich habe mal eine Frage zu einer Schaltung, ob diese den gewünschten > Effekt bringt. > > .. Du hast zwei abschaltbare Wendestellen gebaut. Ich beschreibe mal deine Schaltung, was sie tun wird: Du kannst von beiden Seiten in deinen Trennabschnitt einfahren und durch drehen des Fahrtreglers wieder raus. Durch drücken des "richtigen" tasters, kannst du geradeaus weiterfahren. Ist es das was du willst?
Roland E. schrieb: > Andre K. schrieb: >> Ich habe mal eine Frage zu einer Schaltung, ob diese den gewünschten >> Effekt bringt. >> >> .. > > Du hast zwei abschaltbare Wendestellen gebaut. > Nein. Eigentlich nicht. > Ich beschreibe mal deine Schaltung, was sie tun wird: > > Du kannst von beiden Seiten in deinen Trennabschnitt einfahren und durch > drehen des Fahrtreglers wieder raus. Durch drücken des "richtigen" > tasters, kannst du geradeaus weiterfahren. > Ich kann deiner Beschreibung nicht leider nicht folgen. Die schwarzen Leitungen stellen das Gleis dar. Der Zug steht mit dem einen Rad auf dem unteren Schwarzen Strich und mit dem anderen Rad auf dem oberen Strich. Im Grunde kannst du dir Vorstellen, das zwischen dem unteren schwarzen Strich und oberen schwarzen Strich, ein Motor ist, den du von Links nach Rechts oder von Rechts nach Links bewegen kannst, je nach dem, ob die Spannung am oberen schwarzen Strich positiver oder negativer als die Spannung am unteren schwarzen Strich. Die obere schwarze Leitung ist unterbrochen an zwei Stellen. Hintergrund dafür ist, das der Zug die Fahrt über den Rand links und rechts unterbricht. Durch die Body-Diode ist dann nur die Fahrt in Richtung Mitte möglich. Das wird auch gern im analogen Betrieb an Gleisenden mit Dioden realisiert, das die Zugmaschine nicht über den Prellbock fährt. Bei mir soll dieses Ende jetzt aber schaltbar sein. Eine weiterfahrt soll unterbunden sein, wenn z.B. eine Weiche falsch gestellt ist. Sobald die Weiche richtig steht, soll der Mosfet durchsteuern und eine Weiterfahrt gewährleisten.
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Andre K. schrieb: > Was mir gerade noch einfällt, entstehende Spannungsspitzen, durch den > Motor des anhaltenden Zuges, sollte man ableiten? Du kannst parallel zu den GS-Strecken der MOSFETs jeweils eine 12 V Z-Diode schalten. Die haben sogar den Vorteil, dass bei ungekehrter Polung die Spannung zwischen G und S auf 0,7 Volt reduziert wird. Es muss dann allerdings noch jeweils ein 2k2 Widerstand vor die beiden Gates geschaltet werden. R1 und R2 sollten durch diese Maßnahme auf 100k vergrößert werden, damit die Ugsth-Spannung beim durchschalten möglichst gering bleiben kann.
Ja, es sollte eine Spannungsbegrenzung zwischen Gate und Source mit einer Z-Diode erfolgen, so wie auch von Enrico E. skizziert. Allerdings kann es durchaus sinnvoll sein, absichtlich etwas mehr Strom durch den Schalter bzw. dessen Äqivalent fließen zu lassen. Stichwort: Frittstrom. Bei Modellbahnen kommt es ja manchmal auch zu Kurzschlüssen der Spannungsversorgung, z.B. bei entgleisten Zügen oder herumliegenden Schrauben oder Werkzeugen. Der MOSFET sollte zum einen solch einen Kurzschlusstrom aushalten, aber auch die Spannungsspitzen beim Öffnen des Kurzschlusses, die durch die Induktivitäten von Trafo und Zuleitungen verursacht werden. Hierfür empfehle ich leistungsstarke TVS-Dioden wie z.B. SMBJxxA, wie sie von etlichen Herstellern angeboten werden, z.B. Littelfuse: https://www.littelfuse.com/products/overvoltage-protection/tvs-diodes/surface-mount/smbj Die Auswahl des richtigen Typs hängt von der Spannungsfestigkeit des MOSFETs ab.
Andre K. schrieb: > Sind meine Gedankengänge dazu richtig Durch die Brust ins Auge. Ersetze den MOSFET durch eine Diode die durch den Weichenkontakt überbrückt wird. So verlierst du auch nicht die UGS und kannst eine Diode nehmen die deutlich mehr als 20V aushält, z.B. 200V, dann stören dich Motorstörungen nicht mehr.
1 | +16V...-16V |
2 | | |
3 | +--|>|--+--+--+--|>|--+ |
4 | | _ | | | _ | |
5 | +--o o--+ | +--o o--+ |
6 | | | | |
7 | ------- ------------ ------- |
8 | GleisA GleisB GleisC |
9 | ---------------------------- |
10 | | |
11 | Trafo 0V |
Andre K. schrieb: > 250mA normal, 1A Blockierstrom). Modelleisenbahn neigt zum Kurzschluss, er sollte den Kurzschlusssstrom des Trafos aushalten sonst geht sie kaputt.
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Ein möglicherweise geeigneter p-Kanal-MOSFET wäre z.B. der IRLR9343. Eckdaten: 55 V, 20 A, ~1 V Vgsth Es lohnt sich auf jeden Fall, bei der Auswahl der MOSFETs in die jeweiligen Datenblätter und dort in die Diagramme zu schauen, in denen für verschiedenen GS-Spannungen der Spannungsabfall über dem Strom dargestellt wird. Daran kann man abschätzen, ob die entstehende Wärme gerade im Kurzschlussfall (niedrige Spannung!) abgeführt werden kann. Denn in solch einem Fall verhält sich ja die ganze Schaltung als "Konstantstromquelle" und verbrät maximal Leistung.
Lothar M. schrieb: > Nein, das ist der Trick ... Ja, passt ... Andre K. schrieb: >> Andre K. schrieb: >>> größer Gth ... kleinen Gth >> Du meinst damit die Ugsth, oder? >> > Entschuldigung, ja meine ich. Mit den 250µA, für die der garantierte Wert von U_GS(th) meist angegeben ist, wird die Zugmaschine sowieso nichts anfangen können. Damit der MOSFET nennenswerten Strom fließen lässt, muss U_GS deutlich höher sein. Näheres verrät das Datenblatt des konkreten MOSFETs. Dort gibt es meinst eine Abbildung für typische Ausgangskennlinien mit U_GS als Parameter. Die tatsächliche Kennlinie deines MOSFET-Exemplars hängt dann von Temperatur und Exemplarstreuungen ab. Enrico E. schrieb: > ... damit die Ugsth-Spannung beim durchschalten möglichst > gering bleiben kann Was erzählst du? U_GS(th) ist ein Kennwert des MOSFETs und hat mit der Beschaltung nichts zu tun. Andre K. schrieb: > Edit: Hmm, das ist auch nicht wirklich besser Sag ich doch: PNG UND Auflösung
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Rainer W. schrieb: > U_GS(th) ist ein Kennwert des MOSFETs und hat mit der Beschaltung nichts > zu tun. Der Wert ändert sich durch die Beschaltung natürlich nicht, aber es ist schon ein Unterschied, ob das Gate mit 20% mehr Spannung angesteuern werden muss, oder mit nur 2%.
Andre K. schrieb: > Roland E. schrieb: >> Andre K. schrieb: >>> Ich habe mal eine Frage zu einer Schaltung, ob diese den gewünschten >>> Effekt bringt. >>> >>> .. >> >> Du hast zwei abschaltbare Wendestellen gebaut. >> > Nein. Eigentlich nicht. > >> Ich beschreibe mal deine Schaltung, was sie tun wird: >> >> Du kannst von beiden Seiten in deinen Trennabschnitt einfahren und durch >> drehen des Fahrtreglers wieder raus. Durch drücken des "richtigen" >> tasters, kannst du geradeaus weiterfahren. >> > Ich kann deiner Beschreibung nicht leider nicht folgen. > > Die schwarzen Leitungen stellen das Gleis dar. ... Das ist mir völlig klar. Ich spiele und baue schon länger Modellbahn. Vergiss mal kurz die elektronische Theorie und schau dir dein Schaltbild an. Die Bodydioden deiner FETs sind sogar eingezeichnet. Wenn es dir hilft, male dir auf ein Blatt papier nur die FETs, ohne Taster und Widerstände und schreibe (+) und (-) dran, wo was anliegt. Dann gehe mit einem Stift den Pfad von Plus nach Minus und schaue welchen Pfad der Strom nimmt. Annahme: Lok fährt nach links, wenn oben Plus ist. Niemand berührt deinen Taster. Fall1: Oben Plus, unten Minus. Die Bodydiode links sperrt, rechts leitet. -> Lok fährt aus der Mitte über die linke Trennstelle hinweg und bleibt stehen. Fall2: Oben Minus, unten Plus, Lok steht noch da wo sie zum Stehen gekommen ist. Die Bodydiode links leitet, rechts sperrt. ->Lok fährt links aus der Trennstelle los und bis über die rechte Trennstelle und bleibt dort Stehen. Drehst du den Trafo wieder um, kommt wieder Fall1: Los fährt nach links bis über Trennstelle links. Gratulation: Du hast die Zugwendeautomatik aus der Welt der Gleistrombahner wiederentdeckt. Dort hat man das mit ner simplen 1N4xxx gemacht. Deine Taster haben jetzt den Effekt, die FETs auch in Sperrichtung zu öffnen, damit würde das Fahrzeug weiterfahren, wenn es durch die Trennstelle gestoppt ist. Bevor du dir Gedanken über Gatespannungen, Leckströme und ähnliche Dinge machst, solltest du erst mal in kurze drüber nachdenken, ob FETs wirklich das Richtige für deinen Plan sind. nebenbei: 16V ist etwas viel, DC-Eisenbahn fährt mit 14V. bei 16V klingeln bei mir Alarmglocken, dass du entweder Märklin hast, oder DCC/NMRA. Beides ist Wechselspannung und schiebt deine Schaltung gleich koplett in den Papierkorb. Und selbst bei 14V ist die Flusspannung der (Body)Diode im praktischen Betrieb vernachlässigbar. Zumindest in den letzt 65 Jahren (Vereinsleben). Man fährt eh nie mit voll aufgedrehtem Trafo/Fahrtregler. Dann dreht man eben ein Müh' weiter auf. Für das, was du vor hast wären Relais zuverlässiger und deutlich weniger Fehleranfällig.
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Enrico E. schrieb: > Der Wert ändert sich durch die Beschaltung natürlich nicht, aber es ist > schon ein Unterschied, ob das Gate mit 20% mehr Spannung angesteuern > werden muss, oder mit nur 2%. Realistisch ist eher die doppelte Spannung zur Ansteuerung.
Nemopuk schrieb: > Enrico E. schrieb: >> Der Wert ändert sich durch die Beschaltung natürlich nicht, aber es ist >> schon ein Unterschied, ob das Gate mit 20% mehr Spannung angesteuern >> werden muss, oder mit nur 2%. > > Realistisch ist eher die doppelte Spannung zur Ansteuerung. Das ist für den o.g. Zweck eine rein akademische Diskussion. Wenn das Gate etwa 6V sieht, ist der FET hinreichend offen. Auf 10V (oder mehr) zu gehen macht meistens keinen echten Sinn mehr. Andre K. schrieb: > Ich habe mal eine Frage zu einer Schaltung, ob diese den gewünschten > Effekt bringt. > Was in der Schaltung auf jeden Fall fehlt, ist ein Spannungsteiler am Gate, der die GS-Spannung auf etwa +/-10V begrenzt. Aus Sicherheitsgründen, damit der FET nicht mal im Fehlerfall durchballert. 16V sind sehr nah an der üblichen 20V GS-Spannung, die die meisten FETs aushalten. Und auch im Sperrdfall muss man aufpassen dass das UGS zB vom N-Kanal nicht auch unter -20V fällt.
Roland E. schrieb: > Wenn das Gate etwa 6V sieht, ist der FET hinreichend offen > 16V sind sehr nah an der üblichen 20V GS-Spannung, Um welchen MOSFET geht es? Ich möchte ins Datenblatt schauen. Ist besser als raten
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Nemopuk schrieb: > Roland E. schrieb: >> Wenn das Gate etwa 6V sieht, ist der FET hinreichend offen > >> 16V sind sehr nah an der üblichen 20V GS-Spannung, > > Um welchen MOSFET geht es? Ich möchte ins Datenblatt schauen. Ist besser > als raten Für nahezu alle FETs wird das RDson bei 4,5 und 10V angegeben. Die Unterschiede da sind aber marginal. Und FETs mit mehr als +/-20V Ugs haben prinzipbedingt ein höheres RDson und sind daher eher eine Randerscheinung für spezielle Anwendungen. Mit SiC-FETs wird der OP hier bei der Kleinsignaltechnik eher weniger hantieren (wollen). Daher ist für die Funktionsdiskussion hier der exakte FET-Typ absolute Nebensache. Der OP muss wohl erst mal verstehen, dass seine Schaltung mehr macht, als ihm lieb ist.
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Roland E. schrieb: > nebenbei: 16V ist etwas > viel, DC-Eisenbahn fährt mit 14V. https://www.conrad.de/de/p/piko-55008-fahrregler-18-v-dc-2247213.html Also meines Erachtens macht er 16V. Ich messe 16V. Und in der Beschreibung steht es auch. Aber ja, voll aufgedreht fahren wir eigentlich nie. Roland E. schrieb: > Gratulation: Du hast die Zugwendeautomatik aus der Welt der > Gleistrombahner wiederentdeckt Ok, unter "automatik" hätte ich mir jetzt etwas anderes vorgestellt. Roland E. schrieb: > Der OP muss wohl erst mal verstehen, dass seine Schaltung mehr macht, > als ihm lieb ist. Da habt ihr vollkommen recht.
OK. Das Teil kannte ich so noch nicht. Die F1, F2, FZ1, Titans oder LGB geben maximal 14V= aus. Effektiv. Die Spitzen sind höher. Wobei die (alle, auch deiner) nur eine Grätzbrücke drin haben, so dass es ein pulsierender Gleichstrom ist. Das solltest du wissen, dass du 100 Nulldurchgänge pro Sekunde bekommst. Kann bei FETs zu komischem Verhalten führen, da die schnell genug sind das wirklich zu schalten, im Gegensatz zu Relais.
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Hallo, vielleicht als Anregung für Kurzschlussschutz etc.. Die Betrachtung vom Blockierstrom ist zwar erstmal richtig. Beachtet aber nicht einen satten Kurzschluss, wenn bspw. eine Achse auf einer Weiche entgleist und einen satten Kurzen macht. Dann fließt alles was das Netzteil hergibt und in Spitze der Elkos. Deswegen habe ich eine eFuse verwendet. Dessen Signal schaltet über einen µC in Software meine H-Brücke ab. Ich fahre quasi analog mittels PWM. Als Überspannungsschutz verwende ich bidirektionale TVS Dioden an den PhotoMos Schaltern. Die eFuse sorgt auch mit einstellbarer Slewrate dafür, dass der dickere Elko für die H-Brücke sanfter aufgeladen wird.
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Veit D. schrieb: > ... Sieht fast aus wie ein S88 Rückmelder. Nimm SPI statt I2C und du kannst das Teil fast endlos anreihen. > ... Beachtet aber nicht einen satten > Kurzschluss, wenn bspw. eine Achse auf einer Weiche entgleist und einen > satten Kurzen macht. Dann fließt alles was das Netzteil hergibt ... Beim analogen Fahrbetrieb sind das die 1..1,5A. Elkos gibt da keine. Und auch die Phasenanschnittbausätze liefern nur ~1A. Denn mehr ist Quatsch, man fährt praktisch eh selten mehr als ein Fahrzeug analog gleichzeitig. Ne digitale Sicherung ist da mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Klar, Digitalzentralen können mit bis zu 15A drücken, ist für den OP aber nicht relevant.
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