Записки программиста

BEC (Battery Elimination Circuit) — это всего лишь используемое в авиамоделизме хитровыдуманное название для регуляторов напряжения. Типично в квадрокоптерах используются 3S или 4S батареи, имеющие напряжение 11.1 В или 14.8 В соответственно, плюс-минус в зависимости от уровня заряда. Поскольку полетный контроллер и приемник питаются от 5 В, возникает потребность в понижающем регуляторе напряжения.

Естественно, моей первой идеей было попробовать линейный регулятор, вроде уже знакомого нам по заметке Интегральные схемы: чипы стандартной логики 74xx регулятора LM7805. Но оказалось, что в данном случае он плохо подходит. Дело в том, что линейные регуляторы сильно греются. При этом на макетке температура может быть довольно адекватной. Но при включении двигателей с создаваемыми ими шумами LM7805 моментально нагревается до такой температуры, что если дотронуться до него, вы обожжетесь. Происходит так по той причине, что рассеивание мощности (в виде тепла) у линейных регуляторов пропорционально разности между входным и выходным напряжениями. Конечно, можно попытаться решить проблему хорошим радиатором, но это лишний вес.

Поэтому вместо линейных регуляторов в авиамоделизме обычно используют импульсные. Их существует великое множество, но для своих опытов я выбрал LM2596. Пользоваться им очень просто, соответствующая схема описана на второй странице даташита [PDF]:

Вместо предлагаемого огромного диода Шоттки 1N5822 я использовал 1N5818. Емкость керамического конденсатора, обозначенного на схеме Cff (feedforward capacitor) подбирается в соответствии с таблицей на странице 11 даташита. Я использовал конденсатор емкостью 10 нФ. От сопротивления R2 напрямую зависит выходное напряжение. Напомню, что резисторы имеют погрешность. Поэтому резистор стоит подобрать на макетке так, чтобы выходное напряжение было 5 В или чуть больше, скажем, 5.2 В. Или поставить вместо резистора потенциометр.

Так уже спаянный BEC был размещен в моем квадрокоптере:

Травить плату было лень. Поэтому я просто использовал макетку, которую затем обрезал ножницами по металлу. Вес платы 10.7 г с проводами и со всем при размере 31x46 мм (без учета скосов) против 10.5 г с проводами при размере 36x36 мм готовой платы с BEC, используемой мной до этого. То есть, по размеру и весу плата примерно такая же.

Полевые испытания прошли успешно. Меня, впрочем, немного беспокоит, что при разрядке батареи выход BEC слегка падает, до 4.9 В, плюс-минус 0.03 В при включенных двигателях. Это никак не сказывается на работе приемника или полетного контроллера. Однако именно из-за этого эффекта выше я советовал подбирать R2 так, чтобы выходное напряжение было чуть выше 5 В, или же использовать потенциометр. Некоторые авиамоделисты используют импульсные стабилизаторы в каскаде с линейными стабилизаторами с низким падением напряжения (LDO), например LM1084. Возможно, как раз для обеспечения на выходе ровно 5 В несмотря ни на что. Также в самодельные BEC добавляют LC-фильтр нижних частот.

Знание о том, как сделать свой BEC, открывает большой простор для творчества. Можно не только разместить компоненты и выходы удобным вам способом или победить абсолютно все шумы. BEC можно объединить с платой распределения питания и пищалкой, предупреждающей о низком заряде батареи. Притом, пищалка может не только пищать, но также и мигать светодиодными лентами. Все это хозяйство можно вырезать в форме нижней части рамы F450. Заменив соответствующую часть рамы на плату, плата эффективно перестанет занимать какое-либо место. Наконец, BEC является обязательной составляющей ESC, если вдруг вы когда-нибудь захотите сделать собственные ESC.

Дополнение: Как оказалось, существует импульсный регулятор LM2576-ADJ (даташит [PDF]), который паяется по точно такой же схеме, что и LM2596. Регуляторы имеют очень похожие характеристики. Основное отличие заключается в частоте. LM2596 работает на частоте 150 кГц, а LM2576 — на частоте 52 кГц. Однако чтобы это имело значение на практике, нужно постараться. При покупке LM2576 убедитесь, что это именно LM2576-ADJ, так как существуют версии LM2576 с фиксированным выходным напряжением.

Дополнение: Регулятор отрицательного напряжения на базе LM2596

Метки: Электроника.