Schaltungsverbesserungen - Eure Meinung !

[Pierre A. (albatrosxl)]

Hallo,

ich habe die folgende Schaltung entwickelt, um für M-Märklin Eisenbahnen 
die Weichen- und Signalansteuerung zu Verbessern. Die Schaltung macht 
aus einem Dauer/Lang-AC-Signal ein zeitlich begrenztes AC-Signal.

Ich hätte gerne Eure Rückmeldung, zu folgenden 2 Fragen (markiert im 
Schaltplan - fokusiert auf den A-Kanal / oberen Bereich).

1. Aus mir noch nicht ersichtlichen Gründen zerschiesst es mir 
sporadisch die Dioden D1-D4. Original hatte ich 1N4148 Dioden drin, 
welche den Strom von 300mA aushalten sollten und bzgl. Rückwärtsspannung 
stabil genug sind.
Ich habe diese jetzt durch 1N4002 ersetzt. Habe ich eine "Rückkopplung 
aus dem AC-Kreis übersehen?
Würde ein zusätzliche Sicherung wie ein PPTC oder PTC Sinn machen? (Geht 
das überhaupt bei AC ?)

2. Das Relais wird derzeit über die von der Zenerdiode stabilisierte 
Spannung versorgt. Vorteil - Am Relais liegt eine definierte Spannung 
an. Nachteil -  die Zenerdiode muss auch den "Strom" liefern (respektive 
ableiten, wenn die Schaltung dahinter "off" ist)
Würded Ihr eine direkte Anbindung des Relais an den Knoten A_K1 
bevorzugen, dann könnte die ZenerSpannungsstabilisierung wesentlich 
schmaler ausfallen. Nachteil - die AC-Eingangsspannung schwankt abhängig 
von der Belastung des Trafos ...(und das Relais, erlaub eine 
Spannungsschwankung von ungefähr 3-6V)

Vorab vielen Dank für eure Rückmeldungen

[Karl B. (gustav)]

Hi,
der Plan ist unvollständig.
Wie sieht es vor J1 aus. Wieviel Wechselspannungen, von welcher 
Trafowicklung, wie hoch die Spannung etc.
Und wie an den anderen outlets.
Sieht nämlich eher so aus, als ob da ein irgendwo Kurzschluss vorläge.

ciao
gustav

[Gerald K. (geku)]

Ich würde ein Relais auswählen welches ohne Vorwiderstände dirkt am 
Brückengleichrichter betrieben werden kann.

Bezüglich Brückengleichrichterschaltung würde ich folgende Unterlage 
studieren:

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1807181.htm

Wie sieht die Impedanz der AC-Quelle aus?

Welcher maximale Ladestromstoß kann beim Laden C1 auftreten?

Die Stromspitze sollte unter 30A sein. Das tut auch C1 gut.

Spezifikation C1?

[Pierre A. (albatrosxl)]

Hallo,

anbei ein Blockschaltbild - in welcher die "linke" Seite / Input-Quelle 
dargestellt ist.

Bzgl. Impedanz zum Trafo kann ich leider nicht viel sagen.
Der max. Strom ist 1.5A laut Trafo. Gemessen habe ich aber kurzfristig 
(einmalig) viel mehr als 1,5A erfasst (8,5A; mit einem Ampermeter 
welches die Spitzenströme on hold misst....wie gut dieser Messwert ist, 
kann ich (noch) nicht beurteilen...)

C1 hatte ich jenen ausgewählt:
https://www.reichelt.de/elko-radial-47-f-50-v-105-low-esr-6-3x11-2-mm-rm-2-5-fr-a-47u-50-p200269.html?CCOUNTRY=445&LANGUAGE=de&nbc=1&&r=1

Meine Überlegungen:
Das Relais benötigt ca. 40mA (5V / 125 Ohm Spulenwiderstand)
Die "restliche Schaltung" sollte mit 5-10mA auskommen.
Gesamtstrom = 50mA

Gegenprüfung für die Zenerdiod:
PZ = 1,3 W bei UZ = 10V => Izmax = 130mA
IZmin = 13mA
=> IZaverage = 50mA (sollte funzen)

Wenn der Trafo "belastet ist", gilt lt. Märklin VACout = 18VAC.
VAC = 18V*Wurzel2 = 25,5 V
=> Ergo müssen an R1 ungefähr 16V abfallen -> R1=320 Ohm...

Bei unbelastetem Trafo finde ich nur ungefähr Daten ....Da ist mal die 
Rede von 24VAC +/- 5% Netzschwankung...

[Gerald K. (geku)]

Wie hoch sind die ohmschen Widerstände der Sekundär- und der 
Primärwicklung des Märklintrafos?

Der Quellwiderstand ist ungefähr Rq = Rs + Rp/(230/24)²

Der Spitzstrom ist kleiner als 24V * 1,41 / Rq

[Pierre A. (albatrosxl)]

hmm...jetzt komm ich ins schwimmen... da ich den Trafo nicht öffnen 
kann...
Wie mess ich das ?

Bei einer reinen Widerstandsmessung mit meinem Multimeter kommen 
folgende Werte raus, die ich nicht glauben mag:
Primär: 85 Ohm (gemessen am Netzstecker)
Sec: 1 Ohm (gemessen an den Ausgangsbuchsen)

Gemäß der Formel oben käme dann ein max. Strom von 16 Ampere raus ...
Rq=1.925 Ohm.

[Gerald K. (geku)]

Messung Netzstecker und Ausgangsbuchsen ist ok!

Wenn Primärwicklung und Sekundärwicklung gut gekoppelt sind, das ist der 
Trafo nicht kurzschlußfest. Dann müßte im Märklintrafo eine 
Primärsicherung eingebaut sein.

Für einen guten Trafo sind die Werte plausibel. 16A Spitzenstrom sollten 
fürs Laden des 47μF Elko sollten für die 1N4002 kein Problem sein.

Ein 1N4148 ist für diesen Spitzenstrom nicht geeignet 
(=Kleinsignaldiode)

[Michael B. (laberkopp)]

Pierre A. schrieb:
> Aus mir noch nicht ersichtlichen Gründen zerschiesst es mir
> sporadisch die Dioden D1-D4.

Wenn das Steuersignal eingeschaltet wird, muss erst der Elko geladen 
werden, das benötigt mehr als das was die 1N4148 aushält. Statt PPTC 
(die eh zu langsam sind) würde ein Widerstand dort ausreichen.

Pierre A. schrieb:
> ich habe die folgende Schaltung entwickelt, um für M-Märklin Eisenbahnen
> die Weichen- und Signalansteuerung zu Verbessern.

Halbwegs aktuelle Märklin Weichen und Signale schalten die Spule ab wenn 
sie die Endstellung erreicht haben. Deine Schaltung kann also höchstens 
für antiquarisches Zeug sein. Die wurden manuell über Taster betätigt, 
oder über nachgerüstete Decoder, beide geben sowieso nur Spulenstrom so 
lange aus, wie man die Taste drückt.

Es muss also eine reichlich verquere Verwendung sein, vielleicht 
nict-digitale Ansteuerung per Schaltkontaktgleis oder so was 
hingepfuschtes.

1. analoge Eisenbahnsteuerung ist fast immer die teuerste Lösung wenn 
man 'Features' haben will die nicht vorgesehen sind. Daher wurde 
Digitalbetrieb ja erfunden, weil die Leute sich das analoge nicht mehr 
leisten wollten. Digital mag zu Beginn teurer erscheinen, entwickelt 
sich dann aber zum Kostensparer.

2. Deine Schaltung ist extrem aufwändig und baulich gross. Ich würde ja 
eine Lösung mit TRIACs vorziehen. Wenn der anderer Spulenkontakt immer 
'offen=nicht angeschlossen' ist wenn der eine betätigt wird, dann reicht 
sogar 1 TRIAC wie Z0105. Man erzeiugt dann mit 1 Diode pro Anschluss und 
1 Elko für beide zusammen eine Betriebsspannung, regelt ggf. runter. Die 
Steuerschaltung (bei Strom erst ein, dann nach 1/2 Sekunde aus) kann man 
mit mehreren Bauteilen analog aufbauen, oder klugerweise mit einem 
winzigen uC a la ATtiny5/PTB150CSE.

Also 2 1N4148, 1 Elko, 1 Spannungsregler, ein uC, 3 Vorwiderstände, 1 
OptoTRIAC wäre alles was nötig ist.

[Horst (Gast)]

Michael B. schrieb:
> Pierre A. schrieb:
>> Aus mir noch nicht ersichtlichen Gründen zerschiesst es mir
>> sporadisch die Dioden D1-D4.
>
> Wenn das Steuersignal eingeschaltet wird, muss erst der Elko geladen
> werden, das benötigt mehr als das was die 1N4148 aushält. Statt PPTC
> (die eh zu langsam sind) würde ein Widerstand dort ausreichen.

Und dieser Spitzenstrom muss bei dem aktuellen Ansatz auch durch den 
Taster, der das "Steuersignal" anlegt. Dieser Taster wird sich durch 
eine Verringerung seiner Lebensdauer bedanken.

[Pierre A. (albatrosxl)]

Hi,

vielen vielen Dank für die Rückmeldungen !
Hab mal wieder was dazu gelernt ! (Trafo und Dimensionierung ...)

Kurze Rückmeldung zu:
Michael B. schrieb:
> Deine Schaltung kann also höchstens
> für antiquarisches Zeug sein. Die wurden manuell über Taster betätigt,
> oder über nachgerüstete Decoder, beide geben sowieso nur Spulenstrom so
> lange aus, wie man die Taste drückt.

JAP - Das ist korrekt - ist voll analog. Die Anwendung für die 
Beschaltung ist das sogenannte Kontaktgleis. Befährt ein Zug dieses 
spezielle Gleisstück, dann kann dieses wie ein "Schalter fungieren". Es 
wird vor allem für das Schalten von Signalen und Weichen genutzt.
Nachteil: Bleibt der Zug oder Wagon darauf stehen, erhalten die Spulen 
einen Dauerstrom ....den sie theorethisch abkönnen ...aber das dient 
nicht zur Lebenszeitverlängerung

Die Anregungen mit dem Triac nehm ich auf und werde mal eine Variante 
entwickeln. µCtrl wurde im "Auftrag" ausgeschlossen. Es sollte alles mit 
konventionellen Bauteilen, die möglichst noch lange auf dem Markt 
verfügbar sind, realisiert werden.

[Pierre A. (albatrosxl)]

@Horst & Michael.B:
Danke für die Anregung.. mit dem Widerstand.

Ich würde also einen Wiederstand in den Zweig A_K1 einlegen (siehe 
angehängtes Bild).
Wie dimensionier ich den ?

Meine Hirnverrenkung geht dahin:
Wenn ich den Strom - sagen wir - auf 100mA begrenzen will, dann müsste 
ich
Rx = 1.41*24V / 0.1A = ~330 Ohm reinlegen.

PRx = 1*141*24*0,1 => ~3,4 Watt !!

Ist das richtig ? Und kann ich den mit 0,5W dimensionieren, weil ja
nur wenige "Millisekunden" C1 "kurzgeschlossen" ist ?

[Karl B. (gustav)]

Hi,
würde mir eher Sorgen machen um die Zenerdiode (X3).
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/1012151.htm

ciao
gustav

[Pierre A. (albatrosxl)]

Hallo,

Zitat: würde mir eher Sorgen machen um die Zenerdiode (X3).

Vielen Dank für den Hinweis ....
Die Berechnungsgrundlage war genau diese Seite :-)

Ptot = 1,3W und UZ = 10V -> IZmax von 130mA.
Gemäß Datenblatt kann die Zenerdiode aber nur IMax 105mA.

Daraus folgerte ich eben:
IZmin = 10mA (= 0,1 * IZmax)
IZ = IZmin + IRelais = 10mA + 40mA = 50mA

Der Puffer ist also ungefähr Faktor 2.

Ist das zu wenig ? Hab ich etwas übersehen ? Hab ich was falsch 
interpretiert ? Muss ich den Pufferbereich vergrößern ?

bei unbelastetem Trafo:
Rv = (24*1,41V - Uz(10V) ) / 50mA = 470 Ohm
bei belastetem Trafo:
Rz = (18*1.41 - 10)V/50mA = 307 Ohm.

Wenn ich jetzt R13 = 100 Ohm (im voerherigen Post) - und Rvz = 330 Ohm 
besetzte, müsste doch die Dimensionierung stimmen - oder ?