Hallo Freunde der Vierpropellerflugmaschinen!

Nach ausführlicher und erfolgreicher Testphase möchte ich nun meinen Beitrag zu Mikrokopter und Co. (Quadrokopter) vorstellen.

Das 4-fach Brushless-Regler-Board "QBLDC_HP_v1.0" alias "HERKULES I"



Warum der ganze Aufwand wenn doch China-Regler so billig sind?
Nachdem ich nun schon einige Vierpropellerflugmaschinen aufgebaut, geflogen und herunterfallen gesehen habe, dachte ich mir jetzt ist es an der Zeit mal etwas mehr Zuverlässigkeit in die Kopterei einziehen zu lassen. Erstens steckt im Kopter einiges an Wert, zweitens ist das mulmige Gefühl beim Befördern einer teueren Fotoausrüstung, getragen von fernöstlichen Elektroniken, bei mir mittlerweile immer größer geworden. Daher also der erste Versuch, es etwas besser zu machen. Ob es mir gelungen ist wird sich noch zeigen...

Was hab ich mir dabei gedacht:

1) Baugröße / Bauform / Gewicht:

* Kompakte, quadratisch-praktische Bauform von nur 70x70mm.
* Geringes Gesamtgewicht (38g ohne / 44g mit Hochstromstecker).
* Flexible Befestigung. Bohrloch-Abstand passend für Mikrokopter und Andere (Armo, UAVP etc...).
* Minimaler Einbauaufwand / Inbetriebnahmeaufwand.
* Alle Steuersignale / Interfaces und auch Motor-Anschlüsse können über optionale Steckverbinder erfolgen (Quick-Out-Prinzip).
* Optionaler Anschluss der Motoren über Hochstrom-WAGO-Klemmen ohne Lötverbindung oder auch direkte Lötverbindung.
* Interface zum Hauptrechner über Micromatch-Stecker oder Stiftleisten.
* Einfaches Programmieren jedes Controllers über extra vorhandene Programmierstecker-Pads. Sehr praktisch für eigene Software-Projekte.

2) Betriebssicherheit:

* Eine maschinell bestückte Platine. Keine Fädeldrähte. Keine Hochstromverteiler. Keine Wackelkontakte. Und alles "Made in Germany".
* Robuste Transistor-Endstufen durch Einsatz von N-Kanal MOSFET im DPAK (TO252) Gehäuse. (Können einiges an Kurzschlussstrom ;-))
* Eigener stabiler ext. Quartz für jeden Controller.
* Robuste 4-Lagen Leiterplatte mit getrennten Masselayer und Hochstromlayer.
* Präzise Strommessung mit Shunt für Gesamtstromaufnahme (geht an jeden Controller + auf Interface-Stecker).
* Akkuspannungsmessung gegen Unterspannung (geht ebenso an jeden Controller + auf Interface-Stecker).
* Überstromschutz / Kurzschlussschutz über Controller oder Hardware möglich.
* Verpolschutz gegen Batterieverpolung.
* niedrige Störabstrahlung durch EMV-optimiertes Schaltverhalten der Transistoren (Optional bestückbar) .
* => geringere Störung des Empfängers.

3) Flexibilität:

* Controller ATMEGA8 (Standard) oder ATMEGA168 (High Performance) bestückbar.
* I2C-Interface (Mikrokopter, Konze) auf Stecker.
* UART-Interface (ARMO, Wolfer, etc) auf Stecker.
* PPM-Interface (Wolferl, etc) auf Stecker.
* Plug und Play Stecker für sämtliche Anschlüsse (Motor, Steuersignale, Programmierstecker).
* 2 unabhängige Spannungsregler für Stromversorgung (1 fürs Board, 1 zur freien Verfügung).
* Pro Kanal eine LED + 2 LEDs für Spannungsregler.

4) High Power:

* ausschliesslich N-Kanal MOSFETs durch Verwendung von Bootstrap Treibern für Highside und Lowside.
* nur ein Typ MOSFET nötig => billiger da nur N-Kanal-FETs verwendet werden, die billiger als P-Kanal sind.
* sehr niedrige RDSon bei N-MOSFET erhältlich => weniger Verluste => längere Flugzeiten.
* 2-6 s tauglich (7V bis zu 30V).
* Leistung min. 40A! (...80A?) => richtig dicke Motoren können betrieben werden.
* 100% Teillast-Fest durch optimale MOSFET-Ansteuerung.

Der Schaltplan:


Bestückseite OBEN und UNTEN:


IO-Konfiguration (Pinbelegung) des ATMEGA8:


Der Regler in Natura:



Die Reglersoftware:
Der Regler ist so gemacht, dass alle Schnittstellen (I2C, SPI, UART) auf Steckern verfügbar sind. Es muss also nichts umgefädelt oder gelötet werden. Dies machte es nötig, die Pinbelegung der Ansteuerleitungen für MOSFETs und die Kommutierungserkennung anzupassen.
Getestet habe ich den Regler bisher mit einer modifizierten Variante der sehr guten Software von Bernhard Konze die es für die Varianten I2C, UART, und PPM gibt. Mit angepasser Holger-Software sollte dieser natürlich auch funktionieren.

Kommerzielles:
Klarstellen muss ich noch folgendes: Mit diesem Projekt möchte keinesfalls zu Irgendjemanden in kommerzieller Konkurrenz stehen. Es sind nur wenige Beta-Muster aufgebaut, die noch getestet werden müssen. Es handelt sich daher um ein Entwicklungsprojekt dass mit Sicherheit noch Macken, Haken und Wanzen hat. Das Gelernte aus den Tests soll und wird demnach in die nachfolgenden Varianten einfliessen. Ich erwarte mir daher eine sachliche Diskussion und freue mich über jede konstruktive Kritik.

Ein paar Fotos meiner damit erprobten Fluggeräte:

1) Original Mikrokopter als Schwebeplatform (Flight-Control, Navi-Control, Kompass, GPS):



2) Einbau in ein geschlossenes Chassis als Kunstflugkopter:



So, nun viel Spass beim diskutieren.... Ole' !

ich kann das zwar wahrscheinlich nicht beurteilen, sieht aber aus als hättest du da was ziemlich tolles "gebastelt"...

wann/wo/wieviel? ;-)

WOW 40 A Dauer .... das reizt einen Schon ..... nun wo sind die weiteren Infos...

wie mein vorschreiber es formuliert hat
Wann/Wo/Wieviel ?

Hi,

1. are you talking about 40A for each motor (4x40A) or 40A it draws when using 4 motors together?

2. if sometning happend to ,,one part,, (for one motor) you can throw away all controller??? usualy, if single Ctrl is damaged by something, the rest 3 are still OK and one needs just to replace the deffective one.... but here, you need to replace the whole board :-(

40A dauerhaft pro Motor sind damit NIE drin, allein die MOSFETs bei idealer Betrachtung machen das so nicht lange mit.

Ich komm auf je ca. 10A/Motor, allerdings ohne Schaltverluste, Diodenverluste, gegenseitige Erwärmung, verringerte Kühlfläche, Betrachtung der anderen Komponenten etc.

RSHUNT wird wohl bei spätestends ca. 22A Gesamtstrom (5W-Typ) die Spezifikationen überschreiten, T1 bei ca. 18A.

Damit kommt man auf 4.5A pro Motor, wenn alle laufen.

Hi Andreas -
Finde die Lösung +/- Extragenial.

Besonders gefällt mir die Möglichkeit mit den Wago-Abgängen, denn nur damit ist echtes "Quick-Out" möglich ohne jedesmal auf der Platine herum zu braten.

Das Thema, ob die Störfelder direkt unter der FC einen gefährlichen Einfluss auf die Sicherheit haben können, ist dann vom Tisch - oder? (Die BL-Regler direkt an der FC zu montieren ist ja so langsam Standard und zig-fach erprobt)

Wie Du schon beschreibst, ist es eine interessante Lösung für alle "Standard"-Quadros.
Der Trend in Richtung Hexa kann hiervon nicht profitieren... (Passt auch nicht in die Ausleger...)

Hast Du einen gemeinsamen Shunt für alle vier Regler-Stufen vorgesehen ? Reicht das im Ernstfall aus?

Ich bin vor allem gespannt, ob dieses geniale Board zu den vier einzelnen H&I-Reglern konkurrenzfähig sein wird? (billiger als vier einzelne kann es ja definitiv nicht werden - da muss man ja alle Vorteile mit einrechnen...)
Wirst Du / H&I das Teil über den Shop vertreiben?

Hochachtungsvoll
Markus

cool
hat die soft wie beim h&i regler eine selbstdiagnose die einem sagen kann welche endstufe im falle eines schaden defekt ist?

Andreas, ein wirklich extrem beeindruckendes Projekt hast Du da auf die Beine gestellt. Ich wage mir gar nicht vorzustellen wieviele Stunden, nein Tage man an der Erstellung eines solchen Projektes arbeitet. Respekt !!!!!
Ich wäre natürlich begeistert wenn Du die (Leer-)Platinen zum Kauf anbieten würdest.

Jürgen

Edit: Ich bin mir nicht ganz sicher, aber ich meine es gibt für die Holger-Soft die Einschränkung, daß sie nur auf Holger-Hardware betrieben werden darf.

ichwillnix meinte

* Leistung min. 40A! (...80A?) => richtig dicke Motoren können betrieben werden.

ich bin schon gespannt auf die testberichte.
und was zuerst gekühlt werden muss, die platine oder die FET.

ichwillnix meinte

Nachdem ich nun schon einige Vierpropellerflugmaschinen aufgebaut, geflogen und herunterfallen gesehen habe, dachte ich mir jetzt ist es an der Zeit mal etwas mehr Zuverlässigkeit in die Kopterei einziehen zu lassen.

Erst mal auch von mir ein großes Lob für das Projekt.
Allerdings kannst du mit obigem Zitat nicht den MK meinen, denn der ist mit den Holger-Reglern absolut zuverlässig, wenn sie - wie jeder Regler dieser Welt - in der Spec betrieben werden.

(und ja, ich bin alt - und ja, ich differenziere zwischen dem MK-Projekt als Ganzes und allgemeinen Entwicklungen in der Kopterszene.)

erst einmal Glückwunsch zu Deiner Endstufe - nicht schlecht.
Auch wenn ich heute bei so einer Neuentwicklung alle 4 Kanäle von einem Prozessor aus ansteuern würde. siehe hier zB: http://forum.mikrokopter.de/topic-11136-3.html #72

player meinte

40A dauerhaft pro Motor sind damit NIE drin, allein die MOSFETs bei idealer Betrachtung machen das so nicht lange mit.

Ich komm auf je ca. 10A/Motor, allerdings ohne Schaltverluste, Diodenverluste, gegenseitige Erwärmung, verringerte Kühlfläche, Betrachtung der anderen Komponenten etc.

RSHUNT wird wohl bei spätestends ca. 22A Gesamtstrom (5W-Typ) die Spezifikationen überschreiten, T1 bei ca. 18A.

Damit kommt man auf 4.5A pro Motor, wenn alle laufen.

Bloß gut das die FETs das nicht wissen. dugg un wech

Uwe

Hi ichwillnix,

irgenwie habe ich Deinen thread übersehen, super mega genial Ich finde es geil das es einen 4 - fach - Bl Regler gibt der über I²C, UART und PPM angesteuert werden kann.
Der Verkabellungsaufwand der BL Regler fällt weg usw. Wann, Wo gibt es das geile Teil? Ich bin gern Betatester

Specky

Hi,

Sieht ansich auf den ersten Blick nicht schlecht aus und steckt auch ne menge Arbeit drin. Aber der gemeinsame Shunt der macht mir etwas sorgen, wäre es da nicht Sinnvoller einen Stromsensor (ACS750LCA-xxx) zu benutzen wie z.b. bei dem Epi-Strom Projekt? Weiterhin finde ich die Idee mit dem Mosfet (T1) nicht so gut. Meiner Meinung nach sind auch 4 einzelregler besser, da man diese besser Kühlen kann (im Luftstrom der Propeller anbringen). Bis wie viel A sind die Regler denn bis jetzt schon getestet?

Gruß
Tobias

Hi raven2,

für einen geschlossenen Rahmen, wie ich ihn benutze ist der Regler ideal, da eh kein Luftstrom zum Kühlen rankommt, hmm mit dem Shunt, da ist schon ein Hallsensor besser, aber etwas teurer.

Specky

Sag mal ehrlich kommt es dir bei diesem Hobby auf ein paar Euro an wenn da unten ne DSLR dranhängt? Wenn hinterher der Kopter runterkommt und du findest raus dass der Shunt abgeraucht ist und deswegen die teure Cam futsch ist wem schiebst du dann die Schuld in die Schuhe?

Gruß
Tobias

raven2 meinte

. Meiner Meinung nach sind auch 4 einzelregler besser, da man diese besser Kühlen kann

wie zum bleistift diese hier ? mit noch etwas reserve.
- http://www.1hoch4.net/downloads/docu/1hoch4_BL/1hoch4_BL_V0.2_deutsch.pdf -

Hallo Zusammen,

Freut mich dass ich doch zumindest Eure Aufmerksamkeit wecken konnte! Da der liebe Shunt doch sehr die Gemüter erregt hat, denke ich, ich muss noch ein paar Dinge erklären. Also:

Eigentlich stecken in dem Reglerboard zwei Varianten.

a) ich nenne die eine mal "Low Power + Verpolschutz + Strommessung" und
b) die andere "HighPower + Sicherheit + Flexibilität"

zu a) Low Power
Wie ja nun schon einige richtig erkannt haben ist dieser Shunt das Nadelöhr auf dem ganzen Board bezüglich Stromaufnahme. Je nach gewählten Wert (z.B. 10mOhm) ist der Gesamt-Dauer-Strom auf ca. 15A begrenzt. Dies ist für alle Standard-Kopter mehr als ausreichend. Die mittlere Stromaufnahme beträgt hier weit weniger als 10A. Mit einem niederohmigen Shunt (z.B. 2mOhm) kann der mittlere Strom bis zu ca. 30A betragen. Ich finde das für die Inbetriebnahme von kleineren bis mittleren Koptern mehr als ausreichend und zudem sehr hilfreich, da damit einfach die Abstimmung zw. Motor / Propeller / Gesamtgewicht optimiert werden kann. Ich funke bspw. online den Strom / Ladung / Spannung zum Boden und werte diese später aus. Hilfreich fand ich bisher auch die damit mögliche "Akku-fast-Leer-Warnung" wenn z.B. 1800mAh von 2200mAh verbraucht sind....
Wenn jemand (z.B. wie ich) diese Feature nutzen will, dann kann er das, muss es aber nicht.

Lebensrettend, kann ebenso der Verpolschutz sein, z.B. bei intensiven Bastelarbeiten. Einmal Verpolt, alles hin. Zugegeben, lässt sich dass bestimmt einfacher und ebenso Zuverlässig lösen wenn man verpolsichere Stecker (z.B. MPX) verwendet.

MOSFETs: *IRLR7807Z (13.8mOhm / 40A) für Low Power

zu b) High Power
Wenn mehr Bums gebraucht wird, kann der Shunt und der Verpolschutz-FET einfach überbrückt werden. Dafür sind mehrere extra breite Lötpads vorhanden. Wer genau hinschaut kann diese auch auf dem Foto erkennen.
Zudem sind im DPAK Gehäuse sehr niederohmige MOSFETs erhältlich. Bestückt habe ich zwei Varianten:

* FDD8444 (5.2 mOhm / 50A) für High Power und
Natürlich kann man auch noch wesentlich niederohmige bestücken. Im DPAK package sind welche im sub-mOhm erhältlich! (Wers braucht).

Meine Meinung zum Thema Schutz im Fehlerfall:
Abrauchende Regler gibt es eigentlich nur bei abgerissenen Fädeldrähten, Lötbrücken und Software-Hängern bzw. unsauber angesteuerten MOSFETs. Jede einigermassen intelligente Reglersoftware sollte bspw. über Stall-Erkennung per Kommuntierungsfrequenz erkennen wenn der Motor blockiert und dann abschalten. Bis dies die Software erkennt, muss der MOSFET durchhalten. Hier eignen sich ebenso wiederum DPAK sehr gut, da diese einiges an Pulslast abkönnen.

In letzter Instanz ist immer noch derjenige am Steuerknüppel die beste Versicherung, wenn er einfach den Kopter am Himmel lässt und zum Heckenschneide ein dafür geeigneteres Werkzeug benutzt...

P.S: Beides, Shunt und Verpolschutz flögen in einer evtl. Nachfolgeversion Version raus.

sieht einfach toll aus, melde hiermit mal ganz starkes interesse an sobald es sowas zu kaufen gibt

Hi,

so ein "geiler" was heisst ein es sind ja gleich 4 Regler ist auf dem Weg zu mir, mehr gibt es dann zukünftig unter: http://www.fc00.de/herkules_bl.htm

Specky

Hat mir Reiner auch scho verklickert mit dem vierfach Regler.

Hi,

die ersten hochauflösenden Bilder sind online http://www.fc00.de/herkules_bl.htm

Welch ein "geiler" Regler, ein großes Lob an die Entwickler!!!

Weitere Informationen folgen nach den Festtagen.

Specky

Hi,

so jetzt ist für mich Weihnachten + Feiertage



der 4 fach BL Regler vereinfacht die gesamte Verkablung ganz erheblich

Specky

möcht auch einen haben/kaufen

Wird es den Regler nach den Tests geben ??

Auch haben Will...
Ab wann ist er erhältlich...?