Ein Powerboard beinhaltet in meinen Augen folgende Eigenschaften: - Komplette Trennung der Spannungsversorgung von Empfänger und Servos - Eine Akkuweiche die im Fall des Falles beim Ausfall des S-BEC im Brushlesregler über einen Ersatzukku eine sichere Landung ermöglicht - Eine Anhebung des Steuersignals für die Servos auf fast UB was gerade bei langen Servokabeln zu einem Spannungsabfall und damit zum nicht mehr erkennen eines gültigen Steuersignals im Servo führt (Thematik R 614 Robbe) - Stützkondensatoren die die Spannung für Empfänger und Servos gegen Spikes abfedern - Sternförmige Verkabelung und Anschlüsse auf der Powerboardplatine - Hochbelastbare Multiplexsteckverbinder (bis 35 A) - Die Länge der Servokabel ist durch niederohmige Ausgänge nicht mehr das Problem. - Durch die Verwendung von Schmitt-Trigger CMOS ICs wird der Einfluss von Störspannungen weitestgehends vermieden. - Die gesamte Platine arbeitet in einem Spannungsbereich von 3 – 10 V ohne jedes S-BEC etc.
Warum getrennte Spannungsversorgung: Betrachtet man die Stromaufnahme von modernen Digitalservos vor allem unter Belastung und der daraus entstehenden Stromaufnahme, so führt das immer zu sehr hohen Spannungseinbrüchen. Liegen Empfänger und Servos an einer UB so können im Extremfall bei vielen DIgitalservos und hoher Belastung dies zum Spannungseinbruch führen, der zu einem Bindingverlust im Empfänger führt. Das Modell ist dann mehrere Sekunden lang nicht mehr steuerbar. Des weiteren führen diese Spannungseinbrüche dazu das die Steuerspannung zu den Servos < 3 V fällt und somit die Servos nicht mehr auf die Steuersignale reagieren.
Eine komplett getrennte UB hat also gravierende Vorteile, das Zusatzgewicht ist hier vernachlässigbar.
Der Empfänger kann wie folgt versorgt werden: - 2 S 400 LIPO ohne zusätzliches S-BEC - 4 x Enneloop Akku ohne zusätzliches S-BEC - Die Eingangsspannung sollte nicht > 10 V liegen da einige Bauteile nicht > 10 V ausgelegt sind (Elkos) - Der auf der Platine verbaute Präzisionsspannungsregler ist zwar bis 24 V belastbar sollte aber nicht >10 V betrieben werden da ansonsten die überschüssige Spannung in Wärme umgesetzt wird (Längsregler). - Auf der Servoseite wird das S-BEC des Brushlesreglers auf einen Eingang gelegt. - Die U-IN sollte hier 7 V betragen - Alle Eingänge auf der Servoseite benötigen ein S-BEC bei U-In über 8,4 V - Als Zusatzakku ist ein 3 S 1000 sinnvoll hier wird das S-BEC auf 6,5 V eingestellt.
Wirkungsweise: Der Empfänger nimmt ca. 40 – 50 mA auf was den 2 S nicht belastet. Ein 2 S 400 (Empfängereingang)kann somit 5 – 8 Stunden betrieben werden! Auf der Servoseite liefert der S-BEC des Brushlesreglern (7 V) eine höhere U-In als der Ersatzukku (6,5 V) damit wird so lange der Ersatzukku nicht belastet so lange die U-IN des Brushlesregler über der des Ersatzukkus liegt. Erst wenn der Hauptakku (Antrieb) an seine untere Spannungsgrenze kommt wird der Ersatzakku belastet. Das bedeutet das man immer noch sicher landen kann wenn der Motor nicht mehr läuft.
Warum Powerbooster: Der Powerbooster hebt das Steuersignal für die Servos fast auf den Level der UB an. Da viele Empfänger eine Steuerspannung von 2,8 bis 4 V ausgeben kann dies unter Belastungsspitzen auf der Spannungsseite dazu führen das die Steuerspannung der Servos entweder vom Empfänger komplett verloren gehen oder die Servos das Steuersignal auf Grund der fehlenden Triggerschwellen (LOW/High) dieses nicht erkennen und nicht funktionieren.
Der eingebaute Powerbooster hebt den Level des Steuersignals auf fast UB und da der Empfänger komplett von den Servos Spannungsmässig getrennt ist gibt es keinerlei Spikes auf dieser Seite. Ein Ausfall der Steuerspannung ist somit unmöglich! Durch mehrere eingebaute Schmitt-Trigger werden Störimpulse weitestgehends rausgefiltert. Durch den MOS-FET ergibt sich ein niedriger Ausgangswiderstand und somit sind auch lange Servokabel (gedrillt und min. 3 x 0,35mm) möglich. Durch den Einsatz mehrerer SLR-Elkos wird die UB auf beiden Seiten gegen Belastungsspitzen abgefedert. Das führt dazu dass die Servos immer die volle Spannung besitzen (knackiger!)
Da alle Ausgänge sternförmig ausgerichtet sind entstehen keine Differenzspannungen. Die 7 Servoausgänge sind doppelt vorhanden was Y-Weichen überflüssig macht. Die Ausgänge sind kurzschlussfest!
Die Möglichkeiten der Einspeisung auf der Servoseite: - Eingang 1: 1 x S-BEC des Brushlesregler - Eingang 1: LIPO max. 4 S besser 2 S (2 S 400) - Eingang 2: LIPO + S-BEC - Eingang 2: Akku bis 10 V alles darüber mit S-BEC
Da die UB der Servos den Servos angepasst werden kann sind auch 8,4 V Servos einsetzbar.
Generell muss immer ein S-BEC je LIPO ect. oder mehrere S-BEC benutzt werden wenn die Spannung der Akkus > 10 V liegt.
Wichtig: Im Steuerkabel das vom Brushlesregler kommt muss die Plus-Leitung entfernt werden! Das bedeutet das dieses Kabel auf eine Y-Weiche geführt wird bei dem 1 Ausgang auf den Eingang mittels Multiplexsteckers geführt wird und 1 Ausgang ohne +Kabel auf den Servoausgang (3) der Platine.
Für Anwender ohne Elektroantieb entfällt diese Y-Weiche und man geht sofort auf den Multiplexstecker!
In Großmodellen ist es sinnvoll vor jedem Servo das weiter weg ist ein eigenes S-BEC zu benutzen. (Ouerruder, Landeklappen ect.
Beachten Sie bitte das die eingebauten S-BEC in den Brushlesreglern nie so leistungsfähig sein können wie ein externes S-BEC (Wärmeeinfluß ) Weiterhin sollte man die S-BEC immer etwas überdimensionieren also lieber 5A statt 2/3A. Werden mehrere Digitalservos in einem Modell betrieben so sollte des für min 10 A besser > ausgelegt sein!
Bei der Verwendung mehrerer S-BEC ist die Spannungsversorgung immer sternförmig zu verlegen. Die Kabel sollten hochflexible Litze 0,5 > sein. Die Servokabel sollten generell gedrillt sein und min. 0,35 mm Querschnitt beinhalten.
Die Übergangswiderstände in den Multiplexsteckern sind vernachlässigbar da je Kabel 3 Kontakte benutzt werden.
Es gilt die Regel: Je kürzer die Kabel (alle) umso geringer die Spannungsverluste! Sichern Sie alle Steckverbindungen mit 1 Tropfen Sekundenkleber bevor sie die angelöteten Kabel mit Schrumpfschlauch sichern. So wird eins abrutschen des Schrumpfschlauches vermieden. (Kurzschlussgefahr!)
Bedenken Sie bitte dass jeder Hersteller von Empfängern bemüht ist diese möglichst klein zu halten, das führt dazu das dies in der Regel in kleinen Modellen ohne Probleme einsetzbar sind.
Bei Modellen die schnell, groß und teuer sind und hier viele Servos eingesetzt werden ist so ein Empfänger klar überfordert. Nicht umsonst bieten einige Hersteller sogenannte Boosterkondensatoren an die an den Empfänger aufgesteckt werden und so die Spannungseinbrüche bedingt etwas begrenzen. An der grundsätzlichen Thematik ändert das aber nichts. Dies kann nur mit dem Powerbooster bewerkstelligt werden. Der Sicherheitsaspekt sollte hier klar im Vordergrund stehen!
Alle Angaben sind ohne Gewähr und unterliegen keinerlei Haftungsansprüche an den Autor! Stand: 01.06.2013
Diese wird mit 70 um Kupfer bestückt statt mit 35 um, was der sternförmigen Spannungsversorgung zugute kommt! Diese Platine kann natürlich für alle Empfänger benützt werden wenn man sich eine kl. Adaperplatine aufbaut (Lochraster)
Anmerkungen: Das generelle Problem das Servos Störimpulse erzeugen und so den Empfänger durch temporäre Überspannungsspitzen abschalten ist ja bekannt. Auf der Platine sind Supressordioden aufgebaut die die Versorgungsspannung der Servos auf max. 6,8 V oder je nach verwendeten Servos auf X V begrenzen.
Der wichtigste Aspekt bleibt die komplette Trennung der Spannungsversorgung von Empfänger und Servos.
Da der Empfänger nur ca. 40 mA benötigt kann der LIPO sogar ein 2 S 500 oder 2 S 300 sein, das sollte für einen Flugtag ausreichen. Da die Servos spannungsgesteuert sind fliesst hier fast kein Strom!
Die Anhebung des Steuersignalpegels ist hier durch den Servobooster sehr positiv da so die Störfestigkeit erhöht wird. Erst wenn diese Steuerspannung < 2,8 V schaltet der Empfänger komplett ab.
Die anliegende Spannung am Empfänger ist fast identisch mit der Steuersignalspannung, bewegt sich diese durch zu hohe Lastströme so verändert sich auch die Steuerspannung nach unten, aber das ist hiermit komplett unmöglich!
Die Platinen lasse ich industriell fertigen, wer Interesse hat kann sich bei mir melden!
Die Steuerspannung mit und ohne Servobooster: Das Bild zeigt im oberen Teil die normale Steuerspannung am Ausgang des Empfängers an, und im unteren Teil die mit Servoboosters:
Die Steuerspannung des Empfängers ist analog zur Spannung UB zu sehen. Bei 5 V UB liegt diese bei ca. 2,8 V und damit kann es zu Funktionsausfällen von Servos kommen weil hier wichtige Triggermarken (High) nicht mehr aktiviert werden (R 6014)
Da ich generell immer 6 V - Diode + 5,7 V verwende liege ich mit einer Steuerspannung > 5 bis 5,5 V weit im positiven Bereich!
< 2,8 V UB stellt eigentlich jeder Robbe Empfänger seine Arbeit ein (Bindingverlust)! Beim gleichzeitigen anlaufen von 4 Digitalservos , erst recht unter Volllast kann es daher für Millisekúnden dazu kommen das der Empfänger bei hohem Laststrom in den Servos aussteigt!
Wird der Empfänger über ein eigenes S-BEC versorgt ist diese Gefahr nicht mehr vorhanden.
Bild 1: Bilder vom Versuchsaufbau Oszilloskop mit 6 V UB, 4V vor dem Booster und 6 V nach dem Booster Bild 2: der Versuchsaufbau
Hier wird noch mal deutlich gemacht warum bestimmte Veränderungen in der Stromversorgung ganz viele positive Aspekte zur Folge haben. Es sollte deutlich werden das "Störungen" im RC-System auf dem Platz in sehr vielen Fällen mit dem Ausfall des Empfängers/Servos und damit mit der unzureichenden Spannungsversorgung zu sehen sind.
Auch dieser Autor sieht die getrennte Spannungsversorgung des Empfängers als sehr positiv und damit empfehlenswert an!
Ein weiterer Vorteil ist der das die Servos die auch mit einer UB > 6V also 8,4 V arbeiten hier völlig problemlos verwendet werden können!
Der Schaltplan für die Spannungsversorgung des Empfängers mittels eines 4940V5:
Hier wird ein moderner LOW-DROP-Regler verwendet der genau 5 V ausgibt aber über die Diode auf 5,7 V angehoben wird. Das bedeutet eine stabilere Spannung für den Empfänger. Da der Empfänger nur ca. 50 mA max. benötigt ist der Regler mit 1 A weit höher ausgelegt
Durch die sehr geringe Stromaufnahme kann der verwendete S-BEC einer sein der < 10 € überall verfügbar ist, die U-OUT sollte einstellbar sein (5/6/7 V) Die Stromkabel können hier auf 0,5 qmm begrenzt werden!
ENELOOP Akkus statt LIPO für den Empfänger: Wer 4 x MICRO Akkus von Eneloop verwendet kann das S-BEC weg lassen auf der Spannungsversorgungseite für den Empfänger!
Ein Pack (4) sollte für einen Flugtag ausreichend sein, wer 2 Pack sein eigen nennt macht auch nichts verkehrt!
Die Platine: Diese ist so verändert worden, das neben dem Empfänger R 617 von Robbe auch alle anderen Empfänger über eine Stiftleiste/Adapter anpassbar sind.
Anmerkung: Da Empfänger und Servos getrennte UB besitzen ist ein Ausfall des Empfängers nicht mehr gegeben mangels Akku-Spannung. Wenn beide LIPOs für die Servos nachgeben sollten macht sich das in der langsameren Ausführung der Servos bemerkbar, das reicht dann aber immer noch für eine sichere Notlandung.
Die 10 A Schottky-Diode auf der Empfängerseite wurde gegen eine 3 A getauscht was aber immer noch reichlich überdimensioniert ist. Durch die vielen Stütz/Abblockkondensatoren ist die Versorgungsspannung der Servos sicher gegen Spikes. Der Empfänger ist ja jetzt zu 100% immun gegen solche!
Stückliste: 1 x Platine Powerboard 8 x 7 cm 3 x Multiplexstecker 3 x SMD IC CMOS 4584 EBAY 15 x 3polige Stiftleiste 2,54 mm ( aus 20ziger abkneifen) 8 x 3polige Buchsenleiste 2,54 mm (Reichelt) Bei Verwendung des R 617 Robbe! 11 x Kondensator 2200 uF/10 V LSR-Elko stehend 1 x Kondensator 100 uF/10 V LSR-Elko stehend 10 x SMD Kondensator 100 nF (1206) 7 x SMD Kondensator 10 nF (1206) 14 x Transistor BS 170 TO 1 x L 4940 V 5 Spannungsregler 1 A (TO 220) 2 x MBR 1045 Schottky-Dioden 10 A (TO 220) 1 x SMD MBRS 320 Schottky-Diode 3 A 1 x Diode 1 N 4148 1 x SMD P6SMB 6,8A Schutzdiode 6,8 V/3 A (Empfängerseite!) 1 x SMD PS6MB 12 V Schutzdiode 12 V/3 A (Servoseite!) 7 x 10 Ohm (R5) SMD 1206 3 x 470 Ohm (R1) SMD 1206 14 x 220 Ohm ( R 5 + R4) SMD 1206 1 x T-Filter NFT61pT 100 pF (Reichelt) 2 x LED 1,8 mm rot (Servos) 1 x LED 1,8 mm grün (Empfänger) 1 x Silberdraht 0,5 mm Rolle
Benötigtes Werkzeug: - 1 x Lötstation min. 30 Watt mit sehr feiner Spitze 1mm - 1 x Lötzinn 0,5 mm mit integriertem Flussmittel - 1 x Lötzinn 1 mm mit integriertem Flussmittel - 1 Pinzette - 2 x Flachzange - 1 x Seitenschneider - 1 Multimeter - 1 x Holzleim - 1 x Schraubstock - 1 x Silberdraht 0,5 mm - 1 x Lupe 10 cm min.
Behandlungsanweisungen: - Alle Bauteile sollten so lange sie nicht benötigt werden luftdicht verpackt sein. - werden die Bauteile offen gelagert oder sogar mehrfach berührt fangen diese Bauteile an zu oxidieren was ein späteres einlöten sehr schwierig/unmöglich macht! - das gilt auch für die Platine, diese ist zwar verzinnt aber auch hier sollte man diese nicht an den Lötstellen berühren (Oxidationsgefahr!) Luftdicht lagern!
Die Bestückung der Platine: Alle SMDs werden unter einer Lupe eingelötet das ist unabdingbar! - Die SMDs werden mit einem winzigen Tropfen Holzleim (zwischen den Lötpunkten) deponiert und wenig später mit 0,5 mm Lötzinn verlötet - danach werden die CMOS 4584 SMDs mit Holzleim deponiert und ausgerichtet… gelötet - danach werden die Brücken aus 0,5 mm Silberdraht eingesetzt - es folgen alle anderen Bauteile
Anmerkungen zu den Bauteilen: Es werden einige Bauteile (Halbleiter) verbaut die nur in einer Richtung die volle Funktion gewährleisten (Dioden, Transistoren, ICs , Kondensatoren) - Bei den Dioden ist die Anode der Eingang und die Kathode der Ausgang. - Wird diese verkehrt eingebaut fließt ein Kurzschlussstrom und das Bauteil verschmort! - Die Transistoren verfügen über 3 Beine die unbedingt richtig eingelötet werden müssen. - Das Bauteil PS6MB 6,8V ist eine 2fach Diode die gegenläufig arbeitet, das bedeutet diese muss parallel zur UB anliegen: Katode an Plus Anode an Minus! - Die Multiplexstecker sollten alle mit der gleichen Ausrichtung eingelötet werden hier mit 1 mm Lötzinn. - Die Kondensatoren (gepolt) haben eine Markierung am Gehäuse ---- das auf den Minuspol hinweist. Bei falschem Einbau explodieren diese Elkos! - Bei den SMD Kondensatoren 100 nF ist die Einbaurichtung egal ebenso bei den SMD Widerständen!
Endkontrolle: Bitte kontrollieren sie jede Lötstelle mittels einer Lupe auf einwandfreien Einbau, achten sie gerade bei den ICs das keine Kurzschlüsse vorhanden sind.
Alle Lötstellen sollten glänzen! Achten Sie darauf das die SMD – Widerstände nicht nur am Bauteil mit Zinn benetzt sind sonders das das Lötzinn die Lötstelle komplett bedeckt. Nach einer Funktionskontrolle sollte die Lötseite entweder mit Lötlack oder Kunststoffspray versiegelt werden um mögliche Korrosionen zu unterbinden. Auf die Unterseite der Platine klebt man eine 2 mm dicke selbstklebende Isolierschicht (Filz ect.) Achten Sie darauf das keine metallenen Teile im Modell in den Bereich der Platine gelangen Kurzschlußgefahr! Dies gilt besonders für den Bereich der offenen Servostecker die nicht belegt sind!
PS: Da des öfteren einige SMD – Bauteile verloren gehen sollte man lieber ein paar mehr ordern!
Anmerkungen zum einkleben der SMDs: Da diese sehr sehr klein und leicht sind, ist ein fixieren und einlöten auf der Platine nur möglich wenn man diese Bauteile aufklebt. Ein winziger Tropfen Holzleim auf einer Nadelspitze hat sich als positiv herausgestellt, das SMD ist positionierbar und der Kleber ist relativ schnell getrocknet wobei er dann fast unsichtbar wird.
Alternativ bietet sich ein "Pritt" Klebestift an das war mir aber zu nervig den Kleber auf das SMD aufzubringen. Das positionieren und einlöten kann nur mit einer Lupe (beleuchtet) sicher gelingen.
Mein 1. Aufbau hat ca. 3 Stunden gedauert, der Aufbau wurde mit einer sofortigen Funktion belohnt. Bei diesen vielen Bauteilen ist das nicht selbstverständlich.
Anmerkungen zu den Brücken: Da die Platine nur einseitig ausgeführt ist sind einige Brücken erforderlich. Diese werden aus 0,5 mm neuwertigem Silberdraht hergestellt.
Man schneidet ca. 30 cm ab, mit 2 Flachzangen wird dann dieses Stück in die jeweils entgegengesetzte Länge gezogen, somit erhält man ein gerades Stück Silberdraht. Der Anfang wird nach ca. 3 cm um 90 Grad abgewinkelt und an der Platine auf die erforderliche Länge ausgerichtet, gebogen und abgeschnitten. Wenn der Silberdraht ohne Bogen auf der Platine aufliegt dann ist das optimal.
Beachten Sie bitte das Silberdraht nach einiger Zeit oxidiert (anläuft) und damit ein Löten sehr erschwert. Lagern Sie Silberdraht immer luftdicht um das zu vermeiden!
Achten Sie unbedingt darauf das die überschüssigen Stücke auf der Lötseite bis auf 1 mm entfernt werden. Im Idealfall ragen dann diese kaum noch aus der Lötung heraus. Sind diese Reststücke zu lang kann das zu Kurzschlüssen führen wenn die Platine mechanisch belastet wird!
Alle Angaben sind ohne Gewähr und unterliegen keinerlei Haftungsansprüche an den Autor! Stand: 01.06.2013
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