HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

[dl7uae]

AW: HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

Hi Thomas von Thomas!

Ja, bereits bei 50MHz (im 6m-Band) verlieren sich die Harmonischen, im 2m-Band, wo ich besonders empfindliches Equipment habe (144MHz), ist längst die totale Ruhe.

Habe jetzt entstört:

Zunächst hatte ich in jeder Ausgangsleitg. je eine Drossel 6,3uH/10A, die Output-Strippe war dann ruhig. Allerdings gingen bei 10A immerhin 190mV über den Drosseln flöten (je 95), deren Draht erwärmt sich auch. Nun könnte man den Ausgangsfilter integrieren, die Istspannung (Spannungsteiler) hinter den Drosseln abnehmen. Dadurch wird aber alles noch grösser und schwerer.

Also Drossel weg, die Outputleitg. direkt hinter dem BEC je 2-3 Wdgn. 2x durch einen Ringkern 17/11/6mm gezogen. Super, selber Effekt, - diese Leitung ist befriedet.

Trotzdem hatte ich im Fernfeld immer noch genug Pegel in den Rauschglocken, nur nun ca. 25dB gedämpft. Also dasselbe mit den Inputleitungen, 2 Ringkerne.

Fernfeld: Totale Ruhe, ahnbarer Pegel, wenn ich den eingeschrumpften BEC mit der Hand umschloß, mein Körper als Antenne.
Nahfeld: Input-/Output-Strippe ruhig, die Schaltung selbst strahlt noch.

OK, probieren wir, billig abzuschirmen: Ich habe da so meine "Wildsaumethode", die ich hier lieber nicht poste... Die Abschirmung, nicht gut genug gemacht, kein vernünftiger Erdungspunkt, keine Durchführungsfilter, brachte erwartungsgemäß nicht viel, ca. 3dB im unmittelbaren Nahfeld des BEC.

Schlußfolgerung: Es reicht aus, die Speise- und Ausgangsleitung per Ringkernfilter (Gleichtaktdrossel) dicht zu machen, unmittelbar am BEC. Den BEC abzuschirmen (s. Turnigy), bringt nur was, wenn man es richtig macht, und das metert nach Volumen und Gewicht. Das Abschirmblech muss dann auch in die Kühlung einbezogen werden. Man sollte mit dem BEC, nicht mit seinen verblockten Leitungen, ca. 10cm Mindestabstand zu einem 35/40MHz-RX halten, ebenso zur Antenne.

Man darf nicht vergessen, dass das von mir benutzte Equipment empfindlicher ist als R/C-Empfänger mit nassem Schnürsenkel als Antenne. Ich benutzte einen Kurwellentransceiver im 10m-Band mit 3-Element-(3-Band)-Yagi in etwa 7m Abstand für's "Fernfeld" (nicht ganz richtig von der Begrifflichkeit) und einen guten Scanner-RX im Nahfeld (35MHz-Band), dazu einen "Tast"kopf.

[ka8]

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Hallo Namensvetter,

vielen Dank für die Erläuterungen und noch viel Erfolg bei Deinem Projekt.


Gruß Thomas

[dl7uae]

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Danke, Thomas. Du wirst lachen, es ist gar kein "Projekt", brauche so was gar nicht, habe es nur aus Interesse und für die Community gemacht.

So, noch mal den Erdungspunkt geändert, die "Wildsaumethode" bringt doch sehr viel:



Nun muss ich mich doch outen (schäme mich), ich nehme oft einfach nur Alu-Klebeband aus dem Baumarkt (für therm. Isolierung). Die Lagen sind ohne Zusatzmaßnahmen gar nicht leitend miteinander verbunden wg. des Klebstoffs, macht aber nix. Ein Stück Litze aufgefasert auf die leitende Außenhaut, mit Aluband fixiert, der Massepunkt liegt hinter(!) dem Ausgangsfilter auf der Minus-Leitung.

Nun ist selbst in unmittelbarer Nähe des BEC (3..5cm) relative Ruhe. Der zuvor genannte Mindestabstand sollte aber trotzdem gewahrt werden.

[Sycorax]

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Nettes Teil ... geht das auch für 2S ?

[dl7uae]

AW: HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

Nein, Ralf, für 2S braucht's einen linearen Spannungsregler, hatte ich im Forum vor ein paar Monaten gepostet, auch so ein Dauerstrommonster.

[dl7uae]

AW: HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

Ich hasse ja diese Schaltregler.. Die Schaltfrequenz ist aus therm. Gründen nicht stabil, was uns da stört, ist fast die 200. Harmonische, das rennt nur so durch's Band.

Heute würde ich so einen Regler auf keinen Fall mit 35MHz fliegen, das muss man sich nicht mehr antun, - um das mal ganz deutlich abschließend zu sagen. Im 2,4GHz-ISM-Band tangiert uns das nicht die Bohne, wir haben jede Freiheit zur Platzierung des BEC am Heli.

[Ballo]

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Heute würde ich so einen Regler auf keinen Fall mit 35MHz fliegen, das muss man sich nicht mehr antun, - um das mal ganz deutlich abschließend zu sagen.

Ich hoffe Du denkst noch an Deine Modelbaukollegen die mit Dir auf 35MHz unterwegs sein könnten .
Ist schon ein schickes Teil. Mit einer gut layouteten LP kannst Du die Störungen noch deutlich reduzieren. Aber unter 4 Lagen wird da nichts und wahrscheinlich auch nicht mit Standard 35µ Kupfer. Dann geht-s aber gleich ins Geld.

Balko

[dl7uae]

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Fliege ja selber auch noch 35, aber in Stinkern. Es wird mit 35 auch gehen, besser wäre aber eben, jedes Risiko zu meiden, indem man in einem HV-E-Heli mit so einem getakteten BEC, wenn's geht, 2G4 fliegt. Mit dem Platinen-Aufbau läßt sich mMn nicht allzuviel mehr an Dämpfung bringen, auch Double-Layer nicht, allerdings mit einem Weißblechkasten, der gleichzeitig als Kühlkörper dient.

Ich sinniere schon, ob ich noch mal einen in so einer Form aufbaue, gleichzeitig viel kleiner und leichter, 10A Dauer 7x24 wären dann aber nicht mehr drin, was ja auch nicht muss. War leider ein Sparschwein, und habe nur EINEN L4970 bestellt gehabt.

Um's mal ganz frech zu sagen: 14S gingen auch. Nur, weil der 4970 mt 55V max. spezifiziert ist, wird er nicht gleich bei 58,8 oder 59,5V in die Tüte machen. Mut zum Kill.

Ach so, jetzt hab' ich erst Deine Bemerkung verstanden. Nee, die Störstrahlung ist nun nur noch marginal, da müsste der Koll. schon mit meinem Heli zusammenstoßen, um sie evtl. mitzubekommen.

[Ballo]

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So eine Leiterplatte mit zwei Schirmlagen bringt schon einiges:

1. man kann potentiell strahlende Verbindungen in den Innenlagen Verlegen
2. die Masse ist sehr niederohmig
3. man kann für die kleinen C-s induktivarme SMD Kondensatoren benutzen
4. Ein- & Ausgangsfilter kann man auf der LP platzieren und brauch keine Ferrite am Kabel
5. gut designed kann man vielleicht auf ein Schirmgehäuse verzichten

Ich hatte mal ein interessantes Konzept für einen Schaltregler gesehen. Es wurden drei Stepdown Regler parallel geschalten. Der PWM und die Regelung wurden Zentral in einem µP erzeugt und mit einer Phasenverschiebung von je 120° wurden die Regler angesteuert. Der Rippel am Ausgang wird dadurch deutlich geringer und man braucht nicht so viel C zum glätten. Außerdem ist die Reglung nicht mehr so empfindlich gegen plötzliche Stromänderungen. Ob sich der Mehraufwand an Bauteilen lohnt, weiß ich aber auch nicht.

Ansonsten kann ich wärmstens das LTSPICE IV von Linear Technology empfehlen. Kann kostenlos von deren Website geladen werden. Für die Regler IC-s sind aber nur Modelle von LT vorhanden.

Gruß,
Balko

[dl7uae]

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Ach, an sooo eine Platine dachtest Du! Leider unbezahlbar für R/C-Zwecke, mehr was für GHz-Klempnertechnik.

Die Filterei ließe sich tatsächlich auf der Platine machen, 4 Drosseln eben.

Mit SMD-Low-ESR-Elkos ließe sich 'ne Menge Platz sparen, ja, siehe Westernrobotics.

Danke für den Link!

---
Habe schon eine Vorstellung, wie man das Ding deutlich kleiner bekommen würde. Trotzdem, bei aller Schmerzlosigkeit würden keine 10A Dauer mehr drin sein. Habe mit der Alufolie das Abblasloch im Schrumpfschlauch zugeklebt, absichtlich aus Testzwecken, es dauerte keine 5 Min., dann kam die thermische Abschaltung (bei 51V in, 5,6V/10A out).

[dl7uae]

AW: HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

So, Aprilwetter heute, - Scheixxe, - also noch mal einen praxisnahen gebaut. Fotos und Schaltung folgen. Kleiner/leichter scheint's kaum zu gehen, wenn man alles gegen Störstrahlung tun will: 60 x 35 x 27, 80g.

12..14S Input, 5,1.. 7,33V Output einstellbar (gingen auch bis max. 10V), 13,3A, bevor die ßberstrombegrenzung kommt, kurzschlußfest. "Praxisnah" heißt, keine voluminöse Kühlung (mit Lüfter), um 10..13A 7x24 zu machen. Im Ergebnis, mit einem kleinen ("moderaten") Kühlkörper, beginnt er bei 20C Umgebungstemp. und 3,2A Dauerstrom nach ca. 30 Min. kritisch zu werden (Kühlkörper hat 100C), - der Wirkungsgrad sinkt, kurz danach kommt die ßbertemp.abschaltung.

Bis bald, bin gerade etwas zu faul zum Fotografieren, - muss die Bude aufräumen.

[dl7uae]

AW: HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

Fotos muss ich nachliefern... Der Wackelkontakt der Cam meines Handys ist nun zu einem Dauerkontaktfehler geworden.

Ich war ja leider bei der BEC-Bauerei, linear (2S) wie getaktet, immer erst einmal in den Wahn verfallen, spezifizierten Max.strom 7x24 ziehen zu wollen. Das führt zu entsprechend großer und schwerer Kühlung und ist eigentlich an der R/C-Realität vorbei, - nicht erforderlich. Das mal gepostete lineare 2S-10A-7x24-Dauerstrommonster musste ich schon mal hastewaskannste in 1h realitätsnah nochmals aufbauen, nachdem ich mal samstags kurz vor'm Fliegen meinen Webra LiPo2Switch gekillt hatte. Den hier mal geposteten getakteten HV-BEC brauche ich bis heute (leider) nicht, daher erst jetzt die realitätsnahe Variante aufgebaut, und auch nur, weil das verdammte Wetter heute wieder das Fliegen vereitelte. Ich dachte mir auch, dass nach den ganzen BEC-Diskussionen für 12S (Jive-BEC-Problemchen) das Ganze evtl. von etwas mehr Interesse sein könnte.

Hier die Schaltung, Beschreibung darunter.



Zumindest ein Kollege hier aus'm Forum hat den ursprünglich geposteten BEC erfolgreich nachgebaut, komme jetzt gerade nicht auf den Nick, er ist aus Belgien.

Zielstellung des erneuten Aufbaus war, das Ding kleiner und leichter zu machen. Das geschah einerseits dadurch, dass die Kapazitäten der Elkos (Eingang wie Ausgang (Lade-C)) reduziert wurden und SMD-Low-ESR-Elkos verwendet wurden, andererseits durch drastisch reduzierte Kühlmittel, insbsondere durch Wegfall der Zwangskonvektion mittels Lüfter und Luftführung.

Andererseits kamen aber 4 Drosseln zur Entstörung hinzu (Oberwellen der Schaltflanken), die etwa ein Drittel des reduzierten Volumens ausmachen sowie ca. ein Drittel der Masse. Wer kein 35MHz zusammen mit dem BEC verwendet, kann die 4 Drosseln 26µH auch weglassen. Ich würde es ohnehin im Zeitalter von 2,4GHz-R/C als Regel ansehen, dass man getaktete HV-BECs nur noch mit 2,4GHz fliegt, ist einfach sicherer.

Die Specs stehen diesmal bereits im Schaltbild und werden im Wesentlichen durch den verwendeten L4970 bestimmt.

Ab 10,3..10,5V Eingangsspg. funktioniert der BEC bereits, man sollte ihm aber unter Last minimal nicht weniger als 11V anbieten. Man kann ihn also bereits mit 3S LiPo einsetzen, ich würde aber aus Sicherheitsgründen 4S als Untergrenze betrachten. Diese Minimalspg. hängt mit der internen 12V-Spannungserzeugung zusammen, aus der unter anderem die 5,1V-Referenzspgs.quelle versorgt wird.


(Aus öffentlichem L4970-Datenblatt von STMicroelectronics.)

Der Aufbau erfolgte auf einer doppelseitigen durchkontaktierten Lochrasterplatine aus Epoxy, 57 x 25. Die Gesamtmaße stehen oben, gegenüber dem Urmodell für echten Dauerstrom schon wesentlich kleiner. Er wiegt auch die Hälfte. Wie gesagt, ohne die 4 Entstördrosseln ließe sich nochmals ein Drittel an Volumen/Masse einsparen. Der L4970 und die Doppel-Schottky-Diode MBR20100 wurden auf der Unterseite montiert, liegend, so, dass deren Kühllaschen in einer Ebene liegen. Darauf kam mittels zweier wärmeleitender Pads, doppelseitig klebend, ein kleiner Kühlkörper, 55 x 20, 8mm hoch. Ich hatte gerade nix da, es handelt sich um ein Stück von einem CPU-Kühler, zu zwei Dritteln der Fläche mit kleinen Kühlrippen.

Der Punkt der Realitätsnähe ist die Kühlg. Die Entropie läßt sich nicht bescheixxen.. Die kaufbaren BECs können die spezifizierten "Dauerströme" alle nicht dauerhaft ab, weil die Kühlmittel es nicht hergeben. Die meisten dieser BECs wären bereits nach 1..2 Min. unter diesem Strom flach, etliche davon defekt, weil ohne Sicherheitsschaltung. Das Gefährliche ist dann, wenn der Längs- bzw. Schalttransistor einen Defekt durch ßberhitzen erleidet und dabei zum Dauerleiter wird. Dann erscheint die Eingangsspg. am Ausgang und kein Auge bleibt trocken.

Von einem reinen Kühlkörper sollte man sich nicht zuviel erhoffen: Strahlungskühlg. ist meist marginal, natürliche Konvektion ein Traum. Die Wärmekapazität des KK wirkt vor allem als kurzzeitiger Puffer, weil man davon ausgeht, und auch ausgehen kann, dass der angebene Max.strom nur mal ganz kurz genutzt wird, der mittlere integrale Strom in der Praxis wesentlich darunter liegt. Der Punkt ist, die gemäß Wirkungsgrad entstehende Verlustleistung in dem Maße loszuwerden, dass Chiptemperaturen noch sicher unter 150 Grad bleiben, - während der Dauer eines Fluges.

So sieht's dann mit "R/C-getreuer" Kühlung aus:

Ausgangsspg. auf 5,6V eingestellt, Eingangsspg. 51V (gute 12S), Laststrom 1,9A, 20C Außentemp.: Nach ca. 30 Min. Dauerstrom ist Ende Gelände, die ßbertemp.sicherheitsschaltung des L4970 schaltet ab, bis die Temp. auf einen bestimmten Wert gesunken ist. Mit 3,2A dauert das Ganze nur 7 Min. (hatte mich im vorigen Post geirrt).

Mit einem kleinen 5V-Lüfter auf dem KK hielt der BEC bei 5,5A Dauerstrom 7x24 durch, aber bei 9A war nach ca. 20 Min. auch Schicht im Schacht. Grund ist, dass der Wärmewiderstand des KK und seiner Ankopplung zu hoch dafür ist.
Die nur 470 µF Elko am Engang haben ganz schön zu ackern, der Elko wird warm (aber nicht heiss). Man sollte hier evtl. besser einen Rubycon einsetzen.

Macht das Angst? Nee, der BEC wird in der Praxis nie diese Härtebedingungen antreffen. Den Gepflogenheiten folgend, spezifiziere ich ihn als 10A-BEC, 13A max.

Wirkungsgrad (und damit Verlustleistung):

Je höher die Eingangsspg. ist, um so mehr treten Schaltverluste in Wirkung über ein kleines PWM-Tastverhältnis. Sind es bei 11V Eingangsspg. noch >85% Gesamtwirkungsgrad, so sind wir bei 12..14S Eingang schon bei nur noch 70%. Wohlgemerkt, Gesamtwirkungsgrad, darin liegt bereits sonstiger Leistungsbedarf gemäß einem Ruhestrom von 33..37 mA auf der Eingangsseite.
Erwärmt sich nun der L4970 (der Schalt-FET darin), geht der Wirkungsgrad weiter runter. Es kommt zu einer Art Lawineneffekt, wenn die Verlustleitung per Ausgangsstrom und Eingangsspg. in Regionen kommt, wo sie nicht mehr abführbar ist. Der Eingangsstrom steigt zunächst bei konstantem Ausgangsstrom langsam aber kontinuierlich. Die Chiptemp. steigt, der Wirkungsgrad verschlechtert sich immer schneller, der Eingangsstrom steigt schneller. Am Ende steigt er rapide, bis man bei 12..14S bei nur noch 56% Wirkungsgrad landet, kurz bevor der BEC abschaltet, um seinen Wärmetod zu verhindern.

Die Entstördrosseln:

Die Dinger haben einen ohmschen Widerstand von ca. 45 mOhm, da gibt es also je nach Strom einen Spannungsabfall, am Eingang vernachlässigbar, weniger Spgs.abfall wg. weniger Strom, jedenfalls bei >= 8S, - außerdem wird das eh ausgeregelt. Am Ausgang spielt das schon eine Violine. Die Spg. zur Regelung wird daher am positiven Ende hinter der Drossel abgegriffen, Spgs.verluste darüber also ausgeregelt. Auf der Masseseite wäre das zu aufwändig, - bei 3A gehen hier 140 mV flöten, eine auf 5,6V eingestellte Ausgangsspg. bricht also auf 5,46V ein.

Das war's schon. Wie gesagt, Fotos folgen.

[Deluxe1]

AW: HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

Hallo Tom!
Vielen Dank schonmal für dein Super Projekt!
Ich fand es ja bisher schon klasse, nur so ein Monster einzusetzen ist immer mit Platz und Gewichtsproblemen behaftet.

Die jetzige Version werde ich wohl mal versuchen nachzubauen, das passt super zu meinem neuen Projekt.

Gruß,
Philipp

[dl7uae]

AW: HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

Bildchen: (Bilder falsch resized, daher die Lücken.., lasse es jetzt so, zu faul.)


Sieht schlimm aus mit dem durchsichtigen Schrumpfschlauch, wie 'ne Preßwurscht.

Der L4970 ist unten an der Unterseite, die Schottky-Diode MBR20100 etwas höher, auch an der Unterseite.
Der Elko unten ist der primärseitige 470µF/63V, oben ist der kleine 10.000µF/10V zu sehen, rechts daneben das etwas große Poti, stehend, Einstellung von der Seite durch ein Loch im Schrumpfschlauch.
Der große Ringkern (quer) ist die Speicherinduktivität 40µH.
Der kleine Ringkern unten (L 26µH) ist die primärseitige Drossel in der (+)-Leitg., der kleine quer oben die sekundärseitige Drossel in (+).
Links oben die beiden Drosseln auf Masse, Eingang unten, Ausgang oben. Der schwarze Kabelstummel oben ist die alternative Masse, an der Drossel vorbei, für den Ausgang zu nutzen.
Unten gibt's 'ne kleine Drängelei der Beschaltung des L4970 darunter, dessen Pins oben eingelötet und durch direktes Anlöten beschaltet sind.

Man sieht, durch Weglassen der 4 Drosseln 26µH läßt sich noch jede Menge einsparen.



Unterseite: Links der L4970, rechts die MBR20100, darauf mit Wärmeleitpad dieses gebastelte Kühlkörperfragment.


Hier noch der Größenvergleich - 10..13A-Dauerstrommonster vs. "Real-BEC":

[dl7uae]

AW: HV HighPower getaktetes BEC im Eigenbau

Und nun denkt mal an einen Jive (Größe), - BEC, immerhin 5A, unter anderem mit da drin.
So etwas geht nicht mit monströsen Bauelementen wie hier, L4070, MBR20100, das geht nur mit konsequentem SMD, auch der Speicherinduktivität, Mehrlagenleiterplatten mit viel Kupfer etc. pp. Wahrscheinlich wäre es im Sinne des Wirkungsgrads ganz schlau, die Schottky-Diode durch einen FET zu tauschen und das Ganze per Microcontroller zu steuern, - so, wie in den gängigen Ladern und vermutlich auch im Jive. Dieses vermeintliche Jive-Problem hat ja nix mit der Leistung von dessen BEC zu tun, - wenn es überhaupt existiert, ist es wohl ein kleiner Firmware-Hazard.

Solange man nicht über Störeinstrahlungen in 35MHz-Equipment zu sinnieren hat, ist und bleibt für mich der Western Robotics Hercules Super BEC (14S 10A/15A Peak) der käufliche Favorit für einen dedizierten HV-BEC.