Realistické RC modely

Meranie prúdu a napätia 01 – APM power modul

Poznámka od Janka O.:

Niekoho môže prekvapiť, prečo tu predkladáme Danov článok, ktorý je venovaný nejakému „polotovaru“.

No Dano popisuje na čo a ako sa dá spomínaný modul použiť. Ale okrem tohto použitia nás Dano inšpiroval …

My máme s týmto modulom určitý „zámysel“ a tento článok vás má takpovediac „predvariť“ a neskôr sa na tento článok len odvoláme.

Bližšie na konci (článku).

autor: Ddano007

úvod (a záver) pripravil: Janko O.

Odkaz na pôvodný článok Meranie prúdu a napätia 01 – APM power modul na Danovej web-stránke.

Dôvod, prečo ma tento modul zaujal je jednoduchý: obsahuje totiž meranie napätia a prúdu a … stojí pár dolárov. No a keďže ako prijímače používam radu FrSky D8R, ktoré majú dva analógové vstupy, dá sa použiť ako senzor napätia a prúdu. 

Niečo z histórie: keďže na koptérach lietam riadiacu jednotku APM2.8, narazil som na power modul, ktorý je originál určený práve pre napájanie na palube koptéry – APM Flight Controller Power Module V1.0. A keďže ho možno na Ebay zohnať za cenu blízku piatim dolárom, rozhodol som sa ho použiť ako lacný senzor prúdu a napätia … 

Predáva sa vo viacerých verziách, mne sa zatiaľ dostalo do ruky prevedenie označované ako V1.0. Podľa všade uvádzaných parametrov sú parametre napájacieho zdroja 5.3V / 3A. A tiež všade varujú, že tento zdroj nie je určený pre napájanie serv ako BEC . Dôvod pomerne čudného výstupného napätia 5.3V ( namiesto obvykých 5V alebo 5.5V ) je napájacej schéme APM, ktoré je napájané cez schottky diódu, na ktorej je úbytok napätia práve oných 0.3V. Presnejšie povedané malo by byť – keď do APMka Číňan namiesto schottky osadí normálnu diódu, potom pátrate, prečo sa dejú čudné veci… No a treba tiež dodať, že uvádzané 3A sú papierovou hodnotou nemajúcou moc súvis s realitou. Modul je šikovne malý: 25 * 21 * 9mm, váha bez konektorov je 5.34g.

Pohľad z “hornej” strany. Zdierky:

- GND – mínus zdroja aj merania

- V – výstup merania napätia

- I – výstup merania prúdu

- 5V – výstup 5.3V/ 3A pre napájanie palubnej elektroniky

… a pohľad z “dolnej” strany. Hore vidno snímací odpor 0.5mΩ. Pod ním v 5- pinovom puzdre SOT23 je monitor prúdu INA169 ( datasheet tu ). Vľavo od neho odpor 110kΩ + kondenzátor 0.1μF – výstup monitorovania prúdu. Vpravo od INA169 odpory 13.7kΩ + 1.5kΩ + kondenzátor 0.1μF – výstup monitorovania napätia.

Uvádzaný rozsah vstupného napätia je 30V a maximálne prúdové zaťaženie je 90A – ale pozor, tých 90A “vyrobí” na výstupe 5V, čo by prijímaču D8R dosť vadilo, keďže analógové vstupy má len do 3.3V. Ďalej je dobré vedieť, že pri trvalom prúde 90A pri na snímacom odpore 0.5mΩ bola výkonová strata 4.05W, čo znamená že by bol véééľmi horúci. Pri 60A vychádza výkonová strata 1.8W, čo je tiež nie málo, pri 40A už prijateľných 0.8W a pri 25A – čo je asi stredný odber mojej koptéry – to vychádza zanedbateľných 0.312W. Poučenie: nad 40A treba dávať pozor, čoho sa snímací odpor dotýka … .

To, po čom som veľmi pátral, je schéma zapojenia. Našiel som ju tuná aj s vysvetľujúcim popisom.

Poznámka: Keď som sa lepšie prizrel na môj APM Power Modul…

… tak je v zapojení BEC-u – na rozdiel od mnou nájdenej schémy – použitý obvod MP1593DN ( datasheet tu ). Schéma zapojenia je podľa datasheetu takáto:

MP1593DN má maximálne vstupné napätie 28V. Dokonca som našiel na nete skúsenosti ľudí, čo úspešne APM PM používajú na 6S. Zmeral som kľudový odber APM Power Modul: pri 6S baterke to bolo 7.66mA pri 23.4V, pri 3S baterke bol odber 10.38mA pri 11.36V.
 

Meranie napätia

Meranie napätia pohonného aku je cez odporový delič 13.7kΩ + 1.5kΩ, takže výstupné napätie 

V_o = V_i *0.09868421052631578947368421052632 

kde 

V_o = výstupné napätie pre meranie napätia pohonného aku ( zdierka V pri pohľade z “hornej” strany ) 

V_i = napätie pohonného aku

Čiže napríklad pre 3S plne nabitú baterku 12.6V bude výstup 1.243V, pre 6S to bude 2.487V. S originál zapojením je treba v Taranis-ovi pre rozsah merania napätia nastaviť 33.44V.
 

Praktická aplikácia: Keďže z hľadiska presnosti merania/ rozlíšenia je dobré, aby merané napätie bolo čo najbližšie k hornému meraciemu rozsahu ( 3.3V pre mnou používanú radu prijímačov FrSky D8R-II Plus ) je vhodné napájkovať paralelne k odporu R1 ( 13.7kΩ ) ešte ďalší SMD odpor veľkosti 0603 podľa nasledovnej tabuľky:

kde 

R₂ = originál 1.5kΩ odpor 

R₁ = nová hodnota odporu R₁ daná paralelným zapojením originál 13.7kΩ odporu a pridaného odporu R_A 

R_A = nový odpor napájkovaný na R₁ ( veľkosť SMD 0603 ) 

Rozsah merania = napätie nastavované v telemetrii vysielača Taranis ( napätie, pri ktorom výstupné napätie dosiahne 3.3V ) 

U_out-full = výstupné napätie pri plne nabitej baterke 

EDIT: Keďže niektoré vypočítané hodnoty odporov nebývajú bežne v SOS skladom, tak som tabuľku prerátal nasledovne:

Meranie prúdu

Pre výstupný prúd je na vyššie uvedenej stránke vzorec 

V_o = I_s*R_s*R_l/1000 

kde 

V_o = výstupné napätie pre meranie prúdu ( zdierka I pri pohľade z “hornej” strany ) 

I_s = prúd prechádzajúci snímacím odporom 

R_s = odpor snímacieho odpora ( 0.5 miliohm ) 

R_l = výstupný odpor ( podľa schémy 110kohm ) 

Zjednodušene: 

V_o = I_s*0.055 

Napríklad pre odber 20A bude výstupné napätie 1.1V, pre 40A bude 2.2V a pre pre 60A bude 3.3V. S originál zapojením je treba v Taranis-ovi pre rozsah merania prúdu nastaviť 60A.
 

Praktická aplikácia:

Ad1) S originál zapojením je treba v Taranis-ovi pre rozsah merania napätia nastaviť 60A.

Ad2) Vzhľadom na merací rozsah mnou používaných prijímačov ( 3.3V ) pre meranie prúdov nad 60A je treba paralelne na výstupný odpor R4 ( 110kΩ ) napájkovať ďalší odpor 200kΩ ( 150kΩ ). Hodnota výstupného odporu sa tým zmení na 70.97kΩ ( 63.46kΩ ) a pri 90A bude výstupné napätie 3.194V ( 2.856V ) . 

Testovanie nabudúce…

Spomínaný modul sa dá zohnať aj v tejto podobe:

To ho predurčuje k tomu, že je okamžite pripravený na zapojenie medzi batériu a regulátor.

Nás zámysel spočíva v tom, že k nemu pripojíme (plošáčik rovno prilepíme) malý modul, na ktorom bude mikrokontrolér PIC12F683 a zopár (a to takmer doslovne) diskrétnych súčiastok (odpor, kondenzátor, trimer, tranzistor, …).

Ako celok to bude takpovediac „dva v jednom“: blikač (pozičné osvetlenie modelu) a telemetria s optickou signalizáciou stavu, oboje s nezávislým napájaním 5,3V z APM power modulu (v tom prípade je to vlastne tri v jednom ).

Pokiaľ nebude vyčerpané nastavené množstvo energie, prípadne pokiaľ neklesne napätie batérie pod kritickú hodnotu, tak TO bude fungovať podobne ako klasické „cevaro“ osvetlenie: Pozičné osvetlenie modelu: podrobne, aj s návodom – 2. časť.

Po vyčerpaní nastaveného množstva energie, prípadne pri poklese napätia batérie pod kritickú hodnotu sa charakter blikania automaticky zmení, aby upozornil pilota na nastavšiu situáciu.

Nie je potrebný žiadny spätný kanál, takže to bude fungovať s akoukoľvek RC súpravou.

Skromnejší modelári nemusia použiť kompletné osadenie LEDkami, tak ako je to popisované v článku „Tuctové“ pozičné osvetlenie, ale možno im bude stačiť jediná 3W LED dióda, umiestnená na spodnej strane trupu modelu (tak, aby jej blikanie modelár zo zeme videl).

Komentáre: 2

.:. Pavel | mail

Janko tvoj článok vyzerá v prvej časti ako kandidátska práca na CsC. Asi tomu rozumieš len ty- ale veríme ti. Keďže mám Taranisa 9D a meranie prúdu som už urobil pokus, keď som nerozchodil čidlo na 100A, ktoré som kúpil z Nitrianskeho modelára budem ťa sledovať - v závere daj tomu ľudskú tvár na dva riadky

Odpoveď | 2020-02-16 15:31:54

Meno
Web
Mail
Kontrola	Zadajte číslo päť
Text
	Tučné | Podrazené | Kurzíva  | zdroják | odkaz