FAQ zu Boostern
Auf dieser Seite sind wiederkehrende Fragen, Diskussionen und auch Hintergrundinfos zu Boostern zusammengefaßt.
Schaltungsprinzipien, Alternativen
Es gibt prinzipiell zwei verschiedene Schaltungstechniken für Booster:
- Gegentaktendstufe:
Diese funktionieren so wie die bekannten Audioendstufen und basieren meistens auf Transistoren.
Üblich ist eine durchgehene Masse von Eingang zum Ausgang. Um den Polaritätswechsel zu erzeugen, ist eine zweiseitige
Stromversorgung notwendig, diese wird i.d.R. durch Halbwellengleichrichtung aus einer Wechselspannung erzeugt.
- H-Brücke:
Hier kommen Chips zum Einsatz, wie sie zur Motorsteuerung im CNC-Einsatz verwendet werden. Beide Seiten des Ausgangssignals
pendeln zwischen knapp über 0V und knapp unter Versorgungspannung hin- und her, der Ausgang halt also keinen direkten Bezug
zur Masse der Versorgung. Es ist nur eine einseitige Stromversorgung erforderlich, was den Einsatz billiger Schaltnetzteil
vereinfacht. Wegen des fehlenden Massebezugs des Ausgangs muß die Schleife
Zentrale -> Booster -> Rückmelder -> Zentrale einen Optokoppler enthalten.
Fragen und Antworten
- Was passiert, wen eine Lok oder
ein ganzer Zug mit Zugsammelschiene bzw. rückmeldefähigen Wagen auf einem Übergang zweier Booster
stehenbleibt. Wenn die Phasen gleich sind und die eine Boosterseite
verbunden ist, teilen sich die Ströme dann auf? Beeinflußt das die
Rückmelder?
Hier muß man folgende Problembereiche betrachten: Pegel, Strom und zeitliches Verhalten.
- Pegel: Durch den Schluß zweier Booster kommen zwei Signale mit unterschiedlichen Pegeln zusammen.
Diese Pegelunterschiede sind dann ohne Belang, wenn
- die Pegeldifferenz sehr klein ist und zwar so klein, dass die Pegelunterschiede zu keinen
nennenswerten Querstrom führt, also z.B. ein Netzteil eines Boosters über die beiden beteiligten
Ausgangsstufen rückwärts in das Netzteil des anderen Boosters einspeist.
Also unbedingt Netzteile mit gleicher Ausgangsspannung verwenden.
- der jeweilige Ausgangspegel ungeregelt ist (wohlgemehrt, Ausgangspegel des Boosters, nicht des Netzteiles).
Sollte dieser geregelt sein, so wird bei der geringsten Differenz ein Booster versuchen, nach oben zu regeln,
während der andere versucht, nach unten zu regeln. Oft haben sog. massebezogene Booster eine solche
Ausgangsstufe (ähnlich einem NF-Verstärker), hier kann es zum 'Kampf' der beiden beteiligten
Regelungen kommen).
- Strom: Im regulären Betrieb wird sich bei einem Schluß der Strom nicht gleichmäßig auf die
Booster aufteilen, einer hat mehr Last zu tragen. Das kann dazu führen, dass bei einer Last,
welche in getrennten Kreisen gerade noch tragbar wäre,
durch den Boosterschluß einer der beteiligten Booster über seine Strombegrenzung kommt. Hier ist eine
moderate 'Weichheit' bzw. technisch präziser formuliert ein gewisser Innenwiderstand der Booster hilfreich,
damit sich die Last besser verteilt.
Auch für die Kurzschlußdimensionierung ergeben sich andere Verhältnisse.
Durch den Schluß zweier Booster steht im Kurzschlußfall auf beiden beteiligten Stromkreisen
fallweise die doppelte Stromstärke zur Verfügung.
- Zeitliches Verhalten:
Zwei Booster sind in ihrem Ausgangssignal nie ganz synchron, bedingt durch Leitungslängen,
unterschiedlich schnelles Schalten bestehen leichte zeitliche Unterschiede im Ausgangsignal.
Während dieser Zeiten kann ein unerwünscht großer Strom fließen,
da ja (wenn auch nur für einen kurzen Zeitpunkt) die Booster das Ausgangsignal
in unterschiedliche Richtung ziehen wollen.
Im Design des Boosters ist dies durch eine kurze Totzeit im Moment des Umschaltens berücksichtigt.
Rückmelder mit Dioden helfen hier: Die gegenseitige Übernahme im 'fremden' Boosterkreis
wird durch den Spannungsabfall von 0,7V an den Dioden im Rückmeldemodul behindert. Wenn also Rückmelder
mit Dioden im Spiel sind und die Ausgangsspannungen der Booster etwa gleich sind,
dann erfolgt in beiden Meldern eine
Rückmeldung.
- Ich habe gelesen, dass der Booster bei einem Kurzschluß immer wieder
versucht, die Spannung einzuschalten. Leidet da meine Lok nicht?
Der OpenDCC Booster versucht im Falle eines Kurzschlusses dreimal hintereinander (in kurzen Zeitabständen) den Strom wieder
einzuschalten. Stellt er dabei einen Kurzschluß fest, dann wird eine weitere Wiederholung erst nach einer Sekunde versucht.
Zudem schaltet der Booster sehr schnell ab, da wird nichts durchgebrannt.
- Kann ich auch irgendwie erreichen, daß der Booster komplett abschaltet und
erst, wenn ich an der Zentrale "GO" drücke, er wieder eine Spannung liefert?
Ja, das ist möglich. Hierzu wird der Optokopplerausgang des Boosters mit dem Stop-Eingang der Zentrale verbunden. Die
Zentrale schaltet dann darauf hin den Gleisstrom ab und in Folge dessen werden die Booster (wegen fehlendem Eingangssignal)
stromlos. Jedoch hat sich das automatische Wiedereinschalten in der Praxis bewährt.
- Kann es bei der H-Brücken-Boostervariante zu vermehrtem Rückmelderflattern kommen, z.B. auf dem S-88 Bus?
H-Brückenbooster haben i.d.R. steile Flanken (das ist prinzipbedingt)
und stören damit stärker als Booster nach den NF-Endstufen-Prinzip. Diese Flanken haben prinzipiell zwei schädliche Auswirkungen:
- Erhöhte Abstrahlung: das ist einfach eine physikalischen Auswirkung, diese kann durch geeignet Verdrahtung aber komplett
verhindert werden (Gleiszuleitung immer paarweise, immer verdrillt).
- Leitungsreflexionen: Sendet man einen Puls in eine offene (oder nicht impedanzangepaßte bzw. abgeschlosssene) Leitung,
so wird dieser am Ende reflektiert und führt zu einer Spannungserhöhung (Überschwingen). Wenn die Flanke des Signale
so langsam ist, dass dieses Überschwingen bereits innerhalb der Flanke auftritt, dann wirkt sich das kaum aus.
Abhilfe: Flanke langsam machen (beim Booster ist hier ein kleines Ausgangsfilter mit 0,15 Ohm und
100nF vorgesehen), und bei besonders langen Leitungen (über 8m) am Leitungsende eine Suppressordiode mit 18V (z.B. SM6T18)
Auf der anderen Seite ermöglichen gute Flanken aber auch exaktes Timing, was speziell für
BiDi und den Einsatz vieler Booster
auf größeren Anlagen wichtig ist. Bei den MEFM fahren wir mit etwa 20 Booster, 460 Melderabschnitten und melden über S88-N zurück
bei Leitungslängen von 15m.
- Stört der Spannungsabfall auf dem Booster nicht die Geschwindigkeit der Loks? Ich fahre mit eingemessene Lokomotiven!
Klar beeinflußt ein Spannungsabfall die Loks. Nur: es gibt weitere Einflüße und die Loks müssen damit umgehen können:
Die Transistoren in der Brücke habe etwa 0,3 Ohm Restwiderstand,
der Strommeßwiderstand nochmal 0,05 Ohm und das Ausgangsfilter 0,15 Ohm. Macht bei 2A (also 3-4 Loks) so 1V Verlust.
Das ist kein Problem, zum Vergleich: 3m Gleis (Neusilber) mit 2mm² hat 0,9 Ohm.
Lastgeregelte Dekoder haben damit kein Problem.
(Wenn man gegen den Spannungsabfall was machen will, dann wirds ein bischen aufwändiger:
eignes Netzteil, dessen Leitspannung aus dem Ausgang gewonnen wird (damit fällt auch die billig-Laptop-Netzteil Alternative weg).
Hier halte ich von den Gesamtkosten einer Anlage
her betrachtet einfach günstiger, eine gewisse Überdimensionierung mit Boostern vorzusehen,
als diese knapp auszulegen und dafür teurer zu machen.)
- Kann ich ohne Probleme BiDi einschalten?
Nein, ganz ohne Probleme ist das nicht. BiDi ist zwar so entworfen worden, dass es kompatibel ist,
trotzdem kann es Probleme geben:
- z.B. wurde mir berichtet, dass nach Zuschalten der Cutout, die
digitalen Roco-Weichenantriebe nicht mehr zuverlässig schalten.
- des weiteren berichtet ein anderer Anwender von
Problemen mit einer Lok mit älternem LE XF10, diese fahre
bei aktivem BiDi vollkommen unkontrolliert.
- der Booster muß für die CUTOUT 4 Präambelbits zerstören - normalerweise liefert die Zentrale
hier 14 oder mehr. Nach dem Booster sind es also fallweise nur noch 10 Bits - was der Mindestzahl gemäß NMRA
entspricht. Es gibt aber Dekoder, die brauchen 11 Präambelbits. (Hinweis zur OpenDCC-Zentrale:
diese liefert normal 14 Bits aus, bei zentralenseitig aktivierten BiDi werden 15 Bits ausgesendet.)
- Das wurde in V1.25 der Beginn der Cutout leicht verschoben, warum?
Hier habe ich mit urprünglichen Festlegung von 30µs begonnen, aber nachdem sich da Probleme mit diversen Dekodern zeigten und
auch andere BiDi Booster da eine größere Lücke fahren, habe ich das ab V1.25 auf 38µs verschoben und bin damit
gleich diesen anderen Boostern.
(Wichtig: Auf einer Anlage immer nur Booster mit gleicher Cut-out einsetzen, sonst kommt es beim
Überfahren von Boostergrenzen zu Problemen!)
- Meine Booster schalten nach dem Einschalten immer sofort ab!
Nach dem Einschalten sind die Kondensatoren der Dekoder noch leer und alle Dekoder beginnen Strom zu ziehen.
Der Booster kann dieses große Stromaufnahme aber bereits als Kurzschluß interpretieren und entsprechend
abschalten. (Einschaltstromproblematik, inrush-current).
Ab Versin 1.26 ist eine 25ms lange Phase direkt nach dem ersten Einschalten eingebaut, in welcher der Booster
Überstrom duldet. (Diese Zeit ist in Software mit BLOCK_SHORT_after_PowerOn konfigurierbar.)
- Was ist die Boosterschnittstelle CDE?
Das stammt ürsprünglich von Lenz und ist eine 3-Drahtverbindung zur Boosterkontrolle.
Verwendet wird ein dreipoliger Stecker, Pins 1 (C), 2 (D), 3 (E). Dabei bedeutet:
C | Daten |
D | GND |
E | Kurzschlußmeldung |