Jump to content

    
Sign in to follow this  
Anri777

ЖД макет. Часть 1. Схема блока питания ЖД-декодера.

Recommended Posts

Добрый день.

 

Есть много форумов, посвященных моделированию ЖД. Проблема в том, что сейчас все управление переводится на цифровое, а среди моделистов профессиональных электронщиков мало.

 

Поэтому у меня есть несколько конкретных вопросов, которые хотелось бы задать именно на этом форуме, где находятся профессионалы-электронщики.

 

 

Итак... Начнем с самого начала. Дано: макет ЖД в виде рельсового полотна под управлением "цифры", т.н. DCC. Если кратко, то это что-то вроде ШИМ сигнала с амплитудой +- 18 вольт. Т.е. переменный ток, только не по синусоиде а четкими прямоугольными импульсами. Чуть подробнее тут www.oscale.net/en/dcc.

 

Для автоматизации различных элементов используются т.н. аксессуарные декодеры. Вот о них и хочется поговорить.

 

Первая часть любого подобного устройства - схема питания. Питание берется по традиции с рельс, преобразовывая тот самый цифровой сигнал. Питать будем микроконтроллер. Без разницы какой... Надо получить стабильные 5В.

 

Типовая схема во вложении. При проектировании и изготовлении особое внимание делается на максимальную миниатюризацию. Желательно подобрать параметры схемы так, чтобы она занимала как можно меньше места.

 

Вопросы:

1) В качестве диодного моста используются диоды Шотки. Например 15MQ040. Сушествуют ли бюджетные мосты-сборки, чтобы не вставлять четыре отдельных корпуса? Или не заморачиваться?

2) В качестве стабилизатора питания выступает LM78L05. Есть ли разница, в каком корпусе брать элемент? Вопрос не праздный, учитывая то, что потенциально элемент может сильно греться.

3) В приложенной схеме использовано 4 конденсатора. Я так понимаю - для устранения помех по питанию. В то же время, в других источниках оставляют только два конденсатора. Насколько в данной схеме оправдано применение 4-х конденсаторов и можно ли их число сократить? Что думаете по номиналам конденсаторов? Можно ли подобрать номиналы электролитов так, чтобы реально детали занимали как можно меньше места? Посоветуйте.

 

Заранее спасибо.

 

Андрей.

post-61672-1294828110_thumb.png

Edited by Anri777

Share this post


Link to post
Share on other sites

Ну раз там стоит 78L05, то до 100мА. (0.5Вт все устройство)

Решение простое, но очень неэффективное в смысле энергетики. КПД процентов 25-30...

С2,С3 можно заменить керамикой в 1 мкФ. А вот С1... если там не синус, а таки прямоугольник, то можно намного меньше емкость. Только ток нужно ограничить, а то и малая емкость все полезные сигналы на шине подавит (я по ссылке не смог понять какова частота этого биполярного кода).

Диоды Шоттки - тут баловство, ничем не оправдано их применение, можно простой SMD мостик.

Где этот Транссиб строится? Если бы на Украине - наклепал бы вам этих игрушек и им подобных на всю старшую группу. Если только это не два любителя на весь континент. :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Уважаемый XVR!

 

Помогите мне ответить на Ваш вопрос. Я не знаю, как правильно посчитать.

 

Если отталкиваться от стрелочного декодера, то в качестве нагрузки выступают

а) сама схема декодера

б) какое-то количество светодиодов, подключенных, впрочем, непосредственно к выводам МК

в) микросервомашинка или соленоид для перевода стрелки.

 

Сколько все это будет потреблять я не знаю. Думаю, что в "пике" не более 1А. Это когда одновременно срабатывает соленоид и горят огни светофоров. Самих светофоров стандартно три, причем исходим из того, что на каждом по 3 светодиода.

 

Если в качестве "ядра" брать плату ардуино, то я так и не нашел, сколько она потребляет. Вот ссылка на описание платы. Кстати, в описании есть один интересный момент:

Arduino Nano может получать питание через подключение Mini-B USB, или от нерегулируемого 6-20 В (вывод 30), или регулируемого 5 В (вывод 27), внешнего источника питания. Автоматически выбирается источник с самым высоким напряжением.

 

Судя по схеме, если использовать эту плату, то блок питания можно упростить до диодного моста с 1-2-мя конденсаторами?

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Если USB, то сразу ограничение 500 мА. Большее ограничение - это контроллер мега. Вроде максимум 200 мА по пинам питания. В работе на 16 МГц, без подключенной нагрузки это устройство явно не потребляет более 15 мА. Потребление Меги зависит от режима и частоты, ток можно обнаружить в даташите

Share this post


Link to post
Share on other sites
Питание берется по традиции с рельс.

 

Не знаю, что у вас там за рельсы, но у меня в детстве была модель ЖД PICO. Там был локомотив на 12В, питалось все это от батареек. Так вот, при движении локомотива по рельсам, естественно, кратковременно нарушался контакт м/у рельсами и колесами. Тяговый двигатель - индуктивная нагрузка, посему по пальцам, держащим провода на клеммах батарейки, в такие моменты лупило очень неслабо. На двигателе был смонтирован искрогасящий конденсатор, но все равно выбросы очень чувствовались. Так вот, этот ваш блок питания и вся электроника проработают до первого такого выброса. И диод для его гашения тут не годится, поскольку провода к клеммам могут быть подсоединены как угодно (а вдруг захочется двигаться не вперед, а назад). Вот о чем надо думать в первую очередь ...

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если USB, то сразу ограничение 500 мА. Большее ограничение - это контроллер мега. Вроде максимум 200 мА по пинам питания. В работе на 16 МГц, без подключенной нагрузки это устройство явно не потребляет более 15 мА. Потребление Меги зависит от режима и частоты, ток можно обнаружить в даташите

 

USB только для программирования контроллера. Потом автономное питание от рельс и никакой связи с компом. Просто мне понравилась платка - отличный готовый под любую задачу модуль.

 

Ну раз там стоит 78L05, то до 100мА. (0.5Вт все устройство)

Решение простое, но очень неэффективное в смысле энергетики. КПД процентов 25-30...

С2,С3 можно заменить керамикой в 1 мкФ. А вот С1... если там не синус, а таки прямоугольник, то можно намного меньше емкость. Только ток нужно ограничить, а то и малая емкость все полезные сигналы на шине подавит (я по ссылке не смог понять какова частота этого биполярного кода).

Диоды Шоттки - тут баловство, ничем не оправдано их применение, можно простой SMD мостик.

Где этот Транссиб строится? Если бы на Украине - наклепал бы вам этих игрушек и им подобных на всю старшую группу. Если только это не два любителя на весь континент. :)

 

К сожалению, не все так просто. Дело в том, что я начал очень издалека, поэтому все и кажется таким простым.

 

Вот дополнительная информация о DCC .

 

Диоды Шотки применяются в силу относительной высокочастотности сигнала.

 

Что касается Трансиба, то DCC - общемировой стандарт цифрового управления сейчас... 8-) Поэтому хочешь или нет, но отталкиваться только от него. Сначала блок питания. Потом сам декодер. Затем исполнительные устройства...

Share this post


Link to post
Share on other sites
Если отталкиваться от стрелочного декодера, то в качестве нагрузки выступают

а) сама схема декодера

Это копейки (по сравнению с остальным)

б) какое-то количество светодиодов, подключенных, впрочем, непосредственно к выводам МК
Это уже что то. Если брать по 20ма на светодиод, то получится ~180ма (3 светофора по 3 светодиода)

в) микросервомашинка или соленоид для перевода стрелки.
А вот это и определит энергопотребление.

Сколько все это будет потреблять я не знаю. Думаю, что в "пике" не более 1А.
Ок, 1А. Падение на стабилизаторе - 18-5=13В, на 1А - 13Ватт. Он у вас испарится :wacko: Нужно отделять питание соленоида, тогда будет ~4W (возьмем 100ма на остальную электронику). Испарится, хотя и не сразу :rolleyes: Вам нужен импульсный источник питания. Или отделять ВСЮ более менее потребляющую нагрузку и запитывать ее без стабилизатора (все тепло бкдет рассеиваться на гасящих резисторах)

Если в качестве "ядра" брать плату ардуино, то я так и не нашел, сколько она потребляет.
Там по сути одна ATMega, т.ч. он потребляет ровно столько, сколько потребляет ATMega (это в DS на ATMegу)

 

Судя по схеме, если использовать эту плату, то блок питания можно упростить до диодного моста с 1-2-мя конденсаторами?
Суньте ее сразу в розетку, что бы не мучилась :cranky: Там стоит тот же 78L05, и он так же испарится от 1А нагрузки

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Не знаю, что у вас там за рельсы, но у меня в детстве была модель ЖД PICO. Там был локомотив на 12В, питалось все это от батареек. Так вот, при движении локомотива по рельсам, естественно, кратковременно нарушался контакт м/у рельсами и колесами. Тяговый двигатель - индуктивная нагрузка, посему по пальцам, держащим провода на клеммах батарейки, в такие моменты лупило очень неслабо. На двигателе был смонтирован искрогасящий конденсатор, но все равно выбросы очень чувствовались. Так вот, этот ваш блок питания и вся электроника проработают до первого такого выброса. И диод для его гашения тут не годится, поскольку провода к клеммам могут быть подсоединены как угодно (а вдруг захочется двигаться не вперед, а назад). Вот о чем надо думать в первую очередь ...

 

Извините, если что не так скажу (не хочу обидеть), но вы очень давно не интересовались текущим состоянием дел в ЖД моделизме. Сейчас используется цифровое управление локомотивами и стрелками. Самому локомотиву все равно куда ехать - он получает команды от пульта управления в цифровом виде. При этом, по одним и тем же рельсам может ездить хоть десять составов и каждым можно управлять индивидуально - направление, скорость и т.д. Локомотивы по ходу движения включают белые прожектора и фары, сзади красный фонарик, работает освещение в вагонах и кабинах машиниста. Особо продвинутые модели сами поднимают-опускают пантографы на крыше и открывают-закрывают двери вагонов.

 

Все в цифре. Изменились двигатели и схемы управления ими. Ну и т.д. Рассказывать могу долго. 8-) И что характерно, в каждом локомотиве, в каждом вагоне (к примеру пассажирском, чтобы свет включить) стоит декодер на МК и все работает. Не сгорает.

 

Это копейки (по сравнению с остальным)

Это уже что то. Если брать по 20ма на светодиод, то получится ~180ма (3 светофора по 3 светодиода)

А вот это и определит энергопотребление.

Ок, 1А. Падение на стабилизаторе - 18-5=13В, на 1А - 13Ватт. Он у вас испарится :wacko: Нужно отделять питание соленоида, тогда будет ~4W (возьмем 100ма на остальную электронику). Испарится, хотя и не сразу :rolleyes: Вам нужен импульсный источник питания. Или отделять ВСЮ более менее потребляющую нагрузку и запитывать ее без стабилизатора (все тепло бкдет рассеиваться на гасящих резисторах)

Там по сути одна ATMega, т.ч. он потребляет ровно столько, сколько потребляет ATMega (это в DS на ATMegу)

 

Суньте ее сразу в розетку, что бы не мучилась :cranky: Там стоит тот же 78L05, и он так же испарится от 1А нагрузки

 

Хорошо. Вот схема абстрактного аксессуарного декодера. Он собран на другом МК, но за основу взять можно.

 

Тогда получаем, что энергию для исполнительных устройств берем сразу после диодного моста, так? А через 78L05 пускаем только то, что надо для питания самого МК?

post-61672-1294851794_thumb.jpg

Share this post


Link to post
Share on other sites
Извините, если что не так скажу (не хочу обидеть), но вы очень давно не интересовались текущим состоянием дел в ЖД моделизме.

 

 

Чистая правда, это было более четверти века назад :) Та дорога до сих пор лежит в кладовке. Я и не говорю, что я спец в моделизме. Но высказать свое предупреждение просто обязан. Мало ли что ...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Anri777 Неужели на современной РЖД повсеместно АВРки? Так вот куда они все делись.

Посмотрите на тот МК, который "работает в каждом локомотиве". На основе чего он сделал и как питается. Его разработчик прошел ваш путь, возможно это сократит вам разаработку.

Я не понял как идёт сигнал? В реальной дороге. Между рельсами?

 

Share this post


Link to post
Share on other sites
Тогда получаем, что энергию для исполнительных устройств берем сразу после диодного моста, так? А через 78L05 пускаем только то, что надо для питания самого МК?
Именно так

 

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Вопрос по схеме (сообщение №9). Какие габариты есть сейчас и какие хочется? Сколько и каких каналов управления нужно? Если управлять только светом в вагоне (т.е. это 1 малопотребляющий канал) - то можно очень миниатюрно. А вообще действительно интересно глянуть осциллографом что делается на рельсах во время движения поезда (в смысле амплитуды выбросов и их длительности, если таковые будут, а они наверняка будут). Может имеет смысл делать несколько разных? Там, где мощьная нагрузка целесообразно применить импульсный стабилизатор. Чтобы запрограммировать МК нужно знать формат команд. Он где-то есть?

Edited by skyled

Share this post


Link to post
Share on other sites
А как задается код (адрес) конкретного паровозика?

Идея "поезда смерти" уже витает в воздухе.

Да. Как с защитой этой системы?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Join the conversation

You can post now and register later. If you have an account, sign in now to post with your account.

Guest
Reply to this topic...

×   Pasted as rich text.   Paste as plain text instead

  Only 75 emoji are allowed.

×   Your link has been automatically embedded.   Display as a link instead

×   Your previous content has been restored.   Clear editor

×   You cannot paste images directly. Upload or insert images from URL.

Sign in to follow this