Ontwikkelen nieuwe keerlusmodule

[Patrick Smout]

Dag Bas,

ik heb een werkende LTSpice simulatie van een DCC switch. Toch wel wat aanpassingen vereist om e.e.a. goed te krijgen:

1) Enkelzijdige gelijkrichting ipv bruggelijkrichter, noodzakelijk voor 0V referentie goed te krijgen voor aansturing Mosfet's. Maakt ook dat de afvlakcondensator wat groter moet zijn en waarde kritischer.
2) Aansturing gates via een PNP. Gates moeten echt wel floating zijn om ze toe te krijgen.
3) De diode en de condensator vormen een charge pump die aangestuurd wordt door het DCC signaal. Als die er niet staan zakt de uitgangsspanning met ongeveer 4V (Gate-Source spanningsval). De weerstand R3 is nodig om de condensator van de charge pump te ontladen. RC tijd is ook wel kritisch. Als deze te lang wordt dan knalt volgens mij de boel uit mekaar omdat een andere switch dan actief wordt. Ik denk dat er best nog en RC vertragingsnetwerkje tussen de uitgang van de JK en de PNP transistor. Zal ik tijdens het weekend nog ff toevoegen in de simulatie. Enkele ms moet kunnen en is veel veiliger.
4) R4 heb ik erbij gezet om zeker te zijn dat de PNP dicht gestuurd wordt als de uitgang van de JK FF logisch 1 is.
5) Op het plaatje zie je een blauwe blokgolf. Dit is de uitgang van de JK-FF. Het DCC signaal (groen) wordt netjes in/uit geschakeld  (output).
6) Bron V1 simuleert het DCC signaal met een swing tussen -18V en +18V. Bron V2 simuleert een JK die periodiek omklapt. De types van de componenten zijn nu wat lukraak gekozen. Ik kan ook wel eens kijken wat het doet met jouw voorkeur componenten.
7) De glitches die je nog ziet in de uit-toestand komen van de parasitaire capaciteiten in de mosfet's. In praktijk denk ik niet dat die veel problemen gaan opleveren.

[Bert55]

Dag Bas,
Semi offtopic:
Tot nu toe heb ik een aantal printen through hole ontwikkeld. Dat gaat me goed af.

Voor het eigen car systeem gaat dat niet lukken ivm dimensies.
In eagle iets smd fabrieken gaat nog wel likken, het door JLC laten bestukken op zich ook wel maar dan zit ik met 5 printen die ik weg kan gooien inclusief componenten indien er toch een aanpassing nodig zou zijn.

Heb je ervaring met zelf solderen met pasta en een smd föhn?

[Patrick Smout]

Dag Bas,

ik ben er even terug ingedoken omdat ik een aantal zaken niet helemaal kon verklaren zoals waarom een brug het niet zou doen. E.e.a. heeft een nieuw schema opgeleverd.

1) In tegenstelling tot wat ik in mijn vorige email gesteld heb werkt het dus wel met een bruggelijkrichter. Geen idee waarom ik dat donderdag niet aan de praat kreeg. In deze versie gewoon dus een brug en dat maakt dat de afvlakcondensator wel wat kleiner kan. Zal de booster ook wel fijn vinden en het DCC signaal blijft ook mooier.
2) Het is ook niet nodig om de gates floating te maken. Als je de gates aan Vcc legt gaat de switch off. Aan 0V netjes aan. Ook donderdag was dat niet werkend te krijgen in de simulatie. Of  het iets te maken heeft met 1 weet ik niet zeker maar ik vermoed van wel.
3) Puur theoretisch zou je dus de anode van D3 nu rechtstreeks op de uitgang van de JK FF kunnen hangen echter dat komt niet goed. De JK FF kan slechts 3,5 (6,8)mA sinken/sourcen en dat is veel te weinig om de gates van de Mosfets inclusief de capaciteit aan te sturen. M.a.w., Q1 moet daar blijven om voldoende stroom te leveren.
Diode D3 moet wel blijven want anders doet de chargepump het niet (ontlading via collector basis diode van Q1)
4) Ik heb nu ook C3 toegevoegd bij Q1 zodat de transistor wat vertraagd open gestuurd wordt. De switch wordt nu met enige vertraging gesloten waardoor er zeker geen kortstondige kortsluiting kan optreden (switches gaan nu sneller open dan ze sluiten, break before make, mooi te zien in het signaaldiagram).
5) Hou wel de max. voeding van de CD4027B in het hoog. Die bedraagt namelijk 18V. Nu is 19,4V als topwaarde voor de DCC spanning al best hoog maar met een trafo van 14V~ ben je er al (op mijn baan is het bvb zo). Mogelijk moet je dus het gelijkgerichte DCC signaal met een zenertje toch wat naar beneden halen.

Ik denk dat dit schemaatje dicht in de buurt komt van wat het zou kunnen worden.

[bask185]

Voor het eigen car systeem gaat dat niet lukken ivm dimensies.

Ik heb het nog nooit geprobeerd. Maar volgens kan je kleinere ontwerpen dan 10x10mm laten bestucken als je er een frame omheen maakt.

maar dan zit ik met 5 printen die ik weg kan gooien inclusief componenten

Als je 5 printen bestelt, kan je ervoor kiezen om er 2 te laten bestucken. De overige 3 krijg je alsnog. Die zijn dan wel vertind.

Heb je ervaring met zelf solderen met pasta en een smd föhn?

Nee, ooit een keer op school gedaan.

Ik heb wel een hot plate, maar ik moet er nog mee oefenen. Vooral het toepassen van dat pasta is lastig... als je geen stencil heb.
https://www.youtube.com/watch?v=VS5-BkiHyM4

@ Patrick
Super bedankt voor je bijdrages. Dat zal denk ik wat ellende schelen wanneer ik dit op een breadboard ga testen. Ik kan met kicad ook dingen simuleren maar dat heb ik nog maar 1x gedaan en ik moet nog zoveel dingen leren 

Die 100R R1 moet een 'trein' voorstellen neem ik aan?

Mvg,

Bas

[Patrick Smout]

@ Patrick
Super bedankt voor je bijdrages. Dat zal denk ik wat ellende schelen wanneer ik dit op een breadboard ga testen. Ik kan met kicad ook dingen simuleren maar dat heb ik nog maar 1x gedaan en ik moet nog zoveel dingen leren 

Die 100R R1 moet een 'trein' voorstellen neem ik aan?

Graag gedaan hoor, zo leer ik ook bij  . R1 stelt idd de trein voor. Ik kan je de LTSpice bestanden van de switch ook wel bezorgen als je wil. Met wat ik je hier op het forum allemaal zie doen ben je er op enkele avonden zo mee weg als het al niet sneller is . LTSpice is ook gratis en prima geschikt om dit soort schakelingetjes ff vooraf  even uit te zoeken en al wat vorm te geven.

[Bert55]

Dank Bas.
Met de hotplate is het inderdaad wel ervaring opdoen.
We beginnen eerst maar even met proefprintjes ( voor zeer weinig bij tante A te koop) en een smd föhn.
In het verleden is hier wel eens een defecte PC videoprint in een hete oven gelegd, problem fixed

[Albert de Heer]

Hierbij mijn kortsluitmodule, puur gebouwd voor eigen gebruik. Het lijkt me dat deze goedkoper is dan wat er te koop is maar onder de 10 euro kom je uiteraard niet.
Belangrijkste eigenschappen :
1. Kortsluitvrij
2. Keerlus moet bestaan uit 5 secties (dus beide richtingen te berijden)
3. Deze 5 secties hebben allen een bezetmeld uitgang (allen met led indicatie) voor S88
4. Ook geschikt om een blok automatisch van één booster naar een andere booster te laten schakelen (dus geen vreemde stromen als booster 1 bijv 16 volt levert en booster 2 16,1 volt).

[Bert55]

Netjes!

[RikJ]

Hoi,

Ik was nog wel geïntrigeerd door het ompolen met mosfets ipv relais, dus heb een beetje voor zitten borduren op de simulatie van Patrick Smout.

Op de foto van de LK200 staat zijn weerstand R3 niet, maar je ziet op de foto van de PCB nog wel een extra baan weglopen van de gates. Plus het feit dat er over heel wat transistoren gerept werd in de het gelinkte draadje waar Klaas Zondervan al wat uitgezocht had, dacht ik het eens te proberen door de gates (en C1 etc) te ontladen via een extra transistor. De opmerking van Patrick dat je de mosfets vertraagd wil inschakelen is best waar, zonder de 470nF condensatoren (C6 etc) trok ie in simulatie 300A kortsluitstroom .

Ik denk trouwens dat de schakeling nog niet helemaal af is. Op de foto van de LK200 zit er ook nog een weerstand voor D2, en ik vermoed dat je die nodig hebt om de stroom te beperken die door de diode richting gates van de mosfets loopt. Bovendien is mijn studie elektrotechniek lang geleden, dus e.e.a is nog wat roestig.

Ik heb wat andere mosfets gebruikt, maar ik wil hem eigenlijk proberen te bouwen met een stapel STP16NF06L's die hier ligt. Ik kwam alleen net tot de conclusie dat ik alleen maar NPN transistoren heb liggen  .

Volledig schema (deels lekker gecopy-paste van Patrick):


Simulatieresultaat (de faseverschuiving is zichtbaar):


Rik

[Patrick Smout]

Hoi Rik,

Leuk dat je er op verder bouwt .
Nu denk ik wel dat tijdens het omschakelen van Q2 en Q3 de stroom door D2 wel eens erg hoog kan oplopen. Er is voor beide transistoren een periode waarin beide geleiden (vermoedelijk). Weerstand in serie met D2 helpt al een heel stuk  om kortsluiting te voorkomen echter  zorgt er ook voor dat de mosfets trager schakelen ( rc met C1 en gate-source capaciteit). Alternatief is de aansturing wat aan te passen zodat ze beiden niet tegelijk kunnen geleiden.
Mogelijk is dat de reden dat er bij d lk200 ook een weerstand staat. In andere toepassingen plaats je een kleine gateweerstand om de schakelsnelheid van de mosfets naar beneden te brengen en zo EMC problemen te verminderen  (conducted/radiated emission). Als je de schakeling gaat bouwen moet je ook eens kijken naar een alternatief voor  D1. Voor functionele simulatie voldoet die wel maar in praktijk beter een type met een betere reverse recovery tijd.

[RikJ]

Hoi,

Dank voor je input! Ik had inderdaad al zo'n vermoeden dat Q2/3 het ook niet echt leuk zouden vinden. Sowieso zijn ze te vervangen door een bc337/327. Maar een paar weerstanden helpt al volgens de simulatie.

Wat is het doel van een betere reverse recovery time voor de diode? Dat is te lang geleden voor me. Zit wel even te zoeken wat er sneller is, Schottky diodes?

Rik

[Patrick Smout]

Dag Rik,

even  gesimuleerd en C6 beschermt Q2 en Q3 tegen te hoge stromen bij het omschakelen dus dat loopt wel lekker.
Ik zie ook ik mijn vorige post een typo staan. D2 moet een Schottky zijn ipv D1.
Een kleiner reverse recovery time betekent dat de diode sneller gaat sperren en verkort de tijd dat er reverse current loopt door de diode (wat je niet wil en schade kan veroorzaken of mindere prestaties van de schakeling)