Persoonlijke instellingen

Rijtuigverlichting

Uit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende

Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom


Voor de rijtuigverlichting of binnenverlichting van rijtuigen zijn heel goed leds toe te passen. Dat kunnen losse leds zijn, maar ook kant-en-klare led-strips. De grote voordelen van leds t.o.v. lampjes zijn dat leds:

  • niet heet worden;
  • een veel langere levensduur hebben;
  • veel minder stroom nodig hebben voor dezelfde lichtopbrengst.

Vooral dat laatste is van groot belang bij digitale banen omdat meerdere treinen gevoed worden uit dezelfde centrale, ook de stilstaande. Ook bij een analoge baan is het fijn dat led-rijtuigverlichting minder vermogen vraagt van de rijregelaar. Het is ook van groot belang dat, bij gebruik van meerdere leds, de leds zo veel mogelijk in serie geschakeld worden, zolang de spanning dat toelaat. Het is sterk aan te bevelen om altijd minimaal 3 V over te houden voor de serieweerstand, daarmee wordt voorkomen dat bij een eventuele spanningspiek de leds defect raken.

Bij parallel schakelen neemt het stroomverbruik op de baan (het totale vermogen van locomotiefmotoren en de interieurverlichting) onnodig toe. Een digitale centrale levert maar een beperkte hoeveelheid stroom (gewoonlijk drie tot vier ampère), dus als er veel rijtuigen met interieurverlichting op de baan rijden, komt er wanneer de leds van de interieurverlichting parallel geschakeld zijn al snel een punt waar één of meerdere boosters nodig zijn.

Losse leds

Losse leds zijn verkrijgbaar in twee types: "standaard", die maximaal 20 mA aankunnen (mogen hebben) en bij ongeveer 4 tot 6 mA al meer dan voldoende licht geven en "high efficiency" (ook wel "low current" genoemd), die bij 2 mA al heel veel licht geven. Het verdient sterk aanbeveling om voor de interieurverlichting de "high efficiency" types toe te passen; des te lager het stroomverbruik per rijtuig, des te beter.

Drempelspanning
rode leds 1,9 Volt
gele leds 2,0 Volt
groene leds 2,1 Volt
blauwe leds 3,6 volt
witte leds 3,6 volt
Tabel: 01
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Willen we het exact weten, dan kunnen we deze waardes vinden via Google in de datasheet. Het gaat dan om de "Forward Voltage" (Vf).
Door het verschil in drempelspanning mogen er geen leds met verschillende kleuren of van verschillend type in serie staan. Door beide leds loopt dan wel dezelfde stroom, maar dat kan nog wel eens een heel uiteenlopende helderheid opleveren. Schakel dus verschillende kleuren leds altijd parallel en via een eigen serieweerstand aan op de voedingsspanning.

Gelijkrichter

Bij toepassen van losse leds in rijtuigverlichting moet er altijd een gelijkrichter tussen worden geschakeld. Bij analoge banen wisselen de linker(-) en rechter(+) rail van spanning bij achteruitrijden, of als een rijtuig andersom op de rails wordt gezet. Zonder gelijkrichter zou dan de verlichting maar in één richting werken. En, niet minder belangrijk, de leds zullen bij tegengestelde spanning (plus en min verwisseld), defect kunnen raken als de tegenspanning te hoog is (zie hieronder). Voor de bruggelijkrichter kan een kant-en-klaar exemplaar gebruikt worden, of vier aparte diodes. Uit kostenoogpunt is dat laatste veruit het voordeligst als veel rijtuigen van interieurverlichting worden voorzien.

Bij analoge banen zal de interieurverlichting alleen maar op volle sterkte branden wanneer de spanning op de rails maximaal is. Zodra de trein langzamer rijdt, vermindert ook de lichtsterkte.

Bij digitale banen staat er een hogere spanning in de vorm van een variabele blokgolf op de rails, deze blokgolf wisselt ook nog eens van polariteit (vergelijkbaar met wisselspanning). Zonder gelijkrichter zouden de leds maar op halve kracht branden en ook is daarbij de kans zeer groot dat de leds te hoge tegenspanning krijgen, waardoor ze defect raken. Een led kan, afhankelijk van het type, maximaal 5 tot 6 volt tegenspanning aan.

Dus; of het nu om een "analoge" of om een "digitale" baan gaat, een gelijkrichter is onmisbaar.

Waarde serieweerstand

Zie artikel Minimale led serieweerstand berekenen.

Werkspanning van de elco

Een vuistregel voor de werkspanning van de elco's voor analoge banen is 1,5 × de voedingsspanning. Bij analoge banen dus 14 volt × 1,5 = 21 volt. Hier een elco met een werkspanning van minimaal 25 volt gebruiken. Bij digitale banen is de voedingsspanning hoger, de werkspanning van de elco moet dan ook hoger zijn. Een elco met een werkspanning van minimaal 35 volt is dan altijd aan de veilige kant.

Schakeling voor de analoge baan

Binnenverlichting01.gif
Afbeelding: 01
Basisschema
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
B1 Bruggelijkrichter
R1 560 D1-D2 led wit of geel
Tabel: 02
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom


Het basisschema bestaat uit een gelijkrichter (B1), een serieweerstand (R1) en twee leds (D1 en D2) die in serie staan, zie afbeelding 01.

Knipperende leds

Zie artikel Maatregelen tegen knipperende leds.

Bij het gebruik van de schakeling in afbeelding 01 is het onvermijdelijk dat de leds knipperen bij onderbreken/wegvallen van de voedingsspanning, bijvoorbeeld op wissels of door vuile rails. Om dat knipperen tegen te gaan, kan een elektrolytische condensator (elco) over de plus en min van de bruggelijkrichter worden geplaatst (plus van de elco aan de plus van de gelijkrichter, zie afbeelding 02). Bij een waarde van 470 microfarad (µF) is het knipperen al een stuk minder. Er kan ook zonder probleem een hogere waarde voor C1 worden genomen, of meerdere elco's parallel als een grotere elco niet past in het rijtuig, bijv. twee van 470 µF i.p.v. 1000 µF.

Binnenverlichting02.gif
Afbeelding: 02
Antiknipper elco toegevoegd
Schema gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
B1 Bruggelijkrichter C1 Elco 470 uF
R1 560 D1-D2 led wit of geel
Tabel: 03
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom


Schakeling voor de digitale baan

Voor verlichting die rechtstreeks en altijd brandt op de digitale spanning, dus zonder tussenkomst van een decoder. Het basisschema is hetzelfde als voor een analoge baan, zie afbeelding 02, maar de voedingsspanning op de railuitgang van de centrale is hier echter 16,7 volt (gemeten bij een ECoS 1). Door de spanningsval over de gelijkrichter staat een spanning van 16,7 - (2 × 0,7) = 15,3 V op elco C1. De berekening van de serieweerstand gaat op dezelfde manier.

Uitbreiding met spanningsregelaar

Binnenverlichting03.gif
Afbeelding: 03
Schema met spanningsregelaar
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom


Aansluiting-spanningsregelaar-02.gif
Afbeelding: 04
De aansluitingen van de spanningsregelaar
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Voor een nog betere "antiknipper"-werking kan een spanningsregelaar worden toegevoegd (zie afbeelding 03 en 04). Door dan tevens C1 in waarde te vergroten van 470 µF tot 2200 µF en C2 (2,2 µF) toe te voegen, geeft dit een vrijwel storingvrije werking. De grotere waarde van C1 zorgt er bij onderbreking van de spanning vanaf de rails voor, dat het IC zijn voedingsspanning nog een tijdje uit C1 kan halen. C2 zorgt voor een betere werking van het IC. Omdat er na het IC een lagere spanning aanwezig is (in vergelijking met afbeelding 02), moet de waarde van R1 opnieuw worden berekend. Zie voor het berekenen van de benodigde weerstandswaarde het artikel Minimale led serieweerstand berekenen. De spanning waarop het nu werkt, is 16,7 V - 1,4 V = 15,3 V. De marge tegen knipperen is hiermee ook aardig afgenomen.
Het is niet van te voren bekend welke weerstand(en) er nodig is/zijn (hangt af van de spanning die de centrale afgeeft), dus hier in onderstaande tabellen een standaard waarde voor de weerstand. Bij "Meer informatie" staan meerdere weerstandenleveranciers.

Onderdelenlijst Conrad

Leverancier Omschrijving Aantal Artikelcode Opmerking
Conrad Bruggelijkrichter B40C1500 1 1581973 - 8J (of vier diodes 1N4148)
Conrad Diode 1N4148 1 162280 - 8J Bij het schema in afbeelding 03 zijn vier stuks benodigd.
Conrad Spanningsregelaar L78L12ACZ 1 156065 - 8J TO-92
Conrad Weerstand 560 Ω 1 1583922 - 8J 1/4 Watt.
Conrad Elco 470μF 1 444020 - 8J 35 volt. Radiaal.
Conrad Elco 2,2μF 1 481688 - 8J 35 volt. Tantaal. (standaard elco van 10μF mag ook).
Tabel: 04
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom

Onderdelenlijst Reichelt

Leverancier Omschrijving Aantal Artikelcode Opmerking
Reichelt Bruggelijkrichter B40C1500 1 B40C1500G VIS (of vier diodes 1N4148)
Reichelt Diode 1N4148 1 1N 4148 Bij het schema in afbeelding 03 zijn vier stuks benodigd.
Reichelt Spanningsregelaar L78L12ACZ 1 L78L12ACZ STM TO-92
Reichelt Weerstand 560 Ω 1 1/4W 560 1/4 Watt.
Reichelt Elco 470μF 1 FM-A 470U 35 35 volt. Radiaal.
Reichelt Elco 2,2μF 1 T350 2,2U 35 35 volt. Tantaal. (standaard elco van 10μF mag ook).
Tabel: 05
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom


Overbelastingsverschijnselen bij centrales en boosters

Binnenverlichting04.gif
Afbeelding: 05
Begrenzingsweerstand toegevoegd
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom
Onderdelenlijst
B1 Bruggelijkrichter C1 Elco 470 uF
R1a 100
R1 560 D1-D2 led wit of geel
Tabel: 06
Tabel gemaakt door: Fred Eikelboom


Als bij het inschakelen van de baanspanning een groot aantal rijtuigen met binnenverlichtingsschakelingen met elco's op de rails staan, kan het gebeuren dat de "overload"-beveiliging (=kortsluitbeveiliging) van de centrale of van een booster aanspreekt. Dit wordt veroorzaakt door de hoge laadstroom die optreedt omdat alle elco's nog ongeladen zijn. Het is dan raadzaam om bij alle gelijkrichter/elco-combinaties een weerstand van 100Ω 1/2 watt (zie: R1a in afbeelding 05) tussen de plus van de gelijkrichter en de plus van de elco te schakelen. Dit verlaagt de inschakelpiek aanzienlijk. Zijn er dan toch nog boosters waarbij de overload-beveiliging aanspreekt, dan moet de waarde van R1a tot bijv. 220Ω worden verhoogd. Maak de waarde van deze weerstand echter niet te hoog, want dan werkt de "antiknipper-werking" van de elco weer minder.


Led-strips

De uitvoeringen

Ledstrip1.gif
Afbeelding: 06
Diverse typen led-strips
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Led-strips zijn er in vijf hoofdvarianten:

  • de eenvoudigste uitvoering heeft alleen een gelijkrichter (zie fig. A);
  • een gelijkrichter en een spanningsregelaar (zie fig. B);
  • een gelijkrichter, een spanningsregelaar en de mogelijkheid de lichtsterkte te verminderen door een 0 ohm weerstand te vervangen door één van bijv. 220 ohm (zie fig. C);
  • een gelijkrichter, een spanningsregelaar en de mogelijkheid de lichtsterkte te regelen door een regelbare weerstand (=potentiometer) te verdraaien (zie fig. D);
  • een gelijkrichter, een spanningsregelaar, de mogelijkheid de lichtsterkte te regelen door een regelbare weerstand (=potentiometer) te verdraaien en tevens een buffer-elco om het knipperen van de leds tegen te gaan (zie fig. E).

Bij de versies 1 - 4 is het vaak nodig om een buffer-elco aan te brengen om het knipperen van de leds tegen te gaan. De plaats waar deze elco gemonteerd moet worden is altijd na de gelijkrichter en vóór een eventuele spanningsregelaar.

Let-op.jpg
  LET OP
Sluit nooit een elco vóór de gelijkrichter aan (op de wisselspanning) want dan is het vrijwel zeker dat de elco stuk gaat en in het ergste geval kan ook de led-strip defect raken!

Neem voor de elco een exemplaar met minimaal 35 volt werkspanning. De capaciteit moet minimaal 470 μF zijn. Hoe hoger, hoe langer de leds "nabranden". Soms past er geen grote elco in het rijtuig, plaats dan twee kleinere exemplaren parallel. Bijkomend voordeel van een hogere werkspanning is dat een elco met een hogere werkspanning een lagere lekstroom heeft.

Het aansluiten van een buffer-elco op een diodebrug

In een goede gebruiksaanwijzing, zoals bijv. van de firma DigiKeijs, staat aangegeven hoe en waar een eventuele buffer-elco op de led-strip aangesloten dient te worden. Staat er echter niets in de gebruiksaanwijzing, dan kan dat als volgt: kan dat

Ledstrip2.gif
Afbeelding: 07
Diverse gelijkrichters
Tekening gemaakt door: Fred Eikelboom

Indien een op de print te monteren elco te veel ruimte inneemt (zodat de led-strip niet goed meer in het rijtuig past), kan de extra elco met twee stukjes draad (minimaal 0,14 mm²) op een beter geschikte plaats worden gemonteerd. In veel gevallen is op deze manier de elco mooi te verbergen. Indien er een SMD-bruggelijkrichter gemonteerd is, dan hieronder verdergaan bij "SMD-bruggelijkrichter".)

Zoek eerst de plus- en min aansluitingen van de gelijkrichter op. Volg (bij afbeelding A of B) vanaf het punt AC (waar de aansluitdraden zitten naar de sleepcontacten) de printsporen (of geleiderbanen), die naar de gelijkrichter gaan. Op die punten zit één diode met de kathode (aangegeven door een streep, stip, of inkeping op de behuizing) naar dat punt toe zit en een andere diode met de kathode er vanaf. Op die punten mag absoluut geen elco worden aangesloten omdat op die punten wisselspanning staat!

Ook zitten er op één aansluitpunt twee diodes die met de kathodes vlak bij elkaar zitten. Dat punt is altijd de plus-aansluiting. Aan de andere kant zitten twee diodes waarvan de anodes vlak bij elkaar zitten. Dat is altijd de min-aansluiting. Verbind de led-strip met de digitale spanning en controleer met een multimeter of hier een gelijkspanning (meter op het DC-bereik instellen) van 16 tot 26 volt aanwezig is.

Verbreek daarna de verbinding met de digitale spanning. Monteer hierna de min-aansluiting van de buffer-elco aan de min van de gelijkrichter. De plusaansluiting van de buffer-elco komt aan de plus van de gelijkrichter.

SMD-bruggelijkrichter

Indien er op de led-strip een SMD-bruggelijkrichter aanwezig is (die inwendig ook uit vier diodes bestaat), dan is het vaak meteen duidelijk wat de plus en de min zijn, dit is op de behuizing aangegeven (zie afbeelding C).
Staat er niets op de behuizing, ga dan als volgt te werk: zoek eerst de plus- en min aansluitingen van de gelijkrichter op. Volg (zie afbeelding C) vanaf het punt AC (waar de aansluitdraden zitten naar de sleepcontacten) de printsporen (geleiderbanen) naar de SMD-bruggelijkrichter. Op die punten bij de gelijkrichter mag geen elco worden aangesloten, doe dat aan de andere twee aansluitingen. Verbind daarna de led-strip met de digitale spanning en controleer met een multimeter of hier een gelijkspanning van 16 tot 26 volt aanwezig is (multimeter op het DC-bereik instellen).
Verbreek daarna de verbinding met de digitale spanning. Monteer hierna de min-aansluiting van de buffer-elco aan de min van de gelijkrichter. De plusaansluiting van de buffer-elco komt aan de plus van de gelijkrichter.

Mocht er bij montage van de elco - direct op de print - te weinig ruimte zijn om de led-strip in een rijtuig te bouwen, dan kan de elco ook d.m.v. een paar stukjes soepel maar niet te dun montagedraad (0,25 mm2 of meer) met de led-strip verbinden.

Waarschuwing

Sluit nooit GoldCaps op de led-strip aan in plaats van een elco. Dit werkt gegarandeerd niet, omdat de werkspanning van een GoldCap in deze situatie te laag is ten opzichte van de voedingsspanning (na de gelijkrichter van de led-strip. De gangbare GoldCaps hebben een werkspanning van 5,5 volt. Dus wanneer de led-strip een voedingspanning nodig heeft die hoger is dan 5,5 volt, zijn GoldCaps niet bruikbaar.


Flexibele led-strips

Een andere mogelijkheid om leds-strips in rijtuigen te bouwen, is het gebruik maken van flexibele led-strips. Deze worden aangeboden op een rol. Met het aantal leds op zo een rol zit is een groot aantal rijtuigen van led-verlichting te voorzien. Op het forum staat aangegeven hoe dergelijke led-strips "van de rol" worden toegepast (zie hieronder). Even een waarschuwing. Zit op de (ingekorte) ledstrip geen gelijkrichter, dan mag deze niet op de digitale spanning aangesloten worden, anders krijgt de ledstrip een te hoge tegenspanning. In dat geval moet schakeling 05 (hierboven) toegepast worden. R1a wordt dan 220Ω R1 wordt dan 1K. Op de plaats van de leds (D1 en D2) komt dan de ledstrip.

Nieuwste generatie leds

Er zijn nu ook SMD-leds in de handel die nog maar 1 mA "forward current" nodig hebben, zogenaamde "Ultra-Low Current SMD-leds". In het Nederlands: "Ultra-lage stroom SMD-leds". Meer over Ultra-Low Current SMD-led.


Meer informatie

Encyclopedie:
Beneluxspoor.net:
over led-trips "van de rol".
over het gebruik van een stroombron bij leds.
Gebruiksaanwijzingen Digikeijs.
Externe websites:
Leverancier van leds, elco's en weerstanden.
Leverancier van leds, elco's en led-strips.
Gestopt
Leds met aangesoldeerde draden.
Informatie over de E-reeksen.



Hoofdpagina  Categorie-index  Index  Menu
Vorige | Volgende
Contact met de redactie: Contact met de redactie 

Laatste wijziging: 25 apr 2024 12:11 (CET)