Hallo,
nach langen Versuchen ist sie endlich fertig: die neue Schnellader-Version der Platine (die neue grüne)!
Herzlichen Dank an Hardi, der die Idee dazu schon vor ca. 1 Jahr an mich herangetragen hatte. Aber leider gab es schaltungstechnische und im Platinendesign begründete Rückschläge, so dass es etwas länger gedauert hat. Aber was lange währt, wird endlich gut und so ist sie nun finalisiert.

Der Vorteil liegt in der schnelleren Nachladung der Supercaps, so dass man Weichenstrassen oder stark verschmutzte Schienen noch besser überfahren kann. Die Funktionalität hinsichtlich Pufferwirkung ist identisch, aber die Ladezeit der Speicherkondensatoren wurde deutlich reduziert. Dies wird über einen - im Vergleich zur den vorherigen Platinenversionen - sehr viel konstanteren Ladestrom erzielt. Die maximale Stromaufnahme bleibt dabei bei ca. 100mA.
Der Aufbau erfolgt mit Bauteilen der Baugröße 0603.

Die bisherige Version hat natürlich weiterhin ihre Daseinsberechtigung, da man ohne die zusätzlich nötigen Bauteile für die Schnelladefunktion kleiner (blau in 0402 bzw. weiß in 0201) bleiben kann oder es leichter im Aufbau (gelb in 0805) hat.

Ich kann auch hier - wie für die anderen Versionen auch - unbestückte Platinen zum Stückpreis von 2,50€ abgeben. Die 2,50€ sind wieder als Entwicklungskostenbeitrag zu verstehen und ich bedanke mich schon jetzt bei allen dafür, die mitgeholfen haben das Projekt auf den aktuellen Stand zu bringen. Bauteile könnt ihr Euch gerne selbst besorgen, oder auch von mir bekommen. Für jeden Bauteilsatz hätte ich gerne 5€. Eine Eigenbestellung bei den ganz großen internationalen Elektronikversendern, ist aber selbstverständlich auch möglich (Ich mache das auch nicht anderes.) In der Anleitung sind alle benötigen Bauteile genannt ;). Supercaps besorgt ihr euch am besten wieder selbst. Es gibt da einfach zu viel Auswahl, als dass ich es jedem Recht machen kann. Wichtig ist nur auf einen kleinen ESR zu achten (Faustregel: <1 Ohm). Das erfüllt in der Regel die Becherform der Supercaps, aber nicht die Knopfzelle. -> Preislich liegt am damit am Ende weiterhin bei <10€ für den Pufferspeicher im Eigenbau. Mit den kommerziell verfügbaren Fertigmodulen braucht man sich leistungstechnisch und auch was die Baugröße betrifft nicht zu verstecken.

Wer Interesse am Nachbau hat, einfach kurze PN an mich. Dokumentation zu dieser Platine findet ihr im Angang zum download.
Viel Spaß
Matthias

Hallo Stummis,

also ich habe jetzt schon mehrere Platinen von Matthias verbaut und sie
funktionieren wunderbar.Ich werde sicher dabei bleiben.
Nun ist mir zufällig ein bei eb erhältlicher Puffer
aufgefallen, der auch mit Goldcaps und einer sehr
aufwendigen Beschaltung arbeitet.das Teil nennt sich
Powerpack SPP Train-O-Matic für ESU Lokpilot, Loksound, Lenz USP Energispeicher
und kostet um die 20 €. Hat schon mal jemand das Teil ausprobiert?
Es wäre ja , wenn das gut funktioniert eine gute Alternative zu ESU & Co
für diejenigen zumindest, die nicht löten möchten oder können.

Vielleicht hat damit schon jemand Erfahrungen gemacht und kann berichten
Schöne Grüsse an alle, Karl

Hallo Zusammen

Ganz vielen Dank an Matthias für den neuen Supercaplader mit Schnelladefunktion.

Dieses Teil ist wirklich ganz besonders. Damit fahren die Lokomotiven noch mal viel besser auf meinen verschmutzten Schienen.

So eine Schaltung soll ja dafür sorgen, dass die Lokomotive auch dann weiterfährt, wenn sie mal kurze Zeit keinen Kontakt zu den Schienen hat. Diese Kontaktproblem treten dann auf, wenn die Schienen nicht so häufig benutzt werden. Meistens genau dann, wenn man Stolz einem Besuch seine Eisenbahn vorführen will ;-(

Die Kontaktprobleme entstehen durch Ölreste und Staub. Das ergibt eine wunderbare Isolierschicht. Wenn Ihr mal mit dem Finger über die Schienen wischt werdet Ihr entsetzt sein…

Ein weiteres Problem ist, dass die Lokomotiven die Schienen oft nur mit wenigen Punkten berühren. Das liegt daran, dass die Räder in der Regel keine Federung besitzen welche das Rad an Schiene drückt. Bei Steigungen kann es so Vorkommen, dass nur Drei Räder die Schiene berühren. Wenn diese auch noch Haftreifen haben, dann bekommt der Motor keinen Saft.
Solche Stellen mit Kontaktproblemen gibt es auf unserer Anlage (Werbeeinblendung: Unsere Kinder und Vater Anlage(n)) sehr häufig.

Darum ist es ganz wichtig, dass die Kondensatoren ganz schnell geladen werden damit sie wieder genügend Energie für schlechte Bereiche haben.

Eine lange Überbrückungszeit ist nur ein wichtiger Faktor bei einer solchen Pufferschaltung. Mindestens genauso wichtig ist es, dass der Kondensator ganz schnell geladen wird.

Und genau das hat Matthias bei der neuen Schaltung drastisch verbessert!

Ich habe mal die verschiedenen Schaltungen verglichen.

Vergleich der verschiedenen Platinen:
Bild entfernt (keine Rechte)
Die ersten beiden Platinen auf dem Bild stammen von Matthias.

Die linke gelbe Platine ist mit einem Ladewiderstand von 4.7Ohm gepimpt. Das entspricht nicht ganz dem Bestückungsvorschlag von Matthias. Er schlägt bei einem 5V Supercap 10 Ohm vor. Durch meine Änderung wird der Kondensator bereits schneller geladen. Anstelle von D2 habe ich eine Drahtbrücke verwendet. Das erhöht die abgegebene Spannung um 0.2V.

In der Mitte ist die neue Platine von Matthias welche über Schnellladefunktion verfügt. Hier habe ich einen 2.2Ohm Ladewiderstand eingesetzt. Die riesige Z-Diode habe ich verwendet, weil die bestellte SMD Variante noch nicht gekommen ist. Die Diode hat eine Spannung von 13V.

Auf der rechten Seite ist eine kommerzielle Schaltung welche man für 54€ bekommt.

Alle drei Schaltungen werden mit 2.5F getestet. Die beiden Schaltungen von Matthias wurden mit dem gleichen Supercap getestet. Die kommerzielle Platine mit ihren eigenen Kondensatoren.

Auf dem Bild erkennt man auch, dass die Schaltung von Matthias viel kleiner ist.
Links: 14.5 x 10.7 x 4.5 mm
Mitte: 13.6 x 10.4 x 4 mm
Rechts: 27.6 x 15.7 x 4 mm

Zusammenfassung der Ergebnisse:

Der neue Supercap Lader mit Schnellladefunktion ist viermal schneller als die alte gepimpte Version und mehr als doppelt so schnell wie die käufliche Schaltung!

Das ist sensationell!

Bild entfernt (keine Rechte)
Die Einspeisezeit ist die Zeit, in der die Lok vom Supercap versorgt werden kann. Diese Zeit ist abhängig vom Verbrauch der Lok. Zum Test wurde eine Glühbirne verwendet (Eine reale Lok wird mehr verbrauchen.) Die neue Schaltung hat eine etwas geringere Einspeisezeit, weil die Ladespannung am Supercap etwas kleiner ist. Das könnte man aber durch Ändern des Spannungsteilers anpassen. Beim kommerziellen Lader wird der Kondensator nur bis 4.9V geladen und nur bis 2.5V entladen. Dadurch kann viel weniger Energie gespeichert werden. Dadurch ist aber auch die Ladezeit geringer. Der Vergleich der Ladezeiten stimmt also nicht ganz.

Bei der Einspeisezeit spielt die Einspeisespannung eine Rolle. Diese ist beim kommerziellen Lader ebenfalls geringer. Die Einspeiseenergie ist evtl. ein besseres Kriterium. Wenn die Einspeisespannung geringer ist, dann braucht ein Ohm’scher Verbraucher auch weniger Leistung, aber das sieht man u.U. auch (Licht wird dunkler).

Der Antrieb wird vermutlich eine etwa konstante Leistung benötigen. Älteren Märklin Motoren hüpfen aber, wenn die Spannung zu stark zusammenbricht und dann wieder schlagartig steigt. Darum habe ich die Einspeisespannung auf 14V erhöht. Matthias schlägt standardmäßig eine Spannung von 10V vor.
 
Messungen
Zur Messung wurde ein PicoScope 2407b verwendet (Nicht Kalibriert). Der Strom wurde über einen 10 Ohm Widerstand in der Zuleitung der Schaltung gemessen. Gespeist wurde die Schaltung mit einem Labornetzteil (Manson HCS – 3202).

Gelbe Platine 4.7Ohm, 16V Versorgung
Gelb: Spannung am Kondensator
Grün: Eingangsstrom der Schaltung
Rot: Eingangsspannung
20s/div

Laden:
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Entladen (Entladestrom 63mA):
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Neue Platine (Supercaplader mit Schnellladefunktion):
Laden:
Bild entfernt (keine Rechte)

Entladen:
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Kommerzielle Schaltung
Laden:
Bild entfernt (keine Rechte)

Entladen (55 mA):
Bild entfernt (keine Rechte)

Wenn die Kondensatorspannung zu klein wird, dann schaltet hier die Ausgangsspannung mehrfach ein und aus. Wie sich die Lok dabei verhält habe ich nicht getestet da ich die Schaltung nicht in eine Lok verbaut habe.

Erhöhte Ausgangsspannung
Ich erhöhe bei den von mir eingesetzten Supercapladern immer die Ausgangsspannung von 10V auf 14V, weil meine älteren Märklin Lokomotiven sonst „Bocksprünge“ machen, wenn die Spannung nach einer Unterbrechung wieder kommt. Das liegt vermutlich daran, dass die Regelung in der Lokelektronik nicht so schnell auf einen Spannungssprung von 10 auf 16V reagieren kann. Die Erhöhung der Spannung hat außerdem den Vorteil, dass die Helligkeit der LEDs nicht so stark schwankt. Dazu ändere ich die Spannungsteiler R1 und R2. Gleichzeitig muss die Einschaltschwelle des StepDown Wandlers erhöht werden. Dazu verwende ich eine Z-Diode von 13V. Das Funktioniert aber nur dann, wenn die Spannung an den Gleisen überall größer als 15.4V Volt ist (Im Gleichrichter der Lokelektronik gehen 1.4V verloren).

Berechnung gespeicherten Energie im Kondensator
Die in einem Kondensator gespeicherte Energie berechnet sich aus
E = 1/2 C * U²

In der Realität kann man aber nie die gesamte Energie nutzen, weil die Schaltung zur Umwandlung der Spannung (StepUp) nur bis zu einer gewissen Spannung arbeitet. Bei dem von Matthias verwendeten IC ist das 2V.

Darum ist es viel besser, wenn man zwei in Reihe geschaltete Kondensatoren benutzt und dadurch die Spannung verdoppelt. Auch wenn sich dadurch die Kapazität halbiert. Die Spannung geht Quadratisch in die Formel der Energie ein.

Ich habe mal ein kleine Excel Sheet gemacht mit dem man das Ausprobieren kann:
Bild entfernt (keine Rechte)
Die Excel Datei findet Ihr im Anhang ganz unten (Zwei mal, ich schaffe es nicht, die zweite Datei zu löschen. Dabei wird immer ein Bild gelöscht und nicht die Zip Datei. Beide Dateien sind identisch).

In der Tabelle kann man verschiedene Spannungen und Kondensatorwerte ausprobieren und sieht sofort die nutzbare Energie und wie lange man damit eine Lok mit einer bestimmten Leistung speisen kann.

Wenn man zwei 1 Farad Kondensatoren in Reihe schaltet, dann kann man 5.3 Ws speichern. Schaltet man die gleichen Kondensatoren parallel, dann hat man nur eine nutzbare Energie von 2.3 Ws. Bei einer Kleinen Lok wird man aber vermutlich keine zwei 1F Kondensatoren unterbringen können. Dann ist es besser, wenn man mehrere kleine Kondensatoren in die Lok quetscht.

Bei meinem Glaskasten habe ich zunächst einen 1F Kondensator mit 2.5V verbaut (Siehe: RE: SuperCapLader im Eigenbau: Goldcaps als Pufferspeicher (6)) das hat die kleine Lok schon deutlich verbessert. Aber sie ist trotzdem immer wieder stehen geblieben ;-( Darum habe ich die Lok jetzt noch mal aufgemacht und stattdessen 4 kleine Kondensatoren verbaut, 2x 0.2F und 2x 0.44F. Immer zwei davon in Reihe. Dadurch habe ich nur eine Kapazität vom 0.33 F. Aber laut der Excel Tabelle verdreifacht sich dadurch die verfügbare Energie und entsprechend die überbrückbare Strecke. Jetzt kennt der Glaskasten keinen Halt mehr…
Bild entfernt (keine Rechte)

Hardi

Hi.

Zitat von isartalbahn im Beitrag #227

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Train-O-Matic

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Frage:
habe gerade eine kleine Serie der neuen Supercaplader zusammengelötet und in Betrieb genommen. Funktioniert wunderbar, habe micht für die 5
Die Beschaffung der passenden Supercaps gestaltet sich etwas schwierig: entweder zu groß, zuviel ESR ( bei den meisten leider so)
Der vielzitierte SCMR14D474PRBB0 mit 0,47F / 5,4V ist mir eigentlich meachanisch zu groß, einen kleineren mit geringem ESP mit > 5V gibt es von AVX wohl nicht.
Ich habe mit 2,7V Caps in Reihe festgestellt, dass die sich keineswegs gleich aufladen, bei 5,1V Ladespannung kriegt der eine mehr als 3V ab --> nicht gut.
Was habt Ihr noch für Alternativen für H0 ?
Danke für Eure Rückmeldung.
Gruß Thomas

Frage:
habe gerade eine kleine Serie der neuen Supercaplader zusammengelötet und in Betrieb genommen. Funktioniert wunderbar, habe mich für die "5V" Version entschieden.
Nur die Beschaffung der passenden Supercaps gestaltet sich etwas schwierig: entweder zu groß oder zuviel ESR ( bei den meisten leider so) oder nur 2,7V.
Der empfohlene SCMR14D474PRBB0 mit 0,47F / 5,4V ist mir eigentlich mechanisch zu groß, einen kleineren mit geringem ESR mit > 5V gibt es von AVX wohl nicht.
Ich habe beim Test mit 2,7V Caps in Reihe festgestellt, dass die sich keineswegs gleich aufladen, bei 5,1V Ladespannung kriegt der eine mehr als 3V ab --> nicht gut.
Was habt Ihr noch für Alternativen für H0 ?
Danke für Eure Rückmeldung.
Gruß Thomas

Hallo,
ich habe mir 2.7V/0.3F besorgt, die haben nur 4mm Durchmesser und sind knapp 12mm lang. 2 davon in Reihe, also 5.4V/0.3F sollten ausreichend sein und wenig Platz verbrauchen. Für eine kleine Brawa T3 oder Fleischmann DVI genau richtig.

LG,
Lauenstein

Hallo,
wenn es klein sein soll, dann wie von Lauenstein schon geschrieben und auch in der Anleitung erwähnt: 2x 304DCN2R7SCBB in Reihe (4mmx12mm).
Allternativ kann man auch 3,0V Typen einsetzen: 1 Stück mit 1F z.B. SCCR12E105SRB (8mmx12mm) oder SCCQ12E105PRB (6,3mmx12mm) gehen auch.
Bei den 3V Versionen darf man dann halt keine 20cm überbrückbare Strecke mehr erwarten...
Wenn ihr das Sortiment von Illinois Capacitor oder/und AVX durchforstet, werdet ihr in der Regel immer fündig. Da gibt es ordentlich Auswahl.
Grüße
Matthias

Hallo Zusammen,
ich würde gerne wissen, ob Ihr mal bei den Reihenschaltungen die Spannungsverteilung gemessen habt.
Die Hersteller schreiben normalerweise bei großen Kapazitäten Balancer vor, bei kleinen Parallelwiderstände, die natürlich Energie in Wärme verwandeln.
Bei Elkos in Reihe z.B. in Netzteilen sind Parallelwiderstände Vorschrift, damit die max. Spannungen pro Elko nicht überschritten werden.
Ich habe insgesamt 10 Elkos 2,7V 3F gemessen und bei Reihenschaltung verteilt sich die Spannung immer so, dass einer der beiden mehr als die zulässigen 2,7V abbekommt.
Dass eventuell noch nichts passiert ist, heißt nicht, dass das den Elkos auf Dauer gut bekommt, zumal laut Datenblatt die zulässige Spannung mit steigender Temperatur abnimmt.

Zitat von schumo99 im Beitrag #233

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Wenn ihr das Sortiment von Illinois Capacitor oder/und AVX durchforstet, werdet ihr in der Regel immer fündig.

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Hallo Thomas,
mouser hat schon noch einige vorrätig. Da ist immer was dabei. Es gibt von AVX auch 2 Serien mit seeehr ähnlichen Spezifikationen, aber identischen Abmessungen. Da kann man auch wechseln wie man will. Ich habe eben auf der Homepage von mouser geschaut (soll keine Werbung für sie sein, woanders wahrscheinlich ähnlich).

Hier mal eine mögliche und sofort lieferbare Supercaps ohne Anspruch auf Vollständigkeit. Das sieht sehr gut aus und lässt im Bereich den ich in Loks einbauen würde eigentlich keine Wünsche offen:

2,7V/0,3F (4mmx12mm)
(Man braucht immer 2 Stück)
304DCN2R7SCBB: Lagerbestand 4706

3V/1F (8x12mm)
SCCR12E105SRB: Lagerbestand 1845
SCCR12E105PRB:Lagerbestand 1733

3V/1F (6,3x12mm)
SCCQ12E105PRB: Lagerbestand 183
SCCQ12E105SRB: Lagerbestand 1409

5,4V/0,47F (6,3mmx14mm)
SCMQ14D474PRBB0: Lagerbestand 37581
SCMQ14D474MRBB0: Lagerbestand 1500
SCMQ14D474PRTB0: Lagerbestand 2052

5,4V/0,47F (8mmx14mm)
SCMR14D474PSBB0H: Lagerbestand 111
SCMR14D474MRBB0: Lagerbestand 50
SCMR14D474PRBB0: Lagerbestand 1235

6,0V/0,47F (6,3 bzw. 8mmx14mm)
SCMR14H474PRBB0: Lagerbestand 1469
SCMQ14H474PRBB0: Lagerbestand 2529

2 Stück in Reihe werden sich nie absolut identisch aufladen. Man kann das Problem reduzieren, wenn man ausgesuchte Kondensatoren verwendet (so machen das die Hersteller bei den 5,4V Typen auch). Außerdem muss man die Ladespannung nicht ganz an die Kante setzen. Darüber hinaus gilt die Nennspannung für die vom Hersteller angegebene Zyklenzahl (bei AVX: 500.000) und erhöhte Temperatur (85°C). Beides werden wir in der Modellbahn nie erreichen. Im TT-Forum gibt es einen Bericht zur absichtlichen massiven Überladung der Supercaps und was passiert. Kann sich jeder mal selbst ansehen. Ich will niemanden dahin treiben die Supercaps zu überladen, aber bei normalem Aufbau und Verwendung von fertig konfektinierten Supercaps (also die 5,4V Typen) ist alles spezifikationskonform. Wenn man zwei 2,7V Typen in Reihe schaltet, dann wird man eine geringe Abweichung der Spezifikation akzeptieren müssen oder/und die Bauteile aussuchen und/oder Ladespannung herabsetzen. Alternativ kann man statt 2,7V Typen auch einfach 3V Typen in Reihe schalten. Wenn man dann bis in der Summe 5,4V auflädt, dann ist noch ordentlich Luft nach oben...

Balancieren kann man, lohnt aber aus meiner Sicht bei den kleinen Kapazitäten und Abmessungen nicht. Da würde ich lieber obige Vorschläge umsetzen.

Grüße
Matthias

PS: 2,V/3F würde ich persönlich nicht einbauen. Da ist die Kapazität viel zu groß. Wenn du so viel Leistung benötigst, dann lieber höhere Spannung nutzen und dafür niedrigere Kapazität. Da hast du bedeutend mehr davon (Efiizienz, Ladegeschwindigkeit, ...), es sei denn der Zweck deiner Versuche ist nicht mehr Modellbahn...

PSS: Wir haben hier kein Netzteil gebaut. Das ist was anderes, weil die Energiemenge ist eine ganz andere. Wir haben nur ein paar Ws. -> Wer spezifikationskonform bauen möchte (wofür ich immer bin): Einfach die fertig konfektionierten Supercaps (also 5,4V oder 6V Typen) verwenden, dann gibt es die Problematik gar nicht, weil diese eben für den entsprechenden Zweck gebaut sind.

Hi, ich hab mal nachgemessen:

Vorab kurz etwas zur Durchführung der Messungen:
Gespeist wird mit einem Labornetzteil und 5,2V über einen 10Ohm Ladewiderstand.
Sobald am Ladewiderstand weniger als 50mV abfallen, habe ich die beiden Kondensatoren nacheinander gemessen, da ich keine zwei Multimeter hier habe.
Zum Vergleich zweier Kondensatoren reicht diese Genauigkeit aber vollkommen.

Vom SCCQ12E105SRB 3V/1F (6,3x12mm) hatte ich leider nur noch zwei vorrätig und komme auf folgende Werte:
2,61V zu 2,58V

In diesem Fall vielleicht nur Glück, das ist klar...

Wenn genügend Platz in der Lok ist, nehme ich bisher immer den DGH205Q2R7 2,7V/2F (8x14mm)
Hier hatte ich bei der Stichprobe von 10 Kondensatoren zu 5 Paaren die folgenden Werte:
2,60V zu 2,59V
2,61V zu 2,58V
2,62V zu 2,57V
2,71V zu 2,48V
2,72V zu 2,47V

Bei den beiden schlechtesten Paaren habe ich dann die entsprechenden Kondensatoren getauscht und siehe da - zwei weitere perfekte Paare

Für Loks mit wenig Platz habe ich den JUWT1105MCD 2,7V/1F (6,3x9mm)
Achtung, er hat einen ESR von 4 Ohm, für mich funktioniert das aber trotzdem noch ausreichend gut.
Neben der geringen Größe bei trotzdem noch 1F ist der Kondensator auch noch recht preiswert
Mouser hat allerdings momentan nur noch 29 Stück auf Lager
Wieder eine Stichprobe von 10 Kondensatoren zu 5 Paaren:
2,60V zu 2,59V
2,60V zu 2,59V
2,61V zu 2,58V
2,61V zu 2,58V
2,66V zu 2,54V

Dann wollte ich für den einen mit 2,66V ein passenderes Gegenstück suchen und hatte folgende Kombination:
3,3V zu 1,8V

Es gibt also auch hier Ausreißer, ich hatte bei den 5 Paaren also wohl einfach nur Glück
Ich habe danach natürlich noch den passenden Partner gefunden, in Zukunft werde ich die Kondensatoren aber auf jeden Fall wieder auf diese Weise selektieren.
Vielen Dank Matthias für die Sensibilisierung


Gruß,
Janik

Erstmal danke für Eure Mühe, meine Test-Caps sind für die MoBa, die hatte ich nur gerade griffbereit.
@Matthias ja die Typen habe ich bei Mouser auch gefunden, aber ich wollte eigentlich 0,22F 5,4V haben ( die 0,47F sind arg groß ) und da sieht es schlecht aus.
In jeden Fall gehe ich dem Serienschaltungsproblem aus dem Weg und verwende 5V Typen, Habe noch nicht alle Distributoren abgeklappert, vielleicht finde ich ja noch was.
Gruß Thomas

Zitat von schumo99 im Beitrag #226

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Hallo,
Der Vorteil liegt in der schnelleren Nachladung der Supercaps, so dass man ...
...
Die maximale Stromaufnahme bleibt dabei bei ca. 100mA.

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Zitat

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Die maximale Stromaufnahme bleibt dabei bei ca. 100 mA.

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Für mich stellt sich die Frage, warum die Begrenzung auf 100 mA eingerichtet wurde, wenn man kürzere Ladezeiten doch eher mit einem höheren Strom erreichen kann. Der AP3211 kann 1,5 A ganz gut ab. Der LT3503, den ich als Step-Down-Wandler verwende, wird typisch mit 1,75A angegeben, die ich zwar auch nicht ausnutze. Aber insgesamt wäre bei beiden Bausteinen noch Luft nach oben.

Ich kann es zwar verstehen, dass das Einschalten einer großen Anlage mit vielen Loks, die jeweils einen "stromfressenden" Supercap-Lader an Bord haben, ein Problem sein könnte. Aber es wäre aber eines, was sich gerade durch selektives Zuschalten sehr leicht lösen ließe.

Ich sehe im Augenblick keine Lösung darin, im unteren Bereich mittels Absenkung der Ladespannung den Ladestrom zu reduzieren, um dann später mit erhöhter Ladespannung die verlorene Zeit wieder gut zumachen. Der Hauptanteil der leicht zu ladenden Energie liegt - bezogen auf meine Verhältnisse - zwischen 46% und 80% der maximalen Ladespannung.

LG
Batucada

Hallo Batucada,
ich sehe einen begrenzten Ladestrom schon als notwendig an. 550 mA halte ich für eher zu hoch, sonst hat man bei 5 oder 6 Loks mit Ladeschaltung schnell eine Zentrale, die auf Kurzschluss geht.

100mA ist da schon ein guter Wert, auch wenn die Ladeschaltung nicht so schnell nachlädt.

LG
Lauenstein

Zitat von Lauenstein im Beitrag #239

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Hallo Batucada,
ich sehe einen begrenzten Ladestrom schon als notwendig an. 550 mA halte ich für eher zu hoch, sonst hat man bei 5 oder 6 Loks mit Ladeschaltung schnell eine Zentrale, die auf Kurzschluss geht.

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Das Problem ist aber, wenn Du 6 Loks in einem Stromkreis stehen hast, z.B. im Schattenbahnhof. Dann ziehen die beim Einschalten mal eben über 3A.

Und der Ladestrom kommt ja zum Verbrauch der Lok dazu! Also wenn dann Motor, Sound, Licht etc. eingeschaltet sind, Sid die 500mA schon ein ziemlich großer Strom für den Decoder. Also ich würde da zumindest auf 250mA runtergehen, 100mA ist vielleicht etwas sehr konservativ.

LG,
Lauenstein

Zitat von Lauenstein im Beitrag #241

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Und der Ladestrom kommt ja zum Verbrauch der Lok dazu!

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Zitat von Batucada im Beitrag #242

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Zitat von Lauenstein im Beitrag #241

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Und der Ladestrom kommt ja zum Verbrauch der Lok dazu!

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Hallo Lauenstein,

Falsch Euer Ehren. Überleg mal, warum

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Zitat von Lauenstein im Beitrag #243

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Wieso, Elko wird entladen, Lok schafft es so gerade über die stromlose Stelle und fährt mit Vollgas weiter. Verbraucher sind dann:
- Motor
- Licht
- Sound
- Ladestrom
Oder nicht? Erkläre es mir, ich sehe den Fehler nicht.

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Zitat von Batucada im Beitrag #244

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Zitat von Lauenstein im Beitrag #243

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Wieso, Elko wird entladen, Lok schafft es so gerade über die stromlose Stelle und fährt mit Vollgas weiter. Verbraucher sind dann:
- Motor
- Licht
- Sound
- Ladestrom
Oder nicht? Erkläre es mir, ich sehe den Fehler nicht.

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Hallo Lauenstein,

ok, in dem Falle hast du recht! Aber trifft das gleichzeitig für alle 5 oder 6 Loks zu? Wenn du absolut recht behalten möchtest, dann muss du schon diesen Fall konstruieren - Realität ist dann aber eine andere.

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Zitat von Batucada im Beitrag #244

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Der maximale Ladestrom wäre aber immer nur möglich, wenn der Supercap bei 0 Volt starten würde. Anders als die von Matthias verbesserte Schaltung würde diemeinige (voher bei Matthias auch) beispielsweise mit 550 mA starten! Na und? Nach 2 s sind wir schon bei der Hälfte des anfänglichen Ladestroms. Der schlechteste Fall sieht vor, 1570 mA + Sound treiben zu müssen, 2 s später nur noch 1295 mA, wieder 4 s später sind es nur noch ... Die Tatsache, dass ich den Strom, der dem Sound zuzuordnen ist, nicht einzuschätzen weiß, ist aber kein Problem, je höher eine gleichbleibende Grundlast ist, desto weniger wirken sich Lastschwankungen aus.

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Hallo,
vorab: Jeder kann natürlich den Ladestrom einstellen wie er will. In meiner Schaltung geht das über Veränderung von R5. (Je kleiner, desto schneller wird geladen.) Ich will niemanden bevormunden, sondern einfach meine Empfehlungen und die Hintergründe dazu kundtun:

1. Der von den Gleisen abgenommene Strom ist nicht identisch zum Ladestrom der Kondensatoren
Warum ist das so? Ganz einfach, der in der Schaltung enthaltene Step-down Wandler setzt die Gleisspannung auf die Ladespannung herab. Die Stromstärke verhält sich umgekehrt proportional (Verluste der Schaltung mal außer acht gelassen). -> Wenn die Stromstärke bei Gleisspannung ca. 100mA beträgt, lädt der Supercap schon mit etwa 300mA (je nach Gleisspannung unterscheidlich; Annahme: 15V -> 5V).

2. Warum ist eine Begrenzung des Ladestroms sinnvoll?
- Ein Aufladen der Supercaps soll immer funktionieren, unabhängig von den Gegebenheiten des Nutzers. Beispielszenario: Züge stehen im Schattenbahnhof und es entgleist in dem entsprechenden Boosterkreislauf ein Waggon. Die Zentrale stellt die Gleisspannung ab und ihr versucht das Problem zu beheben. Währenddessen entladen alle Speicherschaltungen (auch wenn der Zug nicht fährt, verbraucht Dekoder, evtl. Licht und Sound auch Strom). Wenn ihr alles wieder richtig aufgegleist habt und die Spannung zurück auf die Schienen legt, dann wollen/müssen alle Speicherschaltungen nachladen. Damit das der Booster schafft, darf die Stromaufnahme nicht zu groß sein. Man muss ja damit rechnen, dass in einem Schattenbahnhof auch mal ein paar mehr Züge stehen ;) Zumindest ist das bei mir so.
- Die Speicherschaltung soll die Lokdecoder nicht schädigen/zerstören. Die Speicherschaltung benötigt einen Teil der Bauteile der Lokdekoder für ihre eigene Funktion: die Gleichrichterdioden. Diese sind für eine bestimmte Leistung ausgelegt und sollen nicht überlastet werden. Da man die Speicherschaltung wohl in den seltensten Fällen an die Ausstattung der Lokdekoder anpassen möchte, sollte man eine gewisse Vorsicht an den Tag legen. Es darf auch nichts kaputt gehen, wenn die Schaltung lädt und gleichzeitig der Sound und die LEDs an sind und die Lok fährt. Da mein Design mit allen Dekodern kompatibel sein soll, muss/will ich hier Rücksicht nehmen.
- Eine Begrenzung des Ladestroms erlaubt die Verwendung kleiner Bauteile in der Ladeschaltung selbst, weil diese dann nicht über Gebühr belastet werden. Es geht nämlich nicht nur um den Step-down, sondern auch um die Induktivität, die Dioden und die Kondensatoren. Diese müssten an eine größere Stomstärke angepasst werden. Natürlich kann man die Auslegung dazu verändern, aber dann wird die Schaltung wieder größer. Die Schaltung möglichst klein zu halten, finde ich persönlich sehr wichtig, weil es die Nutzung in vielen Fällen erst erlaubt. Zum Einsatz spezifikationskonformer Bauteile (Supercaps) gab es ja letzte Woche eine Diskussion. Gerade bei den verlöteten Teilen ist das aber auch ein Thema (das man natürlich nicht so offensichtlich sieht).

3. Warum ist die Begrenzung des Ladestroms kein Problem?
Aus meiner Sicht laden die Kondesatoren so schnell nach, dass man sehr gut über mehrere Problemstellen kommt. Gerade die neue Schaltung hält eben den Ladestrom konstant hoch, so dass auch das letzte Drittel der Ladung noch sehr schnell geht und wieder genug Energie für die nächste kontaktlose Stelle zur Verfügung steht. Hardi hat dazu Messungen online gestellt (RE: SuperCapLader im Eigenbau: Goldcaps als Pufferspeicher (10)).

-> Zusammenfassung:
Eine Strombegrenzung auf 100mA (oder auch 150mA) ist äußerst sinnvoll und sollte - aus meiner Sicht - in jedem Fall eingehalten werden.

Grüße
Matthias

Zitat von schumo99 im Beitrag #246

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1. Der von den Gleisen abgenommene Strom ist nicht identisch zum Ladestrom der Kondensatoren

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Zitat von schumo99 im Beitrag #246

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- Ein Aufladen der Supercaps soll immer funktionieren...

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Zitat von schumo99 im Beitrag #246

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- Die Speicherschaltung soll die Lokdecoder nicht schädigen/zerstören.

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Zitat von schumo99 im Beitrag #246

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- Eine Begrenzung des Ladestroms erlaubt die Verwendung kleiner Bauteile in der Ladeschaltung selbst, ...

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Zitat von schumo99 im Beitrag #246

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Gerade die neue Schaltung hält eben den Ladestrom konstant hoch, so dass auch das letzte Drittel der Ladung noch sehr schnell geht und wieder genug Energie für die nächste kontaktlose Stelle zur Verfügung steht.

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Noch zwei Anmerkungen von mir:
Beispiel Piko V60 mit ESU LS 5 und dem Powerpack von Piko, der Supercap braucht fast eine Minute um voll zu werden, Ladestrom dabei unter 100mA. Unterstützung bei DCC-OFF ca. 5-6 sec. bei voller Lautstärke und Fahrt.
Warum ist diese Ladezeit in Praxi für mich überhaupt kein Problem ? Bis der Rest der Anlage hochgefahren ist, sich die Weichen und Signale alle gestellt haben ( Servos ), dauert das auch eine Weile sprich 1-2 Minuten.
Wenn der Lader von Matthias die Caps in der gleichen Zeit mit 100mA "langsam" volllädt --> völlig in Ordnung! Und denkt daran, der Strom muss über die Schienen, die Räder und die Kontakte, hier > 500mA zusätzlich über den armen Gleichrichter zu schicken, halte ich für fahrlässig !
Noch was zur Diskussion zur Reihenschaltung von Supercaps: Ich habe gerade meine 470mF/5,4V Caps (AVX) bekommen und siehe da, das sind zwei 1F Caps in Reihe mit jeweils einem kleinen SMD-Widerstand parallel.
Dessen Wert kann ich schlecht messen ohne die Platine zu ruinieren, aber der Hersteller geht auch auf Nummer sicher,

Gruß Thomas

Mir hat es keine Ruhe gelassen. Deshalb habe ich die verbesserte Ladeschaltung simuliert. Das Ergebnis hat mich dann doch vom Hocker gehauen.

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Der gelbe Funktionsgraph V(u1) stellt die Spannung am Ausgang des Step-Down-Wandlers dar. Der blaue Funktionsgraph V(u2) stellt die Spannung Supercap dar. Der rote Funktionsgraph I(C5) folgt dem Ladestrom der Supercaps. Die Darstellung am Anfang (Sekunde 0...1) der Funktionsgraphen dürfte nicht ganz der Realität entsprechen, weil ich den Step-Down-Wandler durch eine Ersatzschaltung simuliere, die Simulation eines kompletten Schaltnetzteiles nimmt zuviel Rechenzeit in Anspruch.

Ich denke, die Funktionsgraphen drücken eindrucksvoll aus, dass die geänderte Schaltung eine drastische Verbesserung mit sich bringt. Ich war außerordentlich überrascht.

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Im Vergleich dazu der Ladeverlauf einer "normalen" Schaltung. Gelb = Spannung am Supercap, und blau stellt den Ladestrom dar.

Und nun bin ich wankelmütig geworden, was meine eigenen Interessen angehen. Ich glaube, was die Ladeschaltung der Supercaps betrifft werde ich mich der Idee von Matthias anschließen und für den anderen Bedarf einen weiteren Step-Down-Wandler vorsehen.

LG
Batucada

Hallo Zusammen,

das schnelle Laden ist vor allem dann wichtig, wenn man so schmutzige Schienen hat wie ich. Nehmen wir mal an, dass die Lok an besonders schmutzigen Stellen nur während 80 % der Zeit Strom über die Schiene bekommt. Bei einem Verbrauch der Lok von 400mA (Rauch+Sound) reicht, wenn ich richtig gerechnet habe, der Ladestrom von 100mA gerade aus damit der Kondensator wieder genug Energie für die stromlose Phase hat.
Ist der Ladestrom aber geringer, dann wird der Kondensator nicht wieder voll genug und die Lok bleibt trotz großem Puffer irgendwann liegen ;-(

Das sind jetzt einfach mal angenommene Zahlen. In der Realität sieht es (zumindest bei mir) manchmal schlimmer aus. Matthias und ich haben einen Messwagen gebaut, mit dem man die Spannung am Kondensator messen und per Bluetooth zum PC übertragen kann. Damit habe ich dieses Problem erschreckend schön beobachten können. Auch ein 1.5F Kondensator der nicht geladen wird bringt nichts. Leider habe ich keine Messungen aufgehoben.

Darum haben wir uns Gedanken gemacht, wie man den Speicher möglichst schnell füllen kann, ohne dass zu große Stromspitzen entstehen. Das ist für mich ganz besonders wichtig, weil ich die Anlage mit Gleisboxen betreibe welche nur 1.4A liefern.

Der neue SuperCap Lader hat sich bei mir sehr bewährt. Inzwischen ist die dritte Lok damit ausgerüstet.

Hardi