Leistungselektronik
Die Leistungselektronik ist die wichtigste Schaltung der Modellbahn, weil sie das Bindeglied zwischen den Steuerrechnern und der Peripherie darstellt. Alle Sensoren und Aktoren werden von ihr angebunden, dabei übernimmt die Leistungselektronik noch wichtige Steueraufgaben wie die Erzeugung der Pulsweitenmodulation für die Gleise oder das Redundanzmanagement der Kontakte. Die Funktion des Systems ist hier ausführlich beschrieben.
Platine mit der Leistungselektronik
Das Platinenlayout der Schaltung besteht aus zwei Layern, von denen der untere die meisten Signalleitungen und die Kurzstreckenverbindungen trägt. Die Oberseite wird überwiegend als Massefläche benutzt, daneben verlaufen hier die Stromversorgung und Langstreckenleitungen.
Bestückungsplan der Leistungselektronik
Für die Bestückung einer Platine werden die in der folgenden Tabelle aufgeführten Bauteile benötigt, dabei handelt es sich fast ausschließlich um Standardteile, die problemlos zu beschaffen sind. Nach den Lötarbeiten muß die Firmware des Mikrocontrollers installiert werden. Diese Aufgabe übernimmt das in der Studienarbeit von Stephan Höhrmann beschriebene Programmiergerät über die ICSP-Schnittstelle auf der Platine, dabei wird der Codespeicher zu rund 80 Prozent gefüllt und das EEPROM mit initialisiert. Vor der Inbetriebnehme müssen in dem ICSP-Stecker noch mindestens die Pinpaare CLK und DATA mit Jumpern überbrückt werden, damit beide Motortreiber mit dem Mikrocontroller verbunden sind und normal funktionieren.
Die ersten Funktionstests können mit einem einzelnen 12 Volt-Netzteil durchgeführt werden, das an alle drei Eingänge angeschlossen ist. Später sollten stattdessen drei Netzteile benutzt werden, falls möglich mit galvanischer Trennung.
| Halbleiter | |
|---|---|
| 4x | Gleichrichter B80C800, rund |
| 2x | Diode BY500 |
| 3x | Diode 1N4148 |
| 3x | Diode 1N4004 |
| 1x | Microchip PIC 16F871, PLCC-44 |
| 2x | Pegelwandler MAX232, DIL |
| 1x | Analog Switch 4052, DIL |
| 3x | Schieberegister 74AC164, DIL |
| 4x | Treiber ULN2003A, DIL |
| 1x | Operationsverstärker LM358, DIL |
| 2x | Motortreiber L6203 |
| 1x | Spannungregler 7805, TO-220 |
| 1x | PNP-Transistor BC557C, TO-92 |
| 1x | NPN-Transistor BC547C, TO-92 |
| 1x | 7-Segment-Anzeige, CA, grün |
| Steckverbinder | |
| 3x | Stecker PSS 2,54 mm, 2 Pins |
| 4x | Stecker PSS 2,54 mm, 3 Pins |
| 8x | Stecker PSS 2,54 mm, 5 Pins |
| 1x | Buchse RIA6-382 |
| 3x | 9-pol. Sub-D Buchse |
| Einzelwiderstände | |
| 2x | 0,22 Ohm, 2 Watt |
| 1x | 330 Ohm, 1/8 Watt |
| 1x | 560 Ohm, 1/8 Watt |
| 1x | 1 kOhm, 1/8 Watt |
| 1x | 10 kOhm, 1/8 Watt |
| Widerstandsnetzwerke | |
| 1x | 1 kOhm, 5 Pins, 4 Widerstände |
| 4x | 1 kOhm, 6 Pins, 3 Widerstände |
| 3x | 1 kOhm, 8 Pins, 4 Widerstände |
| 1x | 10 kOhm, 5 Pins, 4 Widerstände |
| 2x | 10 kOhm, 6 Pins, 3 Widerstände |
| 6x | 10 kOhm, 8 Pins, 4 Widerstände |
| 1x | 100 kOhm, 8 Pins, 4 Widerstände |
| 2x | 390 kOhm, 5 Pins, 4 Widerstände |
| Kondensatoren | |
| 2x | 22 pF, Keramik |
| 2x | 15 nF, Vielschicht |
| 8x | 33 nF, Vielschicht |
| 15x | 100 nF, Vielschicht |
| 2x | 220 nF, Vielschicht |
| 1x | 330 nF, Vielschicht |
| 10x | 1 uF / 63 Volt, Elektrolyt |
| 3x | 100 uF / 25 Volt, Elektrolyt |
| 1x | 220 uF / 25 Volt, Elektrolyt |
| 1x | 1000 uF / 25 Volt, Elektrolyt |
| Verschiedenes | |
| 7x | Jumper |
| 2x | Stiftleiste 1x2 Pins |
| 1x | Stiftleiste 5x2 Pins |
| 1x | Quarz 20 MHz |
| 4x | Relais Omron G5V1, 12 Volt |
| 1x | PLCC-44 Sockel |
| 1x | Platine 160x100 mm, zweiseitig |
Das Programm nodediags kann alle Baugruppen der Platine auf ihre Funktion hin überprüfen, dabei dient die Diagnoseplatine als Anzeige und als Eingabemöglichkeit für die Sensoren. Grundlegende Fehler lassen sich so schnell ausfindig machen.
