für eine Strommessung wird bei den meisten DIY Boostern und DCC Zentralen ein niederohmiger Lastwiderstand eingesetzt und der Spannungsabfall entweder über einen OP-Verstärker oder direkt auf den AD-Wandler eines Microcontrollers gegeben. Nachteilig bei dieser Methode ist die Erwärmung des Lastwiderstandes und das es sich dabei dann um 5-10Watt (ich habe sogar in einer Schaltung 30W Typen gesehen) Typen handelt. Man heizt quasi immer elektrisch ;-)
Nun gibt es auch andere Möglichkeiten und ich hatte gestern einen ACS712 Stromsensor auf Basis des Hall-Effektes getestet. Der ist allerdings recht träge und unempfindlich. Bei DCC ist z.B. der Acknowledge des Dekoders mit einem Impuls von 60mA festgelegt, der ACS712 mit 5A liefert 185mV/A, das ist extrem grenzwertig für eine sichere Funktion.
Jetzt bin ich am überlegen mit Messwandlern dieser Art zu arbeiten. Hat das schon mal jemand versucht?
Da ich keine industrielle gefertigte Zentrale habe, ausser der Multimaus mit dem alten Booster, würde mich mal interessieren, was die Hersteller heute für die Strommessung verwenden. Weiß das jemand?
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
3 parallel geschaltete Widerstände von 270mOhm, dahinter ein LM358A.
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.
wenn ich das richtig verstanden habe, geht es ja weniger um die 340 mV als um die 1,36 W bei 4 A. Klar kann ein OPV das verstärken, warum auch nicht? Das ist eine Kernkompetenz von den Dingern.
Heizen mit Strom ist die Zukunft... ;-)
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.
bei der Verlustleistung an den Messwiderständen ist halt die Wärmeentwicklung zu beachten und das die Wärme weg muss. Die Widerstände können schon 150°C ab. 1.36W ist eigentlich nichts, wenn man da einen 5W Widerstand einsetzt, wird der zwar warm, aber nicht richtig heiß. Aber muss das sein? Wenn man so einen Messwandler verwendet, liegt der Widerstandswert < 2mOhm.
Der Acknowledge vom Dekoder ist auf einen Impuls von 60mA für die Dauer von 6ms festgelegt. Dazu noch die Kurzschlussüberwachung, die natürlich sehr schnell (~100µs) reagieren sollte. Ob das dann real bei 4.8A oder 5A passiert, ob der angezeigte Strom aufs mA genau ist, das spielt alles nicht so die Rolle.
Bei OpenDCC werden OP-Verstärker verwendet, bei der z21PG geht es direkt auf den Controller. Der AD-Wandler verwendet die interne 1.1V Bandgap-Diode für die Referenzspannung und hat eine Auflösung von 10Bit - 1024 Werte, also ~1mV. Bei 5A Leistung vom Booster gibt das dann eine Auflösung von ~5mA, das ist völlig ausreichend. Bei der LZV200 dürften es ca. 11mA sein, wenn ich mich nicht verrechnet habe.
Beim ACS712 ist es so, dass der bei 0A 2.5V liefert. Kann man direkt über einen Spannungsteiler auf den Controller legen bei 1.1V Uref macht man dann aus den 2.5V eben 0.55V. Kommt auch gar nicht so genau drauf an, da kann man Korrekturen in der Software machen. Das Problem mit den Sensoren ist nur das Rauschen und das man für plausible Werte länger lesen muss. Das geht für Belegtmelder, aber nicht für die Detektierung des Acknowledge.
Die meisten Schaltungen basieren auf L298, L62xx usw. Motortreibern, die haben einen Sense Ausgang. Das Problem bei diesen Treibern ist die miese Verfügbarkeit, manche sind auch schon länger abgekündigt. Ich hatte ja bereits mit LTSpice einen Booster simuliert, dem aber noch die Strommessung fehlt. Die könnte man klassisch mit Widerständen machen oder auch mit einem Stromwandler. Die simulierte Schaltung könnte wegen den MOSFETs zig Ampere liefern, was aber auch fette Widerstände bedeuten würde und eine Temperaturentwicklung auf der Leiterplatte.
Da schaue ich mir halt Alternativen an, wie man das vermeiden kann. Strommessung mit dem geringsten Widerstand ist die Lösung, das vereinfacht auch die Integration in die H-Bridge. Ich habe hier zum Testen ein H-Bridge Modul mit 2 BTS7960 verwendet. Leider gibt es die Dinger nicht mehr, obwohl diese IBT_2 Module zu bekommen sind. Alternativ wären BTN8962 möglich, aber sehr lange wird es die auch nicht mehr geben. Die haben einen Sense Ausgang, Übertemperatur- und Überlastschutz. Eigentlich wären dies die idealen Treiber. Ich will die Strommessung noch mit dem H-Bridge Modul testen, über den Sense Ausgang. Vielleicht verzichte ich dann auf den Booster mit den MOSFETs und lege mir einfach einen Bestand an BTN8962 zu, für evtl. nötige Reparaturen Aber schön finde ich das nicht unbedingt und andere Motortreiber in der Form habe ich bisher nicht gefunden¹. Die neueren Bauteile sind wesentlich komplexer geworden, oftmals mit SPI Schnittstelle und Funktionen, die man hier gar nicht benötigt. Entsprechend ist auch der Preis.
Gruß Tom
¹ Gefunden bedeutet hier, auch lieferbar. Der neuere Infineon IFX007 zum Beispiel ist nirgends lieferbar und hat eine Lieferzeit ab Werk von 52 Wochen. Einen anderen, weiß gar nicht mehr welcher das war, hatte eine Lieferzeit ab Werk von 132 Wochen. Verrückte Zeit!
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die Lösung mit einem Messwandler würde ich auch präfenzieren, habe ich aber noch nie eingesetzt. Bislang war das immer der Spannungsabfall an Mess-/Längswiderständen. 1 Watt ist zwar nicht viel, aber es wäre schön, wenn man es nicht verbraten muss.
Wenn die Schaltung einerseits ca. 50 mA Acknowledge und andererseits 4 A verarbeiten können soll, so macht mir der obere Wert keinen Kopf.
Im Datenblatt vom PH9500.065NLT konnte ich nichts zum minimal detektierbaren Strom finden.
@Thomas: Meine Frage war die nach der Linearität der Spannungsverstärkung des OP. Könnte je sein, dass die Kennline gerade im unteren Bereich nicht linear verläuft. Ob die OPV-typische starke Gegenkopplung das ausbügelt, wäre zu untersuchen.
Viele Grüße Bernhard ------------------------------------------------ Spurweite: H0 und N, Epoche +/- IIIb, DB, SBB, BLS, ÖBB, SNCF, FS, ESU ECoS I + II, ESU-Programmer, ESU-Prüfstand, Roco-Multimaus, Digital 2-Leiter, Decoder: ESU, Lenz, D&H, Zimo, Märklin, Sounddecoder, TrainController 8 Gold, Wintrack 15 ...
Zitat von BJA im Beitrag #6 die Lösung mit einem Messwandler würde ich auch präfenzieren, habe ich aber noch nie eingesetzt. Bislang war das immer der Spannungsabfall an Mess-/Längswiderständen. 1 Watt ist zwar nicht viel, aber es wäre schön, wenn man es nicht verbraten muss.
ich war noch mal ein wenig stöbern, von Analog Devices gibt es hier ein schönes Application Note zu Strommessungen. Das musste ich dann sofort mit LTSpice simulieren. Da Linear Technology zu Analog Devices gehört, gibt es auch direkt vom Hersteller die Modelle für die Current Sense Amplifier.
Dazu habe ich mir für die Simulation den LTC6102 herausgesucht, der mit extrem geringen Werten vom Shunt (Messwiderstand) arbeiten kann. Ich habe hier einen Widerstand von 1mOhm eingesetzt. Die Ausgangsspannung ist durch das Verhältnis von R3/R2 auf ~1.1V festgelegt, passend für den A/D Wandler mit 1024 Werten zu ~1mV.
Das sieht dann bis zu einem Strom von 100mA so aus:
Bei einem Strom bis zu 5A ergibt sich an dem Messwiderstand gerade mal eine Leistung von 25mW:
Farben der Kurven: grün - Leistung am Messwiderstand rot - Strom Versorgung des Boosters blau - Spannung am Ausgang / Eingang A/D Wandler
Die Current Sense Verstärker sind zwar nicht gerade günstig, aber man käme mit einem Chip aus und die liefern bei wenig Verlusten im Messwiderstand genau die Werte für einen A/D Wandler mit recht hoher Auflösung von ~5mA. Sicherlich könnte man das auch mit OPs bauen, aber mit den LTC61xx ist der Aufwand sehr gering.
Ich werde das mal in die Schaltung vom Booster integrieren und schauen, was dann dabei herauskommt, d.h. den Messwiderstand direkt in die positive Versorgung der 4 MOSFETs.
Gruss Tom
PS: Da ich mich gerade nach einem TrueRMS Multimeter umschaue, um auch potentialfrei die Gleisspannung zu messen (was mit meinen Oszilloskopen so nicht geht und Differential-Tastköpfe kosten richtig viel Geld), bin ich über diesen YouTube Kanal gestolpert. Ich glaube, so testen nicht mal die Hersteller ihre Produkte ;-)
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wie schon geschrieben bin ich nicht so richtig fit mit der Simulation, allerdings ist der wohl interessantere Teil im Leistungsbetrieb das Verhalten bei den Railcom-Austastlücken (Strom gleich Null) und die Auswirkungen auf den Messbetrieb. Riecht nach zwingender Synchronisation der AD-Wandlung mit der DCC-Signalerzeugung. Und an welcher Stelle hast Du den Railcom-Detector vorgesehen?
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.
Zitat von topla im Beitrag #8 wie schon geschrieben bin ich nicht so richtig fit mit der Simulation
ich kenne zwar schon ewig LTSpice und hatte da auch schon immer mal Kleinigkeiten mit gemacht, aber auch noch nie in diesem Umfang. Allerdings ist das gar nicht schwer und es gibt massenhaft Doku und Beispiele dazu. Einfach mal probieren!
Zitat von topla im Beitrag #8 allerdings ist der wohl interessantere Teil im Leistungsbetrieb das Verhalten bei den Railcom-Austastlücken (Strom gleich Null) und die Auswirkungen auf den Messbetrieb. Riecht nach zwingender Synchronisation der AD-Wandlung mit der DCC-Signalerzeugung.
Das kann man natürlich in der Software vorsehen, aber die gesamte Railcom-Austastlücke liegt bei 450µs. So schnell wird der Strom in der Regel nicht gemessen, so dass es vermutlich gar nicht auffallen wird. Bei der Schaltung halte ich mich dann an die NMRA Spezifikation, d.h. OP Verstärker, die dann die Bitfolge für den Controller liefern. Aber erstmal die Strommessung realisieren.
Gruß Tom
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bei dem guten Simulationsergebnis mit dem LTC6102 will ich das mal in Hardware aufbauen und dachte schon, das es ja doof ist, dass ich gerade bei Digikey bestellt hatte (wegen dem Minimum 50€ bzgl. Versandkosten). Da entdeckte ich den LTC6102 zufällig bei Reichelt. Gleich geordert und auch mal den Bestand an OP Verstärkern aufgestockt. Dummerweise hatte ich gestern einen Rundgang durch den Garten gemacht, so dass mein Terminplan für nächstes Wochenende feststeht.
Aber vielleicht findet sich doch noch etwas Zeit. Muss mir nur überlegen, wie ich das mit den MSOP-8 ohne Leiterplatte mache, wohl auf ein Stück Leiterplatte fixieren und dann mit Kupferlackdraht, dass beim "Drahtverhau" keine Pins abreissen. Normalerweise habe ich für die kleinen Teile auch immer fertige Leiterplatten. Wird schon gehen, ich bin gespannt, was ich dann für Werte aus dem A/D Wandler bekomme.
Am Rande: Während Digikey über 200 Typen an 1mOhm Widerständen hat, gab es bei den üblichen Distributoren in DL nur einen teuren Manganin. Ich hoffe auch, dass die beiden LTC noch in Ordnung sind, einfach lose in eine Tüte geworfen
Gruß Tom
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ich hatte mir gestern für die kleinen MSOP-8 ein paar Adapterleiterplatten für den Test bestellt, die waren dann heute Mittag auch schon da. Kleines Geld aber auch ganz miese Qualität. Die Verzinnung ist so uneben wie eine Schotterpiste, dass die kleinen Chips darauf nicht mal plan aufliegen und Zinn nehmen die auch kaum richtig an. Aber okay, für einen Versuch genügt es.
Als Beispiel mal eine Leiterplatte wie so was in Profiqualität aussieht. Okay, die Oberfläche ist zwar ENIG (sollte man bei kleinen SMD immer wählen), aber in HAL sieht das auch besser aus.
Die habe ich bei aisler.net machen lassen, mein bevorzugter Lieferant fürs Hobby. Das ist eine super Qualität zu sehr guten Preisen, kurzen Lieferzeiten und Herstellung in Deutschland.
Gruß Tom
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ich kann mit dieser Schaltung einen Erfolg vermelden:
Die CV Programmierung funktioniert damit, dass heisst der Acknowledge der Dekoder wird erkannt. Ich habe dies mit einem älteren Zimo Dekoder (interne Software 22, NMRA Hersteller 145, den genauen Typen weiß ich nicht, müsste ich nachschauen) und einem ESU LokSound 5 getestet. Dann noch mit einem älteren ESU, den genauen Typen weiß ich ebenfalls nicht, war in dem Modell schon verbaut.
Über den 1mOhm Widerstand und dem LTC6102 bekomme ich für einen Strom von 0-5A eine Spannung von 0-1.1V. Etwas Anpassung der Software wäre noch nötig, wenn auf dem Display auch der genaue Strom angezeigt werden soll. Für die ACK Erkennung ist die Genauigkeit ausreichend.
Auf das mA kommt es dabei aber nun wirklich nicht an. Vor allem nicht bei meinem Drahtverhau Somit kommt man, wie in der obigen Simulation bereits dargestellt, mit einem 1206 SMD Widerstand von 1mOhm aus, bei runden 25mW bei 5A, dann ohne Wärmeentwicklung.
Damit kann ich nun den nächsten Schritt starten, Railcom.
Gruß Tom
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prima, dass das so gut funktioniert. Ich hatte eigentlich angenommen, dass das Ziel eine Strommessung für den Booster allgemein sein soll. Wenn man nur den ACK-Impuls erkennen will, dann ist das ja eher eine Sache für den Programmierausgang und den würde ich ganz bestimmt nicht mit 5A fahren wollen. Wenn da mal beim Einbau etwas schiefgegangen ist, gibt es gleich Rauchzeichen. Mir hat die Strombegrenzung auf dem Programmierausgang schon ein paar Mal den Decoder gerettet.
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.
Zitat von topla im Beitrag #14 Ich hatte eigentlich angenommen, dass das Ziel eine Strommessung für den Booster allgemein sein soll. Wenn man nur den ACK-Impuls erkennen will, dann ist das ja eher eine Sache für den Programmierausgang und den würde ich ganz bestimmt nicht mit 5A fahren wollen.
Vielleicht mal zur Erläuterung, was ich überhaupt vor habe, nämlich den kompletten Selbstbau einer Zentrale. Ich habe bei Stummis den ganzen Thread zur Z21PG durchgewühlt, ein schönes Projekt, die Software läuft gut. Aber bei der Hardware werden Arduino Boards verwendet, W-LAN und Ethernet Boards, Spannungsregler Boards und H-Bridge ICs, die es kaum noch gibt, lange Lieferzeiten haben, bzw. abgekündigt sind oder von der Leistung her mit 3A oder 4A bereits an der Grenze laufen. Es wird mit Leistungswiderständen gearbeitet, die im Betrieb heiss werden. Die gesamte Hardware wird zusammengesteckt und ist allem in allem nicht gerade optimal, weil eben universell verwendbare Boards genutzt werden.
Ich erstelle die gesamte Hardware neu, gänzlich ohne Arduino Boards:
- H-Bridge mit MOSFET Leistungstransistoren, austauschbare Typen, da gibt es genug, geplant mit dem IPD135N03L - Gate Driver, da gibt es auch viel Auswahl, Pin kompatibel, austauschbar, geplant habe ich mit dem IR2104STRPBF - LAN auf Basis eines Wiznet Chips - das wird das einzige Modul WIZ850. - USB mit FTDI Chip - S88N / XpressNet / LN - alle Eingangsports des Controllers werden mit einer externen Schutzschaltung geschützt - 12V und 5V Spannungsregler auf Basis von Schaltreglern - Versorgungsspannung 15-24V - Leiterplatte mit allen Anschlüssen On-Board, passend für ein Alu-Profilgehäuse - allerdings nahezu vollständig SMD, weil ich nicht gerne Leiterplatten drehe
Die Strommessung ist ja nun für beides nötig, Erkennung des ACK und auch die schnelle Abschaltung im Kurzschluss oder Überstromfall. Für das Programmiergleis sind keine 5A nötig, deshalb kann die dort schon vorher wirksam werden. Ich denke gerade über 2 einstellbare Strombegrenzungen nach. Nachdem die obige Schaltung funktioniert, wäre es ein leichtes, das auch noch in Hardware zu machen und für die Abschaltung auf Portpins mit Interrupt zu gehen. Kernstück ist aber dabei die obige Schaltung. Auch ist vorstellbar, einen Standalone-Booster zu bauen, dann nicht mit dem ATMega2560, sondern mit einem z.B. ATMega88.
Das Konzept hinter den ganzen Arduino Sachen ist okay, das hat sicher viele Menschen an die Programmierung von Mikrocontrollern herangeführt. Aber damit es einfach ist, wird einiges in den Bibliotheken "versteckt". Wenn man aber eine feste Schaltung hat, sind einige Codeteile gar nicht nötig. Als Beispiel sei einfach mal der Code genannt, der hinter digitalRead und digitalWrite steckt, einen Port zu schalten ist normal ein Einzeiler, wenn dieser immer fix zugewiesen ist und keine weiteren Entscheidungen getroffen werden müssen, ob da z.B. gerade ein PWM Timer drauf läuft, auch muss da keine return Werte der Funktionen haben.
Das ganze wird selbstverständlich ein Open Source und Open Hardware Projekt und kommt, wenn der erste Prototyp läuft, bei mir auf die Website oder Gitlab. Mit allen Unterlagen, KiCad Files, Source Code usw., ich verwende auch für die Entwicklung nur Open Source Software. Ich sage aber gleich dazu, dass ich mir da keinen Zeitrahmen gesteckt habe, es ist ein Hobby, das macht man, wenn man Lust dazu hat. Und im Sommer betreibe ich auch noch mein anderes Hobby Amateurfunk, mit Antennenbau und Vereinsveranstaltungen finden dann auch wieder statt.
Langer Text, aber einfach mal zur Erläuterung ;-)
Gruß Tom
Ep. III DB 2L DCC WebsiteMastodon It's boring when it works!
Ach, auf der Basis von Philipp. Ich hatte mit ihm Kontakt wegen der WLAN-Geschichte und wollte auch mal eine ganze Zentrale daraus machen. Ist allerdings unterblieben, da Philipp selber Hardware dazu entwerfen wollte und dann ist uns für einen unschlagbaren Preis die DR5000 von Digikeijs zugelaufen, die mittlerweile zu einer YD7001 mutiert ist.
Thomas
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um mal auf die Ausgangsfrage zurückzukommen: In der DR5000/YD7001 werkelt ein MC34931 als Endstufe, Strommessung eingebaut, das Datenblatt habe ich aber nicht genauer untersucht. Bei Mouser lieferbar.
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.
Die kann nur 3A, macht also bei typisch 2x 120 mΩ rund 2,2 W. Der IC ist gut an Masseflächen auf Ober und Unterseite angebunden, es wird aber bestimmt recht kuschelig auf Grund des geschlossenen Gehäuses.
Thomas
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16.04.2023 12:57 (zuletzt bearbeitet: 16.04.2023 12:58)
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Aber schön finde ich das nicht unbedingt und andere Motortreiber in der Form habe ich bisher nicht gefunden¹. Die neueren Bauteile sind wesentlich komplexer geworden, oftmals mit SPI Schnittstelle und Funktionen, die man hier gar nicht benötigt. Entsprechend ist auch der Preis.
Somit kommt man, wie in der obigen Simulation bereits dargestellt, mit einem 
