Re: Optokoppler + Transistor als Schalter

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Geschrieben von Rainer am 26. März 2017 14:12:24:

Als Antwort auf: Re: Optokoppler + Transistor als Schalter geschrieben von Theodor Wadelow am 26. März 2017 00:01:58:

Hallo Rainer,
>oder W O W vielen Dank für Deine Tolle Hilfe, es ist schön das ich hier auf einen so kompetenten Menschen getroffen bin.
Das geht runter wie Öl :-) Bitte gerne !
> Du hast ja ein tolles Planungstool oder hast Du das selbst geschrieben....
Das ist LTSpice4 von Linear Technology, kostenlos hier: ht tp://www.linear.com/designtools/software/#LTspice
Das neuere LTSpice 17 ist wohl genau so gut. Das Tool kann nicht nur Schaltpläne zeichnen, darin ist es eigentlich eher schlecht, sondern
vor allem Schaltungen simulieren. Leider bedürfen die meisten Simulationen etlichen Detail-Justierungen um "glatt" simuliert werden zu können
und viel Erfahrung bei der Interpretation der Ergebnisse. Simulation und Realität klaffen nämlich gerne mal meilenweit auseinander.
> ZU Deinen Vorschlägen: Ich habe mir mal die Bauteile aus Deiner Zusammenstellung angeschaut, würdest Du bei dem U1 eher die Einzelvariante nehmen oder schon die 2 Fache?
Ich würde aus Geiz-ist-geil-Mentalität heraus den LTV827 verwenden, zumal Geradeaus-Abbiegen oder Halt-Fahrt idR. sowieso immer pro Kanal nebeneinander gebaut werden müssen.
Mit 2x LTC817 erhältst Du etwas mehr Planungsfreiheit, was gerade bei einem Lochstreifenaufbau (dazu siehe auch unten) nicht unwichtig ist. Geht beides.
> Beim R3 aus Deiner Schaltung habe ich mal die erforderliche Leistung gerechnet, das wären 16V*0,016A=0,256W da sollte doch ein 1/4 W Widerstand ausreichen da ja nicht ständig geschaltet wird.
Richtig, eine derartige Belastung wäre akzeptabel. Es sind aber sowieso eher 14-15mA, also 196-225 mW, deshalb doppelt "Ja", 1/4 Watt reicht völlig.
> Bei der Dimensionierung vom Spannungsteiler R2/R3 bin ich mir nicht sicher welche Spannungen ich dort ansetzen soll bzw. welche Ströme dort fliesen,
Du meinst hoffentlich R1/R2 vor dem Gate von M1.
Wenn der Optokoppler durchschaltet, liegt (Versorgung - ca. 1V Verlust am Optokoppler) an R1+R2. Nehmen wir mal 12V Versorgung an, für 19V darfst du nochmal selber rechnen.
R1+R2 sind in Serie geschaltet, ihre Widerstände addieren sich.
Ich will mal meiner Empfehlung aus dem Text folgen, die es nicht mehr in den Schaltplan geschafft hat und für R1 = 2.2 kOhm annehmen.
Für 19V solltest Du natürlich eher R1 = 10 kOhm ansetzen.
R1+R2 ist dann 2.2kOhm + 10kOhm = 12.2 kOhm.
An R1+R2 liegen 12V - 1V = 11V. Strom ist also geschätzt ein knappes Milliampere. Gerechnet 11 V / 12200 Ohm = 0.00090 A = 0.90 mA
An R1+R2 zusammen liegen 11V, durch sie fließen 0.9mA, dan wird an ihen ndie Verlustleistung P23 = 11V * 0.0009 A = 0.0099 W = 9.9mW frei.
Weil das weit unterhalb jeder Belastungsgrenze ist (SMD 01005, etwa 0.4 mm x 0.2 mm (!) groß klein kann 31mW ab: ht tps://www.modelithics.com/models/Vendor/Panasonic/ERJ2GE0R00X.pdf)
spare ich mir, das in Verlustleistungen für R1 und R2 zu zerlegen.
Was man noch rechnen kann ist die Spannung am Mittelpunkt von R1+R2:
R2 liegt mit einer Seite auf Masse, daher ist der besonders einfach zu rechnen. Durch ihn fließen 0.9 mA bei 10 kOhm. Spannung U2 über den Widerstand R2:
U2 = R2 * I.
Einsetzen: 10 kOhm * 0.9 mA
Kürze "milli" (1/1000) gegen "kilo" (1000): U2 = 10 Ohm * 0.9 A
Kommastellen "kürzen": U2 = 1 Ohm * 9 A
Rechnen: U2 = 9V
Diese 9V liegen nun ab Masse (dem 'Fußpunkt' von R2) an, also sagen wir einfach: "an R2 bzw. dem Gate von M1 liegen 9V an".
Oh, wundervoll, mit 9V am Gate wird M1 perfekt durchgesteuert.
> kurz gefragt reichen da ebenfalls 1/4 W Widerstände.
Ja ;-)
> Deinen Vorschlag mit den Sicherungen zu den Weichen werde ich auf jeden Fall umsetzen, bei der Suche danach ist mir
> aufgefallen das es verschiedene Ansprechzeiten gibt 4s bzw 2,2s oder auch mehr,
> Fazit ich tendiere zu den 2,2s da es im Modellbau schon mal zu Kurzschlüssen kommt,
Ja, das würde ich auch tun.
> gerade bei Weichen die nicht immer korrekt schalten kann es vorkommen das man mit den Rädern die Weichen auffährt und somit ist ein Kurzschluss gegeben.
Das verstehe ich so nicht. Warum ergibt eine "aufgefahrene Weiche" einen Kurzschluß ? Ich spreche dabei nicht vom Fahrstrom sprechen sondern vom Strom durch die Weichenspulen.
Gibt es Gleichstromanlagen wegen der unter Spannung stehenden Weichenzungen Probleme ? Die Märklin-H0-Wechselstromtechnik von ca. 1970, die ich kenne hatte Mittelkontakte in den Schienen (und Weichen), da gab's zumindest da keine Probleme ;-)
> Oder beziehen sich diese Zeitangaben auf die Zeit in der sie wieder schließen ?
Ich denke, Itrip bei den Polyfuse-Suischerungen bezieht sich auf die Zeit zum öffnen. Aber im Prinzip: Je "schlimmer" der Kurzschluß, desto schneller öffnen die, siehe Diagramm auf Seite 2 vom Datenblatt: ht tp://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/C400/PFRA_0XX.pdf
Selbst die kleinste der Sicherungen, PFRA010 (für 100 mA Dauerstrom) kann 100 Sekunden lang von 200 mA durchflossen werden bevor sie auslöst, oder z.B. 6 Sekunden lang von 400 mA.
Man könnte mit der kleinen PFRA010 so wohl auch ganz nett Weichenspulen gegen durchbrennen sichern (ein typisches Märklin-H0-Problem von den o.a. 1970er Anlagen). Mit 320mA wäre man schon satt im "Trip"-Bereich der 100mA Sicherung, nach ca. 6 Sekunden wäre der Strom dann abgestellt. Allerdings dauert es nach dem Ausschalten gerne mal 1-2 Minuten bis sie Sicherung sich wieder resettet, d.h. allzu oft (und lange) darf man die Spulen dann nicht betätigen. Ich schätze so 10 Betätigungen pro Minute für je 1 Sekunde wären aber ohne Auslösen drin, was wohl ausreicht wenn man nicht gerade die Weiche 1 an einem Modellbahn-Ablaufberg so schützen wollte. Käme wohl auf einen Versuch an. Machst Du den und berichtest hier (unter einem neuen Titel, in einem neuen Thread) ? Andere Frage: Gibt es eine Modelleisenbahnanlage mit Ablaufberg (und Richtungsfeld) ?
> Als nächstes möchte ich mal versuchen diese DCC Spannung zu erklären, ...
Da bin ich noch nicht sooo sicher. Ich habe mittlerweile mal selber recherchiert und erfahren, daß das Lok-Kontrollsystem bzw. das elektrische Signalschema an sich "DCC" heißt, siehe ht tps://de.wikipedia.org/wiki/Digital_Command_Control
> ...so wie ich das glaube verstanden zu haben, es handelt sich dabei um eine Art-Rechteckspannung ohne Nulldurchgang (klar sonst müsste sie ja ACC genannt werden) ...
Ich wage zu widersprechen, der Standard sagt es hat Nulldurchgänge: ht tp://www.nmra.org/sites/default/files/standards/sandrp/pdf/s-9.1_electrical_standards_2006.pdf
Allerdings haben alle Loks und auch der Weichendekoder einen Gleichrichter (siehe z.B. beim OpenDecoder, ht tps://www.opendcc.de/elektronik/HW1/platine_v12_schaltung.jpg , ganz links oben) , so daß die Fahrmotoren und Weichenspulen dann wieder Gleichspannung bekommen.
Nun das Problem, wegen dessen Optokoppler hier hilfreich sind: An der Weichenspulen liegt im geschalteten Zustand ein gleichgerichtetes Wechselstromsignal, d.h. der hier anliegende Minuspol unterscheidet sich schonmal um 1x Ufluss des Gleichrichters, z.B. 0.7V, von der ursprünglichen "Masse" des Controllers. Wenn man da nun leitende Verbindungen untereinander und/oder zu einem (anderen) Netzteil schafft, dann verzerrt man sich u.U. ganz häßlich irgendwelche Spannungen im System, es fließen Ausgleichsströme und der schwächste Gleichrichter im schwächsten (Weichen)-Modul gibt den Geist auf. Also: galvanisch trennen, Optokoppler einbauen und fertig ist's.
Ich versuche sonst wo ich nur kann um Optokoppler herum zu kommen: Langsam (< 10 MHz), zeigen Alterung (Ausgansstrom fällt in ca. 10 Jahren auf die Hälfte ab), z.T. mit Hochfrequenz problematisch, ... igitt. Aber hier tatsächlich mal völlig ausreichend.
> Ach ja und noch etwas Danke das Du die SMD Bauteile ausgeschlossen hast, ich habe vor das Ganze auf Lochstreifen Platinen zu bauen mit Rm 2,54
Überlege Loch*raster*. die "Schaltung" kann man für einen ganzen Kanal (2x die vorgeschlagene Schaltung) komplett auf ca. 5-6 Löchern 'Breite und ca. 20 Löchern 'Länge' ohne Kreuzungen und besonderes Quetschen aufbauen, denke ich.
Auf dem Lochraster kann man mit versilbertem Kupferdraht (Durchmesser ca. 0.6mm) dann alles verbinden wie man will, d.h. für kleine Baugrößen ist auch ein Sprung "1 Loch danbeben" kein Problem, egal in welche Richtung. Mit Streifenraster würde das größer werden, vermute ich. Ist aber tatsächlich alles eine Frage der persönlichen Präferenz.
>Vielleicht noch eine Frage zu den Spulen: Du hast in Deiner Schaltung die Spulen mit 100mH bezeichnet wie kommst Du auf diesen Wert ?
Schätzung. Irgendeinen Wert mußte ich in LtSpice angeben (ja, ich habe die Simulation tatsächlich laufen lassen, aber mehr zum Spaß als wegen des Erkenntnisgewinns). Ich glaube zu wissen, daß klassiche kleine Netztrafos (z.B. 230V->12V, 1W) aus Steckernetzteilen gerne so große Werte haben. Ich konnte keinen Wert im Internet finden; falls Du einen (gemessen) hast, wäre ich durchaus interessiert. So ein Weichenantrieb ist nun auch eine Spule mit vielen Windungen denn irgendwo müssen ja die 50 Ohm Widerstand herkommen. Mit Kupferdraht muß man schon einiges Wickeln, entweder lang oder dünn, am besten beides. Langer dünner Draht bedeutet aber viele Windungen und dann geht die Induktivität hoch.
100mH ist für mich auch eher viel, z.B. klassische Step-Down-Wandler haben irgendwo mal ein paar Micro-Henry, also 1000 mal weniger. Die viel wichtigere Eigenschaft "Rwirk = 50 Ohm" habe ich als "Serienwiderstand Rser=50" in LtSpice eingefügt, das wird aber nicht angezeigt :-P
>Auch auf die Gefahr hin das ich mich wiederhole; V I E L E N .. D A N K nochmal hier an dieser Stelle für Deine tolle Hilfe
Gerne, gerne; geht auch beim 2. Mal runter wie Öl; -) Ebenfalls auf die Gefahr der Wiederholung: "Wenn noch was ist - immer her damit."
-Theo

Hallo Theo,
Danke für Deine weitere Nachricht,
Ja ich meinte R1+R2 SORRY wenn ich da nicht das was ich geschrieben habe nochmal durchgelesen habe.

Den Wert für R1 werde ich berücksichtigen.

Als nächstes habe ich mal ein paar Entwürfe für die Platine gemacht und komme zu dem Ergebnis oder besser gesagt zu den Ergebnissen
1. Die Tendenz geht zu den 817er da ich dort tatsächlich mehr Spielraum habe
2. Irgendwie bleibe ich bei den Lochstreifenplatinen hängen auch wenn ich dort mehr aufpassen muss wo die Streifen unterbrochen werden müssen
3. Eine weitere Idee ist 2 Stöckig zu bauen, klarer Nachteil dieser Konstruktion wenn mal ein Bauteil kaputt geht muss man erst alles auseinander Löten
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Jetzt einmal etwas zu meinem Modellbau(Bahn) Hobby, ich bin absoluter Neuling, habe mir erst im Januar einen Kindheitstraum erfüllt und ein paar Grundpackungen gekauft.
Dabei musste ich mich entscheiden in welche Richtung soll es denn gehen?
MÄRKLIN mit Mittelleiter oder doch 2L-Analog ACC..?
letztlich habe ich mich für das 2L DCC von ROCO entschieden.
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Nun eine Erklärung warum es bei meinem gewählten System zu Kurzschlüssen in den Weichen kommen kann, die Herzstücke der Weichen werden je nach Fahrtrichtung entsprechend Polarisiert, wenn also die Weiche falsch steht und man diese "Auffährt" gibt es einen Kurzschluss im Fahrstrom, ich hoffe das ich das einigermaßen verständlich erklärt habe.

ZU der Idee mit den Optokopplern kam ich eben durch die Tatsache das ja eine Abzweigende Weiche sehr oft auch eine Gegenweiche hat und somit ist es dort notwendig 2 Weichen gleichzeitig zu Schalten.
Als weitere Idee zu den Opto`s + Transistor ich könnte dann auch ganze Weichenstraßen gleichzeitig mit nur einem Befehl schalten.

Ich finde es interessant das Du auf die Idee mit dem Ablaufberg gekommen bist, das hatte ich mir auch schon mal Überlegt. Doch dagegen sprechen ein paar grundlegende Fakten, es gibt keine Ablaufbremse für H0, die Wagen sind Unterschiedlich schwer und somit wären die Geschwindigkeiten so weit auseinander dass man das nur mit sehr viel Mut zur "Lücke" umsetzen könnte. In den Einschlägigen Foren habe ich jedenfalls noch keinen gefunden der das mal versucht hat.

Nun würde ich gerne noch ein anderes Thema anstoßen bzw. Dich fragen ob Du Dich mit den billigen Oszilloskopen "DSO 138" auskennst, ich habe mir so ein Teil gekauft die Version die Fertig aufgebaut ist. leider zeigt das Display nur Grusselgraus an.

Falls Du Dich damit auskennst würde ich einen Neuen Beitrag aufmachen mit den Bildern und den Messergebnissen.

Zum Guten Schluss noch : Die Layouts der Platinen muss ich erst noch etwas auf hübschen bevor ich diese hier einstellen kann, falls das überhaupt gewünscht ist.

Gruß Rainer


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