FAQ zu Boostern

Auf dieser Seite sind wiederkehrende Fragen, Diskussionen und auch Hintergrundinfos zu Boostern zusammengefaßt.

Schaltungsprinzipien, Alternativen

Es gibt prinzipiell zwei verschiedene Schaltungstechniken für Booster:
• Gegentaktendstufe:
  Diese funktionieren so wie die bekannten Audioendstufen und basieren meistens auf Transistoren. Üblich ist eine durchgehene Masse von Eingang zum Ausgang. Um den Polaritätswechsel zu erzeugen, ist eine zweiseitige Stromversorgung notwendig, diese wird i.d.R. durch Halbwellengleichrichtung aus einer Wechselspannung erzeugt.
• H-Brücke:
  Hier kommen Chips zum Einsatz, wie sie zur Motorsteuerung im CNC-Einsatz verwendet werden. Beide Seiten des Ausgangssignals pendeln zwischen knapp über 0V und knapp unter Versorgungspannung hin- und her, der Ausgang halt also keinen direkten Bezug zur Masse der Versorgung. Es ist nur eine einseitige Stromversorgung erforderlich, was den Einsatz billiger Schaltnetzteil vereinfacht. Wegen des fehlenden Massebezugs des Ausgangs muß die Schleife Zentrale -> Booster -> Rückmelder -> Zentrale einen Optokoppler enthalten.

Fragen und Antworten

• Was passiert, wen eine Lok oder ein ganzer Zug mit Zugsammelschiene bzw. rückmeldefähigen Wagen auf einem Übergang zweier Booster stehenbleibt. Wenn die Phasen gleich sind und die eine Boosterseite verbunden ist, teilen sich die Ströme dann auf? Beeinflußt das die Rückmelder?
  Hier muß man folgende Problembereiche betrachten: Pegel, Strom und zeitliches Verhalten.
  • Pegel: Durch den Schluß zweier Booster kommen zwei Signale mit unterschiedlichen Pegeln zusammen. Diese Pegelunterschiede sind dann ohne Belang, wenn
    1. die Pegeldifferenz sehr klein ist und zwar so klein, dass die Pegelunterschiede zu keinen nennenswerten Querstrom führt, also z.B. ein Netzteil eines Boosters über die beiden beteiligten Ausgangsstufen rückwärts in das Netzteil des anderen Boosters einspeist. Also unbedingt Netzteile mit gleicher Ausgangsspannung verwenden.
    2. der jeweilige Ausgangspegel ungeregelt ist (wohlgemehrt, Ausgangspegel des Boosters, nicht des Netzteiles). Sollte dieser geregelt sein, so wird bei der geringsten Differenz ein Booster versuchen, nach oben zu regeln, während der andere versucht, nach unten zu regeln. Oft haben sog. massebezogene Booster eine solche Ausgangsstufe (ähnlich einem NF-Verstärker), hier kann es zum 'Kampf' der beiden beteiligten Regelungen kommen).
  • Strom: Im regulären Betrieb wird sich bei einem Schluß der Strom nicht gleichmäßig auf die Booster aufteilen, einer hat mehr Last zu tragen. Das kann dazu führen, dass bei einer Last, welche in getrennten Kreisen gerade noch tragbar wäre, durch den Boosterschluß einer der beteiligten Booster über seine Strombegrenzung kommt. Hier ist eine moderate 'Weichheit' bzw. technisch präziser formuliert ein gewisser Innenwiderstand der Booster hilfreich, damit sich die Last besser verteilt.
    Auch für die Kurzschlußdimensionierung ergeben sich andere Verhältnisse. Durch den Schluß zweier Booster steht im Kurzschlußfall auf beiden beteiligten Stromkreisen fallweise die doppelte Stromstärke zur Verfügung.
  • Zeitliches Verhalten: Zwei Booster sind in ihrem Ausgangssignal nie ganz synchron, bedingt durch Leitungslängen, unterschiedlich schnelles Schalten bestehen leichte zeitliche Unterschiede im Ausgangsignal. Während dieser Zeiten kann ein unerwünscht großer Strom fließen, da ja (wenn auch nur für einen kurzen Zeitpunkt) die Booster das Ausgangsignal in unterschiedliche Richtung ziehen wollen. Im Design des Boosters ist dies durch eine kurze Totzeit im Moment des Umschaltens berücksichtigt.
  Rückmelder mit Dioden helfen hier: Die gegenseitige Übernahme im 'fremden' Boosterkreis wird durch den Spannungsabfall von 0,7V an den Dioden im Rückmeldemodul behindert. Wenn also Rückmelder mit Dioden im Spiel sind und die Ausgangsspannungen der Booster etwa gleich sind, dann erfolgt in beiden Meldern eine Rückmeldung.
• Ich habe gelesen, dass der Booster bei einem Kurzschluß immer wieder versucht, die Spannung einzuschalten. Leidet da meine Lok nicht?
  Der OpenDCC Booster versucht im Falle eines Kurzschlusses dreimal hintereinander (in kurzen Zeitabständen) den Strom wieder einzuschalten. Stellt er dabei einen Kurzschluß fest, dann wird eine weitere Wiederholung erst nach einer Sekunde versucht. Zudem schaltet der Booster sehr schnell ab, da wird nichts durchgebrannt.
• Kann ich auch irgendwie erreichen, daß der Booster komplett abschaltet und erst, wenn ich an der Zentrale "GO" drücke, er wieder eine Spannung liefert?
  Ja, das ist möglich. Hierzu wird der Optokopplerausgang des Boosters mit dem Stop-Eingang der Zentrale verbunden. Die Zentrale schaltet dann darauf hin den Gleisstrom ab und in Folge dessen werden die Booster (wegen fehlendem Eingangssignal) stromlos. Jedoch hat sich das automatische Wiedereinschalten in der Praxis bewährt.
• Kann es bei der H-Brücken-Boostervariante zu vermehrtem Rückmelderflattern kommen, z.B. auf dem S-88 Bus?
  H-Brückenbooster haben i.d.R. steile Flanken (das ist prinzipbedingt) und stören damit stärker als Booster nach den NF-Endstufen-Prinzip. Diese Flanken haben prinzipiell zwei schädliche Auswirkungen:
  • Erhöhte Abstrahlung: das ist einfach eine physikalischen Auswirkung, diese kann durch geeignet Verdrahtung aber komplett verhindert werden (Gleiszuleitung immer paarweise, immer verdrillt).
  • Leitungsreflexionen: Sendet man einen Puls in eine offene (oder nicht impedanzangepaßte bzw. abgeschlosssene) Leitung, so wird dieser am Ende reflektiert und führt zu einer Spannungserhöhung (Überschwingen). Wenn die Flanke des Signale so langsam ist, dass dieses Überschwingen bereits innerhalb der Flanke auftritt, dann wirkt sich das kaum aus.
    Abhilfe: Flanke langsam machen (beim Booster ist hier ein kleines Ausgangsfilter mit 0,15 Ohm und 100nF vorgesehen), und bei besonders langen Leitungen (über 8m) am Leitungsende eine Suppressordiode mit 18V (z.B. SM6T18)
  Auf der anderen Seite ermöglichen gute Flanken aber auch exaktes Timing, was speziell für BiDi und den Einsatz vieler Booster auf größeren Anlagen wichtig ist. Bei den MEFM fahren wir mit etwa 20 Booster, 460 Melderabschnitten und melden über S88-N zurück bei Leitungslängen von 15m.
• Stört der Spannungsabfall auf dem Booster nicht die Geschwindigkeit der Loks? Ich fahre mit eingemessene Lokomotiven!
  Klar beeinflußt ein Spannungsabfall die Loks. Nur: es gibt weitere Einflüße und die Loks müssen damit umgehen können:
  Die Transistoren in der Brücke habe etwa 0,3 Ohm Restwiderstand, der Strommeßwiderstand nochmal 0,05 Ohm und das Ausgangsfilter 0,15 Ohm. Macht bei 2A (also 3-4 Loks) so 1V Verlust. Das ist kein Problem, zum Vergleich: 3m Gleis (Neusilber) mit 2mm² hat 0,9 Ohm.
  Lastgeregelte Dekoder haben damit kein Problem.
  (Wenn man gegen den Spannungsabfall was machen will, dann wirds ein bischen aufwändiger: eignes Netzteil, dessen Leitspannung aus dem Ausgang gewonnen wird (damit fällt auch die billig-Laptop-Netzteil Alternative weg). Hier halte ich von den Gesamtkosten einer Anlage her betrachtet einfach günstiger, eine gewisse Überdimensionierung mit Boostern vorzusehen, als diese knapp auszulegen und dafür teurer zu machen.)
• Kann ich ohne Probleme BiDi einschalten?
  Nein, ganz ohne Probleme ist das nicht. BiDi ist zwar so entworfen worden, dass es kompatibel ist, trotzdem kann es Probleme geben:
    -   z.B. wurde mir berichtet, dass nach Zuschalten der Cutout, die digitalen Roco-Weichenantriebe nicht mehr zuverlässig schalten.
    -   des weiteren berichtet ein anderer Anwender von Problemen mit einer Lok mit älternem LE XF10, diese fahre bei aktivem BiDi vollkommen unkontrolliert.
    -   der Booster muß für die CUTOUT 4 Präambelbits zerstören - normalerweise liefert die Zentrale hier 14 oder mehr. Nach dem Booster sind es also fallweise nur noch 10 Bits - was der Mindestzahl gemäß NMRA entspricht. Es gibt aber Dekoder, die brauchen 11 Präambelbits. (Hinweis zur OpenDCC-Zentrale: diese liefert normal 14 Bits aus, bei zentralenseitig aktivierten BiDi werden 15 Bits ausgesendet.)
• Das wurde in V1.25 der Beginn der Cutout leicht verschoben, warum?
  Hier habe ich mit urprünglichen Festlegung von 30µs begonnen, aber nachdem sich da Probleme mit diversen Dekodern zeigten und auch andere BiDi Booster da eine größere Lücke fahren, habe ich das ab V1.25 auf 38µs verschoben und bin damit gleich diesen anderen Boostern.
  (Wichtig: Auf einer Anlage immer nur Booster mit gleicher Cut-out einsetzen, sonst kommt es beim Überfahren von Boostergrenzen zu Problemen!)
• Meine Booster schalten nach dem Einschalten immer sofort ab!
  Nach dem Einschalten sind die Kondensatoren der Dekoder noch leer und alle Dekoder beginnen Strom zu ziehen. Der Booster kann dieses große Stromaufnahme aber bereits als Kurzschluß interpretieren und entsprechend abschalten. (Einschaltstromproblematik, inrush-current).
  Ab Versin 1.26 ist eine 25ms lange Phase direkt nach dem ersten Einschalten eingebaut, in welcher der Booster Überstrom duldet. (Diese Zeit ist in Software mit BLOCK_SHORT_after_PowerOn konfigurierbar.)