Analog Power

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Analogbetrieb mit Decoder

Analog Power with Decoder

Nach mehr als 30 Jahren Mehrzugbetrieb, also Digitalsteuerungen, ist der Bedarf Decoder ausgerüstete Fahrzeuge mit Analogspannung zu betreiben verwunderlich, aber nach wie vor weit verbreitet. Sowohl der Analogbetrieb selbst ohne Decoder, noch viel mehr jeder mit Decoder bieten leider nur mangelhafte Fahreigenschaften. Der Umstieg nach Digital ist aber für viele kein Thema. Mangelndes Wissen, daraus entstehende unterschwellige Angst und das nicht haltbare Kostenargument sind die häufigsten Gründe. Decoder bekommt man für die Maßstäbe N-0 ab etwa €20,-. Der Analogbetrieb digital ausgerüsteter Fahrzeuge bleibt ein Thema. Diese Seite soll einige Aspekte dieser Betriebsform erörtern. After more than 30 years of digital operated layouts it is quite strange that the demand to run decoder equipped locos on analog operated layouts is still there. Analog operation offers quite limited movement quality and of course no individually controlled functions. Lack of knowledge and some fear about new technologies is usually the reason to stay with analog. Digital controlled layouts are already for some years cheaper or much cheaper to operate. Decoders sell already for about €20,- in small scales. It makes no sense to try to convince analog model railroaders to convert. It is like religion, there are no facts to discuss. This page wants to discuss some aspects which should be understood if a decoder is operated in analog mode.
Es gibt viele verzweifelte Versuche den (analog) Betrieb mit speziellen Gleisspeisungen zu verbessern. Die Motore der Loks entwickeln ihre Zugkraft aufgrund des durchfließenden Stroms. Daher liefern diverse Komfortfahrpulte spezielle Signalformen ans Gleis. Das hilft bei einer Motortype, für andere kann das den schnellen Tod bedeuten. Klassischer Fall ist die Problematik mit Glockenankermotore. Man müßte eigentlich für jeden Zug eine eigene Ansteuerungsart bieten. (MpC) von GAHLER+RINGSTMEIER ist eine mögliche Lösung für diese Problematik.   There are many desperate experiments to improve motor management through special track signals. The problem is that a signal good for one motor technology is quite dangerous for another loco. Classic issue here are cage motors well-known brand Faulhaber. A possible solution would be MpC from GAHLER+RINGSTMEIER which would allow to change waveform on the track for each train individually.

Decoder im Analogmodus

Analog Power with Decoder

DCC Decoder haben in CV29 Bit 2 eine Einstellmöglichkeit, die es dem Decoder erlaubt bei Abwesenheit eines korrekten DCC Signals einen Notbetrieb zu fahren.

Bei abgeschaltetem Bit2 soll die Lok stehen bleiben. Das wird auch oft als DC Bremse bezeichnet.

Ist Bit 2 eingeschaltet soll die Lok nach Möglichkeit sich so verhalten als wäre kein Decoder eingebaut. Über CV13/14 können die Funktionsausgänge die eingeschaltet sein sollen definiert werden.

Der Sache sind natürlich Grenzen gesetzt nämlich da, wo einfach keine Energie vorhanden ist.

 

DCC allows to modify decoder operation via CV29 Bit 2. If there is no DCC signal detectable Bit 2 defines what the decoder should do.

Bit 2 turned off forces the decoder to break down the loco to a halt. It is used to DC break sections.

Bit 2 on means the decoder should try it's best to drive the loco. CV13/14 define which function outputs should be on.

All of this has it's limits. Finally there where there is no power on the track.

Die Analogversorgung bietet unterschiedlichste Signalformen am Gleis. In fast allen Fällen wird die Gleisspannung aus der herunter transformierten Netzspannung gewonnen. Das führt insbesondere bei geringen Geschwindigkeiten zu längeren Pausen in denen keine Spannung am Gleis liegt   Analog command stations offer various wave forms on the track. Usually transformed mains power is used. For low speed there are quite long sections where track voltage is below decoder requirements.

GFN Trafospannung /Fleischmann transformer signal

Decoder haben mit so einem Signal 2 Probleme:

  1. Der Decoder arbeitet erst wenn der Prozessor genügend Spannung vorfindet, üblicherweise ab etwa 5V Die Kästchenteilung im Bild oben ist 5V. man sieht deutlich die kurze Zeit wo mehr als 5V anluegen.
  2. In den Spannungspausen stürzt der Decoder ab und arbeitet nicht. Beim Aufwecken, nach dem zurückkehren der Spannung, kann es diverse Seiteneffekte geben.

Das obige Bild Zeigt die Signalform bei langsamer Fahrt. Der Trafo liefert ein klassisches Halbwellensignal. Die Spannungsspitze liegt hier bei etwa 6,5V. Störend sind die Spitzen bei etwa 75° der Periode, die Decoder und andere Elektronik verwirren kann.

 

Decoders have some problems with a signal like the above one!

  1. Decoders require a minimum voltage to run the processor, usually around 5V. The raster in the picture above has 5V. The time with more than 5V is quite short!
  2. during the power interruptions the decoder is turned off. When power returns the processor powers on which can cause some side effects.

The picture above shows the signal of a halve wave transformer at slow speed. The spike at 75° of the signal might cause some more problems with various electronics.

Signalform 100% /siglal at fullpower

Auch bei voll aufgedrehter Spannung bleibt die Störung im Signal erhalten.   Even at full speed the spike is still there!

Decoderverhalten

Analog Power with Decoder

Die Decoder reagieren recht unterschiedlich auf die Analogansteuerung. So bieten einige auch im Analogbetrieb die Massensimulkation (CV3/4) an. Das erlaubt ein besonders weiches anfahren.

Für Glockenankermotore kann man die 16kHz PWM Ansteuerung nutzen um die gefürchteten Schäden an Motoren durch die Pulsbreiten Signale der Elektroniktrafos zu vermeiden.

Decoder mit Atmel Chips (Tran) haben ein Problem, daß nach dem Aufwachen zunächst alle Ausgänge eingeschaltet sind. Damit glimmen im Analogbetrieb die eigentlich abgeschalteten Ausgänge. Das sieht man an LEDs, so leuchten hier die weißen LEDs in Fahrtrichtung hinten ganz leicht.

 

Decoders react quite different to analog power. There is no general rule. Some vendors offer mass simulation in CV3/4 even in analog mode offering smooth start and stop.

For cage motors some decoders generate HR PWM signal of 16-40kHz to avoid damages through low frequency pulse with track signal.

Decoders with Atmel processors have a classic problem. As the decoder wakes up all output lines are turned on. This causes a dimmed light if LEDs are connected even if the LED is turned off. In other words the headlight on the rear end will show some dimmed light.

Verbesserungen

Analog Power with Decoder

Dem Analogbetrieb sind natürliche Grenzen gesetzt. Viele Modellbahner haben sich an die mangelnden Fahreigenschaften und fehlenden Schaltmöglichkeiten gewöhnt. Diskussionen über Plattformwechsel führen in der Regel zu nichts, man sollte das einfach akzeptieren.

Auf Anlagen die mit konventionellen Trafos oder ähnlichen Ansteuerungen betrieben werden, also keine HF PWM Elektroniktrafos mit Signalformen > 200Hz, wirken bipolare Pufferkondensatore wahre Wunder. Diese Seit den 1950er Jahren oft empfohlene Schaltung wurde erst in den letzten 20 Jahren "leistbar" als große Elkos billig geworden sind.

Die Schaltung sollte nach dem Fahrpult und VOR dem Richtungsschalter eingebaut werden. 

 

Unfortunately analog operation is still around. Especially bigger groups cant move away easily. The advanced capabilities are often only used at home. This requires decoder equipped models to run on C power.

A good way to support that operation mode is the circuit underneath. Some high frequency power stations with PWM > 200Hz may have problems. the bipolar capacitor buffers power. It allows to bridge the time where power would reset the processor. This circuit is recommended for DC layout since the 1950ies. Now capacitors are cheap enough to install it with no discussion abut money!

The resistor limits the current to load the capacitor, the diode allows to drain full current out of the capacitor when required. This circuit should be installed after the power station and before the direction switch.

Schienen Puffer /track buffer

Alternativ kann man auch bipolare Kondensatoren, oder eben 2 gegengerichtet geschaltetete Elkos nehmen. In dem Fall muß man auf den Widerstand verzichten. PWM Fahrpulte könnten mit dem Puffer Probleme bekommen.

  Alternatively a bipolar capacitor may be used, or 2 normal elcos reversed in series. The resistor needs to be removed in this case. PWM stations might get problems with this circuit.

Schienen Puffer /track buffer

Leider wird diese Pufferschaltung kaum eingesetzt. Für den Decoderbetrieb ermöglichen die Kondensatoren eine Verlängerung der Stromversorgung oder gänzliche Brückung der Pausen. Die Schaltung "vernichtet" aber teilweise die Wirkung von Pulsbreitenfahrpulten. Normale Analogloks ohne Decoder fahren natürlich auch viel besser.

  Unfortunately this classic circuit is often ignored. For decoder operation the capacitors bridge the gap of power interruptions. The circuit hinders PWM stations in some way. Normal DC motors get a smoother power supply and work much better.
 

 

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