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Thema: ? zu Innenbeleuchtung "1:160 Forum->Elektrik"
MiniTrixEinsteiger - 03.12.08 19:25

Hallo an alle Elektronikexperten!

Ich habe die Innenbeleuchtung nachgebaut, wie sie hier unter
http://www.1zu160.net/elektrik/innenbeleuchtung.php
zu finden ist.

Dabei nutze ich folgende Abwandlung:
1.) Der 10uF Kondensator nach dem Gleichrichter entfällt.
2.) Es wird die alternative Ladeschaltung verwendet, d.h. ich verwende die "Querdiode":
http://www.1zu160.net/elektrik/images/innenbeleuchtung-8.gif
3.) Der "Helligkeitswiderstand", der in der Vorlage mit max. 50 Ohm angegeben ist, ist bei mir sehr hoch, den genauen Wert finde ich leider gerade nicht. Jedenfalls >>200Ohm.
4.) Da ich weiße LED`s (Osram Topled LW T67C) benutze, sind 6 LED`s parallel mit einem Vorwiderstand von jeweils 499 Ohm geschaltet. (Also je ein Widerstand für je eine LED).

Durch die LED`s fließt jeweils ein Strom von ca. 1,1mA, durch Spannungsmessung am 499Ohm Widerstand bestimmt. An der LED liegen ungefähr 2,64V. Es wird ein GoldCap verwendet.

Jetzt mein Problem:
Bei "Stromausfall" sieht man trotz des GoldCaps ein leichtes Flackern. Messungen haben ergeben, dass an der "Querdiode" bei der alternativen Ladeschaltung eine Spannung von knapp 0,62V abfällt. Entlädt sich der Kondensator, fällt an der "Entladediode" eine Spannung von ca. 0,58V ab. (Messung mit 5€ Messgerät, aber reproduzierbar).
An den LED`s wird im Normalfall eine Spannung von 2,64V gemessen, wenn der Kondensator übernommen hat, nur 2,6V. Also genau der Unterschied von 0,04V, der sich durch die unterschiedlichen Diodenspannungen (vermutlich durch Bauteiltoleranzen) ergeben (plus der Tatsache, dass der Kondensator nicht zu 100% auf die angelegte Spannung aus Baugruppe 2 aufgeladen werden kann.)

Ich vermute, dass dieser kleine Spannungsunterschied für das Flackern verantwortlich ist. Jetzt meine Frage:
Wie kann ich dieses leichte, aber doch merkbare und störende Flackern unterdrücken?

Ein erster Ansatz von mir wäre es, nach der Baugruppe 3 einen Spannungsregler LM 317 zu schalten, der eine so niedrige Spannung vorgibt, dass auf die Vorwiderstände verzichtet werden kann, d.h. er wird direkt auf die ca. 2,6V der LED`s eingestellt. Ist dies praktikabel? Nachteile?

Eine andere Idee wäre, einen ganz neuen Schaltungsansatz zu probieren, nämlich eine Stromquellenschaltung, entweder per FET oder per Transistor.
Z.B.: http://atw.huebsch.at/elektronik/stromquelle.htm  oder
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210253.htm

Und damit einen Strom von 1,1mA einprägen. Allerdings kann ich dann keine 6 LED`s in Reihe schalten. Kann man bei der Stromquellenschaltung z.B. drei LED's in Reihe und einen zweiten Strang mit drei LED`s parallel dazu an die gleiche Stromquellenschaltung hängen, oder müsste ich eine zweite aufbauen?

Welche Möglichkeiten und Alternativen böten sich dazu an?
Was wäre hierbei zu beachten?
Oder gibt es noch andere Schaltungen mit 100% Flackerschutz?

Ich hoffe, meinem nicht ganz so einfach zu lesenden Thread können doch einige folgen!

Der MiniTrixEinsteiger


Ein Kondensator ist wesentlich ein Strompuffer. Wenn mann die Strom begrenzt braucht mann eine kleinere Kondensator.

Es ist darum Wesentlich besser die LED's in eine Reihe zu schalten. Statt 6 x 1.1 mA = 6.6 mA braucht mann nur 1.1 mA. Mann brauch eine 6x kleinere Kondensator für dieselbe Flackerschutz .
Die Kondensator in Baugruppe 1 ist die Strompuffer. So gross wie möglich wählen.

Die Vorwiderstand einer LED ist nur eine Strombegrenzung. Bei eine Reihe Schaltung wird die Widerstand kleiner.

Wenn mann Digital fährt braucht mann keine Stabilisierung der Spannung. Das is nur für Analog Betrieb. Die Spannung beim Digitalbetrieb ist schon Stabiel.

Digital bracht mann nur Baugruppe 1(Gleichrichter und Kondensator), ein Vorwiderstand und eine Reihe Schaltung von LED's.

Hallo MinitrixEinsteiger,

den LM317 kann man auch als "Stromquelle" beschalten. Hat aber den Nachteil, dass die Eingangsspannung ca. 2 Volt höher als die LED-Spannung sein muss! Bei Betrieb mit einem Goldcap (max. 5,5V) bleibt da für die LED nicht mehr viel übrig

Hier wäre ein Versuch mit einer Transistor-Stromquelle vermutlich erfolgreicher.

Frage: Wie lange leuchten deine LED's ohne Gleisspannung nach? Fährst du analog oder digital?

schöne Grüsse aus Vorarlberg, Gernot

Hallo,

der Nennstrom dieser LEDs liegt bei 20 mA. Die Spannung bei 3,6 V.
Bist du dir sicher, dass die LEDs bei 1,1 mA leuchten ?

Hallo MiniTrixEinsteiger,

der Schaltung fehlt in der Tat eine Stromquelle. Ich habe das Problem mittels der unter
http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210253.htm erwähnten Ansteuerung des Schalttransistors gelöst:

Ein 680 Ohm Emitter-Widerstand sorgt für 2-3 mA Strom durch die LED.
Deine 470 Ohm-Widerstände können dann entfallen.

Beim Einsatz eines Goldcaps müssen weiße LEDs sowieso parallel geschaltet werden, da man auch noch Spannungsreserve benötigt (2*2,64V abzüglich Spannungsabfall am Transistor sind bereits 5,5V, d.h. es existiert überhaupt keine Spannungsreserve).

Gruß
Burkhard

Hallo an alle, die meinen komplizierten Thread gelesen und verstanden haben!

@1: Prinzipiell ist es richtig, das man die Spannungsquelle nicht unbedingt braucht. Um allerdings einen GoldCap verwenden zu können, muss die Spannung auf 5,5V begrenzt werden.

@2:Den LM317 kann man als Stromquelle beschalten? Ich dachte, das wäre ein Spannungsregler? Hättest Du dafür gerade eine Schaltung parat?
(Habe gerade eine gefunden: http://www.led-treiber.de/html/lineare_treiber.html#LM317 )
Was die Spannungshöhe angeht, hätte ich da keine Probleme: 2,6V der LED plus 2V=4,6V, also immer noch unter 5,5V. Könnte daher theoretisch funktionieren.

Zu Deinen Fragen: Ich fahre digital und die LED`s leuchten lange nach, sehr lange. Vom Gefühl her würde ich sagen, es vergehen mehrere Minuten bis sie komplett dunkel sind.

@3: Ich weiß, ich war selber überrascht, als ich ein Poti dazwischengebaut habe, um die Helligkeit zu dimmen. Eine Spannungsmessung über die LED (nur die LED, nicht über den Vorwid.) ergibt knapp 2,6/2,7V. Eine Spannungsmessung über meinen Vorwiderstand von 499Ohm ergibt 0,549V, d.h. einen Strom von 1,1mA.
Alle Werte mit meinem 5€ Meßgerät bestimmt.

@4: Du hast dann also Baugruppe 2, die Spannungsquelle, durch eine Stromquelle ersetzt. Richtig? Die Schaltung aus Deinem Link würde dann so integriert werden: Ub wäre die Spannung aus dem Gleichrichter (Baugruppe 1), Rc gibt es logischerweise nicht, denn da würden meine LED`s in Reihe geschaltet werden, und Re wäre knapp 680 Ohm, Rv wie angegeben 10kOhm.

Meine Frage dazu wäre jetzt:
Anstelle von Rc schließe ich meine LED`s an, ohne Vorwiderstand, aber wie? In Reihe, wie viele maximal? Oder parallel?
Und wie würde ich einen GoldCap integrieren können? Dafür müsste ich ja erst wieder die Spannung auf 5,5V begrenzen. Oder würde es ein herkömmlicher Elko auch tun?

Könntest Du vielleicht den Schaltplan Deiner Innenbeleuchtung einstellen? Deinen Bericht über den DIY-Funktionsdekoder habe ich mit Interesse gelesen (auch wenn ich das wahrscheinlich in Ermangelung der eigenen Möglichkeiten nicht nachbauen kann)!

Der MiniTrixEinsteiger

@5 MiniTrixEinsteiger

Nein, ich habe die Baugruppe 5, den Schalttransistor, als Stromquelle beschaltet.

Den Schaltplan habe ich leider nicht in einem vernüftigen Format vorliegen, er entspricht aber demjenigen unter http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0210253.htm .
Die LEDs müssen (als R_C) parallel geschaltet werden. Der von mir angegebene Wert von 330 Ohm für R_E ergibt einen Gesamtstrom vom 3mA, d.h. der Widerstand muss für mehrere LEDs verringert werden (100 Ohm ergeben 10mA für 5-6 LEDs). Hier ist aber Ausprobieren angesagt !

Ich habe einmal zwei Simulationsgrafiken angehängt, die den unterschiedlichen Stromverlauf mit und ohne Stromquelle zeigen. Das Ganze wurde zwar mit 16V-Elkos und jeweils 3 in Reihe geschalteten LEDs simuliert, für Goldcaps ergibt sich aber prinzipiell dieselbe Verbesserung in Form eines zunächst konstanten Stroms.

Die Zeitdauer, die dieser Strom konstant gehalten werden kann, hängt - neben der Kapazität natürlich - von der Spannungsreserve ab, also der Differenz zwischen der GoldCap-Spannung und der LED-Durchlass-Spannung. Das ist der Grund, warum sich weiße LEDs nur parallel an GoldCaps betreiben lassen.

Viele Grüße
Burkhard

Edit: weitere Erkläuterungen und Bilder eingefügt.

Die von Burkhard zu diesem Beitrag angefügten Bilder können nur von registrierten Usern gesehen werden - Login




Hallo MinitrixEinsteiger

habe noch einen Link für die Stromquelle mit LM317 - sehr einfach gehalten:
http://www.christian-luetgens.de/eisenbahn/elektronik/Elektronik.htm

Ist zwar eine Seite eines "Pickelbahners" aber die Elektronik ist ja "Spurunabhängig"

Schönen Tag noch,
lg Gernot

@7

Sorry, Gernot,

aber Dein Link bezieht sich auf Schaltungen mit Kondensatoren, die eine höhere Spannung vertragen als die GoldCaps mit 5,5 V und ist nicht auf den geforderten Anwendungsfall übertragbar.

Grund: selbst wenn man die LEDs parallel schaltet, werden 2,6 V Spannungsabfall an der Diode plus 1,25 V Spannungsabfall am Adjust-Widerstand benötigt, das ergibt schon 3,85 V. Die Eingangsspannung des Spannungsreglers soll aber 2-3 V höher als die Ausgangsspannung sein (die Spannungsreserve nicht mit eingerechnet) - es wird also nicht funktionieren.

Mit anderen Worten: die Schaltung ist sinnvoll und durchdacht, aber nur für höhere Spannungen geeignet.

Viele Grüße
Burkhard

@8 Burkhard,

da hast du vollkommen recht! War als Beispiel für eine Stromquelle mit LM317 gedacht.

Ich Frage mich nur, warum MinitrixEinsteiger einen GoldCap anstatt "normale Elkos" verwendet, da er sowieso digital fährt! Da liegt doch eine wesentlich höhere Spannung am Gleis die für den LM317 sicherlich ausreichend ist. Bitte korrigiere mich wenn ich falsch liege, fahre selber analog und da ist ein GoldCap schon eine "feine Sache".

lg Gernot
der meint, es führen viele Wege zum Ziel

Hallo Burkhard und Gedu! und all die anderen

Jetzt habe ich Dich, Burkhard, wohl richtig verstanden. Baugruppe 5 ist gemäß Deines Links als Stromquelle verschaltet und nicht wie im Originalplan als "Schalter". Da ich eh nicht schalte, habe ich Gruppe 5 daher im Moment weggelassen.
D.h. also es muss aus der Baugruppe eine Stromquelle gemacht werden, die die LED`s versorgt: Gleichrichtung, Spannungsquelle/Begrenzung auf 5,5V, Goldcap, und dann die Stromquelle.
Welchen Transistor kann ich dafür nehmen? Auch einen BCX54?

Wie viele LED`s kann ich maximal parallel hängen? Im Augenblick habe ich 6, je nach Abteilwagen können es vielleicht aber auch mehr werden. Je nach Last muss ich eigentlich nur den Widerstand Re verändern, um einen höheren Strom zu  bekommen. Soweit so gut.
Aber würde diese Schaltung das Flackern wirklich verhindern?

Bei der bisherigen Schaltung kommt das Flackern meiner Meinung nach dadurch zustande, das durch Bauteiltoleranzen an den beiden Dioden, bei der Entladung des Kondensators eine geringere Spannung an den LED`s anliegt, als wenn die Spannung vom Gleis kommt. Nämlich diese 0,04V.

Würde sich diese Schwankung auch nachteilig auf die Stromquelle auswirken?

Danke, Gedu, für den Link. Ich "muss" keinen GoldCap verwenden, nur haben diese eben eine höhere Kapazität bei gleicher Baugröße als die Elkos.
Ich suche einfach nur eine Schaltung, die wirklich 100%ig bei kurzen stromlosen Stellen flackerfrei ist. Wenn sich diese Art des Flackerschutzes auch mit anderen Schaltungstypen realisieren lässt, dann bin ich dafür auch offen!
Daher auch meine Gedanken in Richtung LM317 als Spannungsregler.

Würde ein LM317 betrieben als Spannungsregler mein Problem wirksam lösen? D.h. Gleichrichter, normale Elkos, LM317, LED`s ohne Vorwiderstand?

Der MiniTrixEinsteiger

@10 MiniTrixEinsteiger,

Du kannst als Transistor den BC547 oder BC847 (SMD) nehmen, die vertragen 100 mA, das reicht für viele parallel geschaltete TOPLEDs, die ja, was die Stromaufnahme angeht, sehr genügsam sind.

>Aber würde diese Schaltung das Flackern wirklich verhindern?
Das zeigen eigentlich die beiden Diagramme in #6 recht gut - und diese Schaltung hat nur 330 uF.
Das bisherige Flackern kommt von exponentiell abfallenden Stromverlauf. Der Stromverlauf mit Stromkonstanter ist dagegen nach dem Ausschaltern noch eine Zeitlang konstant.
Ich kann mir nicht vorstellen, dass Du 0,04V Spannungsunterschied sehen kannst.

Ich betreibe (wie in http://www.1zu160.net/eigenbau/funktionsdecoder-wagenbeleuchtung.php vielleicht zu erahnen) an 2x 330uF-Kondensatoren 9 bis 12 LEDs. Das (konstante) Nachleuchten dauert über eine Sekunde und reicht damit fürs Entflackern.

Gruß
Burkhard

Hi Burkhard!

Als ich dass das erste Mal gemessen habe, wollte ich das auch erst nicht glauben. Selbst wenn ich Messungenauigkeiten mit einbeziehe, erschien es mir nicht plausibel. Tatsache ist allerdings, dass man das Flackern deutlich sieht, sofort(!) nach Spannungsausfall.

Wenn man sich allerdings das Datenblatt ansieht, http://www.reichelt.de/?;ACTION=6;LA=3;ARTICLE...9e2c37d37e4e12037a33 , dann sieht man auf Seite 8, rechts oben, dass ich mich mit der winzigen Stromaufnahme eigentlich schon im Grenzbereich bewege, in dem winzige Änderungen in If große Änderungen in der Lichtstärke bewirken.
Ich wette, genau das ist das Problem.
Fraglich ist vielleicht an dieser Stelle, ob eine Stromquellenschaltung wirklich eine Lösung dafür wäre, oder ob es besser wäre, eine andere, lichtschwächere LED zu suchen, die dann im "Nennbereich" betrieben würde?

Der MiniTrixEinsteiger


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