DCC Funkční dekodér vybavený super-kondenzátorem

Osvětlení jedoucích vagónů patří ve světě digitální železnice k dobrým standardům. Bohužel vagóny jsou celkem lehké a je poměrně těžké vyřešit sbírání proudu, zejména u vagónů s menším počtem náprav. Potom dochází k nepříjemnému blikání světel. Rozhodl jsem se vyzkoušet využití super-kondenzátorů, abych nepříjemné blikání omezil.
Jako základ jsem si zvolil funkční dekodér který vytvořil Paco Cañada. Celkem zásadně jsem přepracoval elektronickou část, nicméně jsem zachoval celou použitou logiku. Vzhledem k oblibě tohoto dekodéru je na internetu k dispozici několik variant software, které zahrnují různé světelné efekty a podobně. Většinu těchto software lze přímo použít beze změny.
Rozhodl jsem se použít vrstvené keramické kondenzátory. Jejich předností je velká kapacita při malých rozměrech, jejich nedostatkem je malá napěťová odolnost.
Dekodér jsem tedy musel vytvořit tak, aby jeho pracovní napětí nepřesáhlo 6V. To je celkem zásadní omezení, neboť ve světě modelové železnice se obvykle používají napětí kolem 12-18V. Snížením pracovního napětí bohužel může dojít k nárůstu proudu, proto dekodér vychází mohutnější, než by bylo žádoucí.
Nakonec jsem dekodér zmenšil na velikost zhruba 12x20mm. Velikost není jednoznačná, protože část dekodéru je použitá jako chladič, který není úplně nutný pro provoz.
Předpokládám provoz dekodéru prakticky výhradně s LED osvětlením.

DCC Function decoder equiped with super-capacitor

Here is good standard in world of digital railroad modeling - working lights on cars/wagons. Unfortunately wagons are lightweight and that is not easy to solve gathering of electricity from tracks, especially on wagons with smaller amount of axles. Then lights non likeable blinking. I decided try to use super-capacitor to avoid this blinking.
As a base I used function decoder done by Paco Cañada. I was dramatically re-design hardware part of this decoder, but I keep all used logic. Because this decoder is popular on internet, it is possible to download few variants of software with variety of lights effects etc. Almost all of those variants will work without changes.
I decided to use ceramic type polyacene capacitors. Benefit of those capacitors is big capacity with small size, but problem is small voltage resistance.
Then I must create decoder to his voltage not go over 6V. It is dramatical limitation, because usual model railways devices using voltage around 12-18V. Decrease of voltage can implicit increase of used current, then decoder must be mechanically more robust.
At the end I was able to create decoder in size around 12x20mm. The size is not definite, because part of decoder is used as heat silk, this part must not be present if temperature of decoder is not big.

Dekodér je pochopitelně osazen na oboustranné desce plošného spoje. V mém případě jsem osadil dva kusy na desku vyrobenou v domácích podmínkách bez prokovení, další už osazuji na profesionální desky s prokovenými otvory.
Vyrobená deska je mírně větší a před osazením je potřeba jí zabrousit na požadovanou velikost. Pro zmenšení je potřeba desku výhradně brousit a nepoužívat ani stříhání a ani frézování. Stříháním by mohlo dojít k poškození vodivé části. Desku lze zabrousit až těsně k vodivým cestám, na straně, kde jsou plošky pro připájení vodičů lze odbrousit i část plošek a nechat je jen takové, abychom byli schopni pájet vodiče. Na opačné straně je velká měděná plocha určená jako chladič. Tuto plochu lze po vyzkoušení celkem zásadně zmenšovat. Nejprve si na jednom vzorku s plnou velikostí vyzkoušejte, jaké dosahuje dekodér teploty při rozsvícení maximálního počtu světel. Pak lze plochu zmenšovat a sledovat, aby její teplota nepřesáhla cca 40°C. (ve skříni vagónu kde je mnohem menší proudění vzduchu)

Deska má 7 plošek pro připojení vodičů. Na jedné straně jsou dvě plošky pro připojení DCC signálu z kolejí (červená a černá; nezáleží na pořadí). Na druhé straně je 5 plošek. Jedna je vzdálenější. Tato ploška obsahuje společný ladný pól V+ (modrá). K tomuto vývodu se připojují anody všech LED diod. Od společného vývodu následují jednotlivé funkční výstupy v pořadí D,C,B,A. A je nejvzdálenější od V+. (A - bílá, B - žlutá, C - zelená, D - fialová).

Decoder is of course build on double sided board. In my case I build two pieces on home made PCB without through-hole plating, next one I'm building on professional boards with metal through-hole plating.
Manufactured board is little bigger. Before soldering is necessary to file board to requested size. It is necessary to use only file to small board; it is not possible to cut or mill board, Cutting or milling can damage metallic part of board. Board can be reduced up to metallic wires. On side, where is pads for soldering wires can be reduced to size where you are able to solder wires. On opposite side is big cooper part used as a heat-silk. This part can be dramatically reduced after testing. First create one sample with full size of heat silk, test it with maximum lighting LEDs. Then you can start reducing this cooper part of board; you should measure if temperature of board not exceeding cca 40°C. (in car case, where is smaller air flow)

Board contain 7 soldering pads. Two pads on one side is for connection of DCC signal from rails (red and black; do not depend on order). On opposite side is 5 soldering pads. One pad is little far from rest. This one is common positive voltage V+ (blue). Anodes of every LEDs are connected to this pad. Rest of pads are function outputs. Order of outputs starting from common is D,C,B,A. Output A is most far from common V+. (A - white, B - yellow, C - green, D - violet).

Výstupní napětí pro LED diody je vždy 5V, bez ohledu na to, jaké je traťové napětí. S tím je potřeba počítat při návrhu předřadného rezistoru k diodám. Také platí obecné pravidlo, že čím větší je hodnota odporu, tím delší dobu bude dekodér svítit bez napájení. V případě že chcete zapojit jednu barevnou (červená, žlutá, zelená) LED diodu, použijte předřadný rezistor alespoň 470Ω, pro modrou a bílou minimálně 220Ω. V případě že potřebujete použít dvě barevné diody, zapojte je sériově a použijte rezistor alespoň 51Ω. Pro dvě bílé diody můžete použít stejné sériové zapojení, ale diody nebudou svítit plným jasem. Pro dosažení plného jasu musíte použít paralelní zapojení dvou diod včetně předřadných rezistorů.

Následující obrázek ukazuje možnosti připojení LED diod pro dosažení maximálního jasu. V případě, že nepotřebujeme maximální jas, je mimořádně vhodné použít rezistory s větší hodnotou.

Output voltage for LEDs is always 5V and not depend on track voltage. Do not forget to this during calculation of current limiting resistors for LEDs. Also do not forget, that bigger value fof resistor mean longer lighting time without power. In a case that you want to use one colour LED (red, yellow, green), use rezistor with value at minimum 470Ω. For blue and white LED at minimum 220Ω. In a case you plan to use two colour LEDs, connect them in serial and use resistor at minimum 51Ω. For two white leds you can use same connection, but LEDs will not light at maximum. For maximum light you should use parallel connection with two limiting resistors.

Following figure showing possible connections of LEDs for keeping his maximum light. In a case you do not need maximum light, it is strongly recommended to use resistors with bigger value.

Programování tohoto typu dekodéru je obecně problém. Dekodér není schopen vytvořit dostatečný proudový odběr pro potvrzovací signál. Pro programování je vhodné použít systém, který umožňuje dekodéru po zapnutí využít větší část energie (Například NanoX, nebo Roco multiMAUS + Roco 10764). Pokud chceme při programování využívat také čtení, je nutné mezi svorky Fa a V+ připojit rezistor 51Ω, který umožní dekodéru vytvářet proudovou zátěž.

Následující tabulka uvádí popis použitých CV pro výchozí software. (pokud použijete jiný software, může se změnit)

Programming of those type of decoder are generic problem. Decoder is not able to create enough current load for ACK signal. For programming this decoder is recommended to use system, which allows to decoder consume more current during startup (for example NanoX, Roco multiMAUS + Roco 10764). If you would like to use "read" functionality during programming, it is necessary to use resistor 51Ω, placed between Fa and V+ header

Following table describe list of used CVs for default software. (it can be different with alternative software)

CV Values

CV#	default	min-max	význam	meaning
1	3	1-99	Krátká adresa	Short address
7	20	-	Verze (pouze pro čtení)	Version (read only)
8	13	-	Identifikac výrobce (pouze pro čtení)	Manufacturer ID (read only)
13	0	0-255	Funkce F1–F8 aktivované v analogovém režimu	Functions F1-F8 in analog mode
14	3	0-3	Funkce předních, zadních světel aktivní v analogovém režimu	Functions Fl + Fr in analog mode
17	192	192-231	Dlouhá adresa (horní bajt)	Long address (upper byte)
18	3	0-255	Dlouhá adresa (spodní bajt)	Long address (lower byte)
19	0	0-255	Adresa soupravy	Consist address
29			Konfigurace dekodéru	Decoder configuration
		Bit	0	1
	0	0	Normální směr \| Normal direction	Reverzní směr \| Reverse direction
	1	1	14 rychl. kroků \| 14 speed steps	28 rychl. kroků \| 28 speed steps
	1	2	Pouze DCC \| DCC only	DCC + analog \| DCC + analog
	0	3	-	-
	0	4	-	-
	1	5	Krátká adresa CV1 \| Short address CV1	Dlouhá adresa CV17+CV18\| Long address CV17+CV18
	0	6	-	-
	0	7	Používat F1-F4^* \| Use F1-F4^*	Používat F8-F12^\| Use F8-F12^
33	1	0-51	Výstupy aktivní při Fl (přední světla)	Outputs activated with Fl (front light)
34	2	0-51	Výstupy aktivní při Fr (zadní světla)	Outputs activated with Fr (rear light)
35	4	0-51	Výstupy aktivní při F1 (nebo F9)^*	Outputs activated with F1 (or F9)^*
36	16	0-51	Výstupy aktivní při F2 (nebo F10)^*	Outputs activated with F2 (or F10)^*
37	32	0-51	Výstupy aktivní při F3 (nebo F11)^*	Outputs activated with F3 (or F11)^*
38	0	0-51	Výstupy aktivní při F4 (nebo F12)^*	Outputs activated with F4 (or F12)^*
39	0	0-51	Výstupy aktivní při F5	Outputs activated with F5
40	0	0-51	Výstupy aktivní při F6	Outputs activated with F6
41	0	0-51	Výstupy aktivní při F7	Outputs activated with F7
42	0	0-51	Výstupy aktivní při F8	Outputs activated with F8
50			Konfigurace výstupů	Outputs configuration
		Bit	0	1
	0	0	4 funkční výstupy \| 4 function outputs	Zářivkové výbojky \| Fluorescent lamps
	0	1	Normální režim \| Normal mode	Multiplexovaný režim \| Multiplexed mode
	0	2	-	-
	0	3	-	-
	0	4	-	-
	0	5	-	-
	0	6	-	-
	0	7	-	-

^* Poznámka: pouze pro určitou verzi software
^* Note: For optional version of software

Hodnota skládání bitů pro CV33-CV42 vznikne jako součet výstupů, které se mají aktivovat s příslušnou funkcí.

Value for CV33-CV42 is sum of outputs, you want to activate when selected function is active.

CV Values

CV#	Pdpis	Description	Bit				Default
			Fd	Fc	Fb	Fa
			32	16	2	1
33	Výstupy aktivní při Fl (přední světla)	Outputs activated with Fl (front light)	0	0	0	1	1
34	Výstupy aktivní při Fr (zadní světla)	Outputs activated with Fr (rear light)	0	0	2	0	2
35	Výstupy aktivní při F1 (nebo F9)	Outputs activated with F1 (or F9)	0	16	0	0	16
36	Výstupy aktivní při F2 (nebo F10)	Outputs activated with F2 (or F10)	32	0	0	0	32
37	Výstupy aktivní při F3 (nebo F11)	Outputs activated with F3 (or F11)	0	0	0	0	0
38	Výstupy aktivní při F4 (nebo F12)	Outputs activated with F4 (or F12)	0	0	0	0	0
39	Výstupy aktivní při F5	Outputs activated with F5	0	0	0	0	0
40	Výstupy aktivní při F6	Outputs activated with F6	0	0	0	0	0
41	Výstupy aktivní při F7	Outputs activated with F7	0	0	0	0	0
42	Výstupy aktivní při F8	Outputs activated with F8	0	0	0	0	0

Hodnota v CV50

Bit 1 v CV50 představuje přepínač mezi normálním chováním, definovaným v CV33 až CV42 a nebo efektem zářivek aktivovaných pomocí F0

Bit 2 dává možnost výběru mezi stálým svícením, nebo přepínáním jednotlivých světel (jako televizní obrazovka). V přepínaném režimu má dekodér menší spotřebu, ale tento režim není vhodný pro video a fotografování.

Value in CV50

Bit 1 in CV50 is switch between normal four outputs defined in CV33 to CV42, or neon lights activated by F0

Bit 2 allows switch between constant lighting, or multiplexing of lights (same as TV screen). In multiplex mode have decoder less consumption, but it is not good for make photo or video.

Pokud máte problém s osazováním, nebo s výrobou desek plošných spojů, využijte kontaktní formulář na TOMTO web-shopu, kde si můžete komponenty objednat.

Once you have problems with soldering or creating PCB boards, please use contact form on THIS web-shop, where you can order some parts and components.

Download: HEX.