BeneluxSpoor.net forum
Vraag en antwoord => Elektronica en analoog => Topic gestart door: Dennis1984 op 06 February 2025, 19:31:24
-
Hoi,
Hopelijk geen al te domme vraag.
Ik heb ooit eens een printje laten ontwerpen waarbij een microcontroller in potentie 18 leds aan moest sturen. De baanspanning moest daarvoor terug van (doorgaans) 16 volt naar 5 volt. Bij de leds kwamen grote 1206 weerstanden om het laatste stukje warmte op te eten. Ook kwam er een grote LM7805 op dat ding.
Maar dat moet toch allemaal veel efficiënter kunnen? Hoe kunnen gangbare decoders zo efficiënt de warmte kwijt bij het omzetten van de baanspanning naar led-spanning?
Hopelijk kunnen de elektronica experts hier wat licht laten schijnen...
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Een goedkope 5V adapter gebruiken……
-
Ik heb ooit eens een printje laten ontwerpen waarbij een microcontroller in potentie 18 leds aan moest sturen. De baanspanning moest daarvoor terug van (doorgaans) 16 volt naar 5 volt. Bij de leds kwamen grote 1206 weerstanden om het laatste stukje warmte op te eten. Ook kwam er een grote LM7805 op dat ding.
Maar dat moet toch allemaal veel efficiënter kunnen? Hoe kunnen gangbare decoders zo efficiënt de warmte kwijt bij het omzetten van de baanspanning naar led-spanning?
Het belangrijkste is dat de controller op de decoder amper stroom trekt. Microcontrollers zijn echt krankzinnig zuinig tegenwoordig. Ik heb een 10F200 in een model zitten om twee LEDs te laten knipperen. Dat ding trekt op z'n hoogst 0,6 mA, heel misschien iets meer om het verlies van de meetweerstand die ik er tussen had zitten erbij te tellen. Als het 1 mA is dat al best veel.
Maar dat is het: met een zener-combinatie of spanningsdeler uit weerstanden kun je een paar mA prima opvangen zonder dat er veel warmte geproduceerd wordt. Omdat de decoder amper stroom verbruikt (let op dat alleen logische uitgangen 3,3 tot 5 Volt voeren, de rest wordt versterkt door MOSFETs, die vrijwel direct baanspanning aanbieden) past dat.
Daar komt zeker bij dat zo'n decoder wel elektronica op de grens van het mogelijke is: menig onderdeel zit hoogstwaarschijnlijk dicht tegen de grens van aanbevolen specificaties aan of er zelfs iets over heen en ook menig bestukker heeft het niet makkelijk met de enorme dichtheid van de componenten.
Op accessoire-decoders zal het wel een schakelende regelaar zijn en een paar Ampère uitgangsstroom bij een verschil tussen in- en uitgang van 15 Volt past tegenwoordig op je vingertop.
-
Maar dat moet toch allemaal veel efficiënter kunnen? Hoe kunnen gangbare decoders zo efficiënt de warmte kwijt bij het omzetten van de baanspanning naar led-spanning?
Decoders verlagen in de regel de spanning naar de functieuitgangen niet. Dimmen gebeurt met pulsbreedtemodulatie.
Voorschakelweerstanden voor leds zitten op de hoofdprint van de loc of op de verlichtingsprintjes.
-
De baanspanning moest daarvoor terug van (doorgaans) 16 volt naar 5 volt. Bij de leds kwamen grote 1206 weerstanden om het laatste stukje warmte op te eten. Ook kwam er een grote LM7805 op dat ding.
Dat de spanning voor jouw schakeling omlaag moet heeft er waarschijnlijk vooral mee te maken dat microcontrollers doorgaans op maximaal 5V werken. Dat heeft niet zoveel met vermogen te maken.
De leds nemen niet zoveel vermogen op. Als door een led 10mA loopt (dat is al erg veel voor modelbouw) en over de led staat 3,3V (witte led) en de baanspanning is 15V, dan staat er over de serieweerstand 11,7V bij 10mA. Dat is 117mW, daar zijn geen grote weerstanden voor nodig. Misschien vond de ontwerper dat gewoon praktisch. Of het moeten leds voor hoog vermogen zijn geweest.
Maar dat moet toch allemaal veel efficiënter kunnen? Hoe kunnen gangbare decoders zo efficiënt de warmte kwijt bij het omzetten van de baanspanning naar led-spanning?
Houd er mee rekening dat verbruikers vaak worden aangestuurd door een halfgeleider in serie op te nemen en deze al of niet te laten pulseren de belasting (led, motor, ens.) te dimmen. Dit reduceert verliezen enorm.
Mijn antwoord is misschien wat oppervlakkig maar het is lastig in te schatten wat je wel weet en begrijpt en wat niet. Voor sommige mensen is elektronica haast zwarte magie, anderen weten er best wat over. Omdat ik dat van jou niet weet heb ik het maar simpel gehouden, als je meer wil weten moet je het maar zeggen.
-
Dank Menno, Priegelman en Henk voor jullie reacties!
Menno: helder verhaal. Maar dan moet je nog best wat spanning weg laten vloeien via die weerstanden inderdaad. Dat verklaart dus ook waarom het flinke (SMD 1206) weerstanden waren (ik dacht met 1 of 2W dissipatievermogen).
In het ontwerp zitten nu NPN-transistors om de 5V van de Attiny om te zetten naar de 18V baanspanning en daarna dus weerstanden.
Priegelman: dank ook voor je uitleg. Ik begrip de basis een beetje. Ik zie veel leds van 20mA, dan is het al 2x zoveel natuurlijk en als het rode leds zijn met 2,1V maakt dat ook nog wel wat verschil. PWM begrijp ik :).
Ik concludeer eigenlijk op basis van jullie antwoorden dat met de manier aan de kant van de leds niet zoveel verschillen zitten met de decoder (hooguit dat die dus FETS gebruikt, heeft dat nog voordelen t.o.v. mijn NPN?) en dat ik eens moet meten hoeveel mijn Attiny verbruikt om te zien of ik het omzetten van de 18V naar 5V nog flink kan optimaliseren.
Super bedankt alvast voor zover!
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Een attiny gebruikt afhankelijk van de oscillator settings 3mA of minder. Met dergelijke 'hoge' spanningen doe je er goed aan om leds in serie te zetten zodat je een veel kleinere spanningsval over de weerstand heb. Met 15V kan je 4 witte leds van ~3.2V in serie zetten, dat is 12.8V. Dan valt er over de weerstand nog maar iets van 2.2V (let ook op de drop van de gelijkrichter). 5mA en 2.2V stelt niks voor, dat red je met een 0603 weerstand.
Ik gebruik zelf atmega328 chips die wel 15mA trekken en die voer ik soms met gelijkgericht DCC wat door een spanningsregulator gaat. De printplaat wordt dan iets warm, maar dat heb ik ingecalculeerd.
20mA vind ik erg excessief voor leds. Voor smd weerstanden reken ik meestal 0.5mA en through hole leds 1mA. Het verschilt ook per kleur. Rode leds bijvoorbeeld wil ik meer geven dan groene.
...NPN-transistors om de 5V van de Attiny om te zetten naar de 18V baanspanning en daarna dus weerstanden.
Ze zetten de spanning niet om, ze schakelen naar ground toe.
Dat kan dus zowel met een npn transistor als met een mosfet.
(https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/afbeelding-67a516a3f313b.png) (https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/afbeelding-67a516a3f313b.png)
Mvg,
Bas
-
Dank Bas ook voor je reactie.
Grappig dat jij ook die leds noemt op 5mA of 10mA terwijl als ik op mouser kijk of bij JLCPCB ik toch vooral 20mA leds vind. Voor als het trouwens nog niet duidelijk was dit betreft een printplaat die IN een locomotief zit, dus niet een servo- of sein-decoder.
Ik moet dus vooral kijken om het stroomverbruik van de Attiny te beperken en als dat maar voldoende lukt kan ik dus kleinere/minder elektronica gebruiken die de baanspanning omzet naar 5V (of 3.3V) ten behoeve van die Attiny.
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
20mA is de gemiddelde 'maximum rating' die een standaard LED heeft. Dat wilt niet zeggen dat je er ook 20mA door heen moet stouwen. Als je echter met PWM gaat dimmen dan kan je net zo goed wel die 20mA aanhouden zodat je altijd wel genoeg licht heb. Maar dimmen met een zo'n attiny85 heeft maar 3 PWM kanalen. Je zou dan kunnen kijken naar een modernere attiny zoals een 1616
Hoeveel stroom je precies wilt hebben, is ook afhankelijk van wat de LED moet doen. Is het een bermverlichting of is het een schijnwerper? Dat scheelt.
-
Zei ik ergens Attiny85? Dat was dan een foutje. Er zit nu een Attiny88 in het ontwerp en ik wil dit wijzigen naar Attiny 1-series. In de huidige code is softwarematig PWM geïmplementeerd om de beperkingen van de chip te omzeilen.
De printplaat kan de verlichting van de locomotief aansturen en heeft dus inderdaad 'normale' lampjes maar ook schijnwerpers aan beide cabine-zijdes.
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
De grote truc bij decoders is dat alle uitgangen geregeld worden met PWM.
Het is dus mosfet vol open, dan loopt er wel stroom, maar staat er heel weinig spanning over de mosfet. Dus weinig dissipatie.
Of de mosfet is dicht, dan staat de volle spanning over de mosfet, maar er loopt geen stroom, dus geen dissipatie.
En zoals eerder genoemd, weerstanden die voor de leds zitten, zitten niet in de decoder maar ergens anders.
-
Het blijft me intrigeren. Wat voor constructie gebruikt een moderne Lokpilot5 of MN330 dan bijvoorbeeld om de baanspanning om te zetten naar 3,3V? En ik kan natuurlijk wel een dure DC-DC converter op de printplaat maken maar als het puur voor stroom voor de Attiny is is dat zo weinig verbruik (dus ook warmte) dat het t.o.v. mijn LM317/LM7805 waarschijnlijk weinig meerwaarde heeft...
Mvg,
Dennis
-
Dat gaat in de regel zeer basaal met een zenerdiode. Vanwege het minieme stroomverbruik komt daar niet erg veel warmte bij vrij.
Voor de rest wordt op het printje van een locdecoder dus nergens de spanning serieus verlaagd. Het is allemaal pwm en weerstanden elders. Zie post Klaas en mezelf al in het begin.
Ik denk eigenlijk dat de opbouw van een locdecoder verder niet zoveel hulp biedt voor wat je wilt. Ik heb nog zelf locdecoders in elkaar gezet in de tijd dat een goede locdecoder iets van 200 gulden ofwel €90 (inflatie niet meegeteld) moest kosten. Dat is dus al even geleden, maar de opbouw van een locdecoder is in de kern niet veranderd. De decoder is aangesloten op de baanspanning. Eén van de twee polen wordt via een weerstand direct naar de data-ingang van de controller geleid. De baanspanning is verder aangesloten op een brugschakeling met daarachter twee eenvoudige voedingen. Een zener met kleine elco voor de 5 volt of 3,3 volt voor de controller. En alleen maar een wat grotere elco voor de rest. Voor de motorregeling en de functieuitgangen wordt de spanning dus niet meer verlaagd.
Zimo had/heeft wel een kleine decoder waarbij het mogelijk was/is de motorspanning te verlagen ten behoeve van kleine motortjes voor kleine schalen. Maar als het verschil tussen de baanspanning en de motorspanning dan te groot is, wordt de decoder loeiheet. Is vast nog wel een draadje over te vinden met decoders waarvan de componenten loskwamen en zo. ;D
Ik ken dus verder ook geen decoder waarbij dat kan.
-
Dank Henk voor je toelichting.
Als ik het geheel energiezuiniger wil maken is dan denk ik de beste keuze kijken of ik een DC-DC converter in het circuit kan opnemen ter vervanging van de LM. En de spanning naar de leds dan ook van de 5V output daar vanaf halen zodat de voorschakelweerstanden minder hoeven te dissiperen.
Moet op zich wel lukken denk ik, mijn voornaamste uitdaging is de hoogte van de inductor, omdat de ruimte in de locomotief beperkt is.
Mvg, Dennis
-
Menno: helder verhaal. Maar dan moet je nog best wat spanning weg laten vloeien via die weerstanden inderdaad. Dat verklaart dus ook waarom het flinke (SMD 1206) weerstanden waren (ik dacht met 1 of 2W dissipatievermogen).
Ik sluit het niet uit, maar 1206 weerstanden ken ik zelf alleen maar als kwart-Watters: meer vermogen krijg je daar ook moeilijk in weggestookt zonder dat ze zichzelf lossolderen.
Priegelman: dank ook voor je uitleg. Ik begrip de basis een beetje. Ik zie veel leds van 20mA, dan is het al 2x zoveel natuurlijk en als het rode leds zijn met 2,1V maakt dat ook nog wel wat verschil. PWM begrijp ik :).
Grappig dat jij ook die leds noemt op 5mA of 10mA terwijl als ik op mouser kijk of bij JLCPCB ik toch vooral 20mA leds vind.
20 mA is (vaak) het absolute maximum: het is niet de bedoeling daarop te ontwerpen. Een moderne LED geeft bij 18 mA al een enorme bak licht, zoveel licht dat je in de modelbouw vaak met 1 of 2 mA toekan, soms nog minder.
(hooguit dat die dus FETS gebruikt, heeft dat nog voordelen t.o.v. mijn NPN?) en dat ik eens moet meten hoeveel mijn Attiny verbruikt
Het enige voordeel ten opzichte van een gewone transistor is het stroomverbruik: een transistor stuur je open met stroom en die stroom heb je nodig zolang je 'm open wil sturen. Hoewel ook transistors erg efficiënt zijn en met heel weinig stroom prima schakelen, is het geen handige keus als stroomverbruik al kritisch is wat betreft warmte-ontwikkeling. Het belangrijkste bezwaar van een transistor is het verlies waar je niet onderuit komt: de collector-emitter overgang levert altijd een bepaalde spanningsval van tienden van Volts op. Nou zal het vermogen, gedissipeerd in de transistor wel meevallen bij een enkele LED (of een paar), maar feit blijft dat dat verlies niet zomaar in het niets verdwijnt maar omgezet wordt in warmte.
Een FET/MOSFET is een spanningsgestuurde transistor met veld-effect. In plaats van een stroom gaat deze geleiden bij een spanning op de gate. Is die spanning weg dan blijft 'ie vaak ook nog geleiden (al is dat niet aan te raden om op te vertrouwen, uiteindelijk loopt de gate toch leeg).
Voordeel is dat een gate dus eigenlijk geen stroom trekt. De nadelen zijn dan weer dat er zeer kortstondig (de gate gedraagt zich als een condensator) veel stroom loopt, je een pull-downweerstand op de gate naar massa (bij N-mosfets) moet plaatsen om 'm met zekerheid dicht te sturen als de ingang niet actief is om te voorkomen dat de boel gaat zweven (bij microcontrollers kan de sturende uitgang ook gaan zweven, das nog erger voor een FET) en dat je voor een microcontroller-uitgang een zogenaamde logic-level FET moet gebruiken, omdat de drempelspanning (Vgsth (Voltage Gate-source threshold) waarbij de FET goed gaat geleiden, bij reguliere FETs te hoog ligt en een uitgang van een microcontroller deze spanning niet haalt (of gedeeltelijk, waardoor de FET als regelbare weerstand gaat werken, daar zijn die niet voor bedoeld).
En daar komt het grote voordeel van FETs om de hoek kijken: ze zijn extreem efficiënt en varianten in SOIC-8 formaat die (mits op de juiste printplaat met de juiste eilandjes) 30 Ampère kunnen verstouwen zijn geen uitzondering meer. Recent kwam ik nog een DC-DC converter tegen met een ingebouwde FET met Ultra-trench technologie of zo: het 2,5x2,5 mm onderdeel met tinballetjes aan de onderkant kon in het gunstigste geval iets van 12 Ampère aan. Het enige wat er nog bij moest was een spoeltje, maar door de extreem hoge frequentie paste het totaal met gemak op je pinknagel.
Wat betreft het verbruik van je Attiny: tenzij je een duurdere (90-100 euro en hoger) meter met micro-Ampère stand hebt ga je dat onmogelijk een beetje betrouwbaar kunnen meten: microcontrollers zijn er gewoon te zuinig voor geworden.
En ik kan natuurlijk wel een dure DC-DC converter op de printplaat maken maar als het puur voor stroom voor de Attiny is is dat zo weinig verbruik (dus ook warmte) dat het t.o.v. mijn LM317/LM7805 waarschijnlijk weinig meerwaarde heeft...
En de spanning naar de leds dan ook van de 5V output daar vanaf halen zodat de voorschakelweerstanden minder hoeven te dissiperen.
Moet op zich wel lukken denk ik, mijn voornaamste uitdaging is de hoogte van de inductor, omdat de ruimte in de locomotief beperkt is.
Reken maar dat een schakelende converter ruim, zeer ruim efficiënter is dan je 317 of 7805: dat zijn beide lineaire regelaars en bij de 317 wordt de stroom door een instelweerstand gebruikt om de uitgang mee in te stellen, Daarnaast staan ze altijd 'aan', ook als ze geen aangesloten belasting hebben: het verschil tussen in- en uitgangsspanning moet ergens blijven en dat wordt omgezet in warmte. Trek je meer stroom, dan worden ze ook warmer.
Een schakelende regelaar staat bij gebrek aan belasting (als dat kan) in 'discontinous mode': dan wordt de regelaar alleen aangezet zolang als dat nodig is en verder zorgen de uitgangs-capaciteiten wel voor het op peil houden van de spanning in de tussentijd. Daarnaast wordt de energie, opgeslagen in een spoel gebruikt om de spanning te verlagen. Dat maakt dergelijke regelaars ongelooflijk efficiënt. Dergelijke IC's zitten bijvoorbeeld op zo'n powerpack van ESU/train-o-matic. De goldcap om de energie in op te slaan is zonder meer het allergrootste onderdeel, de rest past op je vingertop.
En de spanning naar de leds dan ook van de 5V output daar vanaf halen zodat de voorschakelweerstanden minder hoeven te dissiperen.
Moet op zich wel lukken denk ik, mijn voornaamste uitdaging is de hoogte van de inductor, omdat de ruimte in de locomotief beperkt is.
Ik zou zelf de spanning voor de LEDs juist niet van de 5V voedingsspanning halen, tenzij het een schakelende regelaar is, want relatief onzuinige verbruikers als LEDs (relatief vergeleken met het verbruik van de controller) zijn dan een flinke verhoging van het stroomverbruik.
Let op dat een DC-DC converter helemaal niet duur en al helemaal niet groot is als het maar om tientallen milli-Ampère uitgangsstroom gaat. Ook die zijn extreem veel beter geworden in de afgelopen 20 jaar. Het grote nadeel is dat het ontwerpen van zoiets absoluut niet makkelijk is. Ik had al grote moeite om een voeding op basis van een LM2576 (en later 2596) te bouwen en dat zijn dan nog relatief ouderwetse (en dus traag schakelende) chips voor dat soort zaken. Bij toenemende frequentie stijgt ook de moeilijkheidsgraad en moeilijkheid wat betreft verkrijgbaarheid van onderdelen.
Wat betreft dat laatste: koop die niet bij Aliexpress, want daar krijg je over het algemeen veel te weinig info om te kunnen bepalen of de rand-onderdelen geschikt zijn. Zelfs bij de grote jongens (Würth Elektronik, Murata, TDK) moet je vaak al flink zoeken in de databladen om te onderzoeken of de spoel geschikt is (want je zal zien dat het aanbevolen model spoel in het datablad van de regelaar-fabrikant niet te krijgen is...)
-
Dank Menno! Helder uitgelegd.
Zo'n kant en klare dc converter past fysiek niet in mijn ontwerp, anders zou het ideaal zijn. Ik neig daarom met naar het zelf in de printplaat integreren van zoiets: https://evelta.com/7semi-dc-dc-buck-converter-5v-3a-out-mp2338/
Belangrijk is dat ik vanaf de printplaat max 4mm hoogte voor de inductiespoel heb. De breedte maakt niet zoveel uit, maar hoogte wel.
Als je nog tips hebt voor een goed passend component houd ik me aanbevolen trouwens!
Mvg, Dennis
-
Je kan rondneuzen JLCPCB naar buckconverter chips, datasheets bekijken, circuit ontwerpen en laten bestucken. Kan je meteen de attiny en alle andere dingen ook meebestucken
-
Bas, met alle respect, maar het correct ontwerpen van een schakelende regelaar is gewoon geen kattepis. Er komt een enorme portie HF-techniek bij kijken en zelfs bij het volgen van het datablad wat betreft aanbevelingen rondom het print-ontwerp (waar je zo al een uur zoet mee bent las je pech hebt, naast de geschreven aanbevelingen die bij specifieke situaties van toepassing zijn) zijn er de nodige valkuilen. Daarnaast moet je vaak zeer specifieke randcomponenten selecteren, waar nog wel eens parameters van belang zijn die fabrikanten niet eens vermelden (voor een printje wat ik aanpaste van 200 mA laadstroom naar 2 Ampère laadstroom moest een spoel een bepaalde maximum Volt-per-seconde waarde halen (uit het datablad: 'Inductors must also meet a maximum volt-second product requirement. If this specification is not in the data sheet of an inductor, consult the vendor to make sure the maximum volt-second product is not being exceeded by your design.')
Driemaal raden: welke spoel ik ook opzocht, geen fabrikant die dat vermeldde.
En ik zeg niet dat een schakelende regelaar dergelijke moeilijke vereisten heeft, maar het aanbod spoelen is krankzinnig en het aantal vereisten eveneens: bij de ene moet de DC-weerstand juist erg laag zijn, bij de ander is dat een risico op storing door zelf-oscillatie, bij de een is de RMS-stroom minstens twee keer zo klein als de saturatiestroom en bij het andere model spoel liggen die waardes juist weer relatief dicht bij elkaar. Je zoekt je suf. Mijn hobby is het dan ook bepaald niet, een schakelende voeding ontwerpen.
@ Dennis1984: besef goed welk probleem je probeert op te lossen: een locdecoder zelf is erg zuinig en eventuele logische uitgangen kunnen vaak wel wat stroom verwerken (vaak voldoende in ieder geval om een LED ruim licht te laten geven, je moet alleen op de totale dissipatie van de controller letten).
Maar zelfs als je wel gewone uitgangen wil gebruiken kun je je afvragen of het zo'n probleem is dat er wat warmte weggestookt wordt in een paar weerstanden hier en daar. Als je de warmte verdeelt loopt het over het algemeen wel los. Ik kan niet in je ontwerp kijken natuurlijk, maar naast dit feit zit je ook niet naar een product te kijken dat dag en nacht aanstaat (waardoor energiebesparing in zo'n geval een heel ander verhaal wordt).
Kijk daarnaast ook eens naar LDO-regelaars: 'gewone' lineaire Low DropOut spanningsregelaars. Ook die zijn inmiddels ruim in staat om efficiënt van hoge spanningen lage spanningen te maken, al kan het verschil tussen in- en uitgang bij jou wat moeilijk worden.
Wat betreft een schakelende regelaar kun je de LTC serie eens overwegen (ik heb een willekeurig model (LTC3642) gekozen):
https://nl.mouser.com/ProductDetail/Analog-Devices/LTC3642IDD-5PBF?qs=sGAEpiMZZMvAX9OfPh%252B2NWHK4LQbQPPAOGapb%2FaJaFlCNPkuX7bfRA%3D%3D
De spoel is vaak het grootste onderdeel, maar vanwege de geringe stroom die je nodig hebt en door de moderne chips met zeer hoge schakelfrequenties (honderden kHz) kan deze heel klein blijven. Nadeel is dat hele kleine spoelen en de daarmee verband houdende zeer hoge frequenties vaak altijd weer een nadeel hebben (print-ontwerp, benodigde capaciteiten aan de uitgang).
-
Deze dingen al gezien? 7805, maar dan schakelend.
https://www.tinytronics.nl/nl/power/spanningsconverters/buck-(step-down)-converters/dc-dc-5v-step-down-buck-converter-1a
Mvg spock
-
Dank voor jullie reacties wederom.
Menno, ben blij met jouw waarschuwingen dat dit geen sinecure is. Ik ga eens even kijken naar de alternatieven zoals de door jou genoemde LDO voltage regulator.
De link die je geeft naar Mouser is voor mij veel te duur: ik wil een hele serie prints maken en dit component mag gewoon eigenlijk niet meer kosten dan € 1,50 (bij wat grotere aantallen ~ 100).
Hier een plaatje om een beeld te geven van waar we het over hebben en de LM317 zie je daar nu ook zitten:
(https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/br185platinee-67a6a22c7aa8d.jpg) (https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/br185platinee-67a6a22c7aa8d.jpg)
Er is zeer beperkt ruimte en max 4mm hoogte in een deel van de printplaat: bij een groot deel van de printplaat is het nog minder. In de nieuwe versie van het ontwerp worden alle componenten verplaatst omdat er ruimte komt voor een Plux22-decoder. De printplaat wordt dan wel iets breder.
Zo'n standaard all-in-one component gaat daarom dus ook niet werken.
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Hi Dennis
Leuke print is dat. Wat is het voor print? Kan je daar iets meer over zeggen.
Ik sluit me aan bij de eerste waarschuwingen dat het maken van Buck-down converters niet triviaal is. Als je het toch zou willen, kan je op de TI website configuratie programma’s vinden die heel handig zijn. Als je de componenten neemt die je ook in het configuratie door jou gekozen zijn, en de print lay-out 1 op 1 overneemt, is het echter wel te doen. Ik heb er zelf een aantal gemaakt, en die werken allemaal. Als iemand interesse heeft, dan geef ik graag meer info.
Ook is het mogelijk ze uiterst klein zelf te maken.
Maar de eerdere opmerkingen dat een Buck-down converter een overkill is, klopt ook. Dus waarom moeilijk doen als het niet nodig is.
Groet, Aiko
-
Als je toch een plux printplaat wilt maken kan je ook hier eens kijken of dit bij je past:
https://amw.huebsch.at/Produkte/Universal_PluX.htm
https://shop.distrimodel.com/en/104-nem-658-plux22
mvg spock
-
Als je toch een plux printplaat wilt maken kan je ook hier eens kijken of dit bij je past:
https://amw.huebsch.at/Produkte/Universal_PluX.htm
https://shop.distrimodel.com/en/104-nem-658-plux22
mvg spock
Die eerste heb ik al in huis maar is qua formfactor problematisch voor dit type locomotief (BR185). Die tweede is interessant. Ik kende deze Franse fabrikant wel maar had nog niet goed opgelet voor dit type locomotief. Qua form factor is dit precies wat ik ook voornemens ben. Alleen heeft deze printplaat veel te weinig uitgangen om alle leds zoals ik wil individueel aan te sturen.
Zal die Franse PCB eens bestellen om er nuttige informatie uit te halen.
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Toch nog even een nabrander n.a.v. post van Menno:
Ik vond deze twee nuttige video's op het internet:
Hoe ontwerp je een PCB voor buck-converters (https://www.youtube.com/watch?v=AmfLhT5SntE) en Componentselectie voor buck-converters (https://www.youtube.com/watch?v=FqT_Ofd54fo) (beide in het Engels)
Ik vond ze in ieder geval de moeite om te bekijken.
Dit soort dingen laten mij toch niet helemaal los, dus misschien ga ik er eens een proefprintje aan wagen. Jouw LTC3642 is natuurlijk uitstekend geschikt om de Attiny te voeden, maar met alle leds erbij waarschijnlijk niet toereikend.
De ruimte op mijn printplaat is beperkt, maar de 1206 weerstanden die nu groot zijn uitgevallen om ook flink wat warmte op te snoepen (om immers de baanspanning geschikt te maken voor de leds) kunnen dan waarschijnlijk kleiner uitvallen waardoor er meer ruimte komt op het bord.
Aan de andere kant vermoed ik dat gelet op de positie waar een eventuele buck-converter moet komen, zo vlak boven de motor van de locomotief, mij in ieder geval zal dwingen (en ik begrijp uit de video dat het toch al common sense is) om een vierlaagse printplaat te maken (in plaats van nu twee lagen). Allemaal mooie dingen om vannacht eens te overdenken ;).
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Doe je goed (y). Ik vond het ook een beetje rare post. Zoals ik het las, was de booschap niet ver verwijderd van:
"begin er maar niet aan, het is veels te moeilijk voor je en je zult waarschijnlijk falen".
Dat noem ik bangmakerij.
Als je er nooit aan begint, zal je ook nooit een goed ontwerp krijgen. Het is best aannemlijk als je dat filmpje aanhoudt en de datasheet dat je er simpelweg gewoon mee wegkomt.
De ruimte op mijn printplaat is beperkt, maar de 1206 weerstanden die nu groot zijn uitgevallen om ook flink wat warmte op te snoepen (om immers de baanspanning geschikt te maken voor de leds) kunnen dan waarschijnlijk kleiner uitvallen waardoor er meer ruimte komt op het bord.
Feit blijft wel, 20mA is erg excessief. Als je 5mA aanhoudt, red je het ook al met 0805 weerstanden. En een ini mini transistor en dan heb je de buck gewoon niet nodig.
Je kan daar natuurlijk een afweging voor maken. Maak een zo klein mogelijke buckconverter en bereken die voor (aantal leds * 20mA + 20mA (microprocessor) ). Nou heb ik berekend.. als je nog steeds 20mA wilt, en je wilt ook rode leds doen met een drop van 1.3V dan moet je alsnog 0805 aanhouden. Dus als je al iets wint dan win je weinig. Je kan dan die transistors wel weglaten maar zie zijn al zo klein. 2 in 1 transistors in sot 363 of sot 563, die hebben ze bij jlcpcb.
Ik zou zelf de weerstanden voor de leds niet eens op de printplaat zetten maar op de verlichtingsprintjes of lokprint zelf.
Mvg,
Bas
-
Ha Bas,
Dank voor je leuke bericht!
Ja, 20mA is excessief maar dan zit je sowieso wel aan de veilige kant. Ben jij uitgegaan van 5V? Want waarom zou ik niet gelijk 'bucken' naar 3.3V? Dan heb je al bijna de spanning voor je leds. Ik heb verder toch geen 5V nodig volgens mij.
Die transistors SOT-363 zitten al in mijn ontwerp. Zie de foto hierboven waar je ze kunt zien zitten of de afbeelding onderaan dit bericht.
Ik had jouw berekening ook gemaakt en dan kom je uit op 500mA voor de buck. En daarin is genoeg te vinden. Mij leek deze TPS62175 (https://www.ti.com/product/TPS62175) van TI wel interessant. Mooie inputrange van 4.7 tot 28V, dus ruim genoeg voor baanspanning. 500mA dus, variabele output van 1 tot 6V, goed verkrijgbaar bij Mouser (https://nl.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/TPS62175DQCR) én JLCPCB (https://jlcpcb.com/partdetail/TexasInstruments-TPS62175DQCR/C32097). En daar is hij ook nog heel betaalbaar (bij 100 stuks € 0,20).
En in dat filmpje hierboven zag ik dat hoe hoe hoger de schakelfrequentie hoe kleiner de inductor (wat ook logisch is als je er over nadenkt). Deze draait op 1MHz dus dan zit ik gebakken. De chip is zelf bovendien ook lekker klein.
Tot slot wat betreft de leds ergens anders. Wat ik maak ís de lokprint en vervangt het geheel. Op de verlichtingsprint is (bijna) niet mogelijk want dat zijn flex PCB's en komen in een plastic behuizing waar echt alleen maar de leds passen. Het zou alleen onderweg kunnen (op de printbanen tussen de aansluiting met hoofdprint en wat aan de behuizing zit), maar ik weet niet of ik de flex PCB's laat bestukken dus hoe minder componenten daar op komen hoe minder ik eventueel handmatig moet laten doen.
Hier mijn huidige ontwerp nogmaals:
(https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/Roco-BR185-Hauptplatine-67bb19ba5d223.png) (https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/Roco-BR185-Hauptplatine-67bb19ba5d223.png)
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Ben jij uitgegaan van 5V? Want waarom zou ik niet gelijk 'bucken' naar 3.3V? Dan heb je al bijna de spanning voor je leds.
Ja 5V, want je zegt het zelf al. Dan heb je bijna genoeg spanning voor je leds. Maar als je dus zo'n witte rakker heb, dan zit je wel een beetje rond de grens te spelen. Liever 1.8V teveel dan 0.1V te weinig. Je kan ook gewoon naar 4 of 5v bucken en dan nog een extra LDO voor je 3V3 chips.
Flexprinten kan je imo beter zelf bestucken, die paar ledjes stelt niet veel voor kwa arbeid.
Wat ik maak ís de lokprint en vervangt het geheel.
Als je zeeën van ruimte heb, dan waarom geen 1206jes pakken? There is no shame in it. If it works..
500mA vind ik erg veel. Die spoel moet het dan het dubbele kunnen en dan heb je dus een 1A spoel. Dat kan wel maar.... Dat 5V circuit hoeft geen ontkoppelaar, rookgenerator of motor aan te sturen. Als je maar 5 leds aan heb at all times (en je hebt zelf ontdekt dat je 5mA wilt ipv 20) dan kom je tot de conclusie dat 200mA al meer dan toereikend is en dan kan je een kleinere spoel gebruiken.
Mvg,
Bas
-
Dit soort dingen laten mij toch niet helemaal los, dus misschien ga ik er eens een proefprintje aan wagen. Jouw LTC3642 is natuurlijk uitstekend geschikt om de Attiny te voeden, maar met alle leds erbij waarschijnlijk niet toereikend.
Ik heb geen idee van de hoeveelheid LEDs die Zwitserse seinbeelden vereisen, maar als je steeds blijft rekenen met 20 mA voor alle LEDs ga je een regelaar zoeken die enorm overbemeten is. Een beetje overdimensioneren kan geen kwaad, maar mijn ervaring is dat SMD LEDs al bij 5 mA een irritante hoeveelheid licht kunnen uitspugen, zodanig dat het onprettig kan zijn om naar te kijken (hoe kleiner de LED, hoe sneller dat effect optreedt)
Rekenen met 4 keer zo weinig stroom is echt aan te raden en zorgt ervoor dat je spoel veel kleiner uit kan vallen.
Wat betreft de kosten van die LTC: de LTC serie is gigantisch groot en het was echt een willekeurig gekozen model. Met filteren op de voor jou gangbare waardes komt er vast een naar boven die doet wat jij wil en betaalbaarder is.
Wat betreft de positie van C1, C2 en U2 zou ik zeker aanraden te kijken of dat anders kan: U2 kun je maar moeizaam vervangen of hersolderen op deze manier en ook C2 zit op een rotplek als je aan de aansluiting het dichtst bij C1 moet wezen.
Dan kan je zeggen: 'Maar de kans dat die stukgaan is praktisch 0' maar in een ontwerp zorg ik er liever voor dat ik niet afhankelijk ben van 'ik kan er alleen maar bij als...'.
Doe je goed (y). Ik vond het ook een beetje rare post. Zoals ik het las, was de booschap niet ver verwijderd van:
"begin er maar niet aan, het is veels te moeilijk voor je en je zult waarschijnlijk falen".
Dat noem ik bangmakerij.
Nou ja, zo was het dan ook wel een beetje bedoelt. Er wordt door gevorderde elektronicahobbyisten vaak erg gemakkelijk geroepen 'waarom gebruik je geen schakelende regelaar', maar de praktijk is gewoon dat daar veel, veel meer haken en ogen aan zitten dan bij een lineaire regelaar en ook de verkrijgbaarheid van onderdelen een punt is, naast het rekenwerk waar je vaak niet aan ontkomt om de juiste onderdelen te selecteren.
Als je daar dan mee wil beginnen vind ik zo'n voeding meteen voor de eerste keer integreren op een totaal-ontwerp erg gewaagd: mijn eerste schakelende voeding was een losse voeding op 50 (en uiteindelijk) 150 kHz op basis van de LM2596. Ondanks het datablad volgen zaten er valkuilen in het print-ontwerp, vooral rondom de diode die wel in het datablad staan, maar niet bepaald met zoveel woorden of een illustratie. Ik trapte er in en moest het print-ontwerp twee- of zelfs driemaal aanpassen (en dus ook steeds een nieuwe print maken).
Nou was mijn ontwerp meteen een zware met 3 Ampère uitgangsstroom bij 12 Volt, maar het geeft maar aan dat als zoiets bij 150 kHz al echt flink aandacht vereist, dat bij hogere frequenties alleen maar erger wordt.
En al bij 150 kHz zit je ruim in de HF-techniek en gaan printsporen zich totaal anders gedragen dan je gewend bent.
Dus, ja, misschien wat ontmoedigend opgeschreven, maar op een elektronicaforum waar ik ook zit komen geregeld ontwerpen langs die niet werken omdat er ergens iets fout gedaan is in het ontwerp.
Ja, 20mA is excessief maar dan zit je sowieso wel aan de veilige kant. Ben jij uitgegaan van 5V? Want waarom zou ik niet gelijk 'bucken' naar 3.3V? Dan heb je al bijna de spanning voor je leds. Ik heb verder toch geen 5V nodig volgens mij.
Als je ook witte LEDs moet gaan voeden, is 3,3 Volt heeel erg krap. Een kleine afwijking in spanning kan dan voor een forse toename in stroom zorgen. Het zou mijn keus niet zijn in ieder geval en ik zou gewoon voor 5 Volt gaan. Eventueel kun je dan voor rode LEDs nog lager gaan zitten, of wat extra dissipatie in een weerstand voor lief nemen. Nogmaals: bedenk goed welk 'probleem' je op wil lossen.
TPS62175[/url] van TI wel interessant. [...]goed verkrijgbaar bij Mouser (https://nl.mouser.com/ProductDetail/Texas-Instruments/TPS62175DQCR) én JLCPCB (https://jlcpcb.com/partdetail/TexasInstruments-TPS62175DQCR/C32097). En daar is hij ook nog heel betaalbaar (bij 100 stuks € 0,20).
Sorry, maar ik vind het prijsverschil raar en ik wordt er zelfs achterdochtig van. Het kan bij mij niet uit dat een groothandel als Mouser op geen enkele manier aan die 20 eurocent per stuk komt (zelfs niet als je een complete spoel besteld, dan zijn ze nog steeds bijna 3,5 keer zo duur als bij JLCPCB!) maar JLCPCB dat bij een veel lager aantal wél kan... (en dan solderen ze 'm ook nog voor je?) Of JLCPCB krijgt bakken met subsidie om de boel in te kopen (grote kans van, de Westerse markt kapot maken staat me stip op nummer 1 in China) of het zijn geen echte...
-
JLCPCB koopt exclusief spullen bij 1 vendor en dat is LCSC. Als ik nu ook spul nodig heb, los. Dan koop ik dat daar ook. Vandaag per toeval heb ik mijn screw terminals van ze binnen.
Ze zijn niet eens duurder dan aliexpress en dan heb je alles bij 1 vendor, 1 nette doos, 1 factuur, 1x verzendkosten.
en dan solderen ze 'm ook nog voor je
Daar betaal je gewoon voor hoor. Start tarief voor 5 printen is $10. Dat is 2$ voor de eerste 5 printen van de dag en $8 PCBA assembly service. Het zijn de extended componenten die snel aantikken bij kleine oplages. Verder betaal je ook iets per te solderen pad. Ik laat ze zelfs mijn screw terminals er op zetten met de hand. Paar luttele $ aan 'labour fee', daar ga ik het niet zelf voor doen, en dan moet je ze ook nog apart inkopen ::).
Bas
-
Zal die Franse PCB eens bestellen om er nuttige informatie uit te halen.
Schreef ik 2,5 week geleden n.a.v. het bericht van spock. Inmiddels heb ik de printplaat binnen en raad ik iedereen af hem te kopen: de Plux22-connector zit niet goed waardoor het dak van de locomotief niet meer sluit als je er een decoder inprikt :-X.
Maar goed, dat was ook een beetje het doel voor mij: kijken hoe een en ander precies zit. Nu kan ik in mijn ontwerp proberen de connector precies goed te positioneren (het gaat echt om (tienden van) millimeters).
Terug naar de schakelende voeding...
Ik denk dat het gewoon kan. En ook dat ík het kan ;D. Lekker eigenwijs hè... Ik heb vanavond op Mouser álle schakelende voedingen bekeken die aan een paar basale criteria voldoen om te zien of daar iets tussen zit met minder vermogen dan 500mA. Maar ik kom tot de conclusie dat ze óf niet precies kunnen wat ik wil, óf ze zijn me te duur. De meeste schakelende voedingen zijn beperkt tot 17V maar dat lijkt me te krap voor railsignaal. Een stap groter is, in ieder geval ook bij TI, 28V. En dan kom ik toch uit op die TPS62175DQCR.
Schakelende voedingen met minder vermogen zijn meestal exemplaren die van 5V naar 3.3V gaan.
In de datasheet van die TPS62175DCQR staan alle voorbeelden goed uitgelegd. Heb vanavond zitten rekenen op basis van dat eerdere YouTube filmpje dat ik hierboven postte maar kom geen bijzonderheden tegen. De buck (b)lijkt redelijk simpel, want je hebt vrijwel altijd die 10uH nodig. Daar moest ik overigens wel aan het bericht van Menno denken want de #1 spoel uit het datablad is inderdaad niet (meer) verkrijgbaar ::).
Gelukkig staan er nog een paar geteste modellen in de datasheet die wel leverbaar zijn, ook bij JLCPCB (1 (https://jlcpcb.com/partdetail/VishayIntertech-IFSC1515AHER100M01/C844949), 2 (https://jlcpcb.com/partdetail/Tdk-VLS4012ET100M/C136239)). En ja, een kleinere spoel kan natuurlijk ook maar op zich zijn deze redelijk laag (1.2 t/m 1.8mm) en is dat geen probleem voor mij. Ik heb liever iets langer en plat dan klein maar hoog.
Net even de gerbers van het referentieontwerp gedownload van de TI site. Ik ga dat eens reverse engineeren in KiCad met de footprints van de betreffende componenten en dan zal ik eens met beide inductors een proefprintje bestellen. Ik wil in de toekomst ook nog iets doen met chip-on-board leds (https://nl.aliexpress.com/item/1005005549145092.html) dus dat kan gelijk een mooi proefkonijn zijn.
Alle feedback en suggesties verder zijn welkom!
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Ik had even een paar dagen nodig om alles te overdenken maar inmiddels mijn eerste concept in KiCad gereed.
(https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/Breakout-TPS62175-smd-67c9921786258.png) (https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/Breakout-TPS62175-smd-67c9921786258.png)
(https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/Breakout-TPS62175-67c9921785f01.png) (https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/Breakout-TPS62175-67c9921785f01.png)
Nu nog even header pins op het bordje tekenen zodanig dat hij de 2 voedingsrails van mijn breadboards overspant, zodat ik hem makkelijk kan gebruiken om te knutselen :). Dat een weerstand groen is komt trouwens omdat ik hem nog geselecteerd had toen ik dit plaatje maakte, dat is niet een groene led ofzo.
De grap is trouwens dat dit allemaal minder ruimte in beslag neemt dan de LM317 en bijhorende weerstanden die ik nu op de print heb zitten, dus het is nog een vooruitgang in ruimte ook!
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
(https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/IMG-20250403-193750-67eecd4172c1b.jpg) (https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/IMG-20250403-193750-67eecd4172c1b.jpg)
Nog even de pin headers eraan solderen en dan maar eens testen of hier een stabiele 5V uit rolt ;).
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Duurde weer even maar dan heb je ook wat (een labvoeding):
https://www.youtube.com/v/27nQTgtD4k0
Mensen die het nog nooit hebben gedaan kunnen dus toch een PCB maken met een buck converter ;D.
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
(https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/IMG-20250403-193750-67eecd4172c1b.jpg) (https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/IMG-20250403-193750-67eecd4172c1b.jpg)
Nog even de pin headers eraan solderen en dan maar eens testen of hier een stabiele 5V uit rolt ;).
Met vriendelijke groet,
Dennis
Oké, er vallen me een paar dingen op en begrijp me niet verkeerd, dit bedoel ik niet zo bot, maar het komt uit een techneuten-hart: allereerst Cin, waarvan ik vermoed dat dat een combinatie is van C1 en C2. C1 is een tantaal, maar het datablad hamert erop dat daar een ceramische condensator gebruikt moet worden voor stabiliteit. Is er een reden dat je voor een tantaal gegaan bent?
Ander punt, waar ik me echt wat zorgen om maak kwa stabiliteit: de breedte van eigenlijk alle printsporen, maar vooral die van bruggelijkrichter naar IC. Waarom zijn die zo ongelooflijk dun? Het datablad heeft een heel duidelijke aanbeveling wat betreft de dikte van deze sporen en dat lijkt nu, in de verste verte, nergens op. Hou er rekening mee dat vooral deze hele dunne sporen roet in het eten gaan gooien van de stabiliteit, omdat de inductantie nu sterk mee gaat spelen.
Even voor de goede orde: maar je onbelaste meting met alleen een multimeter zegt helaas niets. Een scoop aan de uitgang en het ding testen onder verschillende belastingen en puls-belastingen is dé manier om te ontdekken of dit ding doet wat 'ie moet doen en of er niet teveel rimpel op de uitgangen staat (en om te testen of het IC heel blijft).
-
Oké, er vallen me een paar dingen op en begrijp me niet verkeerd, dit bedoel ik niet zo bot, maar het komt uit een techneuten-hart: allereerst Cin, waarvan ik vermoed dat dat een combinatie is van C1 en C2. C1 is een tantaal, maar het datablad hamert erop dat daar een ceramische condensator gebruikt moet worden voor stabiliteit. Is er een reden dat je voor een tantaal gegaan bent?
Ander punt, waar ik me echt wat zorgen om maak kwa stabiliteit: de breedte van eigenlijk alle printsporen, maar vooral die van bruggelijkrichter naar IC. Waarom zijn die zo ongelooflijk dun? Het datablad heeft een heel duidelijke aanbeveling wat betreft de dikte van deze sporen en dat lijkt nu, in de verste verte, nergens op. Hou er rekening mee dat vooral deze hele dunne sporen roet in het eten gaan gooien van de stabiliteit, omdat de inductantie nu sterk mee gaat spelen.
Even voor de goede orde: maar je onbelaste meting met alleen een multimeter zegt helaas niets. Een scoop aan de uitgang en het ding testen onder verschillende belastingen en puls-belastingen is dé manier om te ontdekken of dit ding doet wat 'ie moet doen en of er niet teveel rimpel op de uitgangen staat (en om te testen of het IC heel blijft).
Hoi Menno,
Nee hoor, Cin is alleen de ceramische condensator die het dichtst bij de TPS zit. De tantaal is voor een stabiele voeding. Precies zoals het op het evaluation board (https://www.ti.com/tool/TPS62175EVM-098#design-files) is gedaan. Bij mij zit de tantaal dichterbij, maar verder is het hetzelfde.
Wat betreft de printsporen heb je gelijk. Die hadden breder gemoeten en ook makkelijk gekund. Maar ik ga sowieso een revisie B maken met een andere inductor (Chinees alternatief). Zal dan ook de boel eens onder belasting testen. Oscilloscoop moet ik nog kopen maar is inderdaad wel nodig!
Bij een nieuwer ontwerp van me heb ik veel beter rekening gehouden met de breedte van printsporen, de stroom- en thermische belasting. Zie plaatje hieronder. Zo leer ik ook elke dag weer :).
(https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/pcb-trace-example-6843d189442f8.png) (https://images.beneluxspoor.net/bnls_2025/pcb-trace-example-6843d189442f8.png)
Dank voor je feedback, is welkom hoor!
Met vriendelijke groet,
Dennis
-
Goed gedaan Dennis, kudo's. Ziet er nice uit 👍🏻