Osvětlení interiéru vagonů se SuperCap

[jipol57]

Není to žádná novinka, už několik let je známá, a dokonce ji teď standardně dosazuje MTB, do svých osobních vagonů. Po sejmutí z kolejí, ještě dost dlouho svíti.
ALE, při přerušovaném kontaktu s kolejemi, nedojde k úplnému zhasnutí ledek, ale k postřehnutelnému pohasnutí ano. Takže to bliká, jen to tolik nebije do očí, jako bez kondenzátorů.
Je to způsobeno tím, že ledky jsou napájeny stabilizovanými 5 volty, stejně jako superkondenzátor. Ale ten se nenabije na 100%, takže z 5V to okamžitě spadne na nějakých 4,8V, a hned pádá níž, což je na osvětlení poznat. Navíc, když ztratí napájení trvale, tak ledky skomírají, do úplné "smrti".

Vymyslel jsem vlastní systém, s použitím inteligentního hlídání nabití superkapacity.
Ještě podotknu, že to není dekodér, ale jen rozsvěcování interiéru a koncových světel, přepínaných magnetem přiloženým ke střeše. DCC v kolejích ponechám jen pro ovládání lokomotiv. Z kolejí beru jen napětí.

Schéma mého úspěšně realizované nápadu.

Celé to řídí microchip PIC. Ten jednak reaguje na magnet přiložený ke střeše, a různě rozsvěcuje interiér a koncovky. A dále, s pomocí analogového vstupu, hlídá napětí na kapacitoru, přes odporovou děličku. Taky PIC je napájený těmi 3,3V, tak referenční napětí, je taky 3,3V, a hlídané napětí od 5V níž, je potřeba poměrově snížit.
Jak to funguje. Usměrněné a stabilizované napětí na 5V, nabíjí supercap. A dále stabilizuji na 3,3V. Takže při přerušení napájení, sice klesne napětí na SCap, ale pro LEDky, se napětí nemění.
A jak postupně napětí na kapacitoru klesá, tak u mě nedojde k postupnému "umírání" ledek. Ale když SCap klesne asi na 3,4V, tak PIC všechno zhasne. Žádné skomírání svitu ledek. Při dalším poklesu, dokud ještě PIC žije, tak si do EEPROM, zapíše co svítilo. PIC pracuje od 2V.
Když se dostaví znovu napájení, tak se vše rozsvítí, jak bylo naposledy.
Ten stabilizátor 3,3V, má Udrop (úbytek napětí) 100mV. Takže do klesajícího vstupního napětí 3,4V, spolehlivě stabilizuje.
Pak se světýlka vypnou, aby nevkusně nedohasínaly.

Realizoval jsem to úspěšně zatím do jednoho vagonu, a budu pokračovat.
Zatím to má Balm, Původně s pohasínajícími ledkami od MTB.

SCap1.jpg (54.42 KiB) Zobrazeno 518 krát

Se superkapacitou 0,33F, a 12-ti led interieru, plně svítí 20 sekund, a pak zhasne.
Před první stabilizátor 5V, jsem dal 150Ohm. Sníží to nabíjecí proud SCap. Takže bych mohl přidat větší kapacity, ale bylo by to zbytečné. Těch 20 sekund, je ažaž. Tak dlouho u mě netrvá ani výpadek při zkratu v kolejích.

Ještě k tomu ovládání magnetem - jazýčkovým kontaktem. V plánu jsem to měl vždycky. Ale nedávno jsem se tady dozvěděl, o kapacitním spínači, ovládaném prstem. Taky jsem si jich několik koupil (za 5Kč). Ale v praxi při zkouškách, to nebylo moc spolehlivé. Jednak někdy reagoval na plast střechy při zapnutí napájení, to by šlo softwarově ošetřit. Ale když jsem ho nalepil na cuprextit, s vodivými spoji z opačné strany, tak reagoval po celé délce plošňáku. To by znamenalo, že když bych vzal vagon do ruky kdekoliv, tak by sepnul, jako bych dal prst na střed. Navíc riziko, že bude reagovat na nějaké rušení, kterého je v kolejišti nadmíru.
Tak jsem se brzy vrátil, ke spolehlivému magnetu. A nebude oleštěná střecha na vagonech od prstu.

A ještě drobná nevýhoda. Bývá zvykem, že koncové červené ledky se zapojují v sérii. Tak na to je 3,3V málo. Musí se zapojit paralerně, a ke každé jsem dal raději odpor. Jako bývá u bílých.

[jipol57]

Ještě doplním.
Nezkoušel jsem to, ale teoreticky by to mělo fungovat taky v analogu.
V PICu mám nastaveno, aby se ledky rozsvítily při 4,8V na SCap. 78L05 má úbytek kolem 1,7V, takže teoreticky od 6,5V v kolejích by to mohlo svítit. To není až takový zázrak. Ale po dostatečně dlouhé jízdě, aby se SCap nabil, tak po zastavení by vagony ještě nějakou chvíli svítily.
Samozřejmě rozsvícecí napětí v PICu se může nastavit jakékoliv, aby to svítilo i při nižším napětí v kolejích.
Já jsem takové rozsvěcecí napětí zvolil, pro digitál, ale rozsvítí se okamžitě, po položení na koleje.

Ale použití v analogu nebyl u mě záměr.

[vvitty]

Pro analog lze pouzit low drop regulator. Dostanes se s ubytkem pod 1V.
R4 by melo jit "schovat" do interniho pull upu.

[jipol57]

Jojo, s vynecháním R4 souhlasím.
Nedávám přesný návod, na zhotovení. Jen námět, jak lze dokonale prodloužit svícení bez vizuálních nežádoucích efektů.
Ale kdyby byl zájem, tak dám větší podrobnosti i s hex do PICu.

[Bedlisch]

Nechci vám to kluci hanět, ale to zapojení má pár nehezká věc.
Za prvé: ptali jste se té 78L05 co říká na to, když sundáte vagon z kolejí a ten superkondík ji krmí zezadu. No, asi nic hezkého to nebude Tudíž je nanejvýš vhodné přes tu 78L05 zapojit ochranou diodu a to mezi výstup a vstup 78L05 (katoda na vstup, anoda na výstup). Jinak riskujete zničení té 78L05.
Za druhé: Otázkou je ten kondík připojený přímo na napájecí napětí? Asi pokud je to knoflíkový superkondík, ten má tedy poměrně malý nabíjecí a vybíjecí proud. Takže to nabíjení bude asi v pohodě, ale nehodí se na trochu větší odběry (myšleno v řádu mA). Pár LEDek ty lepší kusy dají. Pokud máte těch LED více, je daleko lepší použít klasické superkondenzátoy zapojené do serie. Pak ovšem bude ta 78L05 zase nadávat, protože je budete přetěžovat nabíjecím proudem. Pak je třeba omezit nabíjecí proud rezistorem.

[BohousP]

Nechci vám to kluci hanět, ale to zapojení má pár nehezká věc.
Za prvé: ptali jste se té 78L05 co říká na to, když sundáte vagon z kolejí a ten superkondík ji krmí zezadu. No, asi nic hezkého to nebude Tudíž je nanejvýš vhodné přes tu 78L05 zapojit ochranou diodu a to mezi výstup a vstup 78L05 (katoda na vstup, anoda na výstup). Jinak riskujete zničení té 78L05.

Tak s tou ochrannou diodou za 60 haléřů máš jednoznačně pravdu. Já je dávám všude. (I když jsem v nějaké aplikační poznámce četl, že je to důležité zejména pro stabilizátory od 5V výše, ale sichr je sichr.)
Edit: Tím "dávám všude" jsem myslel, pokud ještě 78xy používám. Většinou dnes dávám spínané měniče, viz 6 postů dál

[jipol57]

Děkuji za posouzení. Docela bych rád ještě od Patera a nebo Zlámalíka, abych nezapomněl na Fuldu, které uznávám jako odborníky elektroniky.

Ochrannou diodu za 78L05, jsem původně měl, jenže ta sníží nabíjení SCap o 0,7V. To není zanedbatelné. Shottkyho dioda by snížila méně, ale propouští i v závěrném směru. Germániové dnes ani nejsou.
Tak jsem ji vypustil a stabilizátor neprotestoval, tak jsem to tak nechal. Ještě jsem si říkal, že změřím, jestli a kolik jde do něho zpět, ale nedošlo k tomu. Když se podívám na vnitřní zapojení stabilizátoru, tak jsou tam nějaké odpory do mínusu, tak něco zpětně tam uniká.

A teď mě napadlo, že bych ho mohl podložit odporem do mínusu, nastavit mu tím stabilizaci na 5,7V, a tím ten úbytek diody vykompenzovat. A snížila by se ztráta zpětného vybíjení SCap, do něho.

Aha, znovu jsem se začetl, tohle moc nechápu.

Tudíž je nanejvýš vhodné přes tu 78L05 zapojit ochranou diodu a to mezi výstup a vstup 78L05 (katoda na vstup, anoda na výstup)

I když to Bohous, potvrzuje. Já uvažuju o diodě, která zabrání zpětnému proudu do stabilizátoru. Diodový bypas, jsem zatím moc nevídával, kromě výkonových trantistorů.

Nabíjecí proud SCap, jsem snížil (ale odhadem) tím odporem před stabilizátorem. Myslím, že to je ošetřeno dostatečně, taky vzhledem k zatížení centrály, když se připojí ke kolejišti s desítkou (-kami) vagonů.
Při větším nabíjecím proudu se sníží napětí za odporem, stabilizátorem projde nižší napětí, s nějakou ztrátou. Až se kondík dobije a sníží se proud, tak napětí za odporem se zvýší a stabilizátor začne stabilizovat.
Asi ještě prověřím velikost toho odporu, aby byl dostatečně účinný.

[Zlámalík]

Zlámalík maká pro chlebodárce, v detailu mrkne později.
Dioda "antiparalelně" přes stabilizátor má výhodu, že propustí nežádoucí napětí okolo něj zpět do kolejí, aniž by způsobovala úbytek v pracovní větvi na stabilizátorem.

[fulda]

Děkuji za posouzení. Docela bych rád ještě od Patera a nebo Zlámalíka, abych nezapomněl na Fuldu, které uznávám jako odborníky elektroniky.

Já se nevyjadřuji. před téměř 13 lety jsem se ubíral podobným směrem. TADY si můžeš přečíst nějaké moje poznatky.
Ve stručnosti, ještě nejsi ani u "inrush current" ani u "reverse bias" a to bejvá v učebnicích tak strana 2 až 3.
V roce 2026 bych celé řešení postavil úplně jinak. Dnes se pracuje s pojmy jako "energy harvesting". Prostý pohled na Zimo STACO a tomu podobné dost napovídá.

[jipol57]

Á, Fulda jde na to moc vědecky. Já jsem zatím ještě trochu zpožděný o nějaké desetiletí. Ale i tak dík.
Ten diodový bypass, by možná vyhovoval stabilizátoru (nestěžuje si), ale prostým měřením OUT - GND, naměřím 4,4 kOhm. Což zbytečně SCap taky vybíjí.
Tak bych to asi změnil na tohleto:

Stabilizované napětí nemusí být nijak přesné, jen nesmí překročit 5,5V. Raději méně, ale pod 5V zbytečně snižuje možnosti délky svitu ledek.
Ten odpor v GND stabilizátoru, ještě nemám stanovený, ale vím, že to tak funguje už z dřívějšího bastlení.

Při té příležitosti jsem rozpitval, jak to zapojili v MTB. Mají taky stabilizátor, ale lepší, v pouzdru SOT23, s pěti nožičkami. Na výstupu jsem naměřil 4,95V, za ním je dioda a na ní to klesne na 4,65V. Úbytek 0,3, tak to asi bude Schott.
A těmi 4,65V je to napájené celé, včetně ledek a nabíjení kapacity. Před stabilizátorem je odpor 680R, a ten samý taky před SCap. Mají tam 0,22F
A jak už jsem psal výše, při ztrátě napájení, ledky okamžitě mírně pohasnou, a dál se svícení snižuje. Až nakonec ve smrtelné křeči PICu, začnou poblikávat, až zhasnou úplně.

Asi taky ještě zvýším ten vstupní odpor R1.

[fulda]

Tak jestli na to jdu vědecky nebo ne je asi jedno. Já uznávám staré pravidlo "Chybami se člověk učí", s tím, že uznávám i tu část, že je mnohem levnější se učit chybami druhých a ne vlastních.

Ten odpor v GND stabilizátoru, ještě nemám stanovený, ale vím, že to tak funguje už z dřívějšího bastlení.

Ano, přesně tohle je ta věta, proč se mi do této diskuze nechce vstupovat. Každý, kdo si někdy přečetl návod od 7805 tak ví, že stabilizuje napětí mezi vývody 2 a 3 a že proud dodávaný do vývodu 3 NENÍ konstantní. Takže z prosté vlastnosti rezistoru R8 na něm zcela určitě NEBUDE konstantní napětí. A tím pádem napětí mezi 2 a GND také NEBUDE konstantní.

V mojich schématech se podobná konstrukce dá najít, ale podobná neznamená stejná a většinou ne ve vztahu k nabíjení supercapu.
Ale jak jsem už napsal, nebudu ti to rozmlouvat, jsou to tvoje vagónky. Já se spokojím s tím co mám.

edit:
a-ha, teď jsem si všimnul popisku kolem D1. Už ti někdo řekl, že pro planární diodu není ten úbytek konstantní? I v tom nehloupějším datasheetu je graf (bez označení, vlevo nehoře na straně 3) ze kterého se dá poznat, že v propustném směru je to mezi 0,2V až 1.5V při teplotě 25°C.

Tak hodně štěstí

[BohousP]

Ten rezistor v zemnícím pinu bych nahradil diodou. V daleko větším rozsahu bude držet stabilní napětí výstupu. Ale ruku na srdce, zenit 7805 je už hodně za námi. Dnes bych uvažoval spíš o nějakém spínaném step down měniči, např. (ale rozhodně nejen) tento:
Mini Step Down Power Supply Module Voltage Buck Converter Adjustable 97.5% 1.8V 2.5V 3.3V 5V 9V 12V DC-DC 12-24V To 5V 3A
https://a.aliexpress.com/_EwgkKjY

[jipol57]

Nojo vycházím z vesměs udávaného, že úbytek na SI součástkách je 0,7V. Ale jak píšu o nějakou desetinku nabytí kondíku vůbec nejde. Je škoda aby to bylo pod 5V, a nepřípustné nad 5,5V. A do téhle tolerance se hravě vejdu.
Je pravda že sláva 7805 už dávno vypršela, ale pořád se vyrábí. Dopředu jsem si jich už pár nakoupil, tak u nich zůstanu. Snad bych šel do modernějšího, jako použili v MTB, s malým úbytkem. Ale na dané zapojení spolehlivě stačí veterán.

Dioda na GND, je výborný nápad. Vím že se používá, ale nevzpomněl jsem si. Měla by přibližně vykompenzovat ten úbytek diody na výstupu.


Jdu zkoušet a měřit v nepájivém poli.

[jipol57]

Odzkoušeno. Děkuji Bohoušovi, za připomenutí té diody na GND. Opravdu se těch +-0,7V, přeneslo na výstup, 5,7V, a následně to srazila výstupní dioda na 5V. Nemá to chybu. A jestli se zatížením o nějaký mikroV výstupní napětí mění, není vůbec podstatné.
Už jsem 2 diody navíc zakomponoval do DPS, bez změny rozměrů.

Ještě uvažuji o tom předřadném odporu před SCap. MTBáci tam mají 680R, a to je určitě ta příčina jejich okamžitého pohasnutí, při přerušení napájení. U mě by se nic takového nestalo, jen by se trochu zkrátila doba svitu led.
Ten odpor bych stejně dal na hlavní desku s ledkama, kde je taky ten SCap a jazýčkový kontakt. Malou destičku, podobnou dekodéru, lepím na hlavní desku a propojuji drátkama.

[jipol57]

A konečné schéma, které snad už nebudu měnit, protože se zdá že by nemělo mít zásadní chyby. Taky vypuštění odporu u jaz. kontaktu, na které upozornil vvitty, hned v začátku. Aktivaci pull-up, už jsem do PICu taky zapsal.

Ale hlavní na tom všem, je to inteligentní hlídání nabití SCap, aby ledky svítily buď naplno, nebo zhasly. A to funguje bezvadně.

Děkuji všem, za pomoc a názory, ale dalším se nebráním.

SCap6.jpg (51.07 KiB) Zobrazeno 66 krát