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Alt 08.09.2010, 14:12   #1
Linus
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Idee GreenCap Bufferschaltung

Moin,

ich verwende schon seit einiger Zeit in meinen Helis die verschiedentlich diskutierte Pufferschaltung mit drei GreenCaps, zwei Dioden und einem Ladewiederstand.

Die Schaltung hat meiner Meinung Nach den Nachteil, wegen der Schotkydiode nicht seine volle Leistung entfalten zu können und erst ab 0,5 Volt Spannungsabfall zu stabilisieren.

Die Grundidee also war, die Dioden und den Ladewiederstand gegen ein MosFET zu ersetzen.

Rausgekommen ist dann diese Schaltung:

Zum Aufbau (von Links nach Rechts):

Der erste Spannungsteiler stellt die Spannung ein, die beim Einschalten am Gate vom FET anliegen soll und somit den Ladestrom vernünftig begrenzt. Daher ist R1 als Poti ausgelegt, da je nach Eingangsspannung bzw. je nach BEC hier ein passendes Teilungsverhältnis eingestellt werden muss. In der Simulation lag das bei ca. 230k für 5 Volt und 330k für 6 Volt. Ladestrom ist dann etwa 3,5 Amp. Ein 500k Poti sollte es also tun.

C1 sort dafür dass das ganze einen Softstart hat, 1-4uF sollten hier ausreichen.

Aus dem OpAmp U1, dem Transistor Q1 und den Wiederständen R3..R6, R12 habe ich einen Schmitt Trigger gebaut, der bei Erreichen von "fast voll" - so ca. 85-90% den FET voll durchschaltet und erst bei unterschreiten einer sehr geringen Abschaltschwelle < 2 Volt die Ladestrombegrenzung wieder freigibt.

Der FET ist ein IRF 7210, 12 Volt Typ mit Rdson = 7mOhm, Dauerstrom laut Datenblatt ca. 12 Amp. Daher habe ich zwei davon vorgesehen. Alternativ ggf. ein IRF5210, ein 100 Volt Typ, de kann deutlich mehr Strom ab, müsste jedoch mit etwas mehr Spannugn am Gate betrieben werden, da müsste ich noch eine Spannungserhöhung einabuen ... also mehr Bauteile ... das wird sich nach den ersten Tests zeigen wie sich die kleinen IRF7210 so machen.

Sollte hier nur ein oder ein anderer FET zum Einsatz kommen so wäre der erste Spannungsteiler entsprechend anzupassen.

R7,8 und 13 sind zum Entprellen der Schaltung da bzw. verhindern hochfrequente Schwingungen.

Die Last bzw. der Empfänger kann nun vor oder nach den FETs angeschlossen werden, je nach Vorliebe

Die Stromspitze in der Simulation beim Auslösen vom Schmitt Trigger ist in der Simulation sicher viel zu hoch, in der Realität werden da Leitungswiederstände etc. deutlich dagegen halten.

Zwischen OpAmp und Transistor lässt sich sicher auch noch eine LED unterbringen die dann den aktuellen Zustand anzeigt. Hier muss ich aber noch etwas experimentieren (daher ist im Schaltplan vorerst mal nichts vorgesehen).

Die Bauteile sind alle SMD somit hat es Chancen recht klein zu werden (wenns funktioniert und fertig ist).

Als Bauteile habe ich verwendet was in der Bastelkiste vorrätig war, um direkt am Wochenende mal einen Prototyp aufbauen zu können, hier könnte also ggf. noch was optimiert werden.

So viel zur Vorstellung meines Lötprojekts, ich werde es am Wochenende mal versuchen auf der Lochrasterplatte hinzubekommen und berichten


Kommentare, Fragen Anregungen sind alle wie immer willkommen und erwünscht.

LG
Linus
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Alt 08.09.2010, 14:37   #2
MMM
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Hi Linus!

Spitzen Idee, bin schon gespannt, ob das wie beabsichtigt funktioniert. Wie lange wird der Heli damit nach Ausfall des BECs noch betreibbar sein? Hat du da schon Erfahrungen sammeln können?

Könntest du eventuell noch den Ausfall der Vcc (BEC Ausfall) simulieren - würde mich interessieren (z.B. bei einer Belastung von 10A).

Beste Grüße,
MMM
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Frankyboy (25.06.2014)
Alt 08.09.2010, 14:38   #3
TomBa
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Hi Linus!

Ich hatte bereits ähnliche Gedanken in Bezug auf das BEC-Bügeleisen. Die Dioden stören mich da nämlich auch

Bin nur leider elektrotechnisch nicht soo drin, das ich Deine Schaltung hinbekommen würde, aber bei MOSFETs und Schmittrigger war ich zusammen mit einem Freund auch schon.

Was ich jetzt noch gut fände, wäre eine LED die das Ladeende (oder z. B. ab 90% Ladung) der CAPS anzeigt, dann weiß man dass das BEC entlastet ist und loslegen kann.

Aber das ist doch durchaus einen Nachbau wert.
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Gruß,
Tom
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Alt 08.09.2010, 15:53   #4
Linus
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Moin,

Status LED ist kein Problem, kommt noch.

Anbei noch zwei SImulationenn, eine mit 1,5 Amp Dauerlast und eine zweite , ab Start 1,5 Amp und dann 10 Amp jeweils mit Ausfall vom BEC nach 60 Sekunden.

Wobei in der Variante 1,5 Amp locker 20 Sekunden Saft da wäre (das deckt sich auch mit meinen Test mit der standard Variante mit Dioden und Wiederstand) und bei 10 Amp Belastung 5 Sekunden.

Ehrlich, 10 Amp sind unrealistisch, speziell wenn die Spannung einbricht dann geht natürlich in echt auch der Strom zurück (die Simulation simuliert hier einen konstanten Strom bei der Last) und 10 Amp Dauerstrom zieht auch kein mir bekannter Heli (wirklich Dauer, keine Impulse !).

Impulse kann die Schaltung bestens ab, hier habe ich ziemlich viel rumprobiert.

Schön sieht man bei den letzten beiden Sims auch wann der Trigger wieder zu macht, bei ca. 1.6 Volt.

LG
Linus
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Alt 08.09.2010, 17:01   #5
Linus
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... und hier die Anhänge
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Alt 13.09.2010, 11:27   #6
garth
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Hi,

wozu eigendlich die Ladeschaltung ? Erkennt dein BEC sonst nen Kurzschluß ?

Ich hab das zwar noch nicht im Heli, aber ich hab Versuche mit 3x10F gemacht (=ca.3,3F) direkt am 6V Ausgang des CC ICE, und das ging.

Ich schalte allerdings die gesamte Elektronik mit einem Schalter ein, nachdem ich den Flugakku angesteckt hab. Bis dahin sind die GoldCaps (=Panasonic) geladen.

Ich hab einfache Spannungsteiler drüber, zum Spannungsausgleich, und jeder läuft nur mit 2V statt der erlaubten 2,3. ( Geringe Spannungsdifferenzen daher egal)

Problem ist auch daß beim Reihenschalten sich auch die Innenwiderstände addieren, die bei DLC ( DoubleLayerCapacitor) recht hoch sind. 0,2Ohm sind üblich x 3 = 0,6Ohm => bei 5A schon 3V und damit unbrauchbar.
Bei mir wird daher IMMER auch der 10.000uF 6V Elko drin bleiben, nur der liefert Impulsströme.

Es gibt übrigends 3V Typen von Taiyo Yuden, aber die sind sehr teuer und schlecht zu bekommen. ( PAS Serie - Innenwiderstand des 20F Typen 0,1Ohm, damit bei 5A ca. 1Volt einbruch ! Auch noch nicht doll. )

Das System wie beschrieben soll in meinen 600er, da die geplanten BLS Servos durchaus die 5A mal kurz überschreiten können.

Zur ßberbrückung bei Akkuausfall taugt das System aber prinzipiell nicht !
Da hilft nur Stützakku.
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Alt 13.09.2010, 11:40   #7
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Hi Linus,

finde ich einen verfolgenswerten Ansatz - der Nachteil der bisher gezeigten Green Cap Stützschaltung mit Dioden ist, daß bei starken Servos einfach zuwenig Strom da ist, bzw evtl. die Spannung zu weit abfällt und daher die Servos nicht mehr gleichmäßig laufen - auf einer 700er TS liefen die Servos da z.B. dann echt "schief" statt gleichmäßig.

mMn kann eine solchen GreenCap Schaltung dann auch im Ernsteinsatz nur bedingt was bringen, wenn die Servos nicht sauber versorgt werden können - im Gegensatz zu einer, die die Kapazität der Green Caps auch wirklich ausspielen kann.

Bei kleineren Servos bzw. weniger stromhungrigen dürfte das besser sein, dennoch wäre mir so was wie Deine Schaltung da lieber!

lG,
Simon.
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Alt 13.09.2010, 11:46   #8
garth
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Hier noch der Link zu den Samwha Green Caps :

http://www.samwha.com/electric/templ.../product1.html
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Alt 13.09.2010, 12:08   #9
garth
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Hier noch der Link zu den Samwha Green Caps :

http://www.samwha.com/electric/templ.../product1.html

Wenn ich einen Ausfall überbrücken möchte und wenn ich mit 200F rechne, brauch ich zum Laden mit 6A 240 Sec = über 4 Min !

Damit könnte ich dann bei akzeptierten 2 Volt Spannungsabfall und 3 A durchschnittlichen Verbrauch
66sec. überbrücken.

Siehe Völkner 200F Greencap x2 (=100F) ca. 20€/Stück Gewicht ca. 40Gramm ( plus Kabel/Ladeschaltung)

taugt aber nur bis 2x2,7V = 5,4V. Es existiert ne 3V Variante, aber ich hab keine Bezugsquelle.

Es taugt also dann zur Ausfallüberbrückung wenn man mit den F Werten sehr hoch geht, dann ist natürlich auch der ESR ( Innenwiderstand ) gut. Aber dann muß ich extern vorladen, hab schon Gewicht wie beim stützakku, und teuer wirds auch.

Technische Daten
Abm.: (ß x L) 30 mm x 45 mm
Marke: SAMWHA
Herst.-Teilenr.: DB5U207M30045HA
Nennspannung: 2.7 V/DC
Typ: DB5U207M30045HA
Elektr. Kapazität: 200 F
RM: 10 mm
Temperaturbereich: -40 - +60 °C
RoHS-konform: Ja
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Geändert von garth (13.09.2010 um 12:10 Uhr)
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Alt 13.09.2010, 14:48   #10
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Moin,

also kurz zur Ladeschaltung, mit GoldCaps geht es ohne, eben genau wegen des hohen Innenwiederstandes.

Ich verwende die 25F/2.7V GreenCaps (genau die vom Link) und die haben typisch weniger als 0.1Ohm eher richtung 50 mOhm - da schaltet sogar das Beste mir bekannte BEC ab (dass Castle BEC Pro soll ohne Probleme gehen - habe ich aber nicht da zum testen) also daher - und grundsätzlich aus Vernunftsgründen denke ich ein "sanftes" laden ist kein Fehler.

Zur Pufferung denke ich dass GreenCaps ausreichend niederohmig sind - auch für Spitzen (zeigen auch meine diversen Simulationen und Messungen mit Oszi und Prototyp ...

Zur Praxis, voll geladen kommen drei 25F/2.7 Volt auf ca. 30 Sekunden, dabei drücke ich kräftig auf die Taumelscheibe mit drei MKS 9660 dran und habe direkt auf den Servoarm vom BLS 980 (Heck) steuer am sender (nicht agressiv) und die Zeit läuft bis der Erste Servo aussteigt. Die Idee ist hier den Heli beim BEC sprich Regler Ausfall noch per Autorotation zu landen - oder wenigstens in eine vernünftige Position zu bringen.

Ich habs nie getestet - wer will das schon freiwillig, denke jedoch das es reicht. Die Dioden Version ist ja bei einigen (erfolgreich) im Einsatz, wie auch in der Rotor schon mal beschrieben wurde, daher sollte es ohne Dioden deutlich besser gehen - zusätzlich noch Spitzen puffern und dank dem geregelten Ladestrom können auch Caps mit mehr als 10F eingesetzt werden.

LG
Linus
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