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Stromquelle für LED's und Lämpchen
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constant current source
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| Immer wider stellt steht der
Modellbahner vor dem Problem wie bekomme ich konstant hell leuchtende LEDs
oder Lämpchen. Moderne Digitalsteuerungen stellen zumindest 12-16V ständig
zur Verfügung. Solange diese nicht stabilisiert sind gibt es auch da
helligkeits- Unterschiede. Bei analog Steuerung ist das Problem noch
deutlicher. Mit einer Stromquelle kann man den Stromfluss durch den
Leuchtkörper festnageln, der bestimmt die Helligkeit, unabhängig von der
Versorgungsspannung, solange die Spannung nicht 2V plus dem was der
Leuchtkörper braucht nicht unterschreitet. |
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Repeatedly
model trainers face the problem how can I get constantly bright lamps. A
solution is to use a current source. Modern digital supplies offer at least
12-16V. As long as that is not stabilized, light is dimming too. In analogue
mode the Problem is even worse.
A current source can easily solve the problem, by
defining the current through the lamp, which defines how bright it is,
independent from the voltage. This works as long as the voltage is 2V plus
the amount the load needs to work. |
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| Der Spannungsabfall durch den
durchfließenden Strom an R1 bringt den FET zum sperren. Dadurch wird
der Stromfluss verringert was aufgrund des geringeren Spannungsabfalls mehr
Strom erlauben würde. Damit gibt es einen Stabilen Zustand wenn soviel Strom
durch R1 fließt das etwa 2V abfallen. Unabhängig von der äußeren Spannung
wird ein Strom I = 2V/R eingeprägt |
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The voltage
drop on R1 drives the fet raise its impedance. This reduces the current
through the circuit, which lowers the voltage on R1. There is a stabile
condition at a specific current which is calculated by I = 2V/R. Regardless
of the voltage the circuit is connected to the current is stabile. |
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BF245C |
| Die obige Grafik zeigt deutlich,
dass der Strom durch den FET nur abhängig von der Spannung zwischen Gate und
Source ist (senkrechte Achse). In unserem Fall, wenn versucht wird mehr
Strom zu ziehen fällt mehr Spannung am R1 ab. Das führt zu einer Reduzierung
des Stroms durch den FET. Auf diesen weg wird der Stromfluß stabil gehalten. |
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The graphic
above shows clearly that the current through the FET depends only on the
voltage between gate and source (y coordinate). In our case if more current
would be pulled the voltage on R1 increases which causes the FET to limit
the current. This way the current is stabilized. |
Innenbeleuchtung
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Car Lightning
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| Auf Basis der
Stromquellenschaltung habe ich folgende Idee entwickelt. Durch Kontaktfehler
flackert die Innenbeleuchtung von Waggons. Abhilfe bringt das
Durchkontaktieren der Stromversorgung durch alle Waggins eines
Personenzuges. Aber auch dann ist das Resultat nicht immer perfekt.
Meine Idee ist es Energie zwischenzuspeichern. Akkus sind dazu leider
aufgrund der aufwendigen Ladeschaltung und die Begrenzung auf etwa 1000
Ladezyklen leider ungeeignet. Die Alternative sind große Kondensatoren, es
gibt welche mit kleiner Bauform und einer Kapazität von 1Farad. Der Einsatz
dieser Bauteile ist mit 2 Problemen verbunden, die mir bekannten
GoldCaps haben eine maximale Nennspannung von 5V. Das zweite Problem ist,
dass die Entladekurve eines Kondensators sehr steil anfängt und dann flach
ausläuft. Eine Strombegrenzung via einem Vorwiderstand ist daher nicht
praktikabel. |
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Based on the
current source I came up with an idea to illuminate passenger cars. Daily
live shows that contact between the tracks and cars are not perfect which
results in flickering light. Even if you run wires through all cars
connecting them up is not perfect.
My idea is to buffer some energy for those short
moments where power is interrupted. Batteries are too sensitive for charging
and discharging to serve here. The alternative are huge capacities. There
are 1 farad capacitors called "gold caps" available. Unfortunately they are
specified with max 5V. The second problem is, when they get discharged they
loose voltage very fast. A normal resistor is unpractical to limit current
here. |
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| C1 und C2 in Serie erlauben 10 V
zu verwenden. Die Zehnerdiode limitiert die Spannung. Der Widerstand R1
begrenzt die Stromaufnahme der Gesamtschaltung. R1 begrenzt auch den Strom
den die Schaltung mit entladenen Kondensatoren aufnimmt. Dadurch wird ein
Überlasten der Versorgung vermieden. Die Stromquellenschaltung ist
weiter oben auf dieser Seite beschrieben |
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C1 and C2
allow to use 10V, the voltage is limited by the zehner diode. The resistor
R1 limits the current through the whole circuit. It also prevents
overloading the power supply when a discharged car is set onto the tracks.
The circuit FET1 and R2 is described at the top
of the page. |
| Der wert von R1 ist recht
unkritisch. Er sollte möglichst hoch sein um unnötigen Strom durch die
Zehnerdiode zu vermeiden. Andererseits muss der LED Strom für die
Stromquelle und der Ladestrom für die
Kondensatoren bereitgestellt werden. Ausgehend von einer (digital)
Schienenspannung von 16V und einen Gessamt-LED Strom von 20mA R1 ist
(6V/30mA) 220Ω. R2 errechnet sich 2V/20mA -> 100Ω.
BF 245C hält 20mA aus, der etwas teurere BF 246C kann 250mA. |
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The value for
R1 is uncritical. Actually it should be high to avoid wasting power when the
capacitors are charged. On the other side it must allow to drive the LED and
charging the capacitors quickly enough to have some spare energy when
needed. Assuming a (digital) track voltage of 16V a LED current of 20mA
(some LEDs parallel) I recommend 220Ω (6V/30mA) R2 is calculated: 2V/20mA ->
100Ω.
The BF 245C is specified with 20mA, the little more
expensive BF 246C goes up to 250mA. |
Starke Stromquelle
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Strong Current Source
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| Im Zuge des
Pantographen Projektes bei der 1044
benötigte ich eine Stromquelle mit 200mA. Leider ist dafür die oben
beschriebene Schaltung zu schwach. Der BF245C kann keine 200mA. |
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During the
pantograph project I needed a stronger
current source with 200mA. Unfortunately the BF245C can not drive 200mA. |
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Stromquellenschaltung mit 7805 / current source
with 7805 |
| 200mA und ein
Widerstand von 25 Ohm ergeben die 5V des Stabilisators. Unabhängig von der
Eingangsspannung, solange sie hoch genug ist, und dem Widerstand der in
Serie geschalteten Last wird die Schaltung die Spannung über den beiden
Widerständen auf 5V halten. Da sich die Widerstände nicht ändern, sondern
nur die Last, wird der Strom konstant auf 200mA gehalten. Ich verwende 2
parallel geschaltete Widerstände um besser regeln zu können und um die Wärme
von etwa 1W am Widerstand zu verteilen. |
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200 mA and a resistor of 25 ohms would deliver the 5V of the regulator.
Regardless of the input voltage, if it is high enough, and the resistance of
the muscle wire the 7805 will try to hold the voltage over the resistor at
5V. As the resistor does not change, only the muscle wire resistance
changes, the current is stabilized. I use 2
resistors parallel to enable better regulation and to distribute the heat of
1W. The heat of the 7805 of roughly 2-3 W ist dispensed over the loco
chassis. |
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