Schaltung so funktional? MosFET Modellbahn

[Andre K. (andre1980)]

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

[Rainer W. (rawi)]

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

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

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?

[Andre K. (andre1980)]

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?

[Andre K. (andre1980)]

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.

[Roland E. (roland0815)]

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?

[Andre K. (andre1980)]

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.

[Enrico E. (pussy_brauser)]

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.