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Circuito BEC al limite
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Era un po' di tempo che non spiaccicavo un modello al suolo… Ma purtroppo è successo nuovamente e per un problema tecnico: mancanza totale di risposta ai comandi. Quando si rompe per un proprio errore, ci si arrabbia, quando non si capisce il perché, ci si affligge...
Il modello aveva volato brillantemente in una decina di voli precedenti in diverse giornate, durante la ricerca del C.G. e del giusto setup. Purtroppo in questa ultima fatidica giornata, nei primi 5 minuti di volo tutto bene. Poi, all'improvviso, tutto s'è spento come se qualcuno avesse scollegato la batteria. Schianto inevitabile da alta quota.
Recuperando i resti, ho subito visto la causa: il BEC. Come me ne sono accorto? Semplice: l' ESC aveva il termoretraibile in perfette condizioni nel lato dei mosfet, mentre si è accartocciato e bucato esattamente sopra ai due regolatori che fanno parte del circuito BEC sull'altra faccia.
Ho sempre raccomandato di fare attenzione a non sovraccaricare il circuito BEC e valutare bene sia il raffreddamento dello stesso, sia il consumo reale. Ma come al solito, così come a casa dell'idraulico c'è sempre il rubinetto che perde e a casa dell'elettricista c'è sempre una lampadina che non si accende, io che avverto tutti, ho fatto proprio la figura del... Pirla (con la P maiuscola).
Il modello in questione aveva solo due servi ed era alimentato con un pacco 3s1p. Pertanto non era teoricamente critico. Però il regolatore era chiuso all'interno della fusoliera con un modesto (quasi nullo) ricambio d'aria e il consumo della parte di regolazione della velocità motore era abbastanza vicino al consumo massimo (23-24 A per un regolatore da 30 A). Inoltre, entrambi i servi, muovevano 2 bowden ciascuno, con svariate curve, chiedendo quindi correnti elevate.
La temperatura ambiente, rispetto ai voli precedenti, era almeno di 7-8 gradi superiore (28°C contro 20-21) ed essendo il modello oramai collaudato, il volo è stato più acrobatico ed aggressivo.
Tutte queste cose assieme, hanno messo in crisi il BEC per probabile surriscaldamento. La conseguenza è stata un taglio di alimentazione a ricevente, servi e tutti gli utilizzatori collegati ad esso per svariati secondi. Tant'è che dopo l'impatto, raffreddandosi, tutta l'elettronica funzionava perfettamente.
Il giorno dopo, per verificare quanto sospettato e per evitare di far fare la stessa fine anche ad altri modelli che ancora non hanno affrontato la calura estiva, ho deciso di fare alcune prove per arrivare a mettere in crisi il BEC di un altro regolatore.
Il modello aveva volato brillantemente in una decina di voli precedenti in diverse giornate, durante la ricerca del C.G. e del giusto setup. Purtroppo in questa ultima fatidica giornata, nei primi 5 minuti di volo tutto bene. Poi, all'improvviso, tutto s'è spento come se qualcuno avesse scollegato la batteria. Schianto inevitabile da alta quota.
Recuperando i resti, ho subito visto la causa: il BEC. Come me ne sono accorto? Semplice: l' ESC aveva il termoretraibile in perfette condizioni nel lato dei mosfet, mentre si è accartocciato e bucato esattamente sopra ai due regolatori che fanno parte del circuito BEC sull'altra faccia.
Ho sempre raccomandato di fare attenzione a non sovraccaricare il circuito BEC e valutare bene sia il raffreddamento dello stesso, sia il consumo reale. Ma come al solito, così come a casa dell'idraulico c'è sempre il rubinetto che perde e a casa dell'elettricista c'è sempre una lampadina che non si accende, io che avverto tutti, ho fatto proprio la figura del... Pirla (con la P maiuscola).
Il modello in questione aveva solo due servi ed era alimentato con un pacco 3s1p. Pertanto non era teoricamente critico. Però il regolatore era chiuso all'interno della fusoliera con un modesto (quasi nullo) ricambio d'aria e il consumo della parte di regolazione della velocità motore era abbastanza vicino al consumo massimo (23-24 A per un regolatore da 30 A). Inoltre, entrambi i servi, muovevano 2 bowden ciascuno, con svariate curve, chiedendo quindi correnti elevate.
La temperatura ambiente, rispetto ai voli precedenti, era almeno di 7-8 gradi superiore (28°C contro 20-21) ed essendo il modello oramai collaudato, il volo è stato più acrobatico ed aggressivo.
Tutte queste cose assieme, hanno messo in crisi il BEC per probabile surriscaldamento. La conseguenza è stata un taglio di alimentazione a ricevente, servi e tutti gli utilizzatori collegati ad esso per svariati secondi. Tant'è che dopo l'impatto, raffreddandosi, tutta l'elettronica funzionava perfettamente.
Il giorno dopo, per verificare quanto sospettato e per evitare di far fare la stessa fine anche ad altri modelli che ancora non hanno affrontato la calura estiva, ho deciso di fare alcune prove per arrivare a mettere in crisi il BEC di un altro regolatore.
Test di affidabilità di un circuito BEC per provarne i limiti.
Cosa mi ha portato a fare la prova.
La prova
Ho fatto 3 volte la prova ed espongo la media delle misurazioni. Il video si riferisce alla terza prova.
Smanettando con i servi (anche in questo caso, solo due, ma con superfici molto piccole e soprattutto senza particolari sforzi), nonostante l'assenza della resistenza dell'aria durante il volo, e l'aggiunta del consumo (modesto) della ricevente, si arriva ad una media di corrente di 460mA. Alimentazione con pacco 3s1p.
Considerando che nominalmente la caduta di tensione che deve forzare il BEC per generare i 5V è 12,6V - 5V= 7,6V , si ottiene una potenza da dissipare in puro calore di 7,6Vx 0,46A = 3,5W.
Ora, confrontiamo questo valore con i dati dichiarati dal costruttore dei singoli chip usati per realizzare questo circuito.
La versione dell'integrato montato ha protezione di giunzione a 150°C. Sembra una follia, ma non lo è, perché l'integrato, nella parte esterna, visibile e "toccabile", ovviamente, scalda molto meno.
Tant'è che viene dichiarata una potenza dissipabile di appena 0,5W in aria a 25°C e mediamente 1W saldato su PCB con 2 cm2 di rame.
Facile capire come i 3,5W che ho misurato, siano ben oltre il valore garantito dal costruttore dei singoli componenti.
Già smanettando per 20 Secondi, la temperatura sale bruscamente.
Ovviamente, maggiore è il salto termico, più rallenta il rialzo, ma dopo solo alcune decine di secondi il primo termometro con fondo scala a +50°C segnala l'errore e quindi ho dovuto prendere la pistola termica...
Dopo qualche minuto, la temperatura arriva a 107° e il termoretraibile inizia a "muoversi".
Passa ancora un po' di tempo e la tensione d'uscita del BEC che è progressivamente scesa da 5,02 a 4,85V, passa bruscamente a 2V (!!!) nel giro di una frazione di un secondo o forse meno. Fra l'altro i servi, tendono ad andare verso una direzione e poi rimangono immobili.
Ovviamente, con tensione così bassa, non funziona più nulla e non si ha nessun controllo di qualunque parte del modello.
Misuro la temperatura: 137°C nel cuore del circuitino. Premetto che il circuito ovviamente scotta, ma se lo prendo dove è rimasto il termoretraibile (visto che la metà si è accartocciato), riesco a tenerlo in mano anche per svariati secondi... Insomma, non sembra affatto così caldo... se però mi scappa un dito sulla parte scoperta sento istantaneamente un dolore da imprecazione violenta ed incontrollata. Quindi il termoretraibile isola tanto e fra l'altro, non essendo perfettamente aderente con tutte le parti del circuito, falsa moltissimo la percezione umana.
A questo punto, basta aspettare alcuni secondi (molto variabile), che con carico quasi nullo, la temperatura cala rapidamente e la tensione riprende a salire (ma più lentamente rispetto al crollo). Durante questa risalita, che dura 1-2 secondi circa, i servi impazziscono perché la tensione cresce progressivamente e non è molto gradita fino a che non si arriva intorno ai 4,5V.
A questo punto, tutto torna a funzionare regolarmente...
Basta però smanettare bruscamente per alcuni secondi e si ricade rapidamente nel fenomeno.
La prova è un po' estremistica, in quanto nessuno muove due servi con questa frenesia, ma vanno tenute in conto altre aggravanti che possono concorrere nell'uso normale. Ad esempio, i mini servi, potrebbero essere 3 o 4, magari digitali (con consumi spropositati). Inoltre, il BEC è quasi sempre presente in regolatori che azionano mototi (non come nel mio test con motore spento) e che quindi riceve un'enorme quantità di calore dai mosfet vicini e magari il tutto è sacrificato in un angolo cieco della fusoliera, con ventilazione assente (mentre nel mio test, il circuito è in aria libera con convezione naturale e dissipazione su tutti i lati).
Smanettando con i servi (anche in questo caso, solo due, ma con superfici molto piccole e soprattutto senza particolari sforzi), nonostante l'assenza della resistenza dell'aria durante il volo, e l'aggiunta del consumo (modesto) della ricevente, si arriva ad una media di corrente di 460mA. Alimentazione con pacco 3s1p.
Considerando che nominalmente la caduta di tensione che deve forzare il BEC per generare i 5V è 12,6V - 5V= 7,6V , si ottiene una potenza da dissipare in puro calore di 7,6Vx 0,46A = 3,5W.
Ora, confrontiamo questo valore con i dati dichiarati dal costruttore dei singoli chip usati per realizzare questo circuito.
La versione dell'integrato montato ha protezione di giunzione a 150°C. Sembra una follia, ma non lo è, perché l'integrato, nella parte esterna, visibile e "toccabile", ovviamente, scalda molto meno.
Tant'è che viene dichiarata una potenza dissipabile di appena 0,5W in aria a 25°C e mediamente 1W saldato su PCB con 2 cm2 di rame.
Facile capire come i 3,5W che ho misurato, siano ben oltre il valore garantito dal costruttore dei singoli componenti.
Già smanettando per 20 Secondi, la temperatura sale bruscamente.
Ovviamente, maggiore è il salto termico, più rallenta il rialzo, ma dopo solo alcune decine di secondi il primo termometro con fondo scala a +50°C segnala l'errore e quindi ho dovuto prendere la pistola termica...
Dopo qualche minuto, la temperatura arriva a 107° e il termoretraibile inizia a "muoversi".
Passa ancora un po' di tempo e la tensione d'uscita del BEC che è progressivamente scesa da 5,02 a 4,85V, passa bruscamente a 2V (!!!) nel giro di una frazione di un secondo o forse meno. Fra l'altro i servi, tendono ad andare verso una direzione e poi rimangono immobili.
Ovviamente, con tensione così bassa, non funziona più nulla e non si ha nessun controllo di qualunque parte del modello.
Misuro la temperatura: 137°C nel cuore del circuitino. Premetto che il circuito ovviamente scotta, ma se lo prendo dove è rimasto il termoretraibile (visto che la metà si è accartocciato), riesco a tenerlo in mano anche per svariati secondi... Insomma, non sembra affatto così caldo... se però mi scappa un dito sulla parte scoperta sento istantaneamente un dolore da imprecazione violenta ed incontrollata. Quindi il termoretraibile isola tanto e fra l'altro, non essendo perfettamente aderente con tutte le parti del circuito, falsa moltissimo la percezione umana.
A questo punto, basta aspettare alcuni secondi (molto variabile), che con carico quasi nullo, la temperatura cala rapidamente e la tensione riprende a salire (ma più lentamente rispetto al crollo). Durante questa risalita, che dura 1-2 secondi circa, i servi impazziscono perché la tensione cresce progressivamente e non è molto gradita fino a che non si arriva intorno ai 4,5V.
A questo punto, tutto torna a funzionare regolarmente...
Basta però smanettare bruscamente per alcuni secondi e si ricade rapidamente nel fenomeno.
La prova è un po' estremistica, in quanto nessuno muove due servi con questa frenesia, ma vanno tenute in conto altre aggravanti che possono concorrere nell'uso normale. Ad esempio, i mini servi, potrebbero essere 3 o 4, magari digitali (con consumi spropositati). Inoltre, il BEC è quasi sempre presente in regolatori che azionano mototi (non come nel mio test con motore spento) e che quindi riceve un'enorme quantità di calore dai mosfet vicini e magari il tutto è sacrificato in un angolo cieco della fusoliera, con ventilazione assente (mentre nel mio test, il circuito è in aria libera con convezione naturale e dissipazione su tutti i lati).
I dati ottimistici dei venditori/costruttori.
In molti regolatori dotati di BEC, spesso viene solo indicato il numero di celle ammesse. Nei regolatori più rinomati, si indica la corrente, ad esempio 2Amp, o il numero di servi che indicativamente può essere usato ad esempio"...con 3 lipo, max 3 miniservi o 2 servi standard".
Solo alcuni, però indicano in qualche nota del manuale, che i "2A" sono ammissibili solo per 60 secondi o giù di lì, che i "3 miniservi", sono intesi per uso sporadico o non contemporaneo continuativo, etc...
Il mio test, è una prova che spiega bene il perché di queste clausole.
Solo alcuni, però indicano in qualche nota del manuale, che i "2A" sono ammissibili solo per 60 secondi o giù di lì, che i "3 miniservi", sono intesi per uso sporadico o non contemporaneo continuativo, etc...
Il mio test, è una prova che spiega bene il perché di queste clausole.
Conclusione
Prima di volare con un nuovo setup, mettete il modello al banco, ben ancorato, con gas al 90% (gli ESCi scaldano di più al 90-95% che al 100%), smanettate il più possibile con tutti i servi presenti, fino a simulare al durata di un volo completo. Un minuto o due, non bastano!
Se il tutto rimane ragionevolmente fresco, OK, altrimenti va presa in considerazione di migliorare l'aerazione, di mettere un BEC esterno o di usare un BEC (o un regolatore con BEC) di nuova concezione: gli UBEC. Questi usano tecnologia switching, riducendo drasticamente la dissipazione di calore e garantendo correnti elevate a tempo indeterminato. Per contro, costano di più, pesano di più, a seconda dei modelli generano un rumore elettrico più o meno tollerabile e hanno un'affidabilità intrinsecamente minore. Ad oggi l'offerta sul mercato è modesta e la diffusione piuttosto scarsa, ma in forte crescita.
anfarol © 05/2007
Se il tutto rimane ragionevolmente fresco, OK, altrimenti va presa in considerazione di migliorare l'aerazione, di mettere un BEC esterno o di usare un BEC (o un regolatore con BEC) di nuova concezione: gli UBEC. Questi usano tecnologia switching, riducendo drasticamente la dissipazione di calore e garantendo correnti elevate a tempo indeterminato. Per contro, costano di più, pesano di più, a seconda dei modelli generano un rumore elettrico più o meno tollerabile e hanno un'affidabilità intrinsecamente minore. Ad oggi l'offerta sul mercato è modesta e la diffusione piuttosto scarsa, ma in forte crescita.
anfarol © 05/2007
Scarica il video del test
(File .WMV - 12,6 MB)
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