Schaltung zur galvanischen Trennung der Stromversorgung/Steuersignals des Empfängers von den Servos! Hier wird der Aufbau eines Powerboards aufgezeigt der eine preisgünstige Alternative zu den Gewerblichen Anbietern sein soll.
Gerade in Modellen mit langen Leitungswegen zu den Servos kann die Störeinstrahlung auf den Empfänger beträchtlich sein, da die Servokabel dann als Antenne fungieren. Da in diesen Modellen immer Platz für eine 2. Stromversorgung ist wurde hier ein Switch-BEC für die Servoseite integriert. Dieser ist bis zu 4,5 A belastbar und liefert 5,6 V!
Störimpulse die über die Plusleitung auf den Empfänger einwirken können werden so komplett vermieden, da die Stromversorgung des Empfängers komplett von der der Servoseite getrennt wird.
Es können so mehrere Servos je Empfängerausgang parallel geschlossen werden, was so nicht vorteilhaft (Impedanz sinkt) ist. Es soll eine Platine entwickelt werden die dann den Empfänger aufnimmt und je Kanal 3 Servo-Ausgänge zur Verfügung stellt.
Die Platine beinhaltet somit 2 Akku - Eingänge: - 1: BEC des Brushlessreglers - 2: Stützakku 3S 1000/1500
Der Stromlaufplan des Power - Boards! Da dieses Powerboard erst dann richtig Sinn macht wenn den galvanische Trennung von Empfänger und Servos-Stromversorgung über getrennte Spannungsquellen erfolgt, ist diese Platine immer für 2 Akkus ausgelegt: 1: Stützakku min.2 S max. 4 S 2: Antriebsakku max. 6 S
Beide Akkus sind gegeneinander über SHOTTKY-Dioden entkoppelt! Fällt eine Seite aus springt die andere Seite ein. Um eventuelle andere Verbraucher im Modell wie Positionslichter, Steuerung für Rauchpatronen mit Spannung zu versorgen sind 2 Ausgänge hinter den Entkopplungsdioden vorhanden.
Damit der Stützakku nicht vom externen BEC leer gesaugt wird ist der EIN/AUS - Schalter erforderlich. Somit sind Einstellarbeiten an den Servos und ein Funktionstest ohne Antriebsakku möglich. Der Stützakku kann somit im Modell verbleiben!
Der Schaltplan für das POWERBOARD 5 Kanal mit Switch-BEC: Folgende Änderungen habe ich vorgenommen: Um die Platiné auch in "kleinen" Modellen integrieren zu können habe ich nur ein 5-fach Opto-Koppler integriert der alle wichtigen Servofunktionen unterstützt. Diese Platine trägt Huckepack den Empfänger und hat eine Größe von 5 x 10 cm, ist also relaiv klein.
Der Empfänger wird auf den Powerboard per Selbstklebeband fixiert. Das Powerboard beinhaltet ein Switch - Linear - BEC mit 5 V , max.4,5 A Der 2. Eingang vom Regler ist per SHOTTKY-Diode vom Stützakku entkoppelt.
Alle Stromversorgungseingänge sind verpolungsgeschützt!
Switchbec als auch Stützakku haben auf der Platine reichlich Stützkondenatoren die Spannungsspitzen die durch die Servos verursacht werden aufgefangen werden. Die Platine wird von beiden Seiten bestückt. Die Unterseite wird mit einer 2. Kunstoffabdeckung abgedeckt.
Bild: 1 der aktuelle Schaltplan der 5-Kanal - OPTO - Kopler-Version.
Der aktualisierte Schaltplan mit Stückliste: Durch die Stützkondensatoren wird die Reaktionsgeschwindigkeit der Servos stabilisiert. Thema temporäre Belastungsspitzen bei mehreren Digitalen Servos unter Last.
Durch die Optokoppler wird der Spannungspegel des RX-Signals stark verbessert und so gegen Spannungsschwankungen gesichert. Die SLEW Rate wird verbessert!
Durch die Entkopplungsdioden ist ein Ausfall des Empfängers oder der Servos durch den Ausfall der Spannungsversorgung weitestgehends ausgeschlossen.
Thematik: BEC-Linear oder Switch - BEC Die Definition dieser beiden Begriffe ist leicht zu erklären auch für technisch Unbegabte:
Linear-BEC: Hier der Überschuss an Eingangsspannung durch den Regler in Wärme umgewandelt. Das bedeutet das bei 3 S die U-IN ca. 12,6 V beträgt und der Regler bei U-Out 5 V gut 7,6 V in Leistung /Wärme umwandeln muß. Da P = U x I ist und bei z.B.: 2 A Strom die Leistung schnell in Wärme umgesetzt wird der wird verstehen das der Linear-Regler hier gut: 7,6 x 2 = ca. 15 Watt Wärme erzeugt. Da ein Linear - BEC nur eine bestimmte Temperatur ab können oder sich dann abschalten kommt der Bemessung des BEC eine hohe Bedeutung zu.
Ein Segler mit 2 Servos analog wird keinen BEC überfordern wenn hier alles spielfrei und ohne Begrenzung abläuft.
Ein 3D - Modell mit 6 Digitalservos wird aber gerade dann wenn alle Servos gleichzeitig anlaufen einen BEC mit 2 A klar überfordern und den Dienst einstellen.
Switch-BEC: Ein Switch BEC ist ein getaktetes BEC was wesentlich weniger Wärme entwickelt als ein Linear-BEC. Ein switched mode BEC ist ein Schaltregler, der per Taktung und hoffentlich guter Filterung anschließend die Spannung bereitstellt. Dabei gibt sich ein wesentlich höherer Wirkungsgrad und bei gleichem Ausgangsstrom wird auch nur ein kleinerer Eingangsstrom benötigt.
Hier mal ein paar Tips die ich im Internet dazu gefunden habe:
Welche Servos sind BEC geeignet?und Wieviel Servos an welchen Drehzahlsteller?
Sie haben richtig gelesen, der Umkehrschluß lautet: Es sind nicht alle Servos dazu geeignet, an BEC Systemen betrieben zu werden. und Man kann nicht beliebig viele Servos an die Steller anschließen.
Grundsätzlich gilt: Ein BEC geeignetes Servo sollte nicht mehr als ca. 500 mA Blockierstrom aufnehmen. Hier taucht schon das erste Problem auf: Die Technischen Daten der Servos können Sie beispielsweise bei Graupner im Katalog nachschlagen, bei Robbe z. B. finden Sie diese Angabe nicht (p.s.: Robbe gibt telefonisch Auskunft.).
Inwiefern veröffentlichte Daten stimmen ist ein anderes Kapitel - so kann durchaus eine Servotype vom Hersteller umgestellt werden und hat dann andere technische Daten als in dem älteren Katalog veröffentlicht.
Was passiert, wenn Sie 4 BEC-geeignete Servos (500 mA) an ein 1,5 A BEC-System anschließen? Ganz einfach: Wenn alle 4 Servos gleichzeitig anlaufen oder unter Last in Betrieb sind, bricht auch in Verbindung mit BEC-geeigneten Servos die Spannung des BEC Systems zusammen.
Warum? 4 Servos mal 0,5 A = 2 A. Da aber nur ein 1,5 A BEC benutzt wird, geht dieses in die Knie (wie ein leerer Akku).
Dadurch steigt der Empfänger aus: Er liefert noch kurz "wilde Signale" an das Servo bevor er und das Servo komplett stromlos ist. Da sich die Servos jetzt nicht mehr bewegen, steigt die BEC Spannung wieder auf 5 V an, der Empfänger empfängt wieder und und die "hausgemachte" Empfangsstörung ist vorbei - bis zum nächsten Mal.
Merke: Die Summe aller Servo-Blockierströme muß unter dem maximal erlaubten BEC Strom liegen. Hinweis: Verlassen Sie sich nicht drauf, daß die "beiden Störklappenservos" ja nur zum Landen benutzt werden. Bei einer Störung laufen auch diese unfreiwillig an...
Darüberhinaus kann nicht jede beliebige Anzahl von Servos an das BEC angeschlossen werden, bis rein rechnerisch die maximale Strombelastbarkeit des BEC erreicht ist. Das BEC System würde den Hitzetod bei größeren Zellenzahlen sterben, wenn es nicht gegen thermische Überlast geschützt ist.
Bei der Spannungsreduzierung von der Akkuspannung hinunter zu 5 Volt entstehen Verluste (die überflüsige Spannung wird (umgangssprachlich) "kaputtgemacht" oder "verbraten"). Die Höhe der Verluste ergeben sich zum Einen aus der oben bereits angesprochenen Differenzspannung (Antriebsakku abzüglich 5 V BEC-Spannung) und dem Servostrom. Volt mal Ampere ergeben Watt - und wenn man sich vergegenwärtigt wie heiß eine 25 Watt Glühbirne ist, kann sich leicht vorstellen, daß ein Steller oder Regler dann versagt.
Rechenbeispiel: 12 Zellen = 14,4 Volt. 14,4 V - 5 V = 9,4 V, die der Spannungsregler kaputt machen muß. Wir schließen 4 Stück 9 Gramm Servos an das BEC-System an. 4 Servos mal 1,0 A = 4 Ampere. 9,4 V * 4,0 A = 37,6 Watt.
Bei schwergängigen Servos oder dauerhafter Ruderbewegung (Servos wechseln laufend die Drehrichtung) z. B. durch Steuerimpulse oder PPM-Empfänger an der Reichweitegrenze, bekommt solch ein BEC System schnell Temperatur und schaltet sich aus "Sicherheitsgründen" ab. Ohne Saft kann aber der Empfänger nichts mehr machen...
Merke: Sie kommen ums Rechnen nicht herum, wenn sie ihr Modell in sicheren Bereichen des BEC betreiben wollen.
Hinweis: Vorsicht bei 6- und 9 Gramm Servos. Viele Kleinst-Servomotoren haben unter Umständen nur einen halb so großen Wirkungsgrad wie die Motoren der empfohlenen Servos. In der Praxis heißt das, daß diese Servos den doppelten Strom ziehen, wenn am Servoarm die gleiche Kraft aufgebracht wird. Dadurch sinkt die maximal mögliche Anzahl der an das BEC anzuschließenden Servos.
Ich denke das manch eine "Störung" die Folge einer Vernachlässigung bestimmter physikalischer Parameter ist. Hier gilt letztendlich der Spruch: Mehr BEC hilft mehr!
Gerade bei Modellen mit vielen digitalen Servos und reger Steuerimpulse ist ein auslegen des BEC auf diese Parameter hin zu beachten. Ein Stützakku mit einem 2. BEC kann hier im Fall des Ausfalls von BEC-1 (Regler) helfen das Modell noch sicher zu landen.
Achten Sie also darauf das BEC oder Switch-BEC im Modell genug Kühlluft erhält und nicht den Hitzekollaps erfährt und das Modell plötzlich nicht mehr steuerbar ist. Der BEC sollte somit am besten immer im Kopf des Modells untergebracht werden da hier der Luftstrom durch den Prop diese Probleme kompensiert.
Aktualisierte Schaltung: Die Schaltung dahin gehend verändert das jetzt folgende Varianten möglich sind:
1.) 5 x - Opto über BEC des Brushlessreglers versorgt. 2.) 5 x - Opto über BEC des Brushlessreglers + 2. externer Stützakku max. 4 S, hierbei wird das BEC on Borad genutzt max. 4,5 A 3.) 5 x - Opto über BEC des Brushlessreglers + 2. Switch BEC als Stützakku. 4.) 5 x - Opto nur über ein externes S- BEC oder das linear - BEC on Board, es kann also jeder Brushlessregler ohne BEC verwendung finden.
Um Variante 2 oder 3 zu nutzen muß nur ein Jumper auf der Platine gesteckt werden.
Alle Eingänge sind gegeneinander per SHOTTKY - Dioden 5 A gesichert!
Wer also größere Ströme als 4,5 A benötigt kann hier ein externes S-BEC anschliessen, dann wird das interne linear - BEC per Jumper deaktiviert bzw. nicht genutzt.
Das bedeutet das hier eine doppelte Stromversorgung immer auf verschiedene Weise genutzt werden kann. Bei dem linearen BEC ist die Eingangsspanung auf 4 S begrenzt. Bei einem S - BEC kann die Eigangsspannung bis zu 40 V betragen.
Die Entkopplungsadioden nehmen ca. 0,3 Vje Eingang an Spannung weg, so das ich immer das externe BEC auf 6 V lege wo dann ca. 5,7 V Netto übrig bleiben. Kann der BEC des Bruchlessreglers auch auf 6 V eingestellt werden, bleiben auch hier nach der Entkopplungsdiode 5,7 V übrig. Da sich beide Spannungen nicht gegenseitig beeinflussen können ist die Sicherheit immer Gewährleistet.
Durch die Optokoppler ist die Verwendung langer Servokabel kein Problem mehr und durch die LSR Stützkondensatoren hat der Empfänger eine Betriebsspannung die auch hohe Impulsbelastungen gut wegsteckt.
Durch den 3-fachen Ausgang per Kanal benötigt man weniger Y-Kabel.
Da die SHOTTKY - Dioden hier für max. 5 A ausgelegt sind müßten bei Verwendung von S - BEC > 5 A andere stärkere SHOTTKY - Dioden verwendung finden.
Der Empfänger kommt per Selbstklebeband mittig auf die Platine. Die Platine hat eine Größe von 5 x 10 cm. Hier können die BEC Leistungsregler auf der Unterseite der Platine gelötet werden wenn man das will. Die Entkopplungswiderstände R3 bis R5 und die Diode D5 werden auf der Unterseite angelötet damit der Empfänger Platz hat.
Die Lötseite wird durch eine 2. Platine mit Abstandshaltern aus Kunststoff ca. 5 mm unter der Hauptplatine befestigt.
Nach 3 maligem Anlauf hat das Belichten und Ätzen hin gehaun, habe vor 10 Jahren die letzte Platine selber gefertigt. Verwendet wurde ein A3 Belichtungsgerät von ISEL, Nariumpersulfat zum ätzen, Natriumhydroxid um entwickeln. Das entwickeln war das größte Problem da eine zu starke Konsestenz sofort die belichteten Leiterbahnen wegspülte. Hier mußte man sich vorsichtig an das richtige Mischungsverhältnis ran tasten.
Nach einem Probelauf, wo daraufhin noch einige Leiterbahnen etwas optimiert worden sind, habe ich 3 Platinen auf einer EUROPA-Platine angefertigt.
Die Bauteile wie Steckerleisten sind jetzt da, und jetzt kann der 1. Probeaufbau beginnen.
Da der Einsatz eines externen S-BEC und das verwenden eines Schmitt-Triggers je Steuerkanal wesentliche Verbesserungen erbringt und die Platinengröße 5 - 10 cm so nicht realisierbar wäre, habe ich das Powerboard aus meiner Hitliste gestrichen.
Das OPTO - Board ist die logische Schlußfolgerung! (Siehe Forum: Elektronik!)
Da ein S-BEC mit 3-4 A Dauerstrom und U-Ein bis 32 V aktuell < 5 € incl. Bezugskosten erhältlich ist,(siehe OPTO-BOARD) lohnt sich der Aufbau einer längsgeregelten Spannungsversorgung nicht mehr.
Der Einsatz eines S-BEC ist immer dem L-BEC vor zu ziehen. Damit ist dieser Teil des Forums Elektronik: POWERBOARD beendet!
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