Нюансы сборки и настройки коптеров с подключенным ограничителем тока

В этой статье пойдет речь о возможных проблемах сборки и настройки квадрокоптеров при подаче питания через ограничитель тока в виде лампочки накаливания, резистора или подачи питания от лабораторного блока питания.

В интернете многие советуют делать первое подключение коптера через "лампочку", чтобы не получить пожар или "волшебный дым" при коротком замыкании если монтаж выполнен неаккуратно. В результате использования такого "лайфхака", если в схеме есть ошибка, то ток пойдет через дополнительное сопротивление и его величина ограничится значением I = Uпит/(Rдоп+Rн), при коротком замыкании в схеме питания регуляторов максимальный ток будет I = Uпит/Rдоп. Действительно, первое подключение после новой сборки лучше производить с таким "предохранителем", но зачастую пользователи, удостоверившись, что при начальном включении ничего не сгорело, продолжают настраивать сборку, оставляя подключенным это дополнительное сопротивление.

С проверкой моторов в этом случае проблем нет, если раскручивать и останавливать их плавно, но если делать это резко, дергая газ, чтобы начало работать активное торможение, то мотор превращается в генератор, который начинает отдавать энергию обратно в цепь питания. При питании напрямую от аккумулятора это не проблема, так как внутреннее сопротивление у него очень низкое и он может поглотить довольно большие токи без значительного увеличения напряжения в цепи. Но при подключении через ограничитель тока внутреннее сопротивление источника питания вырастает до значения Rдоп. Чем больше будет сопротивление, тем меньший ток будет потреблять батарея и тем больше будет напряжение выброса от моторов. Амплитуда выбросов зависит от характеристик двигателя, таких как KV и мощность и от того, насколько резко тормозить двигатель. При резком торможении возвращаемое моторами напряжение может быть в два раза больше, чем напряжение, подводимое к регуляторам.

Таким образом, при питании через ограничитель тока или от блока питания при резком торможении идет выброс энергии моторов в цепь питания коптера и величина напряжения может подняться до такого уровня, что в цепи коптера могут не выдержать и сгореть регуляторы, стабилизаторы питания, камеры, передатчики и т.п. Это происходит из-за пробоя силовых ключей или конденсаторов, например при довольно мощном выбросе можно сжечь почти все, что есть в коптере. Для демонстрации эффекта мы собрали тестовый стенд по схеме приведенной ниже и записали видео.

Питание на стенд подается от батареи 3S, которая подключается к регулятору через сборку резисторов с общим сопротивлением 2 Ом. Параллельно резисторам подключен переключатель, с помощью которого можно подать питание напрямую. В схему добавлен пиковый детектор на диоде с конденсатором для фиксации амплитуды выброса, так как выброс довольно короткий и увидеть какое было напряжение с помощью обычного мультиметра невозможно. Работает это следующим образом - при повышении напряжения диод открывается и заряжает конденсатор до максимального напряжения, когда же импульс спадает, диод закрывается и конденсатор остается заряжен, в следствии чего мультиметр успевает зафиксировать значение пика.

В тестовом видео сначала подключаем схему напрямую к аккумулятору, переключатель замкнут — питание идет напрямую. При плавном изменении оборотов мотора выбросов напряжения не происходит, при резком торможении есть незначительный выброс напряжения. Затем переключатель размыкается и питание подается через резистор. При плавном изменении оборотов выбросов не наблюдается, но при резком торможении происходит выброс энергии и напряжение поднимается выше 20V+, относительно первоначальных 12.4V. Если бы наш регулятор не был рассчитан на работу от 6S аккумулятора, он уже мог бы выйти из строя. Мы можем оценить, какой мощности был выброс - первоначально напряжение было 12.4V - это напряжение батареи, максимальное напряжение выброса было 21.5V, в итоге получаем разницу около 9.1V. При этом импульс обратного тока через резистор был не менее 4.55А, а это уже достаточно для выхода из строя компонентов схемы коптера. Если учесть, что обычно на коптерах 4 мотора, то ток будет еще больше.

В результате, такой вроде бы полезный совет, как сохранить свое железо при сборке иногда помогает его наоборот спалить. Поэтому, если используете ограничители тока, моторы следует крутить только плавно, не делать резких изменений оборотов и вообще не трогать тумблер арм/дизарм. С помощью лампочки и т.п. можно убедится, что нет проблем в цепи, в конфигураторе плавно покрутить моторы для проверки пайки на выходах регуляторов, если все моторы крутятся нормально, то отключить лампочку и т.п., и все настройки проводить уже с подключенным напрямую аккумулятором.

Также этот эффект может сжечь электронику при резких флипах или падениях на коптерах с очень мощными моторами, если не обеспечить достаточно надежную фильтрацию питания. В таких случаях даже с аккумулятором, подключенным напрямую, выброс энергии при торможении такой большой, что напряжение поднимается до 20-30V даже без дополнительного сопротивления.

Для подавления пульсаций в полете и при падениях используйте качественные LOW ESR конденсаторы в схеме питания регуляторов.

Будьте внимательны при сборке и настройке.

Поделиться: