für mein DCC Projekt bin ich auf der Suche nach Brückentreibern. Die üblichen Chips wie L6203, TLE5206 sind nicht (mehr) lieferbar, bzw. haben Lieferzeiten von Jahren. Der L298 arbeitet mit bipolaren Transistoren, will ich bzgl. der Verlustleistung nicht. Die BTS7960 von Infineon sind auch abgekündigt. Nun gibt es viele fertige Baugruppen aus dem Arduino Umfeld mit diesen nicht mehr lieferbaren Chips. Die möchte ich aber nicht einsetzen, da ich eine eigenständige Leiterplatte plane. Ebenso keine Chips aus dubiosen Quellen (wie ebay, aliexpress usw.), ich kaufe nur bei renomierten Distributoren (ich hatte für Testzwecke ein Modul aus dem Arduino Umfeld bei Amazon geordert, mit IRF3205 IGBTs, da waren gleich 2 Brückentreiber hinüber, mein Labornetzteil ist beim Test mit der 5V Versorgung schon in die Strombegrenzung gegangen), den Ärger mit Fakechips und Designs ohne weitere Schutzmaßnahmen will ich auch nicht.
Hat jemand zufällig einen Chip, als Full- oder Half-Bridge parat, der nicht abgekündigt oder EOL ist, der mindestens 5 Ampere, besser mehr, liefert, schnell genug ist und einen RdsOn unter 20mOhm hat? Alternativ wäre auch eine Schaltung mit IGBTs machbar, würde ich sogar bevorzugen, weil diese ganzen Treiber-ICs Boutique-Ware sind.
Ganz schön viele Anforderungen ;-)
Gruß Tom
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Die haben jedenfalls ausführliche Datenblättert auf der Webseite, z.B. für IGBTs von Infineon.
Viele Grüße Bernhard ------------------------------------------------ Spurweite: H0 analog oder digital "AC" und "DC", N-Spur, Epoche +/- IIIb, DB, SBB, BLS, ÖBB, SNCF, FS, ESU ECoS I + II, ESU-Programmer, ESU-Prüfstand, Roco-Multimaus, Digital 2-Leiter, Decoder: ESU, Lenz, D&H, Zimo, Märklin, Sounddecoder, TrainController 8 Gold, Wintrack 16, 3D-Modellbahnstudio
Zitat von BJA im Beitrag #2 Die haben jedenfalls ausführliche Datenblättert auf der Webseite, z.B. für IGBTs von Infineon.
Mouser und Digikey gehören beide zu meinen bevorzugten Quellen, schon Jahrzehnte dort Kunde :-)
Bei den IGBTs hat man natürlich eine schöne große Auswahl und kann auch bei fehlender Verfügbarkeit auf Ersatztypen ausweichen. Fehlt noch ein Treiber, sowas wie der IRS2008, der scheint auch gut zu bekommen zu sein. Ich tendiere auch immer mehr in diese Richtung, denn bisherige Recherchen nach All-In-One Chips sehen eher schlecht aus. Dazu dann noch von TI ein INAxxx oder von Allegro ein ACSxxx als Stromsensor, wobei Allegro wieder ein Problem sein könnte. Die ACS haben einen Hallsensor, praktisch, gleich galvanisch getrennt, die INAxxx erfordern Sense Widerstände. Von TI gibt es aber auch welche, mit Hallsensoren, sowas wäre auch noch mal eine Idee für Belegtmelder, leider sind die nicht gerade günstig, wenn man so an einen 16-fach Belegtmelder denkt, kommt da schon was zusammen. Beim Booster wäre das eher kein Problem.
Mal schauen, vielleicht kommt ja noch ein weiterer Hinweis.
Gruß Tom
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meine NPN/PNP Transistoren Zeit inkl. Bau von Audioverstärkern der 2x100 Watt Klasse ist schon ein wenig her.
Zuletzt hatte ich mich wegen Defekt unseres Induktionskochfeldes mit IGBTs beschäftigt.
Nun habe ich mich einmal unter MOSFETs und IGBTs umgesehen und bin auf diese Quelle gestoßen.
Im Ergebnis wäre in Bezug zu Spannung, Frequenzen und Verlusten auch ein Design mit bipolaren Leistungstransistoren geeignet.
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ich habe mal eine Simulation mit LTSpice gemacht. Nicht von einem kompletten Booster, sondern nur von der Endstufe. Das DCC Signal wird mit PWM und einer festen Zeit von 58µs simuliert. Ob da nun Low oder High Bits enthalten sind, ist für die Simulation erst mal egal. Ich habe geschaut, dass nur gut verfügbare Bauteile verwendet werden. So ist der Gate Driver ein IR2104STRPBF und die MOSFETS sind aus der OptiMOS Serie, IPD135N03LGATMA1, ebenfalls von Infineon. Die sind gut für runde 30A.
Wer Spaß an Schaltungssimulation hat, ich habe die Dateien alle in mein Git-Repository hochgeladen.
Das Ergebnis sieht wie in diesem Screenshot aus. Als Last war bei der Simulation ein 2Ohm Widerstand tätig, das würde bei einer Spannung von 15V zu einem Strom von fast 8A auf dem Gleis führen.
Wenn man das real aufbaut, sollte natürlich eine entsprechende Absicherung und Überwachung des Stroms erfolgen. Das kann klassisch mit Widerständen erfolgen oder auch mit einem Stromsensor, z.B. von Allegro aus der ATS Serie, die sind aber nicht so gut zu bekommen.
Gruss Tom
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jedenfalls sehr schöne Rechteecke bei rein ohmscher Last und einer Frequenz von ca. 17 kHz (58 mikrosec und falls nicht verrechnet).
Kann das Gleis als rein ohmsche Last angenommen werden? jedenfalls zeigt mir mein Oszi keine so schönen Rechtecke, sonder deutliche "Verrundungen", deren Ursache ich als kapazitive Lastanteile deute.
Wäre die Schaltung durch eine Kurzschlussdetektion zu ergänzen?
Du hast ja bestimmt die Kosten parat, wieviel macht das denn ohne Platine?
Da die Schaltung an den Track-Ausgang angeschlossen werden kann, könnte so ein preiswerter Booster nachgeschaltet werden.
Passendes 8 Ampere Netzteil mit Kurzschlussdetektion käme hinzu.
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Zitat von BJA im Beitrag #6 jedenfalls sehr schöne Rechteecke bei rein ohmscher Last und einer Frequenz von ca. 17 kHz (58 mikrosec und falls nicht verrechnet).
das DCC Signal hat ja 58µs und 116µs breite Impulse. Ich habe hier nur die schnelleren verwendet. Man könnte in LTSpice mit der PWL Funktion auch eine komplette Bitfolge anlegen, vielleicht mache ich das nochmal.
Zitat von BJA im Beitrag #6 Kann das Gleis als rein ohmsche Last angenommen werden? jedenfalls zeigt mir mein Oszi keine so schönen Rechtecke, sonder deutliche "Verrundungen", deren Ursache ich als kapazitive Lastanteile deute.
Das Gleis und die Modelle sind ganz sicher keine reine ohmsche Last. Aber was mag da wohl für eine Kapazität und Induktivität auftreten? Ich habe einfach mal einen 100pF und eine 100µH Spule parallel dazu gesetzt. Man müsste aber, um das richtig simulieren zu können, annähernd die Werte vom Gleis und der Last haben. Bei der Last würde das sogar noch gehen, aber beim Gleis? Das ist auch von der Länge und der Führung abhängig. Aber mit etwas Kapazität und Induktivität werden die Rechtecke natürlich gleich unsauber, das ist aber logisch. Leichte negative Spitzen treten dann auch auf, die könnte man wohl mit einem Kondensator an VS nach Masse dämpfen, bzw. die beiden 100nF die ich schon dafür habe, anpassen. Dazu gibt es ein schönes Dokument. Das wären aber Dinge beim praktischen Aufbau und Test an einem Gleis, dann auch mal mit dem Oszi zu messen.
Zitat von BJA im Beitrag #6 Wäre die Schaltung durch eine Kurzschlussdetektion zu ergänzen?
Ja, auf jeden Fall muss das noch dazu. Mir ging es bei der Simulation mehr um die MOSFETs, wegen Miller-Effekt usw. sowie der Kurvenform. Ich schrieb ja, Kurzschlussauswertung, bzw. Stromauswertung kann man mit niederohmigen Widerständen machen, unter 0.22Ohm oder so, darüber dann die Spannung messen, mit einem OP auswerten und/oder auf den AD Eingang eines Controllers legen. Alternativ wäre auch ein Stromsensor von z.B. Allegro möglich.
Zitat von BJA im Beitrag #6 Du hast ja bestimmt die Kosten parat, wieviel macht das denn ohne Platine?
Nicht wirklich, ich habe zwar drauf geachtet, dass die gewählten Teile nicht exorbitant teuer sind, aber den Gesamtpreis habe ich nicht berechnet. Ein MOSFET liegt bei 0.8€, ein Gate Driver bei 2.30€, also für die Halbleiter runde 8€. Dann noch das "Hühnerfutter", Netzteil, Spannungsregelung für 5V und 12V, Stromsensor, Buchsen und Stecker.
Zitat von BJA im Beitrag #6 Da die Schaltung an den Track-Ausgang angeschlossen werden kann, könnte so ein preiswerter Booster nachgeschaltet werden.
Ich will die Schaltung auf der Leiterplatte für die DCC-Zentrale verwenden. Railcom und ACK Sense müsste auch noch dazu. Das als eigenständigen Booster auf einer Platine zu machen, wäre auch noch eine Idee. Als Netzteil werde ich 12V Transformatoren nehmen, davon habe ich einige mit 4-8A, das ergibt dann runde 17V Gleisspannung nach Gleichrichtung und Siebteil. Zumindest umgeht man damit das Problem, der kaum noch verfügbaren Brücken-Treiber wie L298, L62xx usw. und die Flanken dürften auch sauberer sein.
Gruss Tom
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Und richtig, auch Überschwinger sind auf dem Oszi bei meinen Messungen in der realen Welt zu sehen. Das die Länge der angeschlossenen Gleise eine Rolle spielt, sehe ich auch so.
Ich werde da mal ein wenig mit dem Oszi rumspielen.
Jedenfalls halte ich unsaubere DCC-Signale für eine der Problemquellen, dies noch abhängig von der jeweiligen Decoderelektronik (Stichwort Impulsaufbereitung).
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Zitat von BJA im Beitrag #8 Jedenfalls halte ich unsaubere DCC-Signale für eine der Problemquellen, dies noch abhängig von der jeweiligen Decoderelektronik (Stichwort Impulsaufbereitung).
Ja, aber weniger in der Amplitude, mehr auf der Zeitachse. Deswegen sollte man im Controller schon einen Timer für die Erzeugung des Signals verwenden, damit die Dauer für Bit 0 und Bit 1 auch eingehalten wird. Ich glaube, in der NMRA 9.x sind die Werte spezifiziert. Wenn man sich mal das Ersatzschaltbild einer Modellbahn überlegt, hat man da sicher kapazitive, induktive und ohmsche Anteile, die schwer zu definieren sind, weil immer anders. Da müssen die Dekoder mit klarkommen. Was ich so gelesen habe, liegen die meisten Probleme in der Auslegung der Impulsdauer.
Gruss Tom
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richtig, Zeitachse ist kritischer. Zeitlicher Jitter + Amplitudenprobleme = Fehlfunktion.
Ich hatte für stabile Zeit/Frequenz-Verhältnisse immer Quarze eingesetzt, ist aber lange her.
Wie macht man das heute? Netzfrequenz x Faktor dürfte auch ungenau sein.
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Zitat von BJA im Beitrag #10 Ich hatte für stabile Zeit/Frequenz-Verhältnisse immer Quarze eingesetzt, ist aber lange her. Wie macht man das heute? Netzfrequenz x Faktor dürfte auch ungenau sein.
Heute nimmt man dafür einen Controller. Bei mir wird es der ATMega2560 mit 16MHz Quarz. Der hat 6 Timer, 2x8 Bit und 4x16 Bit. Mit einem der 16 Bit Timer wird der Takt erzeugt. Mit dem Takt werden dann die Bits auf einen Port gelegt. Das ist sehr genau, wenn man den Timer und Teiler richtig einstellt. Der Timer erzeugt dann einen Interrupt, der dann abgearbeitet wird, praktisch wird der Port dann High oder Low gesetzt. Der Code ist aber praktisch fertig, aus diesem Arduino Projekt. Ich will da das Rad nicht neu erfinden, das wird etwas auf meine Leiterplatte angepasst, also bzgl. welcher Port macht was und überflüssiger Code für andere Controller und Funktionen, die ich nicht verwende, fliegt raus. Ich will nur nicht so ein Sammelsurium aus Arduino Boards aufbauen, mit Teilen die man heute gar nicht mehr einzeln bekommt (wie beim Booster, die Arduino Shields haben da alle abgekündigte Bauteile drauf). Das soll reparierbar sein, mit Teilen, die man auch einige Jahre noch bekommt. Ein Prototypen-Aufbau mit Arduino Boards habe ich aber am Basteltisch und Testgleis laufen.
Der CPU Teil ist schon (fast) fertig gezeichnet, jetzt kommt die Integration des Boosters, der ganzen Schnittstellen und der Spannungsversorgung. Die Spannungsversorgung muss ich auch noch simulieren, die 5V und 12V werden von Schaltreglern gemacht, nicht von den üblichen 7805/7812. Das Ethernet-Modul benötigt auch 3.3V mit bis zu 200mA. Das wird auch ein Schaltregler. Im Prinzip immer der gleiche Aufbau, für die 3 Spannungen. Da gibt es nette IC von Texas oder Linear.
CPU-Teil
Das ganze wird natürlich ein Open Hardware und Open Source Projekt, nicht nur das Projekt selbst, sondern auch die gesamte nötige Software zum Erstellen ist frei.
Das sind so wie wesentlichen Tools, die ich verwende. Jetzt aber erstmal den Schaltplan vollenden, eine Leiterplatte erstellen und bei Aisler in Auftrag geben. Das dauert noch eine Weile. Ein Gehäuse für die 130x100mm große Platine habe ich aber bereits angedacht
Gruß Tom
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Wenn die Entwicklung fertig ist, würde ich gerne auch so einen Booster bauen und wahrscheinlich gibt es noch ein paar mehr Kollegen hier.
Ziel wäre m.E., wenigstens die Platine beziehen zu können.
Könnte aber auch der "H0-Forum Booster" werden, oder?
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Zitat von BJA im Beitrag #12 Fertig ist, würde ich gerne auch so einen Booster bauen und wahrscheinlich gibt es noch ein paar mehr Kollegen hier. Ziel wäre m.E., wenigstens die Platine beziehen zu können. Könnte aber auch der "H0-Forum Booster" werden, oder?
Aktuell habe ich keinen Standalone-Booster geplant, ich will erst mal die ganze Zentrale bauen. Aber einen Standalone-Booster gibt es, als Open Source und Open Hardware Projekt, nur der L6203 ist bei Distributoren kaum zu bekommen. Den Rest kann man für einen Booster gut verwenden, muss nur meine geplante Endstufe ranhängen und die Stromüberwachung etwas umbauen, einen 12V Spannungsregler für die Gate Driver dazu und fertig ist ein "H0-Forum Booster". Mit Platine schätze ich mal grobe 30-50€, für einen Railcom fähigen Booster der locker für bis zu 10A genügen würde.
Die Tools, die man dafür benötigt, habe ich alle aufgeführt
Gruß Tom
PS: Wenn man eine Board-Datei von KiCad oder Eagle (und viele andere) hat, kann man Leiterplatten einfach bei Aisler ordern. Da muss man nur die Datei hochladen, im Webbrowser die generierte Platine kontrollieren und hat ein paar Tage später für kleines Geld 3 richtig gute professionelle Leiterplatten zu Hause.
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05.02.2023 14:51 (zuletzt bearbeitet: 05.02.2023 14:52)
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