Empfängerstromversorgung und BEC Schaltungen

Im RC-Modell stellt die Empfangs- und Steuertechnik andere Ansprüche an die Stromversorgung, als der Antriebsmotor. Üblicherweise liegt die Spannung im Bereich von 4 bis max. 6V. Der Strombedarf ist dagegen relativ gering. Die Elektronik ist relativ genügsam und Servos benötigen nur während ds Verfahrens Energie. Die erste und lange praktizierte Lösung ist die Versorgung des Empfangsstromkreises aus einer separaten Batterie.

Die althergebrachte Versorgung des Empfängers mit einem separaten Akku

In den Anfängen wurde die Empfängerspannung durch einen separaten Akku gewährleistet.

Der Empfänger dient hier auch als Energieverteiler. Die Empfängerspannung wird auf zwei der drei Servoleitungen an alle Steuerbausteine (Servo's Fahrtregler usw) verteilt. Über die dritte Leitung wird die Servoposition vom Empfänger gesteuert. (Amplitude diskret 0V oder 5V , Pulsbreite analog 1ms bis 2ms, Periodendauer des Signals ca 20ms). Bezug für dieses Signal ist die Masseleitung.

Stromfluss bei Versorgung des Empfängers über einen Regler mit BEC

Um den Platz und das Gewicht der Empfängerbatterie zu ersparen, wurde eine Elektronik verwendet, die aus der relativ unstabilen Fahrspannung eine stabile Spannung für den Empfänger erzeugt. Dieser simplen Spannungsreglerschaltung wurde der gewaltige Begriff BEC, (battery elemination cuircuit, Batterie Ersatzsschaltung) gegeben.

Da an den Fahrtregler ohnehin der Fahrakku angeschaltet ist, wurde oft die BEC gleich in den Fahrtregler integriert. So versorgt die BEC im Fahrtregler den Empfänger und die daran angeschlossenen weiteren Verbraucher über das Servokabel. Bei einem Regler mit BEC fliesst also der Empfängerstrom vom Regler über das Servokabel zum Empfänger, während bei den anderen Verbrauchern (z.B. Servos) der Strom vom Empfänger geliefert wird.

TippDiese elektronischen Regler haben zum Selbstschutz eine elektronische Strombegrenzung von 1A,2A oder 3A. Empängerbatterien hingegen können sehr leicht Ströme über 20A liefern. Wird der Strom zu hoch, regeln die elektronischen BEC Regler die Spannung herunter. Das passiert i.d.R.beim Betrieb von großen, schnellen oder vielen Servos. Unterschreitet die Spannung die Minimalspannung der Steuerungen in Servos, Empfängern und anderen Module, arbeiten diese nicht mehr korekt oder machen einen Neustart. Von aussen bemerkt man nur, dass das Modell sich merkwürdig verhält. Entfernen sie alle Servos nacheinander aus so einem System, um den Verursacher zu finden. Ideal ist auch ein Amperemeter zwischen Akku und Modell

In Funktionsmodellen ist es üblich, mehrere Fahrtregler in einem Modell zu verwenden und diese aus einem Fahrakku zu versorgen.

Paralleler Betrieb von zwei Regler mit BEC an einem Emfpänger. Die zwei erzeugten Spannungen werden im Empfänger parallel geschaltet.

Das Bild hilft zwei mögliche Probleme zu verstehen, die sich aus dem Betrieb zweier BEC Regler ergeben können:

  1. Zwei (oder mehr) BEC liefern die Empfänger-Versogungsspannung. Die Spannungen werden im Empfänger parallel geschaltet.

    Dieses (unbewusste) Parallelschalten der BEC Reglerausgänge ist kein Problem, wenn die Fahrregler sog. Längsregler verwenden. Das ist im Prinzip ein geregelter Widerstand. Diese Schaltung ist sehr robust, hat aber einen prinzipbedingt schlechten Wirkungsgrad, was zur Erwärung führt.

    Andere Fahrregler nutzen als BEC Regler sog. Schaltregler. Diese getaktete Schaltung speichert Energie in einer Induktivität zwischen und erreicht sehr gute Wirkungsgrade. Das Verhalten dieser Schaltung ist jedoch komplex, manche dieser Schaltungen laden beim Start die Induktivität so lange, bis die Mindestspannung (i.d.R. 5V ) erreicht ist und schaltern dann ab, bis ein Minimalwert unterschritten wird. Diese Zweipunktregelung erfolgt mit bis zu 1MHz (1.000.000 mal pro Sekunden) Wenn die zu erzeugende Spannung jedoch bereits beim Start von aussen (von einem zweiten Regler) zugeführt wird, erkennen diese Regler die Abschaltbedingung nicht, so dass die Ausgangsspannung bis zur Akkuspannung steigt. Das führt zu kapitalen Schäden an der Elektronik.

    Es ist sehr schwer von aussen zu erkennen, ob in einem Fahrregler mit BEC Regler ein Längsregler oder ein Schaltregler verbaut ist. Fast unmöglich ist es dann noch festzustellen, ob der Schaltregler das kritische Verhalten mitbringt. Es ist daher eine gute Praxis, nur einen Regler den Empfänger versorgen zu lassen. Dazu trennt man die 5V Leitung aller Reglers mit BEC auf, bis auf einen. Auf keinen Fall sollte man die Minus trennen, er wird als Bezugpotenzial für den Impuls benötigt.

    Den parallelen Betrieb von zwei Regler mit BEC kann man durch Auftrennen/Herausziehen der + Versorgungsleitung verhindern.
  2. Man kann in der Grafik oben eine Masseschleife entdecken. Das kann zu einem Problem werden, wenn sehr leistungsstarke Regler im Modell sind, zu geringe Leitungsquerschnitte verlegt sind oder ein Mikroregler und ein großer Regler im Modell sind. Angenommen der Antriebsregler gibt einen großen Strom zum Motor aus, dann fliesst der grösste Teil des Stromes direkt über die Reglerklemmen vom Akku zum Motor. Ein Teil des (Masse)stromes fliesst aber unvermeidlich auch über den Empfänger, den zweiten Regler über den Masseanschluß des zweiten Reglers. Man sollte also auch zu den kleinen Reglern einen ausreichenden Leitungsquerschnitt verlegen. Eine andere Lösung ist es, denn Massekreis durch Auftrennen der Masseleitung zum Servo zu unterbrechen. In solchen Anordnungen sterben auch gerne Regler, wenn sie bei eingeschaltetem Modell, nacheinander in den Akku eingesteckt werden. Man sollte immer eine feste Verdrahtung verwenden, die man über einem Hauptschalter in der + Zuleitung einschaltet. In hartnäckigen Fällen muss eine sog. galvanische Trennung in die Servoleitung eingebaut werden. (In unseren 100A Reglern ist das Standard)

Ein ähnliches Problem kann bei Verwendung einer zusätzlichen externen BEC enstehen. Diese kann z.B. in Modellen sinnvoll sein, bei denen die Servos's mit einer anderen Spannung betrieben werden sollen, als der Empfänger. (Viele Powerservos arbeiten bis zu 8V, so eine hohe Spannung ertragen aber die Empfänger nicht)

In der gezeigten Abbildung ist die Masseschleife unterbrochen. Wie oben bereits gesagt, sollten dann aber die Verdrahtung fest sein und über einen zentralen Akkuschalter/Stecker eingeschaltet werden. Man sollte die Regler NICHT nacheinander in den Fahrakku stecken.

Versorgt man Powerservos mit einem eigenen Akku, darf man nicht die Masseleitung als Potentialbezug zum Empfänger vergessen.