Tutorial: Messen elektrischer Größen an RC-Elektronik

Hi Leute,

ich möchte hier mal ein kleines Tutorial zum obigen Thema starten. Ich komme darauf, weil ich gerne in der Lage sein möchte die Elektronik, die ich z.B. in meinem 700er einsetze, selber auf Herz und Nieren zu prüfen. Ziel soll natürlich sein eine sichere Helikonfiguration (insbesondere für große Helis) zu erstellen.

Ihr kennt das ja... der Eine schwört auf redundante Spannungsversorgung, der Nächste argumentiert, dass mehr Elektronik auch mehr Fehlerquellen birgt usw., oder User empfehlen z.B. das YEP-20A BEC, das offenbar ein Nachbau des Keto HV BEC sein soll. Von anderer Seite hört man dann aber, dass das YEP schlecht regelt... usw. usw.

Hier sollen also Mess- und Prüftechniken vorgestellt und gesammelt werden, mit denen man seine Elektronik überprüfen kann. Für die Testergebnisse einzelner Komponenten empfiehlt sich dann ein eigener Thread.

Eines noch: Ich bin selber KEIN Elektroniker. Ich bin zwar nicht ganz unbeleckt auf diesem Gebiet aber eben nur ein Hobbymensch. Insofern freue ich mich besonders wenn die Profis hier im Forum (Nico?, Kreissäge?, ...) ebenso ihre Tipps und Tricks zum Besten geben würden.

Wenn ich etwas falsch oder ungenau darstelle, so sind Verbesserungen ebenso willkommen und auch wichtig

So, los geht's...

Wie funktioniert eigentlich die Regelung der Servos über PWM?

Mein erster Beitrag zum Thema entspringt eher meiner Neugierde.
Um festzustellen, wie das mit dem PWM (Pulsweitenmodulation) funzt, habe ich einfach einen Servotester ans Oszi gehängt und mal ein wenig "rumgeregelt" und dabei gemessen.

Versuchsaufbau:
Ein altes BEC, ein alter Lipo, der Servotester und der Oszi-Probe.

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Folgendes konnte festgestellt/gemessen werden:

Das PWM-Signal erscheint erwartungsgemäß als Rechtecksignal auf dem Oszi. Die Spannung beträgt 5.04V und der PWM-Puls hat eine Dauer von 1mS (bei Vollausschlag CCW) und von 2mS (bei Vollausschlag CW).
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Hier das Ganze noch einmal in schön bunt:
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Der Vorteil eines modernen DSO liegt nicht nur in der besseren bildlichen Darstellung des Signals, sondern auch in einer großen Informationsfülle, die man direkt am Bildschirm ablesen kann (Spannung, Periodendauer, Frequenz...). Außerdem kann man über den Speichermodus kurzfristig auftretende Ereignisse (z.B. Störimpulse) darstellen und so den Fehler finden.

Das alte DSO (in meinem Fall ein Gould 1425) tut es aber auch und so was gibt es für deutlich unter 100€ bei ebay.

Was nutzt nun diese Messung?

Abgesehen davon, dass ich es interessant finde so etwas mal nachzumessen ist es außerdem didaktisch klüger es selber zu "erfahren" statt es nur zu lesen.
Mit dieser Messmethode kann man z.B. die Funktion seines Empfängers bzw. Stabis testen, wenn mal alle Servos hin sind und somit nix zum "Anzeigen" vorhanden ist.
Störungen der Regelelektronik könnten so ebenfalls identifiziert werden.

Die nächsten Themen:

• Strommessung der Empfängerstromversorung auf der Werkbank
  
• Spannungsmessung über einen Zeitabschnitt bei wechselnden Lastzuständen zum Ermitteln von "Brownouts"
  

Hallo Cosmicos,

die Idee finde ich gut. Wenn ich was dazu beitragen kann, dann gerne.

Zum Verständnis des Servopulses für die newbies, die das noch nicht wissen:

Im Prinzip ist so ein Servotester ( Rechteckgenerator ) im Servo gleich nochmal drin. Da wird das Poti dann vom Getriebe bewegt. ( Wir sprechen hier vom Analogservo! )
Ein danach geschalteter Komparator ( Vergleicher ) sorgt nun dafür, das wenn der Eingangsimpuls kürzer ist, das Servo in die eine Richtung läuft, und wenn er länger ist ( jeweils als der intern erzeugte ) dann läuft das Servo in die andere Richtung. Das ganze passiert im Idealfall solange, bis die Pulsweiten wieder gleich lang sind. Hinter dem Komparator ist dann noch ein Verstärker geschaltet, der das ganze in ausreichend Strom für den Servomotor umsetzt.
Heute benutzt man dafür entsprechende Brückenschaltungen, die geschickt den Motor umpolen. Früher in den Anfangszeiten war das noch nicht so entwickelt. Dazumal hatten die Empfängerakkus noch drei Kabel. Plus, Minus und die sog. Mittelanzapfung. Die wurde gebraucht, um die Umpolung zu realisieren. Entsprechend hatten die Servos auch 4-polige Anschlußkabel, +, mitte, -, impuls. Im Laufe der 70er Jahre wurde das nach und nach umgestellt. Vielleicht kennt noch der ein oder andere diese 4-zelligen blauen Akkus mit drei Kabeln, die dauernd leer waren, und die man dann 14 Stunden laden musste, ach war das alles eine Sch..., hat man´s heute gut:-)))

Bei den digitalen Servos kann man heute die Pulsweite in eine Spannung umsetzen, die dann verglichen wird über einen im Prozessor befindlichen AD-Wandler. Das bedingt eine stabilisierte Spannung, die jedoch am Prozessor anliegt, da er ja nicht direkt mit der Servospannung gefüttert wird, sondern einen vorgeschalteten Spannungsregler hat. Es gibt da alle Möglichkeiten. Das Prinzip ist aber immer gleich. Es wird verglichen, und das Servo so lange bewegt, bis an beiden Potis wieder Gleichstand herrscht. Mehr Knüppelausschlag=mehr Pulsweitenveränderung= mehr Servoweg, bis der interne Imupls gleichlang ist.

In diesem Beitrag möchte ich demonstrieren wie man die Versorgungsspannung der RC-Elektronik (i.d.R. über BEC oder im HV-Setup über LiPo/LiFePo4) misst und beurteilt.

Als Messinstrument bietet sich hier ebenfalls das Oszi an, da es in der Lage ist Spannungen über einen bestimmten Zeitverlauf grafisch darzustellen. Des Weiteren ist nur das Oszi hochohmig genug, um gefahrlos in den Stromkreis gehängt zu werden und verwertbare Messergebnisse zu liefern.

Messmethode:
Das Oszi greift einfach über ein abgeschnittenes Servokabel die Versorgungsspannung am Empfänger ab. In meinem Testsetup am Assault 700 fahre ich während des Messvorgangs das Heckservo auf Anschlag (zieht dann viel Strom) während ich zugleich heftige Pitchpumps erzeuge. Alle 4 Servos arbeiten also. Die TS-Servos jedoch ohne große Last (da nicht im Flug).
Hier muss ich mir noch was einfallen lassen, um die TS-Servos auch noch zu belasten... vielleicht Sandsäcke auf den Rotorblättern oder so... Ideen sind willkommen    


Getestet wurden die folgenden Komponenten/Setups am 700er Heli:

• YEP 20A BEC
  
• Turnigy NanoTech LiFePo4
  
• Mttech Keto HV 20A BEC
  
• Turnigy 15A UBEC (versorgt vom 2s Lipo)
  

Die Kandidaten:
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Das Oszillogramm mit YEP20 A BEC:

Hier wird so manch negative Meinung über diesen BEC bestätigt. Die Spannungseinbrüche sind mit beinahe 3V immens. Die Versorgungsspannung der Elektronik geht kurzfristig von 7V auf 4V runter! Das geht wirklich gar nicht   Ein sicherer Betrieb ist mit dem Ding nicht gewährleistet.
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Das Oszillogramm mit einem NanoTech LiFePo4 im HV-Setup:

Das schaut schon wesentlich besser aus. Die LiFePo üblichen 6.3V brechen unter Last um ca. 1V ein und mit 5.3V bleibt noch genügend Spannung für einen sicheren Betrieb der Elektronik übrig.
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Das Oszillogramm mit dem Mttech Keto HV BEC:

Auch hier sieht es gut aus. Spannungseinbruch von ca. 1.3V bei verbleibenden 6.5V. Auch hier sollte ein sicherer Betrieb möglich sein.
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Das Oszillogramm mit Turnigy 15A  UBEC:

Dieser BEC ist bei weitem nicht so schlecht wie der YEP und das obwohl er "nur" 15A in der Spitze leistet. Die Spannungseinbrüche sind mit max. 1.6V zwar nicht gering und die verbleibende Spannung von 4.7V grenzwertig aber dennoch solle das Ding reichen. Man sollte es aber auf jeden Fall mit Elkos oder einem Backup-Guard absichern.
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Kurz zur Interpretation der Oszillogramme: Die gezackten Linien zeigen den Spannungsverlauf über einen bestimmten Zeitabschnitt. Unten rechts ist ein kleiner grüner Pfeil, der die 0V Marke anzeigt. Ein Div (also ein Kästchen im Koordinatenraster der Y-Achse) entspricht 1V. Der Spannungsverlauf kann also über die gesamte Höhe grafisch dargestellt werden. Die gestrichelten horizontalen Linien, die sogenannten "Cursor", markieren Max. und Min. Werte der Spannungslinie und dienen zum Messen der Spannungswerte. Rechts im blauen Kasten kann man die Werte dann auch direkt ablesen, damit man nicht die Divs zählen muss...

Grüße
Ralf

Super Ralf, weiter so
Das AMAX BEC hast du nicht zufällig da?
( [Sie müssen registriert oder eingeloggt sein, um diesen Link sehen zu können] )

und ergo:
YEP 20A BEC ist nicht gleich Mttech Keto HV 20A BEC

gut zu wissen !

Hi Martin,
nein, das Amax habe ich nicht werde es aber bestellen. Ich muss nämlich nun 3 YEP 20A BECs aus meinen Helis verbannen
Grüße
Ralf

Hallo Ralf,

tolle Infos. Leider hab ich "nur" ein normales Scope, und keines was speichern kann. Daher von meiner Seite vielen Dank, das Du die Bilder einstellst.

Woanders hab ich ebenfalls mal behauptet, das YEP BEC sei Murks, da hat man mich für blöd erklärt. ( kann ich mit leben ).

Hier hat sich gezeigt, es taugt nicht, jedenfalls lang nicht zu dem, was drauf steht.
Schaut man sich das Keto und das YEP einfach mal so an, könnte man auf die Idee kommen, es seien baugleiche Teile. Nicht alles, was baugleich aussieht, ist auch so.

Ein Kollege brachte mich noch auf die Idee, wie man die Dauerlast gut messen kann, ohne die Servos zu sehr zu belasten.

Ein paar 12V Halogenbirnchen, alle parallel, und dann jedes einzelne mit einem Schalterchen versehen. So kann man nach und nach Last zuschalten.

Die Messlinien werden gerader werden, denn der "Strubbel" auf den oben zu sehenden Bildern ist der Rückstrom-Müll des Servosurrens.

Ich glaub ich bau mal so ne Lampenleiste. Da läßt sich der Spannungseinbruch ohne die Kurzzeitspeicherung als gerade Linie auch gut nachmessen.

Spannend sieht es auch aus, wenn Du bei diesen Linien mal einen Elko zuschaltest.
Das glättet schon beachtlich, denn wie man sieht, kommt der Rückstrom-Müll ja auch beim reinen Akku-Betrieb deutlich zum Vorschein.

Das zeigt durchaus, das auch der Betrieb mit einem Akku durchaus den Einsatz eines Kondesators rechtfertigt.

Immerhin, in Deinem Test oben hat der Akku bisher gewonnen. Knapp vorne ist eben auch der erste Platz :-))

Die YEP BEC´s eignen sich übrigens fein als Stromversorgung für Nav-Lights, Cockpitbeleuchtung und Landelicht, Seilwinden und den ganzen Kram, der bei Ausfall den Heli nicht vom Himmel holt.

Nun war das eine Messung ohne Last an der TS. Wenn man sich nun vorstellt, wie das aussieht, wenn die drei Servos noch ordentlich Hand anlegen, dann ist man mit dem YEP ja echt an erster Stelle derer, die einbomben. Das 8/15A Turnigy hatte ich auch mal. Das liefert schon ordentlich Strom, und ist in der Tat nicht so schlecht. Aber es hat keinerlei Absicherung, hat einen äußerst filigranen 5V/6V Umschalter, den man besser gleich rupft, und entsprechend lötet. Dem würde ich im Flugbetrieb auch nicht trauen.
Und es hat keine Diode im Ausgang ( wie viele andere BEC´s auch nicht ) und braucht, so man einen Stützakku einsetzen möchte, eine Diodenentkopplung.

Das diese widerum u.U. nicht mit zwei Dioden getan ist, können wir dann später mal genauer beschreiben. Da braucht es nämlich mehr dazu, um sauber und sicher zu sein.

PS: Ralf, kannst Du nachvollziehen, wie hoch der Strom war, als das YEP den massiven Einbruch hatte? Ich hab es mal auf 7A belastet, da wurde es grenzwertig schlecht.

Super Ralf!  
Deine Messungen öffnen einem wirklich die Augen  

Zur Belastung der TS Servos hätte ich eine Idee:
Die Rotorblätter um 90° verdrehen, und mit (leicht dehnbaren) Gummiringen nach unten auf die Arbeitsplatte hängen. Nicht ganz außen, sonst wird es für die Servos / Gestänge zu viel, aber Mitte oder noch weiter innen sollte gehen.

cluedo schrieb:

Super Ralf, weiter so
Das AMAX BEC hast du nicht zufällig da?
( [Sie müssen registriert oder eingeloggt sein, um diesen Link sehen zu können] )

und ergo:
YEP 20A BEC ist nicht gleich Mttech Keto HV 20A BEC

gut zu wissen !

Das interessiert mich auch ! Ich hoffe es ist gut! Hab es in meinen 700 er drin!

Gruß Ralf

Moin Jungs,

um nochmal eines klarzustellen: Es ist nicht das Anliegen dieses Thread einzelne Komponenten zu testen und Empfehlungen zu geben.
In meinem letzten Beitrag habe ich das zwar implizit gemacht aber meine Motivation war ja eigentlich eine Messtechnik und die Interpretation der Messergebnisse darzustellen. Wenn man mehrere (vergleichbare) Komponenten testet dann lässt sich das Darstellen vom (Be)Werten aber nur schlecht trennen.

Ihr solltet meine "Bewertungen" also immer vor diesem Hintergrund betrachten und auch die Tatsache nicht unberücksichtigt lassen, dass ich selber neu auf dem Gebiet der Messtechnik unterwegs bin   Vielleicht mach ich auch mal was falsch und daher übernehme ich keine Garantie für meine Aussagen

Bei der Interpretation der Oszillogramme bin ich im Übrigen auf einen Aspekt nicht eingegangen: Die Zeit!

Wenn man sich die Oszillogramme nochmal unter diesen Aspekt anschaut dann stellt man fest, dass sich die Spannungseinbrüche unter einer plötzlich auftretenden Last (Pitchpumps) im Bereich von 800µS bewegen (0,0008S). Ein Div entspricht 400µS und wie am folgenden Oszillogramm zu sehen liegt der Einbruch bei 850µS. Mit anderen Worten: Nach 850µS hat das BEC die Lastspitze ausgeglichen, obwohl die Last noch weiter anliegt.

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Im zweiten Oszillogramm sieht man nun, dass während dieser Lastspitze die Spannung um 1.16V fällt. Die dünne Linie bei Koordinate (1 Div|1.5 Div) (vom Koordinatenmittelpunkt aus gesehen) habe ich diesmal ignoriert, da sie im Bereich von nur wenigen Nanosekunden (10⁻⁹ S) auftritt. Das dürfe der nachgeschalteten Elektronik egal sein.

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Betrachtet man die oben dargestellten Spannungswerte nun im Durchschnitt (das kann man ebenfalls am Oszi einstellen - habe aber keinen Screenshot davon gemacht), dann sieht die Situation gar nicht mehr so dramatisch aus. Die Spannungseinbrüche sind eben ultrakurz und daher ist die Spannung im Durchschnitt noch ausreichend zum sicheren Betrieb des Systems.

Interessant ist hier die Frage, wie lange ein Einbruch dauern muss, um ein Brownout am Empfänger zu erzeugen oder ein Reset vom Stabi zu erwirken???

Die beiden Oszillogramme stammen übrigens vom YEP 20A BEC in Verbinung mit dem Turnigy Voltage Protector.

Diesmal habe ich beim Pitchpumping die Rotorblätter auch noch festgehalten, um so alle 4 Servos zu belasten.
Der Strom stieg dabei in den Spitzen über 10A an (bei 10A steigt mein Multimeter aus....).

Fazit: Der YEP 20A regelt im Vergleich schlechter als z.B. das Mttech Keto HV BEC, das zeigen die Oszillogramme deutlich. Daraus kann man natürlich ableiten, dass die Dinger nicht baugleich sind bzw. nicht die gleichen Komponenten verbaut haben. Hängt man jedoch Caps dran und betrachtet die Peaks nicht allzu konservativ, dann scheint es dennoch brauchbar zu sein.

Aus meinem Assault fliegt's dennoch raus

zitat: Interessant ist hier die Frage, wie lange ein Einbruch dauern muss, um ein Brownout am Empfänger zu erzeugen oder ein Reset vom Stabi zu erwirken???

auch interessant wäre zu wissen,, arbeiten die in der hersteller-spezifischen belastungsangabe.
ein 8A - 15A BEC bedeutet nähmlich nichts anderes das es mit max. 8A auf dauer und nur die peaks bis 15A bewältigen kann. eben dieser µ-sec bereich,,,,
und das die chinesen mit den max angaben übertreiben ist eh bekannt,,, die 20A beim YEP sind eben nur die Peakleistung des BEC,,,, wenn überhaupt.......

Hallo Ralf, Hallo Tom

also mal zunächst zu Ralfs Meßmethoden:

Die sind schon ganz brauchbar. Laborqualität muss das nicht haben, das würde bestenfalls noch Nuancen verändern.
Er macht das sehr gut. Das ist so schön dargestellt, das auch ein "Nicht-Elektroniker" daraus etwas für sich ablesen kann.
Ich will versuchen, in meinen Kommentatren auch so allgemeinverständlich wie möglich zu bleiben.

Nun zu der Frage nach den 850µS, die die Spannung eingebrochen war.

Wir nehmen mal den ganz normalen Systemtakt des Rechners ( vielfach ein Atmel oder ähnlich ), dann liegt dieser Systemtakt bei meist 1 MHz, manchmal bei 4 oder auch 8MhZ.
Wir gehen jetzt mal großzügig davon aus, er hat 1 MHz. Das bedeuted, 1 Mio. Takte( = Rechenoperationen ) je Sekunde. Oder anders, alle 1µS ein Takt.

Geht die Spannung also für 850µS zu tief, fehlen dem Rechner theoretisch 850 Takte.
De Facto fehlen die natürlich nicht, sondern er ist längst der Meinung, Du hättest den Akku abgezogen. 850µS sind für eine Elektronik, was für uns Stunden sind.

Ein normaler 3GHz PC macht in der Zeit > 3 1/2 tausend Rechenoperationen.

Für einen Brown-Out wäre das allemal satt und genug. Das ist ja auch der Trick beim Einsatz eines Kondensators. Der kann für ganz kurze Zeit wie ein superschneller Akku wirken und die Stromversorgung quasi komplett übernehmen. Auf Grund seiner Kapazität natürlich nur für den Bruchteil einer Sekunde, aber genau den gilt es ja auszugleichen, wie auf dem auf Denem Bild zu sehe, 850µS lang. Das ist nicht mal ne tausendstel Sekunde, die schafft der Elko. Der Rechner des Empfängers würde die nicht überbrücken können, der schläft dann schon, tief und fest. Oft läuft er nicht mal mehr komplett wieder hoch, weil vorher schon der Einschlag kommt, und den Akku abreist :-((.



@ Hubi-Tom
Deine Frage nach den Peak-Angaben der BEC´s...

Ja also das ist so eine Sache. Das kann man so verschieden angeben, das man daraus eigentlich keine Rückschlüsse ziehen kann, die in irgendeiner orm verlässlich sind.

Man sieht dies häufig auf Kennblättern von Bauelementen. Dort gibt es oft graphische Angaben, oder tabellarische.

Als Beispiel habe ich gerade mal ein Datenblatt einer 100V/20A Schottky angeschaut. Die kann, wenn es nur ein einziger Single-shot ist( also eine einzigen Halbwelle ( danach längere Pause ) die eine Frequenz von 100Hz hat ( Halbwellendauer also 10mS ) einen Strom von satten 120A verkraften. Aber wie lng sind schon 10mS, und dabei muss die Welle auch noch Sinusförmig sein. also nix Rechteck.
Beim BEC kommt dann noch hinzu, das die Peaks dort schon ein wenig länger sein dürfen. Im Grunde lädt man dort einen Kondensator immer wieder nach. Je schenller das passiert, um so höher darf der strom sein. Daher ist die Spannung auch nie wirklich ganz glatt ( ausßer beim Linear-BEC, aber das funktioniert halt eh ganz anders, das ist so nicht vergleichbar )

Aber mehr als ein paar Sekunden kommen auch beim BEC nicht raus. Das Lineare wird einfach ire´gendwann zu heiß, das geschaltete geht dann zunächst mal spannungsmäßig in die Knie und der Ripple wird natürlich größer, weil der Kondensator zu sehr entladen wird, bis die nächste "Nachladung" kommt.

Fazit: Was auch immer so mancher Hersteller mit PEAK meint, wird uns wohl weiter verschlossen bleiben.
Das ist auch nicht so ganz unverständlich, dnn dazu gehören durchaus weitere Angaben.
Beispielsweise ändert sich die zulässige PEAK Höhe und Dauer mit der Umgebungstemperatur.
Haben wir Kühlluft? Und wenn ja, wieviel und mit welcher Temperatur.
Darum ist so etwas auch häufig graphisch dargestellt auf den Datenblättern.

Ein BEC in einem geschlossenen Scaler kann also sicher weniger max Leistung abgeben, als ein BEC, das im direkten Luftstrom liegt.
Dito gilt für die Dauer und Höhe der Peaks.

Ich hoffe, ich hab mich jetzt nicht zu umständlich ausgedrückt.

Ich hoffe Ralf macht weiter.

Ich werde gerne dazu Tips geben, wenn gewüscht, oder Ideen, was man mal nachmessen könnte/sollte.
Und wenn zu den Ergebnissen spezielle Fragen sind, werde ich auch dazu, soweit ich kann, Antworten zu geben versuchen.

Kurz noch zum YEP, für alle noch mal deutlich gemacht...
Die Meßergebnisse von Ralf decken sich mit meinen Messungen am YEP.
Auch mein Fazit war: Das hat im Heli > v = 600er nichts zu suchen.