Regelbare voeding voor treinbaan

[Silvolde]

@Krijn,

Ik heb op 28 november op ebay.de bij gc-supermarket een aantal onderdelen (panelmeters, opto reflectie sensors en dual Schottky dioden) gekocht voor 28 Euro. hierbij werden geen verzendkosten berekend. Afgelopen zaterdag werd het pakketje zonder extra kosten afgeleverd.

Gr, Rob

[Silvolde]

Vervolg deel 3.

Inmiddels ben ik weer een paar stappen verder met de modules. Naast de beide trafo modules met 27 Vac uitgangsspanning met de daarbij behorende gestabiliseerde step-down modules met 30 Vdc uitgangsspanning heb ik de opbouw van een 2 x 21 Vac trafo module met ingebouwde 0-15 Vdc gelijkspanning beschreven. Zoals eerder beschreven is de 20-slag instelpotmeter op de print door een miniatuur cermet potmeter van Contelec vervangen. Door een weerstand aan de potmeter parallel te zetten is het regelbereik tot 15 Volt beperkt. Inmiddels is de deksel van een transparant venster voorzien zodat de uitgangsspanning goed is af te lezen.



Ook de 80VA trafo met 2 x 15 Vac uitgangsspanning is inmiddels ingebouwd waarbij de contactbus posities gelijk zijn aan de 2 x 21 Vac module. Na gelijkrichting en afvlakking zijn de gelijkspanningen weliswaar verschillend maar dit maakt voor de compacte schakelende voedingsmodules geen probleem. De ingestelde uitgangsspanning blijft constant zolang deze maar niet in de buurt van de ingangsspanning komt. Vanwege de dubbele Vac uitgangsspanning is de gelijkrichtmodule ook  dubbel uitgevoerd; beiden met een brugcel en 2 x 2200 µF/40V elco's.



Voor de 230 Vac netspanningverbinding van de trafo modules heb ik AMP connectors gebruikt zodat eventuele demontage gemakkelijk uitvoerbaar is. Schema's zijn aan de binnenkant van elk deksel aangebracht zodat deze informatie ook altijd aanwezig is.

Na completering van de gelijkspanningmodules kon er een begin gemaakt worden met de schakelende voedingsmodules. Zoals bij de aanvang van het artikel beschreven is ben ik in eerste instantie van een aantal schakelingen op basis van de LM317 familie uitgegaan. Het hoge rendement van de schakelende voedingsmodules alsmede de lage prijs deden mij van mening veranderen. Schakelende voedingen geven in principe altijd storing op de uitgangsspanning maar door de hoge schakelfrequentie en de op de print aanwezige filtering blijft het storingsniveau beperkt en in millivoltbereik.   

Als eerste staat test module voor ADE & Röwa wisselaandrijvingen alsmede Brawa signalen met memory aandrijving op het programma. Voor vele modelspoor hobbyisten zeggen deze namen niet veel; Brawa is weliswaar als modelbouwfabrikant bekend maar van de beide andere namen gaat er voor model rails geen bel rinkelen. Derhalve een korte geschiedschrijving.
Röwa, ADE en Wiad zijn creaties van Willy Ade die in 2011 op 87 jarige leeftijd gestorven is.  Willy Ade was een pionier op kunststof spuitgiet producten in de modelspoor wereld. Ruim 50 jaar geleden (!) produceerde hij voor Trix o.a. de Adler en de Hondekop, de laatste op basis van de  DB VT08. Ook de 2-assige goederenwagons (NS Ucs) en de 1:100 rijtuigen die toen nog door Trix verkocht werden en nu deels nog in het Roco programma zitten, zijn creaties van Willy Ade. De kortkoppelingshouder welke nu standaard is, is door Ade ontwikkeld en als eerste op de markt gebracht.
Na het faillissement van Röwa in 1975 heeft ADE onder eigen naam rijtuigen op 1:87 lengte schaal ontwikkeld waarvan de detaillering (en de materiaalkeuze !) ook nu nog ongeëvenaard zijn. Rijtuigen met beweegbare(!) vensters zijn alleen door ADE geproduceerd.
 
Terug naar het railprogramma want daar gaat het n deze bijdrage om. Begin 70-er jaren bracht Röwa een in concept uitgekiend railprogramma uit. Rails met 2mm profiel op een zeer natuurgetrouwe bedding met bodemplaat waarbij de wisselaandrijving in de bedding ondergebracht was. 10° Wissels met 890 mm boogstraal en enkele & dubbele spoorverbindingen (zgn. Hosenträger) waren zeker in die tijd uniek te noemen. Na het faillissement van Röwa ging het railprogramma over naar Conrad (later Hartel) maar bleek het bodemplaat patent persoonlijk op naam van Willy Ade te staan.
Onder de naam ADE werd vervolgens een nog gedetailleerdere versie van het railprogramma op de markt gebracht welke technisch gezien met het Röwa programma gecombineerd kon worden.
Vanwege de cosmetische verschillen - de kleuren van de bedding verschillen, het railprofiel van Röwa is zwart, Ade roestbruin en ADE rails heeft een oliespoor in de bedding - is het door elkaar combineren zonder nabehandeling niet aan te bevelen. Helaas zijn zowel bij Röwa als bij ADE de geplande meegebogen wissels met bijbehorende hartstukken nooit uitgeleverd.



Alhoewel de wissels qua afmetingen vrijwel gelijk zijn is de aandrijving totaal verschillend. Röwa gebruikte een permanente gelijkspanningsaandrijving met hoogohmige wisselspoelen. Bij ca 15 Vdc is de stroomopname ca 60 mA. Vanwege dit permanente karakter kunnen hartstukken, seinen e.d. door meerpolige schakelaars of relais eenvoudig aangestuurd worden.

Ade heeft bij zijn wissels een pulsgestuurde wisselaandrijving met bijbehorende wisselcontacten in de railbedding ondergebracht; een unieke constructie die echter bij het uittesten behoorlijk storingsgevoelig bleek te zijn. Miniaturisering heeft ook hier zo zijn prijs... 



De foto's tonen het Röwa wissel met 2-draads aansturing en de ADE versie met 3 draden. Bij het getoonde ADE wissel bleken de contacten voor de eind afschakeling in de lucht te zweven zodat de aansluitdraden voor de test direct met de wisselspoelen verbonden zijn. Blijft het pulscontact om één of andere reden hangen dan is het wissel niet meer aan te sturen. Mocht het contactprobleem niet naar tevredenheid opgelost worden dan is een andere aansturing wellicht nog een optie.

Met de enkelvoudige en dubbele spoorverbinding alsmede de wissels en kruispunten kunnen fraaie, compact opgebouwde combinaties gerealiseerd worden. De foto met de enkele spoorverbinding geeft een goede indruk hiervan. Forumlid 'Cor B' heeft op zijn modelbaan een van mij overgenomen ADE dubbele spoorverbinding met wissels van Tillig gecombineerd. Wie interesse in deze spoorverbinding heeft kan contact met mij opnemen.



Brawa heeft jaren geleden een aantal gedetailleerde arm- en voorsignalen met geheugendraad uitgerust om een langzame, natuurgetrouwe beweging te realiseren. De benodigde spanning om hiervoor is 1,1 volt. Helaas zijn deze signalen niet meer in het Brawa programma te vinden.

De testmodule bevat 3 schakelende voedingsprintjes. Voor elke print zijn 2 testposities aangebracht. De printjes worden uit een spanningsrail gevoed; tevens is een diode in het voedingscircuit opgenomen. De groen/blauwe bussen (14 Vdc) zijn voor de Röwa wissels; op de rood/geel/blauwe bussen (20 Vdc) worden de ADE wissels aangesloten. Op de geel/blauwe bussen (1,1 Vdc) worden de memory seinen van Brawa aangesloten. In eerste instantie zijn dubbelpolige printschakelaars voor de Röwa ompoling gebruikt. In de uiteindelijke versie zijn deze door dubbelpolige tuimelschakelaars vervangen tevens een neutrale middenstand hebben. 





Om de spanning van elke uitgang af te kunnen lezen is in het deksel een digitale voltmeter met keuze schakelaar ingebouwd. De voltmeter is een 3-draads uitvoering waarbij de voeding en meting gescheiden zijn. De voedingsspanning is met een 24 Volt zenerdiode vastgelegd. De keuze schakelaar is een speciaal dubbelpolig type met middenstand welke als een enkelpolige driestanden schakelaar geschakeld kan worden. De interne bedrading van de printjes naar de testbussen is met flexibel siliconendraad uitgevoerd.



Voor de verbinding tussen de diverse modulen heb ik zowel korte draadverbindingen als messing verbindingspennen gemaakt. Als basis hiervoor is 4 mm messing buis met 1 mm wanddikte gebruikt. Aan beide zijden is een sleuf ingezaagd om daarna de benodigde voorspanning voor een goed contact te kunnen geven.



De foto's geven een indruk van het geheel.

Rob

[Menno]

Zoals ik al aangaf ben ik ook op andere gebieden met elektronica bezig (meet & regel, audio).  De beide 30 volt trafo’s bleven na een project over en ik vond het zonde om ze zo samen met de kunststof behuizingen op de plank te laten liggen.

Das een bekend probleem

Voor wat betreft de step-down unit heb je gelijk als het volledige vermogen continu afgenomen wordt. Bij de maximale stroom wordt in de 2N3055 eindtransistor 63 Watt gedissipeerd. Dit komt in mijn geval zelden voor.

Goed, dan gaan we uit van 1/6 van dat vermogen. Dat is nog steeds zo'n 10 Watt en met dat koellichaam gaat dat echt niet goedkomen. Begrijp me niet verkeerd, ik kan niet in jouw toepassingen kijken, maar omdat je kastje van ABS is, kun je geen gekke dingen doen met je koellichaam: bij een graad of 50 ga ik 'm dan wel een beetje knijpen...
De 2n3055 is gewoon geen efficiënte tor, dus die gaat gewoon veel stoken.

Of de schakelende voedingen ontstoord zijn weet ik nog niet. Storing op de middengolf  - de meest makkelijke indicatie – heb ik nog niet uitgetest. Zoals aangegeven wil ik mijn oude, vertrouwde Tek 465 oscilloscoop er eens aanhangen om te zien wat er uit de schakeling komt. Overigens zitten er wel degelijk ontstoringsomponenten op de print.

Dan mag je me vertellen waar die zitten Ik zie 2, zo te zien, piepkleine diodes, die waarschijnlijk als ompoolbeveiliging dienen en aan de andere zijde de regelaar beschermen als de uitgang boven ingangsvoedingsspanning getild wordt door lasten met een flinke lading elco's aan boord. De een zal bij 'correcte' werking, finaal uitfikken, de ander blijft heel en beschermt de regelaar zoals het hoort.
Het is een chinees gevalletje: ontstoorcomponenten zijn over het algemeen de duurste onderdelen, dus die ontbreken gewoon.

Voor de keuze van de verbindingsbussen wilde ik zo compact mogelijk (en goedkoop) werken. Vandaar dat deze bussen geen beschermingsvoorzieningen hebben en nauwelijks uitsteken. Voor mijn doel zijn ze echter goed toepasbaar. En als op de ‘contactpennen’ tussen beide modules nog een dunne, kunststof ring geschoven wordt is er van enige sluiting geen sprake.

Die sluiting bedoel ik ook niet: het gaat mij om onbedoelde aanraking door gereedschap of draad. De buitenkant van die bussen is aanraakbaar.
Ik vind de messing pennen overigens een bibberatie-gevalletje... Ik geloof echt niet dat die goed contact (gaan) maken, het spijt me.

Ben zelf geen voorstander van 230V en laagspanning zo makkelijk intern te mengen. Zeker niet als het een stekker betreft waar zo makkelijk een los draadje bij in kan schieten.

Idem...

In mijn audio activiteiten is het door elkaar laten lopen van 230Vac netkabels met laagspannings- en signaalverbindingen zo ongeveer een doodzonde. Het effect daarvan hoor je overigens direct...

En dat is het in de kastenbouw ook... Dat heb ík dan weer meegekregen vanuit mijn professie. Let wel: het is in de kastenbouw toegestaan (binnen grenzen), maar met een aantal zaken uiterst af te raden en liever wordt het helemaal niet gedaan, ook om de eindgebruiker te beschermen (laagspanning behoeft in de kastenbouw doorgaans niet afgeschermd te worden vanwege het maximale vermogen)

De professionele 230Vac stekerverbinding is van AMP en uitermate betrouwbaar. Alle verbindingen hebben trekontlasting en zijn tegen aanraking afgeschermd.

Hij zal vast hartstikke betrouwbaar zijn, dat is echt het probleem niet (waarom je overigens voor deze betrekkelijk dure AMP-connector kiest en weer bezuinigt op connectoren waar flinke stromen doorheen gaan is mij een beetje een raadsel)
Het enige is dat deze connectors weinig belemmeringen opleveren voor losgeschoten dunnere bedrading: die kan via de achterkant, bij de draadingang van de connector, de netspanning bereiken. Daarom ben ik ook niet zo'n voorstander van deze connector op deze manier, ook al zijn het verder prima dingen.

Ik zie soms zelfgebouwde apparatuur die de wenkbrauwen doet fronsen.

Helaas doet dit project dat ook een beetje bij mij...

Alhoewel de schakelende voedingsprintjes 'short circuit protected' zijn worden alle in- en uitgangen extra afgezekerd. Iedereen kan tenslotte een foutje maken nietwaar? En 'short circuit' is niet identiek met 'continuous overload', iets wat ook vaak vergeten wordt.

Als de voeding van een betrouwbaar merk zou zijn, zou ik niet bang zijn voor een kortsluiting: zo goed als elke schakelende voeding 'ziet' dat zelf en schakelt zijn uitgang na een korte controlepuls, direct weer af. Omdat er in de uit-tijd echter niet 'geschakeld' wordt, wordt er ook niets verstookt.
Let wel, nogmaals: bij dit spul zou ik het risico niet durven nemen, daarvoor blijft het Chinees.

[Silvolde]

Beste Menno,

Ik zie dat je in  jouw reactie veelvuldig op mijn eerdere bijdrage terugkomt. Ik heb in een eerder stadium al op gereageerd. Wellicht is het goed om op een aantal punten een verduidelijking te geven.
 
1.  De transformatoren met 28Vac uitgang. Ik heb deze niet specifiek voor modelspoor doeleinden bedoeld; ik wil alleen de mogelijk hebben om ze universeel toe te passen.  Ik heb daarbij ook aangegeven dat het vermogen niet continue afgenomen wordt en de dissipatie in de eindtransistor derhalve ook niet continue  is. Hoe jij in jouw reactie aan de factor 1/6 komt is mij een raadsel. Ook de waarde van de zinsnede dat de 2N3055 transistor niet efficiënt is ontgaat me. De dissipatie wordt bepaald door de spanningsval tussen collector en emitter en de collectorstroom.  Aangezien de transistor als emittervolger is geschakeld is de stroomversterkingsfactor niet van belang.

2. Schakelende voedingsmodulen.  De schakelfrequentie van deze modulen ligt bij ca 150 kHz. Daardoor kan het LC filter met compacte componenten uitgevoerd worden. Dat deze niet 'mil-grade' zijn moge duidelijk zijn. Voor 'normale' toepassingen zijn ze goed inzetbaar.  Als je de moeite neemt de printjes te bekijken zul je de inductor kunnen ontwaren...Verdiep je anders ook eens in de specificaties en toepassingen van de toegepaste chip.
Jouw opmerking omtrent een "boost" van de spanning  vat ik niet. De uitgangsspanning  blijft altijd enkele volts beneden de ingangsspanning. Bovendien hangt er geen capacitieve belasting aan de uitgang. Ik heb mijn Tektronix 465 oscilloscoop aan de print gehangen en om te zien of er onrustbarende storing op de uitgang stond. Dit bleek niet het geval te zijn.
Anders dan bij lineaire regelaars blijft het rendement van schakelende regelaars hoog wat in dissipatie goed te merken is. Zoals eerder aangegeven is dit - samen met de andere genoemde voordelen - voor mij doorslaggevend geweest om deze modules toe te passen. De indicatie dat het "Chinese junk" zou zijn werp ik verre van mij omdat op dit moment meer dan 90% van alle elektronische componenten uit China  afkomstig is. Dit geldt ook voor de (sound)decoders  in de modelbouw.

3. Verbindingsproducten. De reden dat ik AMP connectoren voor de primaire 230Volt verbindingen gebruikt heb is ...omdat ik ze gewoon beschikbaar heb (net zoals de kunststof behuizingen). Ik had ook gewoon een kroonsteen kunnen gebruiken. ..Van losgeschoten bedrading is geen sprake om dat deze goed gesoldeerd op de print zit, dan wel in de terminals vastgeschroefd is.
Jouw opmerkingen omtrent de keuze van de laagspanningsbussen heb ik in eerder stadium al beantwoord.  Als de modules met elkaar verbonden zijn zal er normaal gesproken "geen gereedschap of draad" tussen kunnen vallen. De opmerking dat de buitenkant van de bussen aanraakbaar zou zijn klopt gewoonweg niet. De afstand tussen de modules in geschakelde toestand is ca. 8 mm. Menno, ik weet niet waar je in deze op zinspeelt maar ga uit van een "normale "hobby omgeving. Voor een IP67 omgeving zijn andere eisen van toepassing....

De in mijn laatste bijdrage getoonde verbindingspennen zijn in feite gelijkwaardig met de polen van  een normale steker. Neem even de moeite om naar de laatste afbeelding te kijken; dan zul je begrijpen dan de "contactpennen" gewoon goed contact maken.

Menno, resumerend hoop ik hiermee jouw opmerkingen beantwoord te hebben welke ook bij de andere forumleden  duidelijkheid geven .

Groet,
Rob
 

[Menno]

1. De factor 1/6de was gewoon een aanname en die leek mij niet zo heel ver gezocht. Ik had alleen gemist dat dit niet persé modelbouw-gerelateerde voedingen zouden zijn, waardoor het, samen met een als emittervolger geschakelde tor, minder krap wordt.

2. Wélk LC filter dan? Wáár zitten die componenten dan? Er zit helemaal geen filter op die dingen. Wat je ziet zijn de componenten die broodnodig zijn om het IC überhaupt te laten werken en te voorkomen dat het gaat oscilleren. Zonder spoel geen schakelende voeding, punt uit.

Die 'boost' van de spanning bedoelde ik als opmerking op de ontstoorcomponenten waar JIJ op doelde: ik zie ze niet en dacht dat jij de 2 (zo te zien) diodes bedoelde. Daarvan legde ik vervolgens uit wat ze waarschijnlijk doen en waar ze voor beschermen. Niet dat dat dus voorkomt, maar dat ze er zitten in het geval het voor zou komen.

Wat betreft componenten uit China: ik zeg nergens dat dit troep is. Alleen hou ik in dit geval een slag om de arm. Het zal niet de eerste keer zijn dat er her en der een component buiten z'n toleranties gebruikt wordt (of gewoon kwalitatief niet in orde is) of dat het soldeerproces helaas niet zo goed bleek te zijn.

3. Dat vind ik een erg gevaarlijke aanname . Ik ga er altijd vanuit dat er, door welke oorzaak dan ook, een draad los zou kunnen komen. Niet omdat ik m'n eigen werk niet vertrouw, maar omdat ik de risico's weg wil nemen. Daarnaast zie ik op m'n werk geregeld dingen voorbij komen waarbij het enige wat je als eerste denkt 'hoe is het mogelijk' is. Dan heb ik liever een veilige scheiding tussen laag- en hoogspanning.

Als je modules maakt, heb je dus ook een module die aan het eind van de keten hangt en aan de onder- zo u wilt - bovenzijde dus nergens mee verbonden is en dan heb je dus het gevaar van onbedoelde verbindingen, of begrijp ik jou idee van een module verkeerd?
Ik snap jou aanname van IP67 weer niet, want ik doel gewoon op dit soort banaanbussen:
http://www.muco-amsterdam.nl/show_product.php?self=index.php&products_id=4335778&lang_id=1&lc=
Zelfde idee, maar dan zonder metalen ring direct aan de buitenkant.

Wat betreft de verbindingspennen: vroeger hadden stekkers inderdaad dergelijke pennen. Echter zijn deze verantwoordelijk geweest voor menig uitgefikte contactdoos, omdat na een tijd de veerkracht gewoon afnam. Het is niet voor niets dat stekkerpennen tegenwoordig een metalen huls op de plastic pen zijn of van massief metaal zijn.