Что такое регулятор (контроллер) скорости и для чего он нужен можно почерпнуть из предыдущей статьи про . А сегодня речь пойдет о типичных настройках регулей и способах их изменения.

Настройки регуляторов скорости

• Brake (тормоз) . Варианты - включен, выключен, иногда также есть "плавный тормоз". При включенном тормозе при убирании газа в ноль регулятор будет принудительно останавливать двигатель, при выключенном - двигатель некоторое время будет продолжать вращаться по инерции.
• Batterry type (тип батареи) . Варианты - Li-xx, Ni-xx, иногда Li-Fe. Выбор типа аккумулятора между литиевыми (литий-ионные, литий-полимерные) и никелевыми (никель-металлгидридные, никель-кадмиевые). Данный параметр влияет на пороговые напряжения отсечки.
• Cut off type (тип отсечки) . Варианты - Soft-cut, Cutt-off, иногда также Middle-cut. Тип срабатывания отсечки двигателя при падении напряжения питания - жесткая, когда двигатель просто отрубается сразу, либо мягкая, когда он постепенно снижает обороты.
• Cut off voltage (напряжение отсечки) . Варианты - Low, Middle, High, либо напрямую напряжение отсечки. Задает порог напряжения при котором происходит отсечка. На этот параметр также влияет выставленный тип аккумуляторов - напряжения отсчки для никелевых аккумуляторов ниже, чем для литиевых. Высокий порог отсечки наименее опасен для аккумулятора, но опасней всего для модели.
• Start mode (режим старта) . Варианты - Normal, Soft, Very soft. Режим старта мотора. В нормальном режиме мотор сразу раскручивается на полную мощность, при мягком старте - вносится искусственная задержка. Нормальный режим в основном используется для моторов с пропеллерами, мягкий режим - для моторов вертолетов, чтобы не угробить зубцы на пластиковой шестерне.
• Timing mode (время тайминга) . Варианты - Low, Middle, High. Что такое тайминг я описывал в предыдущем посте - это сдвиг фазы подачи напряжения на обмотки, для разных моторов и условий их работы оптимальное значение может различаться. Обычно его выставляют по наибольшей эффективности работы мотора. Как правило моторы с большим количеством магнитных полюсов требуют выставления более высокого тайминга. При изменении этой настройки нужно обязательно проверять работу мотора в стендовых испытаниях, т. к. при неправильном тайминге есть риск получить срыв синхронизации мотора в определенных условиях.
• Music (музыка) . У некоторых моделей регуляторов есть возможность выбора нескольких музыкальных мелодий, которые будут проигрываться при включении и самотестировании регулятора. Любопытный нюанс - регуляторы не имеют своего динамика для индикации звуками, они для этой цели используют обмотки подключенного мотора подавая на них переменный ток. Т. е. пищащий регулятор - это на самом деле пищащий мотор. 🙂
• Li-po cells (количество банок) . Обычно эта настройка есть у регуляторов рассчитанных на работу с многобаночными (больше 4) аккумуляторами. Позволяет жестко задать кол-во банок используемого питающего аккумулятора.
• Governor mode (режим говернора) . Варианты - включен, выключен. Термин "говернор" пришел к нам из р/у моделей с двигателями внутреннего сгорания, там говернором называют устройство жестко поддерживающее определенные обороты двигателя при заданной ручке газа. Здесь он означает то же самое. Режим говернора обычно используют в CP вертолетах, чтобы двигатель не "проседал" при маневрах.
• PWM (частота PWM) . Некоторые регуляторы позволяют задать частоту модуляции управляющего сигнала на двигатель. Выбор обычно между 8 и 16 кГц. Большая частота позволяет более точно и плавно регулировать обороты, но снижает КПД регулятора (в этом режиме он больше греется).
• Reverse (реверс) . Некоторые регуляторы позволяют изменить направление вращение мотора программно. Для тех контроллеров, которые этого не умеют, можно сделать это "железно" поменяв местами любые два провода на мотор.
• Current limiting (ограничение тока) . Эта настройка также достаточно редка. Она позволяет задать ограничение тока на мотор при котором регулятор отключается.

Это основные настройки. У некоторых специфичных моделей (особенно дорогих), могут быть и другие возможности настроек, которые обычно указываются в инструкции на регулятор.

Способы программирования регуляторов скорости

Вариантов программирования ESC несколько:

1. Программирование ручкой газа. Этот вариант не требует никаких дополнительных устройств, но он кошмарно неудобен. Смысл в том, что регулятор присоединяется к приемнику, включается при задранном на 100% газе, при этом он переходит в режим программирования и начинает издавать писки. По количеству писков и по паузам между ними определяется какой параметр сейчас изменяется, а движением ручки газа производятся действия по изменению настроек. В общем, это сродни программированию некоторых древних Российских мини-АТС, которые также программировались по телефону на основе гудков и писков. Честно говоря этот способ настолько заморочен и неудобен, что я даже не стал в нем разбираться, потому что есть способ №2.
2. Программирование контроллеров с помощью карты программирования. Это самый простой и наглядный способ, но для него понадобится приобрести специальное устройство - карту программирования. Стоит она недорого: 5-15$. Беда в том, что для разных производителей регуляторов нужны свои карты программирования. Более того, для различных линеек регуляторов от одного производителя порой нужны различные карты программирования. Для хоббикинговских регуляторов нужны соответственно хоббикинговские карты программирования , они же поддерживают регуляторы фирм H-Wing, OEMRC и Turnigy Speed. Для регуляторов фирмы Hobbywing нужна соответствующая карта, она же программирует RCtimer"овские регуляторы. Как правило, все карты программирования имеют индикаторы для показа текущих установок, несколько кнопок для перемещения между настройками и изменения их, а также кнопку для сохранения настроек. Поэтому процесс программирования в данном случае значительно более простой и удобный, чем с помощью ручки газа, поэтому задумайтесь о приобретении карты программирования, если собираетесь настраивать свои ESC.
3. Третий способ экзотический - он доступен как правило только для дорогих регуляторов. Это программирование с помощью адаптера USB, или через ИК пульт. В этом случае вместе с устройством идет специальный адаптер (либо он приобретается отдельно), а настройки изменяются с помощью пульта, либо с помощью программы на компьютере. Некоторые регуляторы с программированием через USB имеют весьма продвинутые настройки, например, возможность задать кривую газа непосредственно для регулятора, или загрузить мелодию для проигрывания при старте.

Программирование регулятора с помощью карты программирования

Покажу как программируется регулятор на примере карты для регуляторов Hobbywing, которая также подходит и к регуляторам RCtimer. Для регуляторов со встроенным стабилизатором достаточно просто подключить управляющий шлейф регулятора к разъему "BEC" на карте программирования, затем подключить к регулятору аккумулятор. Через несколько секунд на карте загораются лампочки и показывают текущие настройки.

При программировании регуляторов без стабилизатора питания, или с отключенным проводом питания, необходимо подать на карту программирования питание со стороны. Это можно сделать, например, с приемника, или еще откуда-нибудь. Напряжение питания: 5-6 Вольт. Мне показалось удобней всего использовать для этих целей кассету под АА аккумуляторы с разъемом под приемник, вот эту . В остальном процесс ничем не отличается.

Ну вот, про программирование ESC написал, теперь можно со спокойной совестью программировать свои 6 регуляторов для квадрика. 🙂

Если вы когда-либо задумывались над тем, для чего нужны разные компоненты контроллера, то в статье Джонатана Фелдкампа из Castle Creations вы узнаете о назначении его компонентов, а так же о том как осуществляется управление двигателем. Обладая этими знаниями вы будете лучше понимать какие технологии используются в контроллерах и сможете лучше подобрать модель, подходящую для вашего применения.

Примечание к переводу:

• Аббревиатура ESC (Electric speed controller — Электронный крнтроллер скорости) будет часто заменяться на слово контроллер.
• Аббревиатура BEC (Battery eliminator circuit) будет заменяться на регулятор.
• Аббревиатура MOSFET(FET) (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor полевые транзисторы со структурой металл-диэлектрик-полупроводник) будет заменяться на слово ключ.

Основные компоненты и их назначение.

Задача контроллера состоит в том, что бы передать энергию постоянного тока от аккумулятора к трехфазному бесколлекторному мотору. Прежде чем мы перейдем непосредственно к контроллеру, полезно будет посмотреть как устроен мотор с точки зрения электричества. Типичный бесколлекторный мотор имеет три обмотки (фазы), будем называть их A, B, C. Фазы могут быть соединены методом «звезда» и методом «дельта».

Схема подключения обмоток бесколлекторного мотора.

На картинке проводники образуют обмотки (фазы) и заканчиваются выводами. Хотя соединения обмоток сильно отличаются внешне, в плане электричества разница не большая.

Важно понимать, что все что мы делаем с фазами A и B, оказывает влияние на фазу С. Почему это важно, мы рассмотрим чуть позже. Так же обратите внимание, что в отсутствие каких-либо внешних сил (например, переменного магнитного поля), фазы это просто замкнутые куски провода, именно такими они являются для контроллера во время запуска мотора.

Работа контроллера заключается в том, чтобы передать мотору энергию батареи. Для передачи энергии контроллер использует MOSFET’ы — силовые ключи, которые могут открываться и закрываться за долю секунды. Условно схему бесколлектрной системы можно представить в сл. виде:

Картинка показывает, что закрывая ключи А и В, которые отмечены красной звездочкой, мы пускаем ток от точки +In через фазы А и В на землю. Ток, протекающий через фазы (они же обмотки), создает магнитное поле, которое притягивает или отталкивает магниты ротора и, таким образом, вызывает вращение.

MOSFET’ы (FET’ы)

Вызвать проворот мотора очень просто, можно просто подключить любые две фазы мотора напрямую к аккумулятору. (Очевидно, что делать этого не стоит, испортите батарею или мотор, если оставите батарею подключенной более чем на тысячную долю секунды. Отсюда следует еще одна из основных задач контроллера — ограничить ток протекающий через фазу при коммутации.) Фокус поддержания вращения в том, что бы открыть два нужных ключа в нужный момент времени и тут же закрыть ключи, пока ситуация не вышла из-под контроля. Пока ток протекает по обмотке, магнит ротора притягивается к обмотке (полюс S к N или N к S), тянет за собой ротор и поворачивает его. Как только магнит проходит обмотку, мы открываем другие ключи так, что бы теперь отталкивать магнит ротора (N от N или S от S) и проталкивать магнит по направлению вращения дальше от этой обмотки. Теперь повторите эту идею для всех трех обмоток и станет ясно, как заставить ротор с магнитами продолжать вращаться. Как только вращение началось, нам остается только переключать обмотки снова и снова, что бы поддерживать этот процесс. Для реального примера рассмотрите следующую фотографию типичного контроллера:

Ключи контроллера.

На фото хорошо видны шесть полевых транзисторов MOSFET, которые используются для включения и выключения фаз. Еще видны провод подключения к приемнику и большой конденсатор, который служит накопителем энергии для контроллера. Мелкие детали это различные фильтры, который нужны для правильной работы контроллера. Мощная пайка контактов обеспечивает протекание больших токов. На следующей иллюстрации поверх фотографии нанесено изображение ключей:

Схематическое изображение ключей.

Теперь, когда мы получили представление о том, как поддерживать вращение бесколлекторного мотора, давайте рассмотрим функциональную диаграмму всего контроллера. В контроллере выделяются четыре основных блока: силовые ключи MOSFET, цепь управления ключами, микропроцессор и цепь определения положения ротора. Схема показывает, как эти части соединены между собой.

Теперь у нас есть представление о том, как работает силовая часть регулятора: MOSFET’ы работают как ключи, открываясь и закрываясь они вызывают протекание тока через обмотки мотора. Иногда мощности одного ключа недостаточно, для мощных регуляторов используются несколько ключей включенных параллельно. Нагрев регулятора практически полностью вызван внутренним сопротивлением ключей, каждый раз увеличивая кол-во ключей на фазу в 2 раза мы соответственно снижаем общее сопротивление ключей в 2 раза. Как альтернативу использованию нескольких параллельных ключей, можно устанавливать более качественные ключи.

Цепь управления MOSFET’ами.

Управление ключами не такая простая задача, как может показаться на первый взгляд. Если посмотреть на электрическую схему, мы обнаружим, что у ключей три контакта. Контакт, по которому ток втекает в транзистор, называется «исток», контакт, по которому ток вытекает, называется «сток», контакт, который отходит в сторону называется «затвор», это переключатель ключа. Для того, что-бы открыть ключ, необходимо на затвор подать напряжение на 5В-10В выше чем подведено к истоку транзистора. Для нижней части ключей (которые подключены к отрицательному контакту батареи) это относительно просто, нам надо подать всего 10 вольт. Для того, что бы открыть верхние ключи, которые подключены к положительному контакту батареи, нужно приложить напряжение на 10 вольт выше чем напряжение силовой батареи. К примеру, если у нас батарея LiPo 4S, к верхнему транзистору подведено напряжение 14.8В, но для того, что бы открыть ключ, к затвору нужно подвести напряжение в 25В. Разработчики регуляторов используют готовые блоки управления ключами, или разрабатывают собственные.

Блок определения положения ротора.

Для того, что бы знать, когда открывать и закрывать ключи, регулятор должен знать положение магнитов ротора вращающегося мотора. Это самая хитрая функция регулятора и именно поэтому раньше моторы и регуляторы использовали дополнительные датчики определения положения ротора (схема с сенсором до сих пор популярна в автомодельном хобби). Бессенсорные регуляторы, как видно из названия, обходятся без сенсора и используют уникальный алгоритм определения положения ротора: в каждый момент времени регулятор использует только 2 фазы для питания мотора, третья фаза при этом полностью отключена. Вращающееся магнитное поле наводит ЭДС в третьей обмотке. Измерив и проанализировав наведенное напряжение, можно определить как далеко провернулся магнит, и понять когда нужно закрыть текущую пару ключей и открыть следующую.

Микроконтроллер и его программное обеспечение.

Без сомнения, микроконтроллер это мозг всего процесса. Принцип его работы во многом схож с обычным компьютером: программисты пишут программу, компилируют и загружают ее в память контроллера. Микроконтроллер выполняет программу и в соответствии с ней посылает управляющие сигналы в цепь управления ключами, определяет положение мотора, обрабатывает сигналы с приемника, вычисляет требуемую выходную мощность и мигает светодиодом. Обработка сигнала с приемника стандартна. Управляющий сигнал это серия импульсов, длина которых определяет выходную мощность. Ширина импульса в 1мс означает полностью убранный газ, 2мс — полностью открытый. Величина частичного открытия газа определяется шириной импульса между этими двумя значениями. Внешне все просто, но микроконтроллеру важно при этом еще и успевать отслеживать положение мотора, что бы не пропустить момент переключения ключей.

Работа мотора на среднем газу гораздо более сложный процесс, нежели работа на полном газу. Вместо того, что бы оставить два ключа открытыми на определенное время, микроконтроллер открывает один ключ и быстро начинает открывать и закрывать второй. На малом газу второй ключ закрыт большую часть времени, в то время как при приближению к полному газу, он открыт почти все время. Частота, с которой контроллер открывает/закрывает второй ключ, называется PWM-частотой.

Физические возможности регуляторов: 4s, 6s, HV, SHV и т.д.

Кроме деления по возможностям настройки, регуляторы так же делятся по физическим возможностям. Некоторые регуляторы рассчитаны на напряжение питания 12В, в то время как другие поддерживают батареи до 90В. Впрочем, с точки зрения микроконтроллера и его программы, задача одна и та же — переключать ключи по мере вращения ротора. Наиболее очевидное изменение, это детали, которые используются на печатной плате. FET’ы должны быть рассчитаны на более высокое напряжение, что зачастую, означает, что они имеют более высокое сопротивление, а стало быть не так хороши. Блок управления ключами должен иметь возможность поднимать напряжение еще выше и управлять бОльшим количеством ключей. Входные конденсаторы должны быть другими, обычно значительно больше по размеру. Проще говоря, каждый элемент регулятора должен быть проверен на соответствие высокому напряжению. Кроме очевидных вещей с ростом напряжение многое становится несколько более проблемным. Небольшие скачки напряжения при переключении, которые на 12 вольтах не играют никакой роли, с ростом напряжения могут быть достаточно большими, что бы открыть ключ, который не должен быть открыт в данный момент. (Представьте себе, что ключи на верхнем и нижнем уровне открыты в один момент времени — это равносильно короткому замыканию батареи.) Контроллеру требуется дополнительная аккуратность при работе с входным сигналом, что бы все операции проходили правильно.

ВЕС: Battery eliminator circuit (блок исключения батареи)

Другая сложность с высоким напряжением это BEC. Вспоминаются те далекие времена, когда все пользовались двигателями внутреннего сгорания в качестве силовой установки, а для питания бортовой электроники было достаточно небольшой батареи. Когда электрическая тяга и регуляторы стали более популярными, в них стали встраивать небольшой линейный блок питания бортовой электроники — BEC, который создает источник тока напряжением 5В и может заменить батарею бортового питания. Простой BEC отлично работает с сервоприводами, которые не потребляют много тока, и особенно хорошо работает при небольшом напряжении силовой батареи. Проблема обычного BEC в том, что он переводит излишек напряжения в тепло. Если у нас силовая батарея 12В, то от 6В надо избавиться. Если наши сервоприводы потребляют 1А тока, то 6Вт будет переведено в тепло. Если же у нас батарея 25В, то уже 20В надо перевести в тепло и при токе в 1А, мы получим уже 20Вт тепла. Это слишком много для линейного BEC и он просто перестанет работать при такой нагрузке.

Следующим шагом в развитии стало появление импульсных BEC. Импульсные BEC работают аналогично контроллерам, используют FET ключи для быстрого включения и выключения питания от батареи, далее полученные импульсы сглаживаются для получения на выходе постоянного напряжения. Наиболее важное преимущество импульсного BEC это то, что излишек напряжения не переводится в тепло, а КПД может легко достигать 90%.

Выбор правильного контроллера.

Теперь, когда мы знаем несколько больше о том, как работает ESC, нам проще выбрать правильный контроллер для нашего применения. Предположим, что мы уже выбрали мотор и батарею. Теперь нам надо прикинуть, какой ток будет потреблять наша силовая установка. Выбирайте контроллер, который имеет рейтинг выше чем ток полного газа (к примеру если 67А это худший случай, то контроллера на 75А будет достаточно). Стоит сказать, что нет никакой проблемы в том, что бы использовать контроллер, превышающий ваши потребности, если он не утяжеляет вашу модель.

После сборки полезно сделать коротки пробный полет и проверить температуру контроллера, затем сделать более продолжительный полет и проверить температуру еще раз, что бы убедиться, что она не выходит за безопасные рамки. Температура контроллера должна оставаться ниже 85С и регулятор не должен шипеть, если прикоснуться к его корпусу смоченным пальцем. Калькуляторы силовых установок могут ошибаться, и каждый вертолет летает немного по-разному, поэтому дополнительная осторожность при первых полетах не повредит.

Заключение

Как вы видите, контроллеры имеют относительно простую конструкцию, однако хорошее программное обеспечение и качественные компоненты жизненно важны для правильной работы. От правильного выбора контроллера зависит, будет или не будет модель обладать дымовым эффектом, которого вы, возможно, вовсе и не желаете;-). Отдельное спасибо Джонатану Фелдкампу и команде Castle Creations за их вклад в наше хобби.

Дополнение: почему работа на среднем газу менее эффективна и сильнее нагружает контроллер.

Прежде чем мы рассмотрим, почему работа на среднем газу может увеличить потребление тока, нужно кратко рассмотреть явление обратной ЭДС (back EMF-electromotive force). Во время работы мотор не только потребляет энергию, создавая вращение, но и работает как генератор, вырабатывая электроэнергию — обратную ЭДС. (Примечание aarc: Если предположить, что мотор не имеет внутреннего сопротивления, не теряет энергию на трение и вращается без нагрузки, то он будет набирать обороты до тех пор, пока не сравняется напряжение подводимое от батареи и величина обратной ЭДС, после чего потребление тока станет равно нулю, а ротор продолжит вращаться с постоянной скоростью. Если теперь нагрузить мотор, например заставить вращать ротор вертолета, то появится эффект проскальзывания, когда ротор будет вращаться медленнее, чем мог бы при данном напряжении, а величина подводимого тока будет больше чем ток обратной ЭДС. Эта разница токов и совершает полезную работу. (http://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor) В результате мотор работает с проскальзыванием, из-за того, что часть энергии идет на совершение полезной работы, а часть на преодоление обратного тока, и чем выше нагрузка, тем сильнее проскальзывание и больше тока потребляет мотор.

Работа на среднем газу или в режиме гувернера(тот же средний газ) нагружают контроллер, несмотря на то, что он дает более короткие импульсы питания, тем не менее под нагрузкой ток импульсов увеличивается. При снижении оборотов обратная ЭДС уменьшается и разница токов обратной ЭДС и мгновенных импульсов питания может быть очень большая. Ватт-метры не могут показать эти броски тока, а отображают только средние значения.

После года зксплуатации накопилась куча сгоревших регуляторов.30 ампер simonk красные (кирпич),и такие желтые
Появился вопрос отремонтировать, или выбросить? А почему не попробовать отремонтировать, итак.

Желтые регуляторы такие

Начинаем диагностику с описания неисправности. Берем последний аппарат коптер сразу видим неадекватное поведение. Или его крутит, или переворачивает. При этом заметил один мотор стартует с запаздыванием. Это назовем первый вариант. Второй вариант при старте один из моторов не крутится, дрыгается так как будто обрыв обмоток. Потрогал пальцами мотор теплый, регулятор просто раскаленый. Третий вариант из регулятора идет дым мотор не крутится. В таком случае выключить сразу не удается, один из транзисторов горит так, что раскаляет печатную плату.
Плато регулятора четырех слойная прогорает насквозь ремонту не подлежит выглядит так
При этом транзистор трескается, отваливаются ножки, горит как сварка, плавит все проводники. Годится только на разборку. Из 5 вольтовых стабилизаторов можно собрать bec на 3 ампера такой, простая схема


Все 4 элемента соединяем параллельно.
Первый вариант рассматривать подробно не будем так как он является частью второго.
Итак, второй вариант. Берем регулятор, срезаем шубу, смотрим
Видим выводы ножек транзисторов. Не разбирая берем тестер, замеряем сопротивление переходов Уже можно сделать выводы средний транзистор исправный назовем вторая фаза, так как в фазе включено 2 транзистора и мы замеряем сопротивление схемы двух транзисторов, первый и третий пробиты, но не полностью транзисторы прогореть не успели, успели выключить, плато не прогорело, можно заняться ремонтом. Сразу упомянем первый вариант:
В случае когда двигатель продолжал работать, неисправным оказалась только первая фаза. Вторя, третья исправны. И еще при старте двигатель пропел песню как то слабо. При работе, на самолетах заметно снижение тяги. Сопротивление переходов такое же.
Отрываем пластину радиатора, приклеена теплопроводным герметиком, или резиновая теплопроводная прокладка стоит.


Очищаем от клея замеряем транзистры первого ряда



Красные, черные стрелки это щупы тестера. 2 ома это проводимость в обе стороны, то есть замыкание, пробой транзистора. Как же тогда звонится исправный транзистор? Исправный проверяется отпаяным от платы. неисправный так:

знак бесконечность это значит обрыв, 2ома замыкание, пробой.
это только один вариант сгоревшего. Может быть пробой всех выводов, или обрыв всех выводов, или проводимость частичная, отличная от исправного.

Еще забыл написать важную информацию. Второй вариант неисправности, когда двигатель не крутился, дрыгался. В выключенном состоянии если пальцами крутить двигатель чувствовалось явное сопротивление, по сравнению с остальными моторами. Объясняется просто. двигатель с магнитами это генератор, при вращении наводится эдс идукции в обмотке, через пробитые фазы ток замыкается, что и создает сопротивление.

Данные регули брал с КИТом коптера на али (с целью поиграться и попробовать -что же такое коптер), один сгорел до первого полета, и еще 4 в процессе учебных полетов. Вот появилось время и решил попробовать восстановить (зима, делать все-равно нечего).

Снял термоусадку, аккуратно поддел радиатор и увидел следующую картину:

Вверху, отмеченные стрелками-5ти вольтовые стабилизаторы 78M05, с них и начал проверку.

Проверил один и второй соответственно. На всех пяти сгоревших регулях стабилизаторы оказались исправны. Ниже стабилизаторов стоят МОСФЕТ-транзисторы-вот такие:

По два на каждую фазу(вычислил методом научного тыка):

Как работают МОСФЕТы разбираться было лень, поэтому для поиска сгоревших прибег к вышеописанному научному методу, взял тестер и попробовал померять сопротивление между ножками. Сразу повезло, на рабочих мосфетах показания были такие, нижние пимерно 10кОм

Верхние мосфеты около 70кОм

Неисправные же мосфеты показали КЗ и 3кОма

Выпаивал мосфеты паяльником, но лучше конечно феном. У меня таких же на замену не было-попросил товарища, он мне навыпаивал со старых материнок вот такие:

Они не на 30 ампер, а на 50, но подошли.
У меня на всех регулях мосфеты вылетали парами(одна фаза), на одном вылетели все три фазы.

В общем из пяти регулей получилось восстановить четыре. Проверку работоспособности проводил с помощью тестера для сервопривода:

Потом намазал термопастой, поставил радиатор и одел в термоусадку:

Ну вот, собственно, и все.

Сегодня я хочу написать вкратце про "кирпичики" больших р/у моделей - приемники, регуляторы, сервоприводы и моторы. В микровертолетах все это (кроме моторов) обычно интегрировано в одну плату с целью уменьшения габаритов и веса, но в больших моделях каждый из этих элементов представляет собой отдельный функциональный узел, при этом у нас появляется возможность самим подобрать характеристики и стоимость устройств и получить аппарат с теми или иными параметрами. У тех, кто впервые столкнулся с данными устройствами может возникнуть вопрос как соединять все эти узлы между собой. Ничего сложно там нет, но тем не менее иногда имеются некоторые интересные особенности о которых не все могут знать и я постараюсь рассмотреть их в своей статье.

Приемники р/у моделей (Receivers)

Поскольку у меня в хозяйстве в основном семейство Spektrum, то и рассказывать я буду исключительно про приемники DSM2/DSMX. У спектрума есть достаточно много моделей приемников различающихся количеством каналов, массой и возможностями. По размерам и дальности приема они делятся на классы: ultra micro - для ультра-микро моделей самолетов, нередко это приемники со встроенными сервами; паркфлайерные модели - приемники без сателлитов с небольшим радиусом приема (грубо говоря для самолетов которым хватает для полета небольшой лужайки); а также приемники рассчитанные на полноценную дальность. Последние обычно рассчитаны на использование с "сателлитами" - маленькими дополнительными приемниками, которые подключаются к основному чтобы обеспечить пространственное разнесение антенн. Приемники с сателлитами есть не у всех фирм. Например, Futaba, насколько я знаю, принципиально не использует сателлиты, выезжая на лучшей помехозащищенности при кодировании сигнала. Тем не менее, пространственное разнесение антенн - эффективный и сравнительно простой способ увеличить дальность приема. Основное предназначение сателлитов - избежать затенения сигнала материалом корпуса модели, поэтому основной приемник и сателлит размещаются в разных местах модели и желательно под углом друг к другу, а приемник просто берет лучший из двух сигналов в каждый момент времени. Для моделей с полностью карбоновыми корпусами есть специальные типы приемников с выносными модулями для крепления снаружи.

Некоторые спектрумовские приемники также имеют разъемы для подключения модуля телеметрии. Блок телеметрии использует собственный передатчик для отправки на пульт данных с подключенных датчиков - это могут быть уровень сигнала приемника, напряжение батареи, температура, обороты двигателя и т. д.

Также на приемнике обычно имеется лампочка-индикатор показывающая своим миганием или горением текущее состояние связи с пультом.

Несмотря на простоту исполнения, стоимость оригинальных приемников обычно немаленькая. К счастью, на помощь в очередной раз пришли китайцы и наклепали своих версий под самые разные протоколы. Для Спектрумовского DSM2, это Хоббикинговские приемники OrangeRx - шестиканальный OrangeRx R610 , легкие четырехканальные R410 и R415 , семиканальный OrangeRx R710 и девятиканальный R910 ; ну и сателлит к ним: OrangeRx R100 Satellite Receiver . Как показывает практика, пользоваться этими приемниками вполне можно, при этом по цене они без малого на порядок меньше оригинальных. Все они работают только в режиме DSM2.

Подключение приемников радиоуправляемых моделей

Ничего сложного здесь нет. Возьмем для примера шестиканальный спектрумовский приемник AR6100E. У него есть 7 разъемов по 3 контакта. 6 разъемов - это выходы на каналы, они промаркированы в соответствии с общепринятой маркировкой каналов - Thro (Газ), Aile (Элероны), Elev (Элеватор), Rudd (Руль), Gear (Шасси, 5 канал), Aux1 (6 канал). Выводы каналов тоже промаркированы как "-", "+" и управляющий сигнал. Соответственно к каждому из каналов можно подключить сервопривод, либо регулятор напряжения бесколлекторного двигателя, либо еще какую-нибудь электронику и она будет питаться от плюса с минусом и контролироваться управляющим сигналом. Седьмой разъем обычно помечен как Batt и служит для подачи питания на приемник (если оно уже не подается через какой-нибудь другой разъем), а также для переключения приемника в режим "Bind", т. е. для процедуры привязки к пульту. Для переключения в этот режим при включении приемника управляющий контакт разъема Bat должен быть замкнут на землю, обычно для этого втыкается специальная перемычка - "Bind Pug". В приемниках с поддержкой телеметрии, этот разъем также используется для связи с модулем телеметрии. Питание на приемник может подаваться через любой из разъемов "+" и "-", т. к. они все между собой просто-напросто соединены внутри приемника. Точно так же электронные устройства получают питание с приемника - он никак не регулирует напряжение, он просто напрямую передает питание через свои разъемы, соответственно особых ограничений по току здесь нет, но будут ограничения если вы решите подключить какой-нибудь потребитель питания (например, светодиодную подсветку) непосредственно к управляющему сигналу.

Что касается маркировки проводов подключаемых к приемнику устройств, то здесь мне попадалось пока 2 "стандарта" желтый/красный/коричневый и белый/красный/черный, сигнальный провод - желтый или белый.

Бесколлекторные моторы (Brushless motors)

В микровертолетах обычно стоят коллекторные моторы, т. е. моторы с щетками и коллектором. При всей их простоте, у них один огромный недостаток - ограниченный ресурс. Щетки подгорают и перетираются и рано или поздно выходят из строя. У бесколлекторных моторов щеток нет, а кроме того значительно выше КПД, но они требуют использования обязательного электронного узла - регулятора скорости (ESC - Electronic Speed Controller, его еще называют "контроллер"), который контролирует вращение электрического магнитного поля своевременно подавая напряжение на соответствующие обмотки мотора.

Регулятору бесколлекторного мотора необходимо знать положение ротора в каждый момент времени, для этого могут использоваться либо встроенные в мотор датчики, либо импульсы обратного электромагнитного поля (кстати, именно поэтому каждому б/к мотору требуется свой собственный регулятор). Моторы без датчиков проще по конструкции, поэтому в р/у моделях в основном используется второй вариант - контроллер рассчитывает положение ротора на основе времени между импульсом напряжения питания и импульса обратного электромагнитного поля и использует эту информацию для определения фазы и того куда подать следующий импульс напряжения питания. Регулирование скорости вращения мотора происходит с помощью изменения продолжительности импульса питания (широтно-импульсная модуляция) - более длительная серия импульсов создает большее магнитное поле, которое заставляет ротор вращаться быстрее, что вынуждает контроллер увеличивать частоту подачи импульсов.

Со всем вышесказанным связано еще два немаловажных понятия - тайминг регулятора и срыв синхронизации бесколлекторного мотора. Тайминг - это нечто вроде выставления угла зажигания в карбюраторных двигателях. Он определяет сдвиг фазы подачи питания на мотор. Регуляторы обычно позволяют настроить тайминг выбором из нескольких значений. Для каждого мотора и условий его эксплуатации оптимальный тайминг может быть разным. Обычно его определяют по максимальной эффективности работы мотора в его рабочем диапазоне оборотов. Иногда может возникнуть такая ситуация, когда из-за резкого изменения нагрузки или оборотов мотора, регулятор может "упустить" данные о действительном положении ротора и заблокировать подачу питания на мотор, такое явление называется срывом синхронизации. Вероятность этого повышается при неправильно выставленном тайминге. В этом случае придется перезапускать мотор заново.

По исполнению моторы бывают инраннерами (inrunner) и аутраннерами (ourunner), в инраннерах постоянный магнит закрепленн на вращающемся роторе, в аутраннерах - на вращающемся колоколе, т. е. в аутраннерах вращается внешняя часть мотора. Поскольку аутраннеры в силу своей конструкции позволяют использовать большее число магнитных полюсов, то они развивают больший крутящий момент и позволяют обходиться без редуктора, поэтому они больше распространены для р/у моделей. Количество электрических обмоток у бесколлекторных моторов - всегда три, соответственно и подключаются они тремя проводами.

Кроме габаритов и мощности, у мотора есть еще одна важная характеристика - kV. Так принято обозначать коэффициент отношения частоты вращения оборотов мотора (об/мин) к напряжению питания мотора (В). Грубо говоря kV показывает насколько быстро будут вращаться разные моторы при одинаковом напряжении. Для разных моделей, разных используемых шестеренок и пропеллеров требуемый kV мотора подбирается и вычисляется индивидуально.

Несколько типичных аутраннеров

Обычно б/к моторы продаются с крестовиной крепления и адаптером для пропеллера, но иногда комплектация более скудная.

Регуляторы напряжения (ESC)

О том, что такое регулятор (контроллер) скорости и для чего он нужен думаю уже стало понятно из предыдущего пункта. По сути, регулятор представляет собой микроконтроллер с прошитой в него программой и силовые ключи для управления обмотками мотора.

Несколько типичных регуляторов напряжения со встроенным BEC"ом

Основная характеристика ESC - максимальный ток который он может обеспечить для питания мотора. Среди моделистов почему-то распространена привычка подбирать регуляторы с большим запасом по току. Это не всегда рационально и примеры из жизни показывают что "впритык" подобранный регулятор работает ничуть не хуже, зато весит и стоит гораздо меньше (по крайней мере это справедливо для питания от трехбаночных аккумуляторов, с ростом напряжения лучше все же иметь запас). А вот по качеству, увы, регуляторы могут сильно отличаться. К сожалению нередки случаи когда регулятор горит из-за внутреннего брака или халтурной сборки, когда кто-нибудь из китайцев решил сэкономить на термопасте.

Конструктивно, чаще всего регулятор представляет собой плату засунутую в термоусадку. Чтобы предохранить электронику от влаги многие моделисты перед установкой регулятора дополнительно герметизируют эти два конца термоусадки с помощью герметика или термоклея.

Регуляторы скорости бывают со встроенным стабилизатором напряжения (BEC - Battery Eliminator Circuit) и без него. Стабилизатор напряжения выдает 5В и используется для питания приемника, серв и прочей рассчитанной на это напряжение аппаратуры. В случае если у вашего регулятора нет встроенного BEC"a, для питания приемника и аппаратуры придется использовать отдельный стабилизатор напряжения - UBEC (Universal Battery Eliminator Circuit). Некоторые специально ставят UBEC для большей надежности (чтобы не зависел от нагрева регулятора), или разносят питание мощных (сервы) и важных (приемник) потребителей на разные цепи. Стабилизаторы напряжения в свою очередь бывают двух типов - линейные и импульсные (обозначаются пометкой Switching). Импульсные стабилизаторы имеют более высокий КПД (особенно хорошие дорогие импульсные стабилизаторы), а следовательно меньше греются. Не рекомендуется запараллеливать питание нескольких стабилизаторов. В случае с линейными стабилизаторами это просто не рекомендуют делать из-за разброса параметров их электронных компонентов, а в случае с импульсными стабилизаторами это делать категорически нельзя. Поэтому, если у вас есть несколько регуляторов скорости со встроенным BEC и вы все их хотите подключить к одному приемнику (как это делается в мультикоптерах), то лучше вынуть плюсовые провода стабилизаторов у всех регуляторов кроме одного.

Микроконтроллер регулятора обычно имеет несколько параметров которые можно настроить. Набор чаще всего стандартный - это тормоз, тип отсечки, тип аккумулятора, напряжение отсечки, тайминг, мягкий старт и частота PWM, но иногда бывают и дополнительные специфичные параметры. Подробнее об этом и о программировании регуляторов я расскажу в следующей статье.

Хочу отметить, что разные модели регуляторов могут иметь различное "предназначение". Например, регулятор отлично работающий в самолете будет совсем никуда не годным в квадрокоптере, или наоборот. Это сложно оценить объективно, поэтому лучше ориентироваться на отзывы из жизни. Иногда практикуется такое развлечение, как перепрошивка программы микроконтроллера регулятора с целью улучшения его характеристик.

Подключение бесколлекторных моторов и регуляторов скорости

Регулятор скорости подключается к б/к мотору тремя проводами. Последовательность соединения не имеет значения, но если мотор вращается не в ту сторону, в которую вам требуется, то нужно просто поменять местами любые 2 провода. В качестве соединительных разъемов обычно используются разъемы типа "Gold Bullet Banana Connector ", они бывают разных диаметров. Сами моторы и регуляторы в зависимости от цены могут продаваться как с уже распаянными разъемами, так и просто с голыми проводами. Впрочем, если не планируете часто снимать/ставить эти детали, провода можно просто спаять между собой.

Подключение остальных проводов регулятора скорости вопросов вызывать не должно - разъем с "фишкой" подключается к требуемому каналу приемника, по этому разъему регулятор получает информацию для управления скоростью вращения двигателя, а если в нем встроенный стабилизатор, то через этот разъем он также питает приемник. Сам регулятор запитывается от аккумулятора (обычно там голые провода, поэтому надо припаять разъем питания, например, ). Современные регуляторы умеют автоматически определять количество банок аккумулятора, так что этот параметр обычно настраивать не требуется). Естественно, диапазон входного напряжения регулятора не безграничен и обычно указывается в его характеристиках. Самые распространенные регуляторы могут работать с аккумуляторами с количеством банок от 2 до 6. Регуляторы рассчитанные на большее количество банок как правило стоят значительно дороже, т. к. именно на 25В проходит граница между сравнительно дешевыми и более дорогими полевыми транзисторами.

Есть один очень важный момент по подключению регулятора , который возможно не все знают - удлинять провода регуляторов не рекомендуется . Если вам все же никуда не деться от удлинения, то: 1. Лучше удлинить провода от контроллера до мотора, 2. Желательно использовать провод большего сечения, чем стоит на регуляторе.

Дело в том, что при удлинении проводов от контроллера до батареи начинает сказываться их индуктивность и может возникнуть ситуация, когда уровень помех по напряжению питания на входе контроллера станет настолько высок, что контроллер не сможет правильно определить положение ротора мотора (иногда при этом еще и "повисает" процессор контроллера). Известно несколько случаев полного "выгорания в дым" контроллеров, при удлинении проводов со стороны аккумулятора до 30см. В то же время, при удлинении проводов от контроллера до мотора всего лишь слегка сдвигается задержка тайминга контроллера. Чем больше напряжение от которого питается регулятор, тем более критичен он к удлинению проводов.

Как резюме

В случае крайней необходимости можно удлинить провод от регулятора до аккумулятора, если сделать это проводом толстого сечения и чтобы итоговая длине в любом случае не превышала 20 см. В остальных случаях лучше удлинять провода на мотор и без лишней необходимости это не делать.

Сервоприводы

Я не буду сильно останавливаться на этом пункте, так как материал по сервам очень обширный и его в двух словах не расскажешь. Напишу основное.

Сервопривод (серва или рулевая машинка, сервомашинка) представляет собой не просто моторчик с резистором и шестеренками, но также и электронную плату которая преобразует сигнал управления с приемника и контролирует работу мотора сервы. Соответственно, сервы бывают цифровыми и аналоговыми. Цифровые сервы имеют внутри микроконтроллер (да, опять он) с программой управления, они работают быстрее и точнее аналоговых, но потребляют бОльшую мощность.

По размерам все сервоприводы делятся на несколько стандартных классов - гигантские, нормальные, мини, микро, нано. Бывают также низкопрофильные сервомашинки уменьшенной высоты. Основные характеристики - скорость перекладки и мощность усилия. Еще два важных свойства - точность отработки и надежность.

На самом деле выбор серв для модели - очень важное и ответственное действие, здесь тоже есть свои фавориты и разница в ценах между дешевыми и дорогими сервами может достигать десятков раз. Поэтому лучше подойти к этому делу ответственно и хорошенько изучить советы и отзывы перед покупкой, т. к. от этого зависит, во-первых, точность поведения модели в воздухе, во-вторых, вероятность потерять модель в один "прекрасный" момент из-за отказа сервомашинки.

Подключение сервомашинок

При подключении серв надо учитывать, что некоторые сервы рассчитаны на работу от повышенного напряжения и питание их от встроенного стабилизатора не позволит им развить полную заявленную мощность. Другая сторона вопроса, что если модель большая и на ней стоят мощные сервы, то максимального тока отдаваемого стабилизатором контроллера может не хватить для их работы, появляется риск просадки напряжения, что очень чревато для работы приемника, поэтому при использовании мощных серв необходимо в обязательном порядке просчитывать их аппетиты и возможности стабилизатора, а еще лучше замерять все это на практике, либо организовывать отдельную линию для питания приемника.

Так же, насколько я слышал, иногда бывают проблемы совместимости некоторых цифровых серв с некоторыми гироскопами, этот момент нужно также учитывать.

Общая картина подключений

Ну, надеюсь с подключениями этих устройств все более-менее ясно. В целом, получается что-то вроде этого:

Длинная статья получилась и занудная, все равно всего не получается охватить, но надеюсь что общее представление мне удалось раскрыть.