Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

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gaulois
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Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#1

Beitrag von gaulois »

Hallo zusammen,
ich habe u. a. an gefangen, meine noch unbleuchteten Reisezugwagen zu beleuchten, dazu habe ich mir mit herkömmlichen LED-Streifen, einem Brückengleichrichter, einem Spannungsregler, einem Elko und einem 150-Ohm Widerstand eine Art Standard-Leuchtstreifen zu bauen:

Bild

Der Elko ist mittels Widerstand hinter dem Brückengleichrichter, aber vor dem Spannungswandler eingebaut, sodass letzerer nur die LEDs zu speisen hat. Gleichwohl wird das Bauteil rechts unten im Bild - das mit dem Metallgehäuse neben dem SMD-IC - sehr warm. Da ich die Spannungsregler mit unterm Dach verbaut hatte, traten im Dauerbetrieb bei den Waggons warme Stellen im Dach auf. Das kann ja nicht gut sein.

Wohin also mit der Wärme? Eine Möglichkeit wäre vielleicht, das Dach mittels Alufolie auszukleiden, die einerseits die Wärme ein wenig abstrahlt, andererseits auf der gesamten Fläche verteilt. Dann muss man aber auch höllisch aufpassen, dass keine unisolierten Drähte etc. an das Alu kommen :?

Einen anderen Einbauort wüsste ich jetzt auch nicht, für den Elko musste ich schon Wände vom WC-Abteil entfernen, ob der Baustein in das gegenüberliegende WC passen würde, weiß ich nicht, es wäre aber insofern unkomfortabel, als man die Einstellungen beim offenen Wagen leicht vornehmen können sollte.

Wie habt Ihr dieses Problem ggf. gelöst?
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alexus
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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#2

Beitrag von alexus »

Hallo Gerd :wink: :wink:

In meinen Wagons habe ich auch 12V LED Leuchtstreifen (immer 3 LEDs in Reihe mit Vorwiderstand). Normalerweise kommen immer Abschnitte mit gesamt 12 LEDs rein (4x3).

Bei meinen letzten habe ich dann 2x6 LEDs in Reihe geschalten, dann eigentlich für 24V geeignet, war aber immer noch zu hell, mit 4,7kOhm Widerstand in Reihe dann genau richtig.

Meine Schaltung ist fast wie deine, nur ohne Spannungsregler, Gleisspannung (18V) - Gleichrichter - 100Ohm Ladewiderstand - Elko - hier dann 4,7kOhm Vorwiderstand.
Da entsteht keine fühlbare Wärme am Widerstand und der Stromverbrauch ist minimal, ausserdem ist das ganze wunderbar klein.
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gaulois
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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#3

Beitrag von gaulois »

Hallo Alexus,
so eine Schaltung hatte ich auch mit Vorwiderstand ausprobiert, das geht aber leider nur dann, wenn man eine gerade Anzahl Gruppen hat, bei 5 Gruppen leuchtet - egal wie man das schaltet - immer nur die kleinere Gruppe von LEDs. Daher bin ich ja für die Lösung mit dem Wandler eigentlich recht froh gewesen, bis ich eben gemerkt habe, dass er das macht, was er eigentlich verhindern soll, nämlich Wärme...

Zur Erklärung: bei meiner mit Delta4F als Booster geschalteten Anlage liegen 16V Wechselstrom am Eingang der Booster an, heraus kommt dann das Digitalsignal, das - gleichgerichtet - maximal 22,4 V haben sollte. Das ist also durchaus im Spannungsbereich des Spannungswandlers, daher wundert mich das mit der Abwärme ein wenig... :?

Ich habe mal an einem analog-Netzgerät gemessen, rein gehen 18,08 V Wechselspannung, aus dem Brückengleichrichter kommen aber scheinbar nur 16,4 V Gleichstrom raus, was ja eigentlich nicht sein kann, aber wir nehmen das mal so hin. Auch im Leerlauf, also ohne angeschlossene LEDs wird die Spule auf dem Bauteil sehr warm :shock: das dürfte doch eigentlich alles nicht sein. Hier mal die technischen Daten des Spannungswandlers:


Controller: MP23070N
Eingangsspannung: 4,75-23V
Ausgangsspannung: 1-17V
max. Strom: (Kurzzeitige Höchstbelastung) 3A Dauerlast 1,8A
Wirkungsgrad: max. 96%
Schaltfrequenz 340 kHz
Restwelligkeit 30mV
Abmessungen: 17mm x 11mm x 3,8mm (inkl. Stiftleisten)
Gewicht: 5g

Also eigentlich dürfte da nix heiß werden...
Zuletzt geändert von gaulois am Sa 1. Aug 2020, 17:49, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#4

Beitrag von jogi »

Hallo , jogi hier


Du mußt das Rad nicht neu erfinden.

Wenn Du Lust und Zeit hast, lese dich hier durch

viewtopic.php?t=91337

https://www.stummiforum.de/viewtopic.php?t=129294



Schnell und effektiv zum Erfolg kommst Du hier
https://www.ingomoegling.de/ LED Beleuchtung


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gaulois
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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#5

Beitrag von gaulois »

Hallo Jogi,
bei Ingo Moegling habe ich vorher auch schon mal gelesen, finde aber gerade nicht, was Du meinst, ich vermute aber, dass da nichts anderes steht, als das, was ich schon kenne, ich seh jedenfalls nichts mir unbekanntes.

Die anderen beiden threads kommen mir irgendwie auch sehr bekannt vor, ob ich alle 7 Seiten vom ersten link schon gelesen habe, bin ich nicht sicher, aber beim Überfliegen war da für mich nichts unbekanntes :shock: Jedenfalls kam mir das erste Schaltbild schon sehr bekannt vor. Nur mit Widerständen komme ich aber bei meinem Projekt nicht weiter, weil ich die Helligkeiten der Waggons an vorhandene, werkkseitig mit Beleuchtung ausgrüstete Wagen anpassen muss...

Ich spezifiziere noch mal das Problem, das die Spannungswandler zu haben scheinen (siehe oben):

Ich habe mal an einem analog-Netzgerät gemessen, rein gehen 18,08 V Wechselspannung, aus dem Brückengleichrichter kommen aber scheinbar nur 16,4 V Gleichspannung raus, was ja eigentlich nicht sein kann, aber wir nehmen das mal so hin. Auch im Leerlauf, also ohne angeschlossene LEDs wird die Spule auf dem Bauteil sehr warm :shock: das dürfte doch eigentlich alles nicht sein.

Und da ich 144 von den Teilen habe, suche ich natürlich auch nach einer Lösung, die vernünftig einsetzen zu können, die Experimente nur mit Brückengleichrichter, Widerstand und Elko haben mich jedenfalls bisher nicht dahin gebracht, wo ich hin wollte :( sonst hätte ich mir die Spannungswandler ja nicht zugelegt. Mit den Widerstandswerten, die ich nach den Anleitungen genommen hatte, war alles viel zu hell. Und ich kann ja nicht jedesmal, wenn ein Widerstandswert nicht passt, tagelang warten, bis die neuen Widerstände da sind, die dann womöglich auch nicht stimmen...

Deswegen die einstellbaren Spannungswandler. Aber warum werden die heiß :shock: :?: sogar ohne Last :shock: :shock: :?: :?:

Bei 16V AC Eingangsspannung liegen hinter dem Brückengleichrichter übrigens 14,5V Gleichspannung an :? und ohne Last bleibt alles kühl. Schließe ich aber den LED-Streifen an, wird es auch bei dieser Spannung unangenehm heiß. :evil: und auch bei 10V Eingangsspannung wird es im Betrieb noch heiß :twisted:
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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#6

Beitrag von LPW »

Hallo Gerd,
gaulois hat geschrieben:
Sa 1. Aug 2020, 17:10
Auch im Leerlauf, also ohne angeschlossene LEDs wird die Spule auf dem Bauteil sehr warm :shock: das dürfte doch eigentlich alles nicht sein. Hier mal die technischen Daten des Spannungswandlers:

Controller: MP23070N
Eingangsspannung: 4,75-23V
Ausgangsspannung: 1-17V
max. Strom: (Kurzzeitige Höchstbelastung) 3A Dauerlast 1,8A
Wirkungsgrad: max. 96%
Schaltregler müssen belastet werden, ohne Last können sie sogar zerstört werden, jedenfalls ohne zusätzliche Maßnahmen. Aber auch mit Deinen LEDs betreibst Du diese Schaltung doch am äußersten Rand ihrer Spezifikation, denn Dein Laststrom dürfte weit unter 10% der spezifizierten Dauerlast liegen. Deshalb steht ja beim Wirkungsgrad auch das kleine Wörtchen "max.". Konntest Du keine Lösung mit einem maximalen Ausgangsstrom von ca. 100 mA finden? Integrierte Schaltkreise mit dieser Dimensionierung gibt es jedenfalls.

Ich finde es außerdem recht mutig, auf einer digitalen Modellbahn eine größere Zahl von einfachen Schaltreglern spazierenzufahren. Man kann bloß hoffen, daß die dem Gleiskreis keine Störungen zuführen.

Mit freundlichen Grüßen
LPW


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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#7

Beitrag von jogi »

gaulois hat geschrieben:
Sa 1. Aug 2020, 17:54


Ich habe mal an einem analog-Netzgerät gemessen, rein gehen 18,08 V Wechselspannung, aus dem Brückengleichrichter kommen aber scheinbar nur 16,4 V Gleichspannung raus, was ja eigentlich nicht sein kann, aber wir nehmen das mal so hin. Auch im Leerlauf, also ohne angeschlossene LEDs wird die Spule auf dem Bauteil sehr warm :shock: das dürfte doch eigentlich alles nicht sein.


Brückengleichrichter = 4 Dioden = ca 2 x 0,7V Abfall ( bei einer Periode werden nur 2 Dioden abwechselnd gebraucht )


18V minus ca. 1,4V =16,6 V


Der Elko im Bild nutz so nix ( Elko und Widerstand in Reihe als Flackerschutz muß noch eine Diode dazu )

Der Baustein will wohl eine saubere Gleichspannung. Schließe den Elko mal OHNE Widerstand an.
Der soll hier als Lade Elko arbeiten.

https://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%A4ttungskondensator

Vielleicht hat es geholfen

ABER
Warum einfach, wenn es auch umständlich geht.

Jeder wie er mag.


Wenn Du das alles weist, hast Du das wichtige ( einstellen der Helligkeit ) wohl überlesen.

viewtopic.php?p=1004862#p1004862

Nimm die Schaltung von Ingo und teile den Widerstand Rvor auf ein Widerstand ca. 1KOhm
und ein Poti ca. 10KOhm auf.
Dann kann man die Helligkeit einstellen.

Aber auch bei der DB sind nicht immer alle Wagen gleich hell.





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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#8

Beitrag von gaulois »

Hallo LPW,
Danke für den Hinweis mit der Last. Ich war davon ausgegangen, dass die Maximallast auch deutlich unterschritten werden kann. Dass es Bauteile mit weitaus geringerer Belastbarkeit gibt, war mir nicht bewusst bzw. ich habe keine gefunden, sonst hätte ich nicht diese hier gewählt. Dass der aber heiß wird, wenn er zu wenig Strom zieht...

Hallo Jogi,
wenn ich alles wüsste, hätte ich hier die Frage nicht gestellt, ich wollte nur darauf hinweisen, dass ich diese Fundstellen schon mal gelesen habe. Offenbar habe ich dabei was übersehen, aber natürlich finde ich nicht, was ich übersehen habe, wenn Du mir das nicht näher erläuterst. Die Berechnung zu dem Brückengleichrichter stimmt natürlich, ich habe mich nur von einer Formel verwirren lassen, derzufolge die gleichgerichtete, geglättete Spannung aus einer Wechselspannung heraus um den Faktor Quadratwurzel(2) größer sein sollte....

Auf die fehlende Diode bin ich schon von anderer Stelle hingewiesen worden, in den letzten Tagen war noch keine Gelegenheit, mich damit zu beschäftigen, vor allem frage ich mich, wie die eingebaut sein muss, denn der ElKo sitzt doch hinter dem Brückengleichrichter und bekommt daher nur von einer Seite Ladung "hineingedrückt", die er dann wieder in den LED-Streifen rauslässt :? Über eine parallel geschaltete Diode würde der ElKo doch überbrückt, würde über eine antiparallel geschaltete Diode nicht schlicht die Ladung abfließen anstelle durch die LED zu gehen?

Elko ohne Widerstand habe ich auch mal gemacht, wird nicht ganz so heiß, kann aber auch daran liegen, dass ich einen anderen Spannungsregler (wo eben noch kein ElKo verbaut war) dafür genommen habe und der am Poti abweichend eingestellt war. Der Widerstand von lediglich 100 Ohm sollte nach meinem Verständnis aber verbaut sein, damit nicht beim Einschalten der Anlage sämtliche Kondensatoren erst mal die Gleisspannung in die Tiefe ziehen bzw. die Zentrale in die Knie zwingen. Ist doch nicht falsch, oder doch?

Zur Frage warum einfach wenn : das war für mich ein Kostenfaktor, weil die Bauteile preislich deutlich unter den fertig konfektionierten Bauteilen lagen und weil mir zu einem Spannungsregler statt Widerständen geraten wurde... Die Schaltung von Ingo hatte ich vorher in ein paar Wagen verbaut, die waren dann aber zu hell und ich wollte die durchfließende Stromstärke reduzieren, aber nicht in Wärme umwandeln. Jetzt ist genau das Gegenteil eingetreten...
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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#9

Beitrag von jogi »

gaulois hat geschrieben:
Mi 5. Aug 2020, 08:39

Hallo Jogi,
wenn ich alles wüsste, hätte ich hier die Frage nicht gestellt, ich wollte nur darauf hinweisen, dass ich diese Fundstellen schon mal gelesen habe. Offenbar habe ich dabei was übersehen, aber natürlich finde ich nicht, was ich übersehen habe, wenn Du mir das nicht näher erläuterst.
Steht in dem Link

gaulois hat geschrieben:
Mi 5. Aug 2020, 08:39



Auf die fehlende Diode bin ich schon von anderer Stelle hingewiesen worden, in den letzten Tagen war noch keine Gelegenheit, mich damit zu beschäftigen, vor allem frage ich mich, wie die eingebaut sein muss, denn der ElKo sitzt doch hinter dem Brückengleichrichter und bekommt daher nur von einer Seite Ladung "hineingedrückt", die er dann wieder in den LED-Streifen rauslässt :? Über eine parallel geschaltete Diode würde der ElKo doch überbrückt, würde über eine antiparallel geschaltete Diode nicht schlicht die Ladung abfließen anstelle durch die LED zu gehen?

Elko ohne Widerstand habe ich auch mal gemacht, wird nicht ganz so heiß, kann aber auch daran liegen, dass ich einen anderen Spannungsregler (wo eben noch kein ElKo verbaut war) dafür genommen habe und der am Poti abweichend eingestellt war. Der Widerstand von lediglich 100 Ohm sollte nach meinem Verständnis aber verbaut sein, damit nicht beim Einschalten der Anlage sämtliche Kondensatoren erst mal die Gleisspannung in die Tiefe ziehen bzw. die Zentrale in die Knie zwingen. Ist doch nicht falsch, oder doch?

Zur Frage warum einfach wenn : das war für mich ein Kostenfaktor, weil die Bauteile preislich deutlich unter den fertig konfektionierten Bauteilen lagen und weil mir zu einem Spannungsregler statt Widerständen geraten wurde... Die Schaltung von Ingo hatte ich vorher in ein paar Wagen verbaut, die waren dann aber zu hell und ich wollte die durchfließende Stromstärke reduzieren, aber nicht in Wärme umwandeln. Jetzt ist genau das Gegenteil eingetreten...
Hallo Gerd


Dein Baustein verlangt eine glatte Gleichspannung, die muß man dem erst einmal anbieten.


So wie ich das lese, vermischst Du da einiges.

Hier mal z.B. 3 Anwendungen:

1. Gleichrichter mit Elko zum glätten der Spannung. ( ist das was Du als erstes brauchst)
2. Vorschaltelektronik für LED Stripes Davor gehört noch ein Gleichrichter nur als Beispiel
3. Puffern für Decoder nur als Beispiel

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K.Wagner
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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#10

Beitrag von K.Wagner »

Hi,

ich versuche mal, eine Antwort auf Dein Ursprungsthema zu finden. Ich habe versucht, dass Datenblatt des Spannungsreglers zu finden (Markershop???) - aber bin nicht erfolgreich gewesen. Ist es ein AC-AC-Wandler oder DC-DC? Der Chip selber ist jedenfalls für DC-DC (Vin -0.3 - +26V) ausgelegt. Ich kenne aber die Restbeschaltung nicht - Eingangsdioden sehe ich nicht, aber wer weiß...

Digitalspannung hat immer negative Anteile (Datenbits) - das "Flackern" der Märklin-Lampen bei Bezug Fahrzeugmasse machte dies deutlich. Die Ansteuertransistoren lassen den Strom nur in eine Richtung durch....

Ist es ein DC-DC-Regler, dann sind Gleichrichter und ELKO am Eingang anzuordnen.

Im regulären Betrieb darf die Induktivität (das ist das Bauteil, das heiß wird) keine nennenswert Temperatur aufweisen. Und bei einem Wirkungsgrad von über 90% sollte kein Teild er Schaltung fühlbar wärmer werden als die Umgebungstemperatur.

Bin gespannt auf Deine Antwort,
Gruß Klaus

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Re: Waggonbleuchtung mit Spannungswandler - wohin mit der Wärme?

#11

Beitrag von gaulois »

Hallo Jogi,
so wird ein Schuh draus. Der ElKo müsste also in meinem Aufbau quasi zwei Funktionen übernehmen, einmal die Glättung der Spannung und einmal die Pufferung der Ausfallzeiten durch unsaubere Gleiskontakte. Ich hätte jetzt vermutet, dass er das zweite auch vor dem Spannungswandler eingebaut machen kann und nicht nur dahinter... Sonst bräuchte man ja tatsächlich zwei ElKos, wie Du es beschreibst. Da ich das nicht weiß, muss ich ausprobieren.

Wenn ich das richtig verstehe, ist beim Glättungs-ElKo der vorhandene Widerstand ein Problem, beim Überbrückungs-ElKo die fehlende Diode, die Du mir netterweise eingezeichnet hast, damit ich nun weiß, wohin sie gehört. Da werde ich wohl morgen mal einen neuen Aufbau machen und gucken, was dann mit der Wärme passiert, auch wenn die äußeren Testbedingungen morgen wesentlich heißer sein werden, sollte sich das ja fühlen lassen...

Nun weiß ich nur nicht, wie groß der Glättungs-Elko sein müsste, der braucht doch sicher keine 470µF, da geht doch bestimmt was kleineres... zumal mir gerade einfällt, dass da bei der Digitalspannung nach der Gleichrichtung ja nur die relativ kurzen Flanken überhaupt eine Rolle spielen können, denn wir haben da doch keine Sinus-Spannung, die man glätten müsste. Am Analog-Fahrgerät wiederum natürlich schon, was das Messen an diesem Gerät nicht repräsentativ für den Digital-Einsatz macht. :?

Hallo Klaus,
Ich habe das so verstanden, dass das ein DC-DC-Wandler ist, das entnehme ich keinem Datenblatt, aber der Rückseite der Platine, die in und out jeweils mit + und - haben möchte und nix anderes. Also gehen wir mal davon aus, dass es kein AC-AC-Wandler sein kann. Datenblatt habe ich - wie gesagt - keins.
K.Wagner hat geschrieben:
Mi 5. Aug 2020, 11:44
Ist es ein DC-DC-Regler, dann sind Gleichrichter und ELKO am Eingang anzuordnen.
Ja, deshalb habe ich das so gemacht, aber wahrscheinlich stört dann der Widerstand doch...

Ich mach mal einen neuen Testaufbau - heute - denn jetzt ist ja schon nach Mitternacht, da kann ich ja nicht mehr "morgen" schreiben.
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