Zitat von topla im Beitrag #20Die kann nur 3A, macht also bei typisch 2x 120 mΩ rund 2,2 W.
das ist bestimmt der Kühlung geschuldet, der Treiber könnte ja 5A. Infineon hat auch ein paar nette Sachen aus der MOTIX Serie. Das Problem ist aber bei diesen IC immer, wie bekommt man die Wärme weg? Standard wäre eine 4-Layer Platine mit 2x 70µ Innenlagen und 2x 35µ Aussenlagen und Thermal Vias (bei den Design Notes gibt es von Infineon eine Reihe Beispiele). Das geht schon etwas ins Geld, gegenüber 2x 35µ Lagen.
Aktuell verwende ich eine H-Bridge, die unter dem Namen IBT_2 zu finden ist, da sind BTS7960 drauf, auch mit Sense Ausgang. Gibt es leider nicht mehr. Die BTN8962 wären noch lieferbar, aber sind nicht für ein neues Design empfohlen. Die neueren wie z.B. BTN7030 sind nicht vor 2024 lieferbar. Ich hatte da lange überlegt, könnte einfach einen Vorrat BTN8962 ordern und mir hinlegen. Letztendlich habe ich mich aber für klassische MOSFET entschieden, kosten nur ein paar Cent und sind austauschbar. Dazu dann einfach ein Gate Driver, gibt es auch viele Varianten. Wenn da etwas gerade nicht da ist, hat man eigentlich immer eine Alternative. Bei den Motortreibern ist das schon schlechter.
Das ist auch ein Punkt, der mir an dem Stromsensor noch nicht gefällt, ist auch Boutique Ware. Da wäre noch zu überlegen, einen simplen OP einzusetzen. Schon Ewigkeiten nichts mehr mit gemacht, muss ich wohl mal den Tietze/Schenk rauskramen. Das ist auch so ein klein wenig eine Herausforderung, wir waren über Jahre vom Markt verwöhnt, jetzt heisst es back to the roots, klassische Analogelektronik, aber die Röhren krame ich noch nicht wieder raus ;-)
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
das mit dem OP Verstärker bringt wohl keinen realen Vorteil gegenüber dem Current Sense Amp LTC6102. Es wäre ein Rail-To-Rail OP erforderlich, der für den Spannungsbereich keinen wirklichen Kostenvorteil bringt, da auch noch ein wenig externe Beschaltung erforderlich ist. Diese Rail-To-Rail liegen auch schon bei fast 3€. Alternativ wäre ein MAX4376 denkbar, aber bei den verfügbaren Verstärkungen ist ein größerer Shunt erforderlich, 10mOhm. Mit dem LTC6102 hat man halt den Vorteil, dass es mit 1mOhm schon funktioniert, ergo weniger Verlustleistung. Der LTC6102 ist zwar mit knappen 5€ nicht günstig, aber dafür ist keinerlei externe Beschaltung erforderlich und der liefert die 0-1.1V bei 0-5A, die sich gut mit den 10Bit Wandler im ATMega verwerten lassen. Da es um keine Stückzahlen von Millionen geht, Mouser und Digikey einige Tausend davon auf Lager haben, werde ich dabei bleiben.
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
würde ich auch so machen, wobei mir die zukünftige Verfügbarkeit und auch die Kosten bei solchen Einzelstücken relativ egal wäre. Sieht schon anders aus, wenn man in die Massenfertigung einsteigen will. Letzten Endes ist auch die absolute Genauigkeit eher egal, wen interessieren da schon die letzen Milliampere? Wenn es für die Ack-Erkennung reicht, passt es doch. Wird bestimmt ein schickes Projekt.
Thomas
Das Schöne an einheitlichen Standards ist es, dass es so viele verschiedene davon gibt. Toleranz ist die Erkenntnis, dass es sinnlos ist, sich aufzuregen.
Hallo, momentan befasse ich mich auch mit diesem Thema. Ich habe mit 2 L298N-Boards einen 4fach Booster gebaut. Gespeist wird das Ganze von einer Märklin-Gleisbox. Dieses L298N-Board hat Sense-Ausgänge herausgeführt, so dass man mit 4 niederohrigen Widerständen prinzipiell über den Spannungsabfall die Stromverbräuche der 4 Booster ermitteln kann. So weit, so gut. Nun beginnen die Probleme. Denn was man an den Widerständen misst, ist eine kleine Spannung, die im Rhythmus des Eingangssignals der Gleisbox taktet. Also weit entfernt von einer Gleichspannung, die eben mal ansteigt oder abfällt. Meine Auswertesoftware geht damit nun so um, dass ein Mittelwert aus 2048 Messungen ermittelt wird. Das passiert ungefähr im Sekundentakt. Nun ergibt sich aber folgendes Phänomen. Eine kleine Lok fährt mit geringer Geschwindigkeit und die Software errechnet daraus 200 mA. Steigert man nun die Geschwindigkeit auf das Doppelte, wird der Stromverbrauch erstaunlicherweise nicht höher, sondern sinkt auf 100 mA. Wenn das tatsächlich stimmen sollte, kann ich mir das nur so erklären, dass die Lok bei niedriger Geschwindigkeit sich in einem ineffizienten Betriebszustand (geringer Wirkungsgrad) befindet und deshalb unverhältnismäßig viel Strom zieht. Habt Ihr da ähnliche Erfahrungen? Oder ist die Mittelwertbildung der falsche Weg? Grüße Gustav
das Problem beim L298N ist, dass der Stromsensor nicht im Eingang sitzt, sondern im Ausgang. Es wird damit der Strom der H-Bridge gemessen und die wird mit dem Rechteck der Gleisspannung angesteuert. Die ist aber nicht symmetrisch, je nach Bitfolge können völlig unterschiedliche Verhältnisse auftreten, so dass ein Mittelwert nie genau sein wird. Je nach Bitfolge nicht mal annähernd. Wenn Du über den Sense Widerstand die Spannung misst, hast Du den Momentanwert. Wenn bei langsamer Fahrt viele H-Pegel im digitalen Signal sind und bei schneller Fahrt eher viele L-Pegel, würde das eine Erklärung sein.
Besser und genauer ist es, wenn man im Eingang des L298N misst, also einen Stromsensor in +VSS. Zum Beispiel mit einem IRS2008. Besser noch mit einen der INA21x von Texas Instruments, weil die gleich hinter dem internen OP ein passendes Signal für den A/D Wandler des Controllers liefern. Da muss man nur etwas rechnen, welchen man nimmt, Wert des Shunts, Verstärkungsfaktor und in welchem Bereich der A/D Wandler betrieben werden soll.
Du könntest, wenn Du hast, mit einem Oszilloskop schauen, wie die Signale bei langsamer und schneller Fahrt sind. Wenn es noch ein DSO ist, liefert der gleich diverse berechnete Werte.
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
Hallo Tom, vielen Dank für Deine Erklärung. Ich hatte mir zwischenzeitlich auch schon gedacht, dass mein Weg eine Sackgasse ist. Aber die Messung am Eingang ist für mich bei meinen jetzigen Randbedingungen auch nicht optimal, weil ich an einem Eingang den Strom für 2 Ausgänge messe. Um aus dem Dilemma heraus zu kommen, muss ich wohl jedes der beiden Boards für einen (1) Ausgang nutzen, also jeweils die beiden Stränge parallel verdrahten. Dann gibt es eben statt 4 nur noch 2 Ausgänge oder ich kaufe noch 2 Boards. Das ist zwar eine Einbuße am Komfort, aber lieber "unformfortabel" richtig messen als komfortabel falsch. Nochmals vielen Dank und beste Grüße Gustav
Hallo Tom, bin mir nicht sicher ob Du noch Widerstände messen möchtest. Seit vielen Jahren verwende ich für die Moba ein Wavetek 5XL (ca. 10 x 15 cm). Das kann Gleich- und Wechselspannung, Ströme von 200 µA bis 200 mA, und Widerstände von 200 Ohm bis 2000 K messen. Kann ich empfehlen, falls Du es in der Bucht finden solltest. Gruss regalbahner
Ich mache mir gerade in Bezug zur Strommessung auch Gedanken über Railcom. Irgendwie sind mir die beiden Leistungswiderstände am Ausgang des L298N in dem Schaltbild gerade nicht erklärbar.
Was genau sollen die 0.1Ohm da bewirken? Hat mal jemand einen Tipp dazu?
Ich vermute, wegen der Parallelschaltung der Endstufen des L298, dass es sich um die typischen Widerstände zur Stromsymmetrierung am Ausgang von parallel geschalteten Transistoren handelt und da der L298 ja bipolare Transistoren im Gehäuse hat ...
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
Was genau sollen die 0.1Ohm da bewirken? Hat mal jemand einen Tipp dazu?
Ich vermute, wegen der Parallelschaltung der Endstufen des L298, dass es sich um die typischen Widerstände zur Stromsymmetrierung am Ausgang von parallel geschalteten Transistoren handelt und da der L298 ja bipolare Transistoren im Gehäuse hat ...
Das sehe ich nicht so. Wenn das so wäre, müsste an jeden Ausgang erst der 0R1 kommen und dann erst zusammen geführt werden. So bringt das nichts, da ja durch die Parallschaltung der Transistoren ja kein Ausgleich ja mehr stattfinden kann.
Zitat von Lokführer01 im Beitrag #31 Das sehe ich nicht so. Wenn das so wäre, müsste an jeden Ausgang erst der 0R1 kommen und dann erst zusammen geführt werden. So bringt das nichts, da ja durch die Parallschaltung der Transistoren ja kein Ausgleich ja mehr stattfinden kann.
Jo, stimmt auch wieder! Im Datenblatt sind die auch ohne Widerstände zusammen geschaltet und viele andere Schaltungen mit dem L298 haben die auch nicht.
Mal alles neu, nachdem ich eben etwas tiefer in Railcom eingestiegen bin, dürfte das die Erklärung sein:
In der Cutout Lücke wird die Brücke kurzgeschlossen, d.h. die beiden Widerstände liegen dann in Reihe und darüber bildet sich die Schleife für Railcom. Das ergibt 0.2Ohm und die liegen zwischen den Eingängen der OPs. Die Stromschleife von Railcom arbeitet mit ca. 30mA, um die 8mA ist die Schaltschwelle. Das wäre eine Spannungsdifferenz von 1.6mV aus der Sicht der OPs. Der OP ist ein Komparator, schaltet also bei Differenz an den Eingängen und so wird die Bitfolge vom Decoder dann auf den UART Port des Controllers gegeben. Gefühlt finde ich 1.6mV ziemlich eng in dem Umfeld. Mal das Datenblatt vom LM293 lesen.
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
mal ein Update zu dem Thema, ich bin erst jetzt wieder dazu gekommen, das mal weiter zu verfolgen. Es gab einige Änderungen.
H-Bridge
die H-Bridge ist nun fertig geplant, mit 2 IR2104 als Treiber und IRLR3636 MOSFETs. Die haben einen RDSon von 6.8mOhm. Das bedeutet, dass bei 5A ganz grobe 200-250mW Verlustleistung entstehen, über alle 4 Transistoren. Das spart viel an Kühlung, so dass ich auf der ersten Leiterplattenversion für Testzwecke nur 35µ Kupferfläche auf der Ober- und Unterseite mit Thermal-Vias vorgesehen habe. Nach meiner Überschlagsrechnung langt das vollkommen.
Strommessung
Die Strommessung erfolgt nun zweifach, je nach Bestückungsvariante. Zum einen ist in der Versorgung der H-Bridge ein INA219 von Texas Instruments. Damit hatte ich ein paar Versuche gemacht, die gut aussahen. Gemessen wird über einen Shunt von 50mOhm in der Versorgungsleitung für die H-Bridge. Der INA219 hängt am I²C Bus des Controllers.
Die andere Messung erfolgt über 2 100mOhm Widerstände, parallel geschaltet also auch 50mOhm in der Masseleitung der H-Bridge. Die dort abfallende Spannung geht über 2 Komparatoren, die aber nur einen H/L Pegel liefern. Zusätzlich geht das Sense Signal noch auf einen A/D Eingang des Controllers. An den beiden Komparatoren gibt es zwei Ausgänge, einmal für einen richtigen Kurzschluss und einmal schon eher einsetzend für eine mögliche Kehrschleifenautomatik, die ich auch gleich auf der Platine untergebracht habe. Ich habe mich bei der zweiten Messung mit den Komparatoren stark an den beiden Boostern von OpenDCC orientiert. Für die Logik, nicht für die H-Bridge, da die OpenDCC Booster auch wieder nur mit den H-Bridge ICs arbeiten.
Eingänge
Als Eingänge sind vorgesehen, das direkt das DCC Signal einer Zentrale verwendet werden kann und ein CDE Anschluss.
Weitere Anschlüsse
Ein paar Anschlüsse habe ich auf Molex Steckverbindungen herausgeführt, die serielle Schnittstelle des Controllers, I²C und ein 6-poliger Anschluss für die DCC-Zentrale. Da mache ich gerade Versuche mit einem ST Nucleo 144 Board mit einem STM32F746FG Controller. Etwas mehr Power, als ein ATMega ;-)
Mikrocontroller
Der Controller ist ein ATMega328PB, etwas überdimensioniert, aber kein Kostenfaktor. Die übliche ISP Schnittstelle für das Flashen ist gleich auf der Platine. Das gesamte Geraffel mit USB und Bootloader (wie bei Arduino Boards) spare ich mir so, habe sowieso einige Flashprogrammer (die kosten auch nicht viel) und meine ganze Entwicklungsumgebung ist auf den avrdude mit Flashprogrammer ausgelegt. Da der Controller später eigentlich nur einmalig geflasht wird, muss da nicht extra Hardware für vorgesehen werden. Genaugenommen hätte man sich auch den ISP Anschluss sparen können und den Controller dann extern geflasht. Da ich aber die Leiterplatte fast zu 100% mit SMD Bauteilen geplant habe, wäre das beim TQFP Gehäuse des Controllers nur mit Testspitzen möglich. Das ist immer ein wenig wackelig. Der Controller wird wesentlich für die Strom- und Spannungsmessung mit dem INA219 und für RC Cutout benötigt.
Ich bin gespannt, ob das alles so funktioniert, wie die Simulation der H-Bridge ergeben hat und vor allem, wie viele Fehler ich im Layout habe ;-) Die Platine ist 100x100mm groß, der Auftrag an Aisler für die ersten Prototypen geht heute raus. Wenn dann alles so läuft wie ich mir das vorstelle, kommen alle Daten auf meine Website, ist schließlich ein Open Source und Open Hardware Projekt. Vorab schon mal eine 3D Ansicht der Leiterplatte. Alle Optokoppler sind nicht in SMD ausgeführt, sondern für flache IC-Sockel (nicht dargestellt) geplant. Die Praxiserfahrung lehrt bei solchen Testprojekten, dass ein Optokoppler schnell mal ist.
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
heute habe ich die erste Leiterplatte in Betrieb genommen. Eingespeist mit 15V und einem DCC Signal über CDE Eingang von einer Zentrale auf Basis eines Arduino Boards, gesteuert wird mit der Multimaus.
Ich habe CDE gewählt, direkt vom Ausgang des Arduino Boards, um die Signalqualität besser beurteilen zu können, was mit einem DCC Gleissignal nach einer H-Bridge nicht mehr so gut möglich ist. Dabei kam dann dies heraus:
DCC Signal am Gleis
DCC Signal am Gleis
DCC Signal am Gleis - Polaritätswechsel
Damit bin ich eigentlich schon zufrieden. Am Ausgang der H-Bridge ist noch ein Filter, evtl. versuche ich da noch mal etwas zu verbessern. Hier noch der entsprechende Schaltungsauszug:
Weitere Tests stehen noch an, bzgl. Strom- und Spannungsmessung mit dem INA219, über den Komparator LM393 und der Kehrschleifensteuerung. Dann muss der Controller auch noch etwas mehr Software haben. Für die Tests will ich noch ein I²C OLED Display anschliessen, für die Anzeige von Strom- und Spannung. Auch Railcom Cutout muss ich dann noch testen. Hier noch ein Foto des Prototypen Aufbaus:
Die BR93 mit ESU LokSound 5 fährt damit schon einwandfrei
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
H0-Modellbahnforum.de - das Forum mit der Forumbahn!
»
Technik und Steuerung von Fahrzeugen und Anlage
»
Digitaltechnik
»
Strommessung im Booster und Belegtmelder
24.04.2023 23:00 (zuletzt bearbeitet: 24.04.2023 23:12)
Thema drucken
Antworten
ist.
