Spaxbooster-Software und Update für den Betrieb mit Sounddecodern / Energiespeichern

Von Mathias Hellmann

Der Spaxbooster hat einen Mikroprozessor eingebaut, der verschiedenen Aufgaben erfüllt.

1. Erstens prüft er ob das DCC-Signal das er verstärken soll richtig ankommt und schaltet ab (LED gelb), wenn das Signal fehlt oder unvollständig ist – beispielsweise wenn ein Westernkabel nicht richtig Kontakt hat. Diese Funktionalität ist sehr zuverlässig.

2. Zweite Aufgabe des Prozessors ist das Kurzschlusshandling. Wenn ein Kurzschluss (d.h. ein Strom oberhalb von 2 A fließt) anliegt dann schaltet der Booster ab (LED rot), versucht aber in kurzen Abständen immer wieder einzuschalten um damit festzustellen, ob der Kurzschluss noch besteht.

Zu der Zeit als der Booster entwickelt wurde gab es noch keine Sounddecoder und an Kondensatoren als elektronische Schwungmasse dachte noch niemand nach. Daher wurden die Zeit zwischen „Kurzschluss erkannt“ und Abschalten des Boosters sehr schnell (180 µS) eingestellt um die Stromabnehmer der Triebfahrzeuge nicht unnötig lange mit hohen Strömen zu belasten (Henner und Mathias bastelten zu der Zeit Schmalspurmodelle mit kleine Faulis und winzigen Stromabnahmefedern). Wer ausschließlich mit solchen oder ähnlichen Fahrzeuge der ist auch weiterhin mit der Ursprungssoftware gut bedient – die es nun auch für den aktuellen PIC 16F628 gibt.

Nebeneffekt der ursprünglichen Kurzschlusserkennung war, dass durch die schnell Abschaltzeit die Stromversorgung des Spaxboosters sehr klein dimensioniert werden konnte.

Neue Anforderungen

Nun ist seither viel Zeit vergangen und Sounddecoder haben sicher immer weiter verbreitet und werden nicht nur von ein paar Spezialisten eingebaut, sondern fast alle H0-Tfz-Neuheiten werden bereits ab Werk mit Sounddecoder ausgerüstet. Die weit verbreiten ESU-Sounddecoder haben auf der Platine relative große Kondensatoren, die die Stormversorgung puffern und damit bei sehr kurzen Kontaktstörungen verhindern, dass der Decoder in Reset geht und damit der Sound unschön von Anfang an anläuft (Motor anlassen…). Soundlösungen über Susi-Schnittstellen wie z.B. Dietz sind dagegen nicht kritisch, da dort nur sehr kleine Kondensatoren verbaut sind (22 uF).

Weiterhin gibt beispielsweise Zimo für seine Decoder (www.zimo.at -> Anwendungen -> Bedienungsanleitungen -> MX62,63,64 -> Seite 19) die Verwendung von Kondensatoren als Energiepuffer frei und beschreibt dort den Anschluss. Lenz und Dietz führen auf Messen Spur 0 oder LGB-Loks vor, die voll gepackt mit Kondensatoren 30 cm ohne Gleiskontakt fahren.

Der Ladestrom eines solchen Kondensators ist im ersten Moment sehr noch und fällt dann expontentiell ab. Problem für den Booster ist nun, zu unterscheiden ob ein Kurzschluss vorliegt oder ob gerade einer oder mehrere Kondensatoren geladen werden. Bei der alten Spaxbooster-Software kann es infolge der sehr kurzen Abschaltzeit passieren (insbesondere wenn es mehrere Sounddecoder gleichzeitig sind), dass der Booster auf Dauerkurzschluss geht und infolge der nur sehr kurzen Einschaltversuche den Boosters sehr lange dauert, bis der Kondensator endlich geladen ist. Die 2A-Leistung der Spaxbooster ist hierbei nicht das Problem, sondern nur der Ladestrom der für sehr kurze Zeit ein Vielfaches davon beträgt.

Wie gehen gewerbliche Booster mit den Sounddecodern um?

Die sind da nicht zimperlich. Ein gängiges Produkt mit Optokopplern hat in der neuesten Version neben einer erhöhten Ausgangsleistungen (4,4 bis 5 A) Abschaltzeiten im bei Kurzschluß lt. Manual von 100 mS. Damit können die Stromabnehmer bei empfindlichen Modellen bereits verglüht sein. Danach schaltet der dann unnötigerweise gleich eine Sekunde ab – ob das dann den verglühten Federn noch hilft?

In verschiedenen Meßaufbauten haben wir nun versucht, die Software (und wie sich herausstellen sollte auch die Hardware) des Spaxboosters so zu modifizieren, dass einerseits beim Betrieb mit Kondensatoren während des Ladevorgangs der Booster nicht in Kurzschluss geht, andererseits ein Beschädigung der Stromabnehmerfedern bei Auffahren von falsch gestellten Weichen zu verhindern. Die Worst-Case Annahme war das direkte Einschalten eines 2200 uF-Kondensator ohne Ladestrombegrenzung (was an sich nicht sein sollte, aber es können ja mehrere „normale“ Kondensatoren aus Sounddecoder und Energiepuffern zusammenkommen). Ergebnis war, dass infolge des exponentiellen Verlaufs beim Laden des Kondensators, bereits eine Abschaltverzögerung von 3 Millisekunden zum gewünschten Ergebnis führt (immerhin 97 mS weniger als beispielsweise der gewerblicher Booster „draufhält“).

Da leider die Stromversorgung auf die alte extrem kurze Abschaltzeit von 180 µS abgestimmt war, kommt es nun mit verlängerten Abschaltzeiten zu anderen Zuständen im Booster (Spannungsregler selbst geht in die Begrenzung) und daher funktioniert die alte Hardware mit der neue Software im Kurzschlussfall nicht störungsfrei.

Keine Panik – die alten Spaxbooster 3/16x84 müssen nicht verschrottet werden, es sind allerdings ein paar Modifikationen und zusätzliche Bauteile notwendig, bevor der alte Booster mit der neuen Software zuverlässig funktioniert. Die Version mit dem 12C508 ist ja sowieso nicht Softwareupdatefähig – kann aber analog der Version 3/16x84 wie unten beschrieben modifiziert und ein neuer PIC mit neuer Software eingebaut werden.

Wer bereits den neuen Spaxbooster 4 mit der Platine von Bernd gebaut hat der kommt mit einem einzigen Kondensator aus – beim alten Spaxbooster 3 sind es ein paar mehr Teile.

WICHTIG:
Auf keinen Fall darf ohne Modifikation der Hardware die neue Spaxboostersoftware für Sounddecoder/ Energiepuffer verwendet werden. Es kann unter bestimmten Umständen dazu kommen, dass dauerhaft ein Kurzschlussstrom von 2A fließt der Schaden anrichten kann. Die Haftung für diesbezügliche Schäden wird ausdrücklich abgelehnt.

Update für den Spaxbooster Version 3/16x84 für „Sounddecoder-Software“

Schritt 1. Der Hauptglättungskondensator C 9 muss drastisch vergrößert werden. Hier wurde anfangs nur 470 uF verbaut. Ziel wäre hier ein 2200 uF Kondensator einzubauen. (Reichelt: rad 2.200/25) Wenn es von der Höhe her nicht in eventuelle Gehäuse nicht passt, könnte man auch einen 1000uF einbauen und einen zweiten 1000uF mit isolierten Kabeln parallel anschließen und im Gehäuse festkleben. Die vorgesehenen Platinenbohrungen waren für einen 1000/2200uF-Kondensator zu nahe am Gleichrichter angeordnet – es geht aber die Bohrungen ca. einen Millimeter von Kondensator weg neu zu bohren ohne die nächste Leiterbahn zu verletzten. Die Leiterbahnen auf der Unterseite sind recht breit, so dass der elektrische Anschluss kein Problem ist.

Wichtig: Polung beachten, der schwarze Strich (Minus) muss vom Gleichrichter weg zeigen.

Schritt 2: Die Speisung des 5V-Kreises (Spannungsversorgung PIC) muss direkt aus dem Gleichspannungskreis hinter dem Gleichrichter versorgt werden um die Spannungsversorgung des PICs von der 15V-Versorgung zu entkoppeln. Dazu wird die Leiterbahn zwischen Diode D3 (1N4148) und dem 15V Spannungsregler aufgetrennt und dafür einen Brücke mit einem isolierten Kabel zur +-Seite des Gleichrichters hergestellt.

Schritt 3. Zur Glättung der Strominformation für die Kurzschlussabschaltung muss ein Kondensator 100 nF (als 0,1 uF beschriftet) (z.B. Reichelt MKS-2 100n) zwischen die Anschlüssen Basis und Emitter des Transistors gelegt werden. Dies erfolgt am einfachsten von unten auf der Platine. Der Kondensator ist von der Ausrichtung her beliebig.

Update für den Spaxbooster 4 mit „Sounddecoder-Software“

Der Spaxbooster 4 ist bereits bis auf ein Bauteil für den Betrieb mit der neuen Soundecodersoftware ausgelegt. Was sich erst herausgestellt hat als das Layout fertig war, ist die zusätzlich Glättungkapazität am Transitor. Diese muss leider von unten an die Platine flach an die Lötbahnen gelötet werden: Verwendet wir ein Kondensator 100 nF (als 0,1 uF beschriftet) (z.B. Reichelt MKS-2 100n). Wer genau die Bauteilliste bestellt hat hat diesen als C13 übrig. Dieser wird die auf dem Foto ersichtlich zwischen Minus (das ist die dicke Leiterbahn die auf dem Foto unten verläuft) und dem Lötstützpukt unter dem Widerstand der mit der Basis (mittlere Anschluß) des Transistors BC 337-25 gelötet.

Softwareversionen des Spaxboosters:

Alle Softwaredateien sind als *.txt abgespeichert und müssen vor dem Laden im IC-prog (oder eine anderen Software) in *.hex umbenannt werden. Der Programmer kann weiterhin verwendet werden. Entwickler finden die Software-Sourcen hier bei SF im CVS-Archiv.

Ursprungssoftware für schnelles Abschalten – für alle Hardwareversionen

PIC 16F84

PIC 16F84A keine Spaxboostersoftware für diesen PIC verfügbar

PIC 12C508

PIC 16F628

Software optimiert für den Einsatz mit Sounddecodern und Energiepuffern – nur für modifizierte Hardware.

WICHTIG:
Auf keinen Fall darf ohne Modifikation der Hardware diese Spaxboostersoftware für Sounddecoder/Energiepuffer verwendet werden. Es kann unter bestimmten Umständen dazu kommen, dass dauerhaft ein Kurzschlussstrom von 2A fließt der Schaden anrichten kann. Die Haftung für diesbezügliche Schäden wird ausdrücklich abgelehnt.

PIC 16F84

PIC 16F84A keine Spaxboostersoftware für diesen PIC verfügbar

PIC 12C508

PIC 16F628

Diese Seite ist nicht auf meinem Mist gewachen sondern eine Teamleistung zusammen mit: Stefan Haack (Software), Henner Meinhold (Hardwaremodifikation und Testing), Bernd Wisotzki (Layout Spax4 und Testing).

Haftung für Schäden jeweiliger Art wird abgelehnt. Ergänzungen, Anregungen usw. sind willkommen.