Hoe kunnen decoders zo efficiënt zijn qua stroom?

[Dennis1984]

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

[bask185]

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

[Menno]

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).

[spock]

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

[Dennis1984]

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:



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

[AP3737]

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

[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

[Dennis1984]

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

[Dennis1984]

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 en Componentselectie voor buck-converters (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

[bask185]

Doe je goed  . 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

[Dennis1984]

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 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 én JLCPCB. 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:



Met vriendelijke groet,
Dennis

[bask185]

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

[Menno]

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  . 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 én JLCPCB. 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...

[bask185]

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

[Dennis1984]

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 .

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 . 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, 2). 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 dus dat kan gelijk een mooi proefkonijn zijn.

Alle feedback en suggesties verder zijn welkom!

Met vriendelijke groet,
Dennis