Forum

Hallo

Seit geraumer Zeit experimentiere ich dahingehend, über eine beliebige
Steuerung für eine Eisenbahn einen mit Wechselspannung betriebenen
Weichenantrieb zu schalten. Das Prinzip der Ansteuerung habe ich aus
einer alten Deko für eine Schaufensterbeleuchtung. Die Grafik zeigt die
Ausgangsposition hier in einer Version sogar mit Optokoppler.

Nun meine Beobachtung:
1. Wenn ich zum Schalten einen MOSFET (BUZ10) nehme, so schaltet
dieser bereits ohne jede Ansteuerung geringfügig durch und erwärmt sich
dabei übermäßig.
2. Ein Thyristor schaltet verzögert erst nach etwa 1/2 Sekunde ab.
3. Normale Transistoren reagieren gut und schnell, erwärmen sich aber
mehr als deutlich, trotz dessen als Testlast nur eine einfache Lampe ge-
schaltet wird.

Ich meine, vor allem der eingefügte TIP110 sollte bei dieser geringen
Last eigentlich kalt bleiben, oder? Als Gleichrichter hinter dem Transi-
stor verwende ich momentan einfache Dioden - 1n4001.

Wie ist diese Erwärmung der verwendeten Transistoren bzw. des FETs
zu erklären?

Gruß, Thomas

» Wie ist diese Erwärmung der verwendeten Transistoren bzw. des FETs
» zu erklären?

Kein Ausräumwiderstand zwischen Basis und Emitter. Beim MOSFET gilt das gleiche, und da kommt noch die hohe Thresholdspannung dazu, ist ja ein Sourcefolger.

Aber für so geringen Strom und 50Hz Wechselspannung kann man auch direkt einen Optotriac nemen, oder gar einen PhotoMOS-Koppler.

Hallo,

» 2. Ein Thyristor schaltet verzögert erst nach etwa 1/2 Sekunde ab.

Der sollte nach 10ms abschalten, nämlich beim nächsten Nulldurchgang.

» Wie ist diese Erwärmung der verwendeten Transistoren bzw. des FETs
» zu erklären?

Deine Transistoren schalten nicht richtig durch, sondern irgendwie nur halb. Transistoren ohne jegliche Eingangsbeschaltung zeigen genau dieses Verhalten.
Im Schalterbetrieb sollte bei diesen Strömen keine nennenswerte Verlustleistung auftreten.
Gruß
Bernd

Hallo Triceratops,

» Seit geraumer Zeit experimentiere ich dahingehend, über eine beliebige
» Steuerung für eine Eisenbahn einen mit Wechselspannung betriebenen
» Weichenantrieb zu schalten. Das Prinzip der Ansteuerung habe ich aus
» einer alten Deko für eine Schaufensterbeleuchtung. Die Grafik zeigt die
» Ausgangsposition hier in einer Version sogar mit Optokoppler.

Das heisst also, das Kästchen mit dem Übertragersymbol ist ein Optokoppler.

» Nun meine Beobachtung:
» 1. Wenn ich zum Schalten einen MOSFET (BUZ10) nehme, so schaltet
» dieser bereits ohne jede Ansteuerung geringfügig durch und erwärmt sich
» dabei übermäßig.

Wenn der Optokoppler-Ausgangstransistor in der stromlosen Phase ist, hängt das Gate des MOSFET in der "Luft" und nimmt dann grad, je nach Situation des momentan wirkenden E-Feldes, zufällig eine Spannung an, welche den MOSFET bis zur nächsten Aktivierung des Optokopplers im linearen Bereich betreibt und in diesem Zustand wirkt als Miniheizung, weil die Drain-Source-Spannung zu hoch ist.

Abhilfe: Ein Widerstand zwischen Gate und Source. Er darf bei der vorliegnd niedrigen Frequenz relativ hochohmig, also im 10k-Bereich liegen. Besser jedoch, ausprobieren.

» 2. Ein Thyristor schaltet verzögert erst nach etwa 1/2 Sekunde ab.

Das ist schon etwas viel und unerklärlich. Aber auch hier, das Gate des Thyristors sollte nicht "offen" sein, wenn er gerade vom Optokoppler-Ausgangstransistor nicht angesteuert wird. Auch hier, ein Widerstand lässt grüssen...

» 3. Normale Transistoren reagieren gut und schnell, erwärmen sich aber
» mehr als deutlich, trotz dessen als Testlast nur eine einfache Lampe ge-
» schaltet wird.

Die Sache mit dem Ausräumen der Elektronen aus dem Basisbereich mittels ableitendem Widerstand, zwischen Basis und Emitter, sollte bei nur 50 Hz eigentlich noch kein Problem sein. Trotzdem, ein Widerstand gehört hin.

Andere Sache: Hast Du mit einem Oszi die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors im Zustand des Kollektorstromes gemessen? Wie hoch ist diese Spannung?

Ich habe den Verdacht, dass Du die Stromverstärkung des Transistors überforderst. Unabhaengig davon was die hfe-Kurve im Datenblatt zeigt, im geschalteten (gesättigten) Zustand beträgt die Stromverstärkung eines solchen Transistors fuer einen Kollektorstrom im unteren 100mA-Bereich allerhöchstens einen Faktor 30. Also eher etwas weniger. Und so hast Du dann eine entsprechend niederige Kollektor-Emitter-Spannung und der Transi bleibt (fast) kühl.

Zum Schalten mit Transistoren, folgende Empfehlung:
"Schalten und Steuern mit Transistoren I"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powsw1.htm
(siehe auch ganz unten die Links)

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

» Hallo
»
» Seit geraumer Zeit experimentiere ich dahingehend, über eine beliebige
» Steuerung für eine Eisenbahn einen mit Wechselspannung betriebenen
» Weichenantrieb zu schalten.

Gerade bei den verhältnismässig hohen Strömen für
Weichenantriebe sind da eigentlich Relais am besten
geeignet.
Gruss
Harald

» Hallo
»
» Seit geraumer Zeit experimentiere ich dahingehend, über eine beliebige
» Steuerung für eine Eisenbahn einen mit Wechselspannung betriebenen
» Weichenantrieb zu schalten. Das Prinzip der Ansteuerung habe ich aus
» einer alten Deko für eine Schaufensterbeleuchtung. Die Grafik zeigt die
» Ausgangsposition hier in einer Version sogar mit Optokoppler.
»
» Nun meine Beobachtung:
» 1. Wenn ich zum Schalten einen MOSFET (BUZ10) nehme, so schaltet
» dieser bereits ohne jede Ansteuerung geringfügig durch und erwärmt sich
» dabei übermäßig.
» 2. Ein Thyristor schaltet verzögert erst nach etwa 1/2 Sekunde ab.
» 3. Normale Transistoren reagieren gut und schnell, erwärmen sich aber
» mehr als deutlich, trotz dessen als Testlast nur eine einfache Lampe ge-
» schaltet wird.
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» Ich meine, vor allem der eingefügte TIP110 sollte bei dieser geringen
» Last eigentlich kalt bleiben, oder? Als Gleichrichter hinter dem Transi-
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» Wie ist diese Erwärmung der verwendeten Transistoren bzw. des FETs
» zu erklären?
»
» Gruß, Thomas
»
»


Bei Wechselspannung sollte eigentlich ein Triac eingesetzt werden. Thyristoren leiten nur in eine Richtung.

Dafür hat er nen Gleichrichter.
Gruß

--
Nur wer nichts macht, macht keine Fehler
wer keine Fehler macht, wird befördert.

######################
Schei.e,
auf den Arsch Warald Hilhelms reingefallen.

--
Nur wer nichts macht, macht keine Fehler
wer keine Fehler macht, wird befördert.

Hallo

Das waren alles sehr interessante Anmerkungen. Ein Widerstand zwischen Basis und
Emitter hat die Fragen 1 und 2 übrigens vollends beantwortet.

Die Frage 3 löst sich letztlich darin, daß in der von mir aufgestellten Schaltungsweise
die Basis der Transistoren überhaupt nicht richtig durchsteuern kann. Denn durch die
galvanische Trennung mittels Optokoppler muß ja genau diese Steuerspannung direkt
vom Kollektor entnommen werden. Und dann hilft auch nicht mehr die Anordnung als
Darlington.

Lediglich die Kombination mit einem Thyristor funktioniert, da dieser, anders als Tran-
sistoren, keinen Steuerstrom, sondern einen "Zündstrom" benötigt und sich dann quasi
"selber hält". Und mit einem Widerstand (10k) zwischen Gate und Kathode schaltet die-
ser auch präzise an und ab.

Nun zu meiner Änderung:
In der Anlage ist deutlich zu erkennen, daß ich zusätzlich zum schaltenden Transistor
eine Art "Hilfsspannung" auf dieser Seite aufbaue, mit der die Basis optimal via Opto-
koppler angesteuert werden kann und diese dann auch korrekt durchsteuert. Allerdings
"schaukelt" sich diese Hilfsspannung aufgrund des kleinen Elkos auf etwa 20 V auf,
daher der verhältnismäßig große Basisvorwiderstand.

Ferner gilt:
Da der Optokoppler jetzt sozusagen als Vorstufe arbeitet, funktionieren einfache Tran-
sistoren nicht mehr. Darlington-Transistoren, MOSFETs oder Thyristoren sind damit die
bessere Wahl. Ich habe die Schaltung als Ganzes sogar soweit entwickeln können, daß
daraus ein richtiger PWM geworden ist. Allerdings sind hierbei Thyristoren tabu.

Warum eigentlich ein Optokoppler?
Solange ich GETRENNTE Trafos nutze für jeden Teil der Schaltung (Steuerung und
Schalter jeweils für sich), dann kann ich den Emitter des Transistors mit der Masse der
Steuerung direkt verbinden. Und dann - und auch NUR DANN - kann ich die Basis
mit jeder x-beliebigen Steuerung direkt ansteuern. Der Aufwand wäre damit also deut-
lich geringer. ABER: Sobald ich EINEN Trafo für beides nutze (der große von Märklin
ist hierfür ja ein Klassiker), so kann ich zwar von dort unterschiedliche Spannungsab-
griffe (siehe Grafik) nutzen; allerdigs führt die zuvor erwähnte Massebrücke während
einer Halbphase der Wechselspannung dann zu einem Kurzschluß.

Alles in allem arbeitet die Schaltung sehr zuverlässig. Ich habe jetzt alle Varianten über
viele Stunden hinweg bei Dauerbetrieb getestet. Allenthalben die Dioden des Gleich-
richters haben sich leicht erwärmt. Hier wären bei hohen Lasten also Typen wie 1n5401
die bessere Wahl (alternativ ein vergleichbarer Brückengleichrichter). Insgesamt weist
die Schaltung aufgrund der Dioden einen Gesamtverlust von weniger als 2 V auf. Und
am effektivsten hat sich letztlich der MOSFET (BUZ10) gezeigt. Welcher Transistor und
welche Diodenkombi als Schalter für Weichenantriebe ausreicht, ergibt sich aus den
technischen Vorgaben eben solcher Weichenantriebe.

Zum Hinweis von Harald: Klar, ein Relais ist für sowas natürlich auch zu gebrauchen.
So habe ich das im Prinzip auch die ganzen Jahre über gemacht. Doch ich wollte jetzt
unbedingt mal was neues ausprobieren.

Gruß, Thomas

» Zum Hinweis von Harald: Klar, ein Relais ist für sowas natürlich auch zu
» gebrauchen.
» So habe ich das im Prinzip auch die ganzen Jahre über gemacht. Doch ich
» wollte jetzt
» unbedingt mal was neues ausprobieren.

Nicht immer ist etwas Neues auch etwas besseres. In
diesem Fall hast Du jedenfalls bei einem wesentlich
höheren Aufwand keinen Mehrwert.
Gruss
Harald

Hallo
»
» Nicht immer ist etwas Neues auch etwas besseres. In
» diesem Fall hast Du jedenfalls bei einem wesentlich
» höheren Aufwand keinen Mehrwert.
» Gruss
» Harald

Stimmt! Denn mittlerweile mußte ich feststellen, daß Schal-
tungen wie die von mir auserkorene nicht kaskadierbar sind.
Ich müßte also ALLES ab Optokoppler für jeden einzlnen
Schalter (bei elektrischen Weichenantrieben also sogar je
2mal!!!) separat aufbauen. Der einzige "Mehrwert" wäre also
der Wegfall mechanischer Komponenten (Relais).

Jetzt hab' ich daher nochmal in mein Fachbuch geschaut. Im
Kapitel zu Triacs finde ich aber nichts passendes. Daher
meine Frage:
Wie steuert man einen Triac sicher an - und zwar unter der
Option wie auf den Grafiken zu sehen?

Eine Möglichkeit muß es ja irgendwie geben. Denn ich kann
mir nicht vorstellen, daß professionelle Großanlagen wie
z. B. im "Miniaturwunderland" Hamburg Tausende Weichen
via Relais vom Computer geschaltet werden.

Gruß, Thomas

» » Wie ist diese Erwärmung der verwendeten Transistoren bzw. des FETs
» » zu erklären?
»
» Kein Ausräumwiderstand zwischen Basis und Emitter. Beim MOSFET gilt das
» gleiche, und da kommt noch die hohe Thresholdspannung dazu, ist ja ein
» Sourcefolger.
»
» Aber für so geringen Strom und 50Hz Wechselspannung kann man auch direkt
» einen Optotriac nemen, oder gar einen PhotoMOS-Koppler.

Über den Ausgang, würde ich bei induktiver Last
eine Freilaufdiode hängen. Sonst kommt ein hoher
Spannungsimpuls über die Brücke auf den Transistor
und den Koppler. Ist das evtl. schon passiert? Das
könnte einen Defekt dort schon verursacht haben.

Gruß

--
Gruß von

* Henry-Roland Dorau * Pf.100431 78404 Konstanz * 0176 29 000 333 * http://sun-innovation.de *