Keerlus module zonder relais: solid state

[eenop87]

Sinds een aantal jaren gebruik ik de "ultieme keerlusmodule" zoals die op de site van Funky rail wordt beschreven. Die schakeling werkt op zich uitstekend, maar onlangs had één van de modules een probleem: af en toe haperde één van de relais. Ik was indertijd zo onverstandig geweest om de relais niet in voetjes te monteren. Omdat het probleem maar af en toe voorkwam was het foutzoeken nogal problematisch. Uiteindelijk heb ik voor de zekerheid maar alle drie de relais vervangen, waarmee op dat moment het probleem verholpen was.

Het zette me wel aan het denken omdat het me eigenlijk niet zinde dat er relais voor nodig waren om deze schakeling te laten werken.
Ik heb daarom nu een ontwerp gemaakt zonder relais, dus een solid state uitvoering.
Een bijkomend probleem is dat de bi-stabiele relais nogal moeilijk te krijgen zijn op dit moment.

De schakeling werkt geheel d.m.v. treindetectie en dus NIET op basis van kortsluitdetectie.

Het geheel wordt bestuurd met een PIC microcontroller (12F629).
Het programma is erg simpel, het ding staat zich de meeste tijd stierlijk te vervelen.

Een voordeel van een microcontroller is dat het schema redelijk eenvoudig kan worden gehouden.

Het was ook eenvoudig om een extra beveiliging in te bouwen in het programma: Als er een te lange trein door de keerlus rijdt treedt er geen kortsluiting op, maar wordt de keerlus spanningsloos gezet. Dat gebeurt ook als er door een wisselfout een 2e trein in de tegenovergestelde richting de keerlus binnenrijdt.

Als betrekkelijk nadeel van deze schakeling kan worden vermeld dat er wat spanningsverlies optreedt door het schakelen met transistoren en dioden. In de praktijk is dat echter nauwelijks te merken.
Ik heb als de test de keerlus erg intensief bereden om te kijken of er niet te veel warmteontwikkeling in de transistoren optrad, maar de temperatuur bleef ruim binnen de perken zodat een koelplaatje niet nodig is

Degene die belangstelling hebben voor dit ontwerp kunnen van mij hex-file van het programma krijgen. Zal ik ook gelijk een duidelijker schema en printontwerp meesturen.

De condensator C1 in het schema lijkt wat aan de kleine kant,maar omdat ik het geheel voed uit een gestabiliseerde 12V is dat in mijn geval groot zat. De schakeling trekt weinig stroom dus een 100 tot 200uF zal waarschijnlijk voldoende zijn als er geen "schone" gelijkspanning gebruikt wordt.

Hieronder nog wat afbeeldingen van het ding:









Het schema:



Gerrit

[HansQ]

Ziet er goed uit! Iets voor de encyclopedie?

Een vraagje, weet je zeker dat de gebruikte vermogenstransistors snel genoeg zijn om alle soorten DCC signalen onbeschadigd door te geven?

[eenop87]

De snelheid van de vermogenstransistoren spelen geen of nauwelijks een rol omdat de transistoren slechts één maal per treinpassage hoeven te schakelen, en dat doen ze dan ook nog eens sneller dan de tot nu toe gebruikelijke relais.
Voor de rest van de tijd staan de betreffende transistoren gewoon open.

Gerrit

[john26]

Goh, wist niet dat dit ook kon, je hebt al een PB.

Ter lering en vermaak voor dit jongetje wat iets probeert erbij te leren, want ik snap een paar zaken niet: kan je zo'n brugcel ook vervangen voor 4 diode's bv 1n4007? Ze zijn beide 1 amp. waarom deze vraag? Als je 1 schakeling maakt dan is zijn de kosten voor zo'n brugcel á 0,25 E nog te overzien terwijl terwijl genoemde diode 0.02 E kost. Tweede vraag, aan de rechterzijde van het schema staat een 3 polige aansluiting getekend naar een S88 module, waar staan de letter A en E voor en wat heeft zo'n aansluiting voor doel?

Bvd voor je moeite
John

[eenop87]

Natuurlijk kan het ook met losse dioden, maar dan heb je veel meer ruimte nodig op je print. En ach met de kosten valt het ook wel mee, je hebt over het algemeen niet zo veel keerlusmodules nodig. Bovendien wordt de prijs weer gedeeltelijk teniet gedaan omdat je meer printmateriaal nodig hebt en daarmee ook meer (duur) etsmiddel.

De aansluitingen A en E (en gnd) hebben betrekking op de terugmelding naar de S88 units en heb je dus nodig als je computergestuurd gaat werken. Als de trein in de secties A en E (eigenlijk A+B en D+E) komt gaat de betreffende uitgang op nul.

Gerrit

[gvandersel]

Leuk en goed ontwerp. Ik zou bij de opto-coupler nog een RC zoals in de keerlusschakeling opnemen.
Verder heb je een speciale reden om de middelsectie (C2) niet via een opto-coupler net zoals A en E naar buiten uit te voeren?

Groet,

Gerard van der Sel.

[john26]

Tuurlijk, wat betreft die diodes en ruimte ed, zo kan je ook bekijken, niet aan gedacht. Maar als je geen pc besturing wilt en je maakt geen gebruik van  S88 units (wat ik overigens niet wil maar voor een correcte beeldvorming) kan je dus OP5 weg laten? Waarom geen directe aansluiting aan de rails, laat maar, polariteits wisseling, het is uitendelijk een keerlus module.

Groeten John

[eenop87]

@Gerard
Ik heb de sectie C niet meegenomen als treindetectie via een optocoupler omdat ik per blok niet meer dan 2 detectie punten nodig heb (o.a. voor Koploper), maar er is niets op tegen om dat wel te doen.

Ik weet niet precies op welk RC netwerk je doelt, maar ik heb in het circuit C3 en C4 opgenomen en die blijken voldoende te zijn.

@John
Als je de aansluitingen naar de S88 unit niet gebruikt, kan je OP5 weglaten en tussen de punten 1 en 2 plus 3 en 4 twee draadbruggetjes plaatsen.

Gerrit

[gvandersel]

Gerrit,

Ik heb de sectie C niet meegenomen als treindetectie via een optocoupler omdat ik per blok niet meer dan 2 detectie punten nodig heb (o.a. voor Koploper), maar er is niets op tegen om dat wel te doen.

Ik rijd Koploper, daarom werk ik met totale detektie. Losse, verloren wagons of rijtuigen worden zo ook door Koploper ontweken.

Ik weet niet precies op welk RC netwerk je doelt, maar ik heb in het circuit C3 en C4 opgenomen en die blijken voldoende te zijn.

Sorry mijn oude ogen keken niet goed. De R zit er wel. Over de dubbelle diode voor detektie kun je een klein RC circuit doen om de opto-coupler een beetje te beschermen. Je hebt nu alleen een R.

Overigens, waarom geen HEX-FETS gebruikt. Deze hebben een veel kleinere ON weerstand.

Groet,

Gerard van der Sel.

[Menno]

Bovendien wordt de prijs weer gedeeltelijk teniet gedaan omdat je meer printmateriaal nodig hebt en daarmee ook meer (duur) etsmiddel.

Nou, dat valt heel erg mee: tuurlijk, als je 100 printen bouwt wordt het heel misschien lonend om geen brugcel te nemen maar losse diodes, maar kwa etsmiddel zul je het niet merken: de meeste mengsels zijn prima te bewaren na het etsen en gebruiksklaar als je ze weer nodig hebt.

@ eenop87: Enige opmerkingen over de print trouwens:
Het spoortje van pin 7 van OP4 vind ik akelig dicht in de buurt komen van pin 8 van datzelfde IC: je hebt de ruimte om dat te verbeteren, wat me, gezien het feit dat je geen soldeermasker hebt als je het zelf produceert, geen overbodige luxe lijkt.
Hetzelfde geld voor de eilandjes voor de LEDs onderaan: daar hoeft maar 1 tinbrugje te ontstaan wat je zonder litze of desoldeerpomp hoogstwaarschijnlijk niet meer wegkrijgt.
Als je T3 en T4 nu eens 180 graden draait, scheelt je dat 2 lussen om de diodebruggen heen.
Verder, maar dat ben ik, had ik gezorgd dat de componenten meer op 1 lijn zouden staan: dus de bruggelijkrichters in ieder geval van boven naar beneden steeds netjes op een rij en zo.

[JAB van Ree]

En als je T1 en T2 omdraait en B6 en B7 'op zn kop' monteert scheelt het nog meer routing.
Ik vind trouwens ook de manier waarop de soldeerpads soms aan de banen vastzitten niet echt charmant... zoals de rechter draadbrug aan de bovenkant (in de componentenopstelling afbeelding) Volgens mij duidelijk een autorouter gebruikt ... misschien dat je met de hand eea nog wat strakker kunt maken?

En eens met Gerard, ik zou die sectie C wel aanbrengen, mocht je tzt alsnog volledige detectie willen gaan gebruiken. Desnoods bestuk je vanwege de kosten niet alles, maar dan hoef je iig niet alles weg te gooien.

Overigens "Een bijkomend probleem is dat de bi-stabiele relais nogal moeilijk te krijgen zijn op dit moment." snap ik niet zo; oa Conrad kan ze gewoon leveren. Ik bestelde ze daar een paar maand terug ook, er stond weliswaar "enkele weken levertijd" maar kreeg 2 dagen na de rest van de order ook de relais al geleverd.

En anders zijn er oa Eijlander, Digikey, Dick Best en voor de gelukkigen met Duits verzendadres natuurlijk Reichelt

Maar wel een mooi idee! Ben benieuwd hoe eea in de praktijk voldoet... (ik heb mijn 2 'ultieme keerlus' printen wel gebouwd maar nog niet getest, laat staan echt geprobeerd...)

[eenop87]

Ach een printje hoeft van mij niet charmant te zijn
En ja, geen autorouter gebruikt.


Gerrit

[john26]

ik vind het printje lang niet zo slecht, weet uit ervaring dat je er soms knap lang mee bezig kan zijn en dan door de bomen het bos niet meer ziet. Als dan een ander ernaar kijk dan ziet diegene vaak zaken waar jij als maker overheen kijkt en een autorouter is ook niet altijd even netjes.

@ Gerard van der Sel: Overigens, waarom geen HEX-FETS gebruikt. Deze hebben een veel kleinere ON weerstand.
Wat zijn dat HEX-FETS en wat is het voordeel hiervan?

John

[Menno]

En ja, geen autorouter gebruikt.

Das juist goed!

@ John: HEX-FETs en MOSFETs zijn componenten die erg veel op een transistor lijken, maar in plaats van stroomgestuurd, spannings-gestuurd zijn: waar bij een transistor een stroom van basis naar emittor moet lopen om een stroom van collector naar emitter mogelijk te maken, moet bij een FET een positieve spanning op de gate gezet worden (ten opzichte van de source) die zeer kortstondig een stroom van gate naar source veroorzaakt: op die manier kan er een stroom van drain naar source gaan lopen.

Het voordeel is dat een FET veel zuiniger is: er zijn FETs met een RDSon (Resistance Drain-Source on-state) die zo laag is dat hij bij lage stromen te verwaarlozen is: zodoende valt er amper spanning over de FET, en zodoende warmt het onderdeel amper op (op diverse moederborden zitten SMD-FETs die 25 Ampere op hun sloffen halen)

[Geert2]

Ziet er goed uit! Iets voor de encyclopedie?

Een vraagje, weet je zeker dat de gebruikte vermogenstransistors snel genoeg zijn om alle soorten DCC signalen onbeschadigd door te geven?

Ik vind deze vraag nog niet zo slecht gesteld. Wat als je tijdens een logische  ‘0’ de polariteit verwisseld, dan krijg je mogelijk een logische ‘1’? Maar ja, het zal wel toevallig zijn dat de DCC decoder daar iets ongewenst mee gaat doen?  Of toch…

Geert