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Booster ORB-1

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Open Rocrail Booster - 1 ORB-1 est un modèle de booster pour train miniature digital à utiliser avec bon nombres de système différents, entre autres ORD-1.


Fonctions principales

  • Support complet de Rocrail
  • Compatible avec ORD-1
  • Sortie stabilisée
  • Platine de 80x100mm
  • Connecteurs 5 broches pour le bus booster
  • Détection de court-circuit
  • Sortie courant de 3A ou 5A
  • Utilisation d'un transformateur sans point milieu ou, pour un meilleur performance, avec point milieu (un typique 2x18VAC)

Fichiers

Toute la documentation: https://github.com/rocrail/GCA/tree/master/orb-1
La dernière version est 1.22; Les plus vieilles versions ne sont pas disponibles.

Les schémas et dessins de platine ont été conçus avec KiCad, une suite de conception de circuits imprimés (PCB) sous licence libre (GPL).

Notes

  • Avec la diode zener de 0,5 W, Z3 a tendance à griller à cause de courant d'appel élevé de C1 et C2. Les solutions proposées: Utiliser une zener de 1,3 W ou insérer une résistance de limitation de courant (100R) en série avec Z3. Ce problème existe dans toutes les précédentes versions ORB-1, aussi bien dans ORD-1 <v1.4.
  • Statut: Tests basics réussis. Certains tests de performance reste à faire.

Note sur les composants

  • Résistance de puissance:0R22 pour une sortie de 3A. 0R15 pour une sortie de 5A. Utiliser des modèles de 4W, d'une longueur de 17mm max. Avec une platine modifiée, vous pouvez utiliser des modèles plus longs ou même des faisceaux de résistance de 2W à film métallique, comme 4 pièces de 1Ohm en parallèle pour 0.25Ohm.
  • Transistors Darlington: Le conception est prévu pour des boîtiers TO218 mais vous pouvez utiliser des boîtiers TO220 également. Plusieurs modèles peuvent faire l'affaire.
  • Condensateurs de lissage: Utiliser soit pour C17-C14, diamètre 16mm, espace des pattes 7,5mm, minimum 35V ou bien pour C5 et C6, de type snap, diamètre max 35mm, espacement des pattes 10mm, minimum 35V. Si vous choisissez d'utiliser un transformateur sans point milieu, utilisez une capacité la plus grande possible, minimum 2x6800uF pour une sortie 3A ou 2x20000uF pour une sortie 5A.
  • Diodes redresseur: Les diodes doivent supporter l'utilisation à pleine puissance. Nous recommandons les séries 1N540X, comme la 1N5404. Vous pouvez aussi utiliser un modèle plus puissant, comme la 6A10. Vous pouvez utiliser des diodes Schottky si vous voulez minimiser la chute de tension après les diodes. Par exemple la SR506.
  • Dissipateur thermique: Un ventilateur microprocesseur de PC en trop peut être une solution simple et pas chère. Le radiateur en forme d'éventail des puces AMD avec leurs processeurs modernes sont parfaits. Percer des trous de 2,5mm et tarauder avec un taraud M3. Utiliser des vis nylon et des rondelles isolantes entre la semelle du TO218 et le dissipateur thermique. Utiliser le connecteur P3 pour alimenter le ventilateur du microprocesseur.

Distributeurs

Construction

  1. Monter tous les petits composants. Noter s'il vous plaît la polarité/direction pour les diodes (le coté de l'anneau dans la pastille carrée), Les LEDs (la patte longue dans la pastille carrée) et les condensateurs électrochimique (le signe moins dans la pastille ronde).
  2. Monté l'alimentation.
  3. Test l'alimentation.
  4. Monter le reste des composants.
  5. Monter le dissipateur thermique. Vérifier que les masses sont correctement insolées.
  6. Tester!

Usage

Pour de meilleurs performances, utiliser un transformateur 2x18VAC. Au moins 60VA pour une sortie 3A et au moins 100VA pour une sortie 5A. Minimiser la perte de tension sur votre réseau ferroviaire - utiliser plusieurs fils, minimum 0,75mm2.

Connexion

Sortie

Surtout pour les décodeurs Motorola il est important de connecter le MARRON à J3, et le ROUGE à J2. Si des décodeurs stationnaires ne répondent pas aux commandes la connexion est probablement inversée.

Cable Connecteur
Marron = Masse J3
Rouge = puissance J2

Si vous utilisez ORB-1 avec ORD-1, veuillez noter l'erreur de polarité du signal connue de la version 1.0-1-3 d'ORD-1.

RS232

Pour connecter ORB-1 directement au port RS232 9 broches procéder comme suit:

DSub9 Connecteur bus Booster
Contact 3 TX 1 Entrée Data
Contact 4 DTR 2 GO/STOP
3 Non utilisé
Contact 5 GND 4 GND
Contact 6 DSR 5 SC

Cette connexion simple fonctionne bien avec Rocrail (mais votre ordinateur n'a pas une isolation galvanique avec le booster comme avec ORD-1).

Description fonctionnelle

Alimentation

Un bornier à vis trois pôles, J1, accepte l'alimentation AC entrante. Deux fusibles, F1 & F2, protègent contre les courts-circuits fatales. Quatre diodes, D1-D4, redressent la tension. Les condensateurs C5 & C6 ou C7-C13 lissent la tension. La tension lissée devrait être de +-24-30V sans charge.
Note à propos de l'alimentation 1x18VAC: Seulement la masse et une des entrée AC du bornier sont utilisées, et alors seulement un fusible et deux diodes servent. Le circuit devient alors un redressement demi alternance. Les condensateurs de lissage emmagasinent la charge entre les pulsations du cycle AC. Avec un transformateur 1x18VAC et un redressement demi alternance, il y a un écart d'un demi cycle entre chaque pulsation d'alimentation et les condensateurs de lissage doivent dans ce cas être beaucoup plus élevés.
Deux diodes zener 15V, Z1 & Z2, et deux régulateurs linéaire standard 7805 et 7905, U1 & U2, créent la tension d'alimentation +-20V pour l'électronique. Deux petits condensateurs, C3 & C4, découplent l'alimentation +-20V.

Le Bus Booster

Les connecteurs P1 & P2 sont reliés ensemble. Plusieurs boosters peuvent être chaînés.

Contact1= Données
Contact2= Stop/Go, Bas=Stop, Ouvert ou haut=Go
Contact3= Non utilisé
Contact4= Masse
Contact5= Détection court-circuit, Haut court-circuit

Chemin des données

Un comparateur avec hystérésis est créé avec l'ampli-OP U3, la résistance d'entrée R5, la résistance d'hystérésis R3 et la résistance de limitation de courant R12. La tension de référence pour le comparateur est réalisée avec le diviseur de tension R4 & R9. R9=15k et R4=100k créent Vref=2,6V. R3 crée approximativement l'hystérésis +-0,5V.

Si la broche data sur le bus booster est à l'état haut et descends à moins de 2,1V approximativement la sortie du comparateur sera de -20V et si la broche data monte au dessus de 3,1V approximativement la sortie passe à +20V.

La sortie du comparateur alimente l'étage de sortie du booster constitué des résistances de base R7 & R8, des transistors darlington Q1 & Q2, des résistances de détection de courant R1 & R2 et des transistors de limitation de courant Q3 & Q4 avec les diodes D5 & D6. La moitié positive est expliquée: Une tension positive plus élevée que les résistances de base d'environ 1,4V va piloter le darlington NPN Q1. La configuration est connue comme un "émetteur suiveur", la tension émetteur suit la tension d'entrée à la base. La tension de base quand le comparateur est positif est de +20V et la tension émetteur est alors aussi de +20V. Ceci est la caractéristique de sortie stabilisée de la conception.

Le courant à travers R1 crée une tension selon la loi d'ohm, U=R*I. Quand la tension après R1 est supérieur à environ 0,6V le transistor Q3 devient passant et alors limite la tension de base de Q1. Ceci est la caractéristique de limitation de courant de la conception. D5 assure qu'aucun courant inverse ne puisse traversé la base de Q3 au collecteur de Q3.

Détection de court-circuit

En fonctionnement normal, la tension après les deux condensateurs de 100uF, C1 & C2, est d'environ -4V (-20V+15V+1V=-4), Chaque sortie négative de la partie du cycle peut faire passer beaucoup de courant à travers la diode zener Z3 et la diode D7. Les parties positives du cycle peuvent seulement chargées à travers la résistance de 10k, R11, et ce courant n'est pas assez important pour augmenter la tension après les condensateurs. Quand un court-circuit survient, alors la diode zener et la diode ne peuvent plus faire passer le courant des cycles négatifs, au lieu de cela la tension après les deux condensateurs va augmenter et lorsqu'elle sera assez élevée le bus booster sera à l'état haut à travers R6 & D9. R6 limite le courant si la broche 5 du bus booster est forcé par inadvertance à l'état bas. D9 permet d'avoir plusieurs boosters sur le bus, chacun peut piloté la broche 5 à l'état haut mais le courant ne traverse pas les autres.

Stop/Go

La broche Stop/Go du bus booster bus est faiblement tirée à l'état haut à travers le diviseur de tension R10 & R14. Quand la broche Stop/Go pin est tirée à l'état bas le transistor Q6 arrête de conduire et R13 tire D8 et R15 à l'état haut. La diode D8 permet à la sortie du comparateur d'aller à l'état +20V. L'état haut de R15 permet la saturation de Q5 et tire les résistances de base à presque la masse à travers D10. Alors aucun des deux Q1 ou Q2 ne conduit et le booster est éteint.

Contrôle de la sortie

Les LEDs optionellesD11 & D12 montrent les tension de sortie. Arrêt Normal: Pas d'allumage de la LED. Marche Normale: Les deux LEDs clignotent (dépendant de la fréquence du signal les LEDs peuvent être constamment allumées).

Sortie optionnelle pour l'alimentation du ventilateur

Une simple conception autour d'un LM317. Utiliser une résistance CTN comme par exemple Vishay 2381 640 6471. Fixer la CTN au dissipateur thermique.
table de tension de sortie ventilateur:

Vout R18 R17+CTN Temp
12,93 2200 240 court-circuit
11,85 2200 265 120
11,22 2200 282 100
10,23 2200 314 80
8,8 2200 375 60
6,88 2200 508 40
5,34 2200 710 25
4,86 2200 812 20
3,96 2200 1105 10

Si vous ne voulez pas utiliser une CTN, court-circuitez P4 et choisissez R17 pour avoir la sortie de tension que vous désirez. Voir Fiche de données du LM317 pour plus de détails.

Images

Image 3D à partir de KiCad, ORB-1 Version 1.22:

La version réelle, ORB-1 version 1.11: ASCII

orb1-fr.txt · Last modified: 2018/11/12 08:56 (external edit)