Что такое схема отключения батареи?

Введение: Эволюция мощности в радиоуправляемых моделях

Традиционно для питания радиоуправляемых моделей обычно требовалась основная батарея для двигателя, а также дополнительные батареи для питания приемника и сервоприводов. Такая зависимость от отдельных батарей не только увеличивала вес и сложность конструкции, но и напрямую снижала эффективность работы и время полета. По мере того, как радиоуправляемые модели становятся все более сложными — интегрируя FPV-камеры, цифровые сервоприводы и интеллектуальные приемники — потребность в стабильном источнике питания и стабильном распределении постоянного напряжения становится все более актуальной.

Именно в этих условиях компания LHD TECH сосредоточилась на исследованиях и оптимизации схем исключения батарей (BEC), совершив профессиональную и практическую революцию в области радиоуправляемых моделей. Схемы BEC обеспечивают точно согласованное напряжение для всей бортовой электроники простым, безопасным и надежным способом, полностью исключая необходимость в дополнительных батареях. Сегодня, благодаря постоянным инновациям в технологии BEC, это решение широко используется в различных радиоуправляемых устройствах, от небольших квадрокоптеров до больших электрических летательных аппаратов и даже электрических мотоциклов и электровелосипедов, став идеальным выбором источника питания в отрасли.

Что такое схема отключения батареи?

Схема подавления напряжения батареи (BEC) по сути представляет собой стабилизатор напряжения. Принцип её работы заключается в снижении высокого напряжения основной батареи (например, литий-полимерной) до подходящего низкого напряжения для питания низковольтных устройств, таких как приёмники и сервоприводы в радиоуправляемой модели. BEC получает постоянный ток от высоковольтной основной батареи и преобразует его в постоянное, стабилизированное напряжение (обычно 5 В или 6 В), безопасное для электронных устройств.

Почему BEC-адаптер необходим?

• Устраняет необходимость в отдельных батареях для приемников и сервоприводов.
• Вся система электропитания имеет простую конструкцию и отличается малым весом.
• Все устройства могут быть адаптированы к соответствующему напряжению.
• Будь то самолеты, транспортные средства, корабли, дроны или роботы, проводка становится проще, безопаснее и надежнее.

Как работает схема отключения батареи?

В основе BEC (Brain Regulator) лежит стабилизатор напряжения, либо линейный, либо импульсный. Оба типа могут понижать высокое постоянное напряжение от основной батареи до низкого напряжения, необходимого для приемника и сервомотора, но принципы их работы различаются.

Линейные БЭК

Линейные стабилизаторы рассеивают избыточное напряжение в виде тепла. Если подключить 12-вольтовую батарею к 5-вольтовому линейному BEC (мостовому стабилизатору) с током нагрузки 1 А, он должен будет рассеять (12 В - 5 В) × 1 А = 7 Вт энергии в виде тепла. Хотя этот метод прост, экологичен и создает мало электромагнитных помех, вся энергия преобразуется в тепло. Поэтому линейные BEC подходят только для применений с низким током и минимальным падением напряжения.

Переключающие BEC

Импульсный стабилизатор напряжения (также называемый SBEC или UBEC) использует высокочастотные электронные компоненты переключения (ШИМ), индуктор и сглаживающие конденсаторы для эффективного преобразования даже очень высоких входных напряжений в требуемое стабильное постоянное напряжение. Импульсные BEC могут достигать КПД 80–95%, что делает их идеальными для мощных приложений и снижает проблему тепловыделения.

Схема: Базовая схема работы импульсного BEC-элемента.

• Основное питание от LiPo-аккумулятора → Плата управления (контроллер и индуктор) → Выходные клеммы (5 В или 6 В, стабилизированные)

Основные компоненты BEC:

• Микросхема стабилизатора напряжения (линейная или импульсная)
• Индуктор (для SBEC/UBEC)
• Конденсатор(ы) для сглаживания входного/выходного сигнала
• Радиатор (для мощных линейных моделей)
• Разъемы (сервоприводы/приемники/Futaba, JST и т. д.)

Типы схем отключения батарей

Есть несколько  типы устройств для удаления батарейs Доступно для радиоуправляемых моделей, каждая из которых имеет свои требования и сценарии использования:

Линейные БЭК

• Идеально для: Небольшая радиоуправляемая модель для батарей с низким напряжением (например, литиевые батареи ≤3S) и низким потреблением тока.
• Плюсы: Простая схема, отсутствие помех, малый размер печатной платы.
• Минусы: Повышение напряжения приводит к снижению эффективности и значительному выделению тепла.

Импульсные BEC (SBEC, импульсные UBEC)

• Идеально для: Мощные крупномасштабные радиоуправляемые самолеты, многороторные модели автомобилей и многосервоприводные модели лодок.
• Плюсы: Высокая эффективность, низкое тепловыделение и возможность работы с высоковольтными батареями — до 8S (около 32 В).
• Минусы: Сложная конструкция печатной платы, незначительные электромагнитные помехи (эту проблему можно устранить при правильном использовании конденсаторов и проводки).

Универсальная схема отключения батареи (UBEC)

• Часто используется как синоним SBEC.
• Плюсы: Он обеспечивает достаточную выходную мощность и выбираемое напряжение (например, 5 В или 6 В), поддерживая широкий спектр типов устройств.
• Минусы: Однако это дорого. Если в окружающей среде наблюдаются сильные электромагнитные помехи, необходимо уделять пристальное внимание месту установки и проводке.

Таблица: Типы BEC вкратце

Основные функции BEC

Функции BEC (биполярного электрода) жизненно важны для любой современной радиоуправляемой модели или электронного устройства:

• Регулирование напряжения: Он не зависит от напряжения основной батареи и выдает стабильное напряжение (обычно 5 или 6 В), обеспечивая стабильное питание устройства.
• Распределение мощности: Это обеспечивает стабильное и безопасное напряжение для приемника и сервомоторов.
• Фильтрация шума: Встроенные конденсаторы и фильтрующие цепи эффективно подавляют высокочастотные помехи и скачки напряжения, генерируемые бесколлекторным двигателем и регулятором скорости.
• Защита от перепадов напряжения: Это предотвращает опасные падения напряжения при работе сервомотора с высоким током.
• Управление температурным режимом: Надежные BEC-элементы имеют встроенную защиту от перегрева и функцию обнаружения короткого замыкания.

Почему стоит использовать BEC вместо источников питания или отдельных батарей?

• Уменьшает вес и сложность конструкции за счет исключения дополнительных батарей.
• Увеличивает время работы, поскольку вся энергия поступает от основного аккумулятора.
• Обеспечивает стабильную работу, подавая постоянный ток при изменяющихся нагрузках и напряжении батареи.

Выбор и подбор BEC для вашей радиоуправляемой модели

Для обеспечения бесперебойной работы оборудования и отсутствия проблем с безопасностью ключевым моментом является выбор правильной BEC (наилучшей электронной системы управления).

Этапы определения размера:

1. Перечислите все электронные устройства, которые будут потреблять ток от BEC, такие как приемник, все сервоприводы, гироскоп, FPV-камера, телеметрия и любые дополнительные исполнительные механизмы.
2. Проверьте номинальное напряжение и ток каждого устройства. Для сервоприводов всегда используйте значение тока заклинивания (максимального). Для цифровых сервоприводов это может быть 2 А или более.
3. Суммируйте пиковые значения потребляемого тока всех устройств. Добавьте запас прочности не менее 25–50% сверх рассчитанного пикового значения.
4. Выберите BEC (или UBEC/SBEC) с номинальным током непрерывной работы, превышающим ваш запас прочности.
5. Убедитесь, что BEC поддерживает входное напряжение вашей батареи (например, 2S–6S LiPo). Использование BEC с выходным напряжением, превышающим номинальные значения, приведет к плохой стабилизации напряжения или повреждению устройства.

Установка и подключение BEC в системах питания радиоуправляемых моделей.

Для обеспечения стабильного напряжения и безопасности системы решающее значение имеет способ установки. Существует два основных распространенных способа подключения: один — использование BEC, встроенного в ESC, а другой — использование отдельного модуля BEC.

Интегрированный BEC (в ЭСК)

Современные электронные регуляторы скорости (ESC) интегрируют в свои платы небольшой встроенный блок управления (BEC). Для некоторых простых радиоуправляемых моделей (небольшие самолеты, автомобили, лодки) встроенного BEC обычно достаточно. Затем сигнальный кабель ESC подключается к... получатель для питания сервоприводов и других мелких компонентов.

Автономные BEC

Для мощных радиоуправляемых моделей, а также для моделей, использующих более одного регулятора скорости, тяжелые сервоприводы или цифровые аксессуары, часто требуется внешний UBEC/SBEC:

• Подключите входные провода BEC к основной батарее или плате распределения питания.
• Подключите выходной провод BEC к входу питания батареи приемника или к шине питания сервопривода.
• В качестве резервного источника питания можно использовать два BEC-элемента вместе с диодом Шоттки.

Важно: Если у вас несколько регуляторов скорости BEC (Best-Chip), подключайте к приемнику только красный провод питания от одного регулятора; отсоедините или удалите красные провода от остальных регуляторов. В противном случае, несколько регуляторов будут конфликтовать друг с другом, что приведет к неисправностям.

Применение BEC на практике: советы, примеры и тематические исследования.

Таблица примеров подключения:

Преимущества и недостатки BEC

Преимущества:

• Уменьшите вес и откажитесь от лишних батарей.
• Обеспечивает стабильное напряжение на приемнике и сервоприводах, повышая надежность.
• Проводка упрощена, что исключает необходимость в отдельных батареях для электронных устройств.
• Основной аккумулятор обеспечивает более длительное время полета или работы и повышает энергоэффективность.
• Это безопаснее и имеет меньше потенциальных точек отказа по сравнению с использованием отдельных аккумуляторных батарей и переключателей.

Минусы:

• Линейные BEC-элементы непригодны для применения в системах с высокими токами и высоким напряжением, поскольку они склонны к перегреву и отключениям электроэнергии.
• Встроенный в электронный регулятор скорости (ESC) BEC не обладает достаточной мощностью.
• Недорогие BEC-модули имеют плохую фильтрацию, что приводит к электромагнитным помехам, которые могут вызывать прерывания сигнала дистанционного управления.
• Выбор и установка BEC определяют надежность системы.

UBEC, SBEC и BEC: сравнение.

Универсальная схема отключения батареи (UBEC):

• Выбор импульсного BEC-элемента обеспечивает высокую эффективность и низкое тепловыделение.
• Его можно напрямую подключать к высоковольтным батареям, поддерживая литиевые батареи до 8S и даже более мощные.
• Выходное напряжение можно выбирать или программировать, обычно доступны значения 5 В, 6 В и 7.4 В, что обеспечивает гибкое согласование с различными устройствами.
• Этот тип BEC особенно широко используется в FPV-системах, крупных самолетах, роботах, а также в моделях автомобилей и кораблей.

Переключаемый BEC (SBEC):

• Импульсный стабилизатор напряжения (BEC)
• Аналогичен UBEC, но может иметь фиксированную выходную мощность или меньшее количество опций.
• Отличный выбор для эффективного преобразования энергии от мощных батарей.

Обычный BEC:

• Часто относится к линейному или простому типу переключения.
• Фиксированное напряжение, менее подходит для мощных высоковольтных систем.

Таблица: UBEC против SBEC против линейного BEC

Передовые приложения и будущие тенденции

Всё больше радиоуправляемых моделей интегрируют телеметрию, многоканальные приёмники, цифровые сервоприводы и FPV-системы, а конструкция контроллера питания (BEC) постоянно развивается:

• Умные BEC-модулиОн может передавать данные о токе, напряжении и температуре обратно на пульт дистанционного управления.
• BEC с двумя выходамиОн может обеспечивать два независимых канала напряжения (5 В или 6 В) для сервомотора и приемника соответственно, без помех.
• Водонепроницаемые/герметичные BEC-элементыОн специально разработан для моделей лодок, внедорожников или для полетов в любых погодных условиях.
• Интегрированные в печатную плату BEC-элементыОн широко используется на высококачественных платах управления полетом, применяемых в дронах и многороторных летательных аппаратах, и напрямую интегрирован в печатную плату.

Часто задаваемые вопросы о схемах отключения батарей

В: Могу ли я использовать приемник и сервоприводы без BEC, используя только понижающий трансформатор или выпрямитель?

A: Нет, это небезопасно и неэффективно. Только действительно надежные стабилизаторы напряжения могут обеспечить электронные устройства необходимым стабильным напряжением и током.

В: Почему я не могу использовать блок питания вместо BEC в своем радиоуправляемом самолете?

A: Источники питания предназначены для преобразования переменного тока в постоянный. Схемы BEC (Background Equilibrium) для выведения постоянного тока из разряда более низких напряжений постоянного тока непосредственно от литий-полимерного или основного аккумулятора вашей радиоуправляемой модели.

В: Может ли один BEC питать несколько цифровых сервоприводов и FPV-систему?

A: Да, вы можете выбрать сильноточный UBEC, сначала сложите токи всех устройств, чтобы рассчитать общий ток, затем правильно соедините схему и добавьте конденсаторы для фильтрации, чтобы стабилизировать напряжение.

В: Выдают ли UBEC ровно 5 или 6 вольт?

A:Надежное выходное напряжение UBEC обычно стабильно в пределах ±0.1 В. Особенно под нагрузкой его можно измерить непосредственно на выходном контакте с помощью мультиметра.

Заключение: Подходит ли BEC для вашего проекта?

Если вы хотите, чтобы ваша радиоуправляемая модель имела современную и надежную систему питания — исключающую необходимость в отдельной батарее, снижающую вес и обеспечивающую стабильное питание приемника и всех сервоприводов — выбор правильной схемы отключения батареи (BEC) имеет решающее значение. Компания LHD TECH всегда отличалась превосходными решениями в области BEC: независимо от того, используете ли вы линейный BEC на небольшом планере, мощный UBEC на большом радиоуправляемом летательном аппарате с множеством сервоприводов или интегрируете импульсный BEC в плату управления полетом дрона, вы получите более высокую эффективность, лучшую безопасность и полное спокойствие.

Наше решение на основе BEC гарантирует, что каждый сервопривод, приемник и датчик в вашей радиоуправляемой модели или робототехническом проекте получит необходимое напряжение — независимо от того, используете ли вы регулятор скорости со встроенным BEC или отдельный универсальный BEC. Поскольку радиоуправляемые и электронные устройства становятся все более сложными, выбор надежного BEC перестал быть просто «бонусом», а стал ключевым фактором обеспечения стабильного электропитания и оптимальной производительности. В этом отношении, LHD TECH остается надежным выбором.