Такого роду аварії, як правило, пов'язані з імпульсними перешкодами по шинам харчування і радіоперешкодами. У зв'язку з цим і виникла ідея подивитися, як йдуть справи з якістю харчування в контролері APM 2.5.2.
Як відомо, розводка харчування в контролері APM 2.5 виконана таким чином:
Шина Outputs і роз'єм живлення (PM) відокремлені від внутрішньої шини захисним діодом і запобіжником. При подачі живлення з ESC або роз'єму живлення на діоді і запобіжнику створюється постійне падіння напруги порядку 0.3-0.4В. Саме тому, при подачі живлення через роз'єм PM, напруга на модулі UBEC має бути 5,3-5,4В. Як варіант, можна подавати живлення на контролер з окремого UBEC 5.0в, безпосередньо на внутрішню шину, тобто підключити його до висновків харчування шин Inputs або Analog, але прошу зауважити, я вам цього не радив.
Досліджуємо класичний варіант подачі живлення контролера, через роз'єм PM. Взагалі в радіоелектроніці вважається "поганим тоном" в сільноточние шини і шини з великими пульсаціями струму, ставити послідовно діоди, але розробники контролера вирішили саме так, і це дійсно виправдано в даному випадку, так як інакше користувачі палили б UBEC або порти USB при їх одночасному включенні, до того ж це хоч і «крива», але захист від переполюсовки джерела живлення.
Вимірювання проводились на повністю зібраному квадрокоптера з польотним контролером HexTronik HKPilot Mega V2.5 і підключеним до нього про таке обладнанням:
1. Система телеметрії 433МГц на UART0
2. Сонар HRLV-MaxSonar-EZ на А0
3. GPS-модуль UBLOX LEA-6H
4. Конвертор Mavlink-to-FrSky на UART2
5. Приймач FrSky D4R-II з технологіями телеметрії в режимі CPPM
6. Регулятори Afro ESC 30А
7. Плата харчування з ключем на BTS555 і малошумливим UBEC на TPS5430
8. Малопотужні світлодіоди на А6 і А7
В якості вимірювального приладу використовувався осцилограф RIGOL DS1052E. щуп підключався на шини Outputs і Analog. Під час вимірювань запускався MissionPlanner з підключенням до контролера через модеми телеметрії.
Вид згори зібраного квадрокоптера, з підключенням щупа осцилографа на шину Analog:
Плата харчування встановлена усередині рами і виглядає так:
Спочатку було вироблено вимір на шині Outputs:
Рівень пульсацій склав 35 мілівольт, що в загальному, досить хороший результат. Наприклад, специфікація ATX допускає рівень пульсацій 50 мВ на виході комп'ютерного блоку живлення по шині 5В при максимальному навантаженні, тобто не більше 1% від величини напруги живлення.
Потім проведений завмер на внутрішній шині Analog:
Рівень пульсацій доходив до 320 мВ, що перевищувало рівень вхідних пульсацій з плати харчування в 9 разів, і становило 6% від рівня вхідного напруги. Це дуже багато, хоча при цьому квадрік на APM літають, без великих збоїв, в основному. Втім основні датчики сидять на шині +3.3, інакше їм було б «дуже погано», але немає впевненості в тому, що такий рівень пульсацій в поєднанні з тими чи електромагнітними перешкодами, не можуть «повісити» контролер або привести до його збоїв.
Шляхом відключення і підключення обладнання, з'ясувалося, що найбільшу частку пульсацій вносить модем телеметрії. Загалом, це очікувано, так як в момент відправки даних, при вихідний потужності 100 мВт, модем створює великі пульсації струму, а коли шина живлення контролера, розв'язана діодом, то великий струм на внутрішній шині контролера, просто просаджує напруга до поточного прямого напруги діода на даному струмі. Після того, як струм в ланцюзі харчування зменшиться, напруга знову підтягується до більшого значення.
Ось графік залежності прямого напруги від струму, діода MBR120, який встановлений в контролері. На контролері без периферії у мене на ньому падало по постоянка 0,26В з периферією 0,4 В:
Установка фільтрів на периферії (модем зокрема), майже нічого не дає, так як у нього довгі пакети, і згладити пульсації струму в ньому самому проблематично. Мені бачиться єдине рішення згладити пульсації на шині 5В контролера, яка розв'язана від джерела живлення діодом - шунтування її об'ємом. Тобто сенс в тому, щоб струм на шині перед діодом НЕ пульсувало, щоб забезпечувати завжди одне і те ж значення прямого напруги послідовно включеного діода.
З осцилограми видно, що великі просадки по напрузі низькочастотні, тривалістю до 20 мс і більше, компенсувати які можна установкою конденсаторів великої ємності, тому в шину Inputs був встановлений конденсатор 3300 мкФ, 6.3В:
Рівень пульсацій при цьому впав майже в два рази, проте все ще, мав досить велике значення:
Також високочастотна складова шуму мала велику амплітуду, тому було вирішено, продовжити боротьбу з пульсаціями. Для цього, зі зворотного боку плати між усіма контактами + і - шин харчування, були встановлені керамічні SMD конденсатори типорозміру 1206 на 10 мкФ 16В, ось такі:
Таке рішення дозволило набрати пристойну ємність, без будь-якого збільшення габаритів. Згоден, рішення не стандартне, може навіть дороге і невиправдане, але стосовно до даного випадку, мені воно сподобалося. Конденсатори довелося ставити на ребро, так як по-іншому, красиво впаяти їх не виходило:
Також з лицьового боку плати був встановлений електролітичний конденсатор 220 мкФ 10В діаметром 5 мм, на жаль більшого номіналу і розміру встановити не вдалося, інакше корпус не закривався:
Сумарна ємність конденсаторів склала 470 мкФ. Хоча 8 з них висять в шині Outputs, в моєму випадку вони там були не особливо потрібні.
Після цього контролер був встановлений на місце, все підключено як було, крім зовнішнього конденсатора. Після включення і запуску обміну по телеметрії, результат був такий:
Порадувало те, що конденсатори на контролері значно краще гасять вібрації, ніж зовнішній конденсатор великої ємності, так як крім низькочастотної складової, добре справляються і з високочастотної, за рахунок застосування керамічних конденсаторів і розташування їх безпосередньо на платі.
З підключеним зовнішнім конденсатором, результат став лише трохи краще:
У підсумку, вдалося домогтися рівня пульсацій не більше 90 мВ, що в 3.5 рази менше, ніж було.
Варто відзначити, що з запущеними на 50% газу двигунами (з пропелерами), рівень пульсацій не збільшувався, при цьому споживаний струм становив 14-15А. Це означає, що силова частина плати харчування і регулятори, не роблять істотного впливу на UBEC і контролер.
висновки:
1. При харчуванні контролера APM 2.5 через роз'єм PM, установка конденсатора великої ємності на внутрішню шину 5В контролера, це найшвидший і мало витратний спосіб, істотно зменшити рівень пульсацій напруги на шині харчування і як наслідок, збільшити надійність і відмовостійкість контролера.
2. Модем телеметрії вносить найбільший вклад в рівень пульсацій по шині харчування, при його використанні, необхідні додаткові заходи по фільтрації напруги живлення на внутрішній шині 5В контролера.
3. Керамічні конденсатори на шинах харчування контролера і невеликий електролітичний конденсатор, встановлений безпосередньо на плату контролера, краще справляються з імпульсними перешкодами, ніж зовнішній електролітичний конденсатор великої ємності.
І на останок: Я вам не раджу виконувати описані модифікації контролера APM, це лише привід для роздумів, якщо ви щось зробите, то на свій страх і ризик.
У обране 10
З такими ємності BEC нормально запускається? Це перебір взагалі то. У нього повинен бути перевантаження по струму.
І тут правильно сказали, дроселя по харчуванню вам допоможуть. Один між BEC і Ардупілотом, ще один між Ардупілотом і модемом.
Ось, це вже конструктивніше. Кондер ставиться в паралель навантаження.
Пропоную ставити зо два не таких потужних кондера. Один в паралель з вхідним харчуванням, один в паралель з електронікою, що живиться контролером. Там все Запаралеленими, чого не скажеш про вхід харчування на контролері. Питання - якою ємності повинні бути ці кондери? як відповісти на це питання не Омея осцилографа?
так може всетаки навпаки? Для лінійних стабілізаторів ємність потрібна набагато більша для згладжування ніж в імпульсних обратноходових. Фізику роботи ємностей і індуктивностей ще ніхто не відміняв.
Не зовсім так. Параметричний (лінійний стабілізатор) в цілому побудований так:
1) Вхідний фільтр з великими ємностями (у нас це батарея);
2) стабілізатор напруги (7805, крен, 1117st5 і т.п.);
3) вихідний фільр (з невеликою ємністю, інакше буде великий струм при включенні);
імпульсний:
1) Вхідний фільтр з невеликою ємністю (особливо не важливо що тут твориться, оскільки імпульснік і так шумить);
2) накачування для вихідного дроселя, шим-контролер зі зворотним зв'язком і сам дросель (власне цей дросель починає працювати на згладжування пульсацій коли накачати вихідний конденсатор)
3) вихідний конденсатор великої ємності (чим більше тим краще, але в міру. Були випадки пробою дроселів і вихідних ключів).
У імпульсніка вихідний конденсатор накачується поступово і під час роботи отримує енергію невеликими порціями в міру розряду на навантаження.
Імпульсні обратноходние у нас не пріменются. Складні дуже. Там мінімум трьохобмоткову трансформатор, де одна з обмоток з конденсатором налаштована в резонанс. Плюс купа обв'язки. До речі да в них великих ємностей на виході зазвичай не ставлять. Може не стартувати. Однак у більшості випадків є LC-фільтри
Хочу кілька питань задати? Ви яку мову в школі вивчали? Що означає step down на вашому посиланню вище?
Ємність конденсатора в схемі безпосередньо залежатиме від частоти і навантаження. Чи не замислювалися чому LOW ESR стали випускати конденсатори? Відповідь проста-висока частота просто шкідлива для електролітичного конденсатора, а будь-яка ключова схема стабілізації або перетворення викликає величезний спектр гармонік.
Я хоч теорію і призабув, але не настільки ж.
Не можу відповісти на наступний пост. Ораніченіе по дереву відповідей.
Ну я взагалі-то теж не настільки крутий в електротехніці. Радіоаматор всього лише. Причому спеціалізуюся по цифровим залізок і МК.
"Ви яку мову в школі вивчали?"
Як і ви - росіянин. У мокшанська, що нам намагалися прищепити в 80х, не досяг успіху. Не рідний.
Ну да, мова у мене не підвішений. Думки излогать не вмію. згоден
"Що означає step down на вашому посиланню вище?"
Це перша попавная під руку схема з LC-фільтром.
Та й до чого тут ESR?
Але якщо по суті, то в таких стабілізаторах конденсатор фактично на змінному струмі і не працює. Знаєте чому туди китайці не замислюючись ставлять ширвжиток всякий? Фактично змінна складова туди потрапляє тільки під час пуску стабілізатора (до речі найболючіше для них режим, Пожела конденсатори якраз при включенні і вмирають). І то шпаруватість настільки велика, що фактично імпульси гаситься дроселем. Під час штатної роботи стабілізатора, там постійна напруга промодулірованной пилкою в кілька сотих мілівольтах амплітудою. ESR впливає звичайно, але тільки під час пуску і зміні навантаження.
Володимир, тут не дерево відповідей більше дратує, а то, що написавши 10 рядків тебе викидає браузер, причому будь-хто.
Я не дарма про мову згадав, правда забув згадати іноземний. Просто багато в школі німецьку вчили і зрозуміти схожість між step down і fly back не зможуть.
Мені ліниво гортати пошуковики що б здаватися грамотним, але обратноходового (fly back) схема пішла зі схемотехніки рядкової розгортки і як б не обзивалася принцип заснований на ЕРС самоіндукції. Притому це процес імеетнекоторую частоту і в силу фізики і математики ще й гармонійні складові.
Причому ESR, та до того ж що електроліти на високих частотах починають розігріватися і втрачати свої властивості. Уже ціле покоління ремонтеров виросло в результаті цього.
До речі про гармониках. У імпульсного стабілізатора вони з'являються на вході, а не в навантаженні. Як правильно сформулювати не знаю, а літературу шукати не хочеться.
Що стосується шумів на виході, то як раз там онігенеріруются самим навантаженням. З цього і прийнято вішати кераміку на харчування мікросхем (щоб не звінелі в шину живлення) і розводити окремо харчування по різних блоках, кожен зі своїм LC
З вторй частиною поста повністю згоден, а от з першої немає. Якщо подивитися осцилограми без нагррузкі і згладжування, то побачимо на виході класичне розкладання по гармоникам (ряд Фур'є)
А робити гірлянду з Кондесатор першій-ліпшій ємності по колу як мінімум сенсу не має.
Так всетаки можна підключити 5в з BEC на входи плати справа. і паралельно конденсатор електроліт? Нормально буде? хустки харчування окремо поки немає.
А чим краще DC-DC замість звичайного ВЕС? Картинка харчування на Ріголь точно чистіше буде! Я на 100% впевнений!
ви впевнені, що на Регул, який хреначіт три фази під навантаженням на двигун - буде чистіше картинка з харчування? Ви в цьому впевнені.
Ігор, без образ - скільки коптеров ви побудували?
У коптерах все трохи не так як, на літаках. Там більше чутливої електроніки і гуляють НАБАГАТО великі струми. У деяких в небі літає КІЛОВАТ потужності. І це всього лише посередній коптер. Коптери - це не краще і не гірше ні літаків ні машин ні катерів - це просто трохи по-іншому.
Миру вам!
Закони електрики всюди однакові, бодь то коптер або підводний човен. А боротьба з перешкодами додаванням конденсаторів нагадує мені старий грузинський фільм, де з дерева мотузкою людини знімали, тільки тому, що вчора тієї ж мотузкою з колодязя витягали.
Ви мене не переконали. Я як і раніше вважаю, що окремий DC-DC перетворювач видає більш "чисте" харчування, ніж навантажений регулятор, який формує трифазне харчування під досить великим навантаженням. Токи там бігають - до 40 ампер (іноді і вище). І я не думаю, що це пройде безболісно для Бека (в сенсі вихідного харчування).
від мене +
пояснити не свідомим про що ролик? польотна карта і засуваніе USB яким боком до конденсатору? Або це таємні танці такі.