Sie war in der vorigen Version dieses Artikels schon angekündigt.
Die Idee, zusammen mit der Innenbeleuchtung auch das Spitzenlicht anzusteuern, war derart faszinierend, daß mit Hochdruck daran gearbeitet wurde. Das Problem war: wie bekomme ich eine Information (Fahrtrichtung) von außen in eine Elektronik, die innerhalb einer Brückengleichrichter-Schaltung sitzt? Dies ist relativ einfach zu machen mit Transistoren, die mittels eines Widerstandes angesteuert werden. Nun sollte aber die Schaltung auch bei überlagerter NF-Beleuchtungsspannung funktionieren; und alle Ansätze waren zum Scheitern verurteilt, da die Beleuchtungs-Wechselspannung mit gleichgerichtet wurde und so die eigentlich gewünschte Information, die Fahr-Gleichspannung, verfälschte.
Wir haben notgedrungen auf Optokoppler zurückgreifen müssen: Parallel zur Brückenschaltung wird
eine Filterschaltung gebaut, die die NF unterdrückt und nur die Fahr-Gleichspannung weiterleitet. Diese
speist zwei Optokoppler, die die Fahrtrichtungs-Information in die Elektronik einspeisen. Die Optokoppler, je einer
pro Fahrtrichtung, schalten ein FlipFlop hin- und her, an dem dann die Schalter für das Spitzenlicht liegen.Warum so umständlich?
Bei Fehlen der Fahrspannung (bei Stillstand oder auch bei Schmutz auf den Schienen) muß unbedingt die bisherige Lichtschaltung beibehalten werden. Bei anders gearteten Versuchen in früheren Jahren trat (ohne das FlipFlop) ein Hin- und Herschalten des Spitzenlichtes auf, was immens störte und sehr stümperhaft aussah.
Die Elektronik wird also erweitert um ein FlipFlop, das von 2 Optokopplern hin- und hergeschaltet wird, wobei eine kräftige Hysterese von 1-2 Volt eingebaut ist. So ist sichergestellt, daß bei Störungen nicht versehentlich umgeschaltet wird.
Zur Schaltung:
Die Dioden-Schaltung (links, rot gezeichnet) stellt zusammen mit dem Regler die gesamte Spannungsversorgungs-Schaltung, wie sie weiter oben beschrieben wurde, dar. Von der Fahrspannung werden die beiden Optokoppler über ein R-C-Filter gespeist (violett gezeichnet). In der gezeichneten Dimensionierung verkleinert das Filter Wechselspannungen mit 2 kHz auf 8% ihres Wertes, d.h. eine Beleuchtungs-Wechselspannung von 10 Volt erscheint am Optokoppler mit 0,8 Volt, steuert ihn also gerade eben nicht mehr an. Bei höheren Frequenzen sieht es besser aus, bei tieferen schlechter. Wie genau, haben wir bei Grundlagen: was ist ein Kondensator, Seite 2 beschrieben. Weiter ist ein FWW (Feld- Wald- und Wiesen) - FlipFlop zu erkennen, das nur an einer Seite einen Transistor ansteuert. Vielleicht erinnern Sie sich noch an unseren Tip&Trick Nr. 10: Einsparen von Leitungen bei Lichtsignalen? Dort wurde unter 'Theorie' beschrieben: Rot klaut Grün den Strom. Dieses Prinzip wird auch hier angewendet, aber unter einer ganz anderen Notwendigkeit: wir können es uns nicht leisten, in den Pfad der weißen LED einen Transistor-Schalter einzubauen, weil der im allerbesten Fall immer noch 100 mV Spannung 'verbraucht', die wir wegen der 3 Volt Versorgungsspannung einfach nicht übrig haben. Die Werte der beiden Widerstände (220Ω und 180Ω) sind ausprobiert und stellen das Optimum zwischen Helligkeit und Stromverbrauch dar. Dieses Spitzensignal 'frißt' dennoch in etwa so viel Strom wie die gesamte Innenbeleuchtung! Daher sollte man bei diesen Wagen einen doppelt so großen Goldcap einsetzen wie bei einem 'normalen' Wagen. Ein Kondensator von 0,22 F hält das Licht für mindestens 20 Sekunden.
Vielleicht wundert es Sie, daß in der Schaltung 3 weiße LEDs angegeben sind? Das hat folgenden Grund: Wie jeder Elektroniker haßt auch der Autor mechanische Arbeiten. Es war als Prototyp ein BDnf738 (Ade) umzubauen. Die beiden Glühlampen für das Spitzensignal strahlten das Nutzlicht zur Seite in die Lichtleiter ab. Für die rote Lampe gibt es als Ersatz eine 'Argus'-LED (Fachausdruck von Osram), die durch eine geeignete Optik ihr Licht nicht nach vorn, sondern ringförmig zur Seite abstrahlt. Für Weiß gibt es (nach Kenntnis des Autors) so etwas nicht. Daher wurden an ein Streichholz 3 weiße LEDs der Baugröße 0603 angeklebt und elektrisch miteinander verbunden, s. dazu auch Tips&Tricks 46, Arbeiten an Leuchtdioden.
26.12.2012
Durch schlechte Beleuchtungsqualität am VT11 sind wir gezwungen worden, uns etwas anderes für die
'Endstufe' auszudenken, und sind auf MOSFETs gestoßen. Diese schalten bei Ansteuerung niederohmig durch, so
daß kein Spannungsverlust zu befürchten ist und demnach auch eine weiße LED an 3 Volt über
einen Transistor-Schalter zu betreiben ist. Wir spendieren der obigen Schaltung also am Ausgang 2 MOSFETs, von
denen jeder 'seine' LED (oder mehrere) ansteuert. Da MOSFETs spannungsgesteuert sind, benötigen sie keinen
'Basis'-Vorwiderstand. Der Aufwand an Bauteilen erhöht sich also nicht.Wir haben den Typ IRLML2502 genommen, weil der zufällig vorhanden war, aber auch, weil er mit einer Ansteuerung mit 3 Volt gut zurecht kommt und bei unseren Anwendungen einen Spannungsabfall von (gemessen) 0 mV hat.
Diese Erweiterung wird auch notwendig, wenn rote LEDs mit sehr großer Energie-Effizienz eingesetzt werden sollen, um den Strombedarf zu reduzieren. Somit kann es vorkommen, daß Rot nicht mehr mehr Strom verbraucht als Weiß, und die ursprüngliche Schaltung funktioniert nicht mehr.
Nebenbei: verbauen Sie nur LEDs mit höchster Effizienz! Es ist als Stromversorgung nichts so 'schlapp' wie ein Goldcap. Daher ist es nicht egal, ob Sie eine LED mit 7 mcd einbauen oder eine (etwas teurere) mit 3500 mcd. Es ist gut möglich, eine Spitzenbeleuchtung (weiß, 3 Lampen) mit 1 mA Stromverbrauch zu bauen und ein rotes Schlußlicht mit 0,5 mA.
Und noch ein Tip:
Wenn Sie Strommessungen an der hier vorgeschlagenen Schaltung anstellen, bedenken Sie, daß die Optokoppler den meisten Strom 'schlucken'. Dies dürfen sie auch gern tun, weil sie ja nicht über den Goldcap gespeist werden.