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cyblord

SmartDiode im Praxiseinsatz in Multiplex Tucan mit EZFW

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MPX Tucan

Um die SmartDiode etwas intensiver in einem praktischen Szenario testen zu können, wurde eine Multiplex Tucan mit elektrischem Einziehfahrwerk verwendet.

Die Tucan bietet ein optimales Testfeld, da sie perfekt ins Nutzungsschema der SmartDiode passt: Aufgrund des EZFW wurde sowieso ein externes BEC zusätzlich zum Regler BEC vorgesehen. Da ein guter Regler mit starken S-BEC zum Einsatz kam, wird dieses BEC für die gesamte Empfängerversorgung und alle Servos verwendet. Für das EZFW wird dann ein extra 3A BEC verbaut.
Somit sind bereits 2 Spannungsquellen verbaut und jede hat ihre Aufgabe. Ein klassische Diodenweiche kommt schon deshalb nicht in Frage. Aber auch die fehlende Kontrolle ob beide Spannungsquellen ordnungsgemäß funktionieren macht eine Diodenweiche nicht besonders sicher. Denn fällt eine Quelle aus, wird das gar nicht bemerkt, weil das System ja trotzdem arbeitet.

Also besteht die Aufgabe der SmartDiode nun darin, NUR im Notfall (also wenn aus irgendeinem Grund das Regler-BEC ausfällt, oder es einen Kabelbruch gibt, oder der Stecker aus dem Empfänger rutscht) das externe BEC auch für die restliche Elektronik zu verwenden und gleichzeitig einen solchen Ausfall dem Piloten zu melden.
Aber auch das externe BEC soll im Normalbetrieb überwacht werden können. Ein nicht funktionierendes Fahrwerk ist auch nicht schön und ohne externe BEC auch keine Redundanz der Empfängerstromversorgung.

Die Verkabelung ist dann also schematisch wie folgt in der Tucan umgesetzt:

Name:  Tucan_Basic.png
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Was ist die SmartDiode?

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Die SmartDiode wird einfach zwischen Notfallspannungsquelle und Empfänger gesteckt und überwacht permanent die Spannung am Empfänger. Bricht diese ein oder liegt gar nicht mehr an, wird die Notspannungsquelle durchgeschaltet und der Empfänger darüber wieder mit Strom versorgt. Die normale Versorgung über die Hauptspannungsquelle wird NICHT angetastet. Es kann aber optional in die Hauptspannungsquelle eine Diode eingebracht werden, um auch für den Fall gerüstet zu sein, wenn diese eine Kurzschluss erleidet.

Mehr Infos zur SmartDiode.

Name:  anschluss.png
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Die SmartDiode wird dabei im Detail wie folgt angeschlossen:

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Interessant hierbei ist, dass die SmartDiode nur in die Sensorbuchse am Empfänger gesteckt werden muss. Darüber kann sie per M-Link Telemetrie den Zustand der Notspannungsquelle melden, Alarme ausgeben und auch im Notfall den Empfänger mit Strom versorgen.
Wenn weitere Sensoren vorhanden sind, können diese entweder per Y-Kabel angeschlossen werden, oder am MSB-Weiterleitungsanschluss der SmartDiode.

Die SmartDiode kennt zwei Alarmschwellen für die Hauptspannung. Schwelle 1 (default 4.0V) muss für eine kurze Zeit vorliegen, damit die SmartDiode in den Alarmzustand wechselt. Ein kurzer Einbruch auf diesen Wert wird also toleriert. Die Schwelle 2 (2.5V) führt sofort zum Alarm und damit zum Umschalten. Beide Schwellen sind einstellbar.

Name:  sd_software.jpg
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Betrieb

Ist nun alles in der Tucan installiert, braucht man sich um die SmartDiode so gut wie nicht mehr zu kümmern. Steckt man den Flugakku an, so dauert es 1-2 Sekunden und die SmartDiode meldet per grüner LED dass alles in Ordnung ist. Das bedeutet, sowohl Empfängerspannung, als auch unser Externes BEC sind ok.
Falls eines davon nicht so wäre, würde die SmartDiode sofort via Telemtrie einen Alarm erzeugen.
Außerdem können wir auf dem Telemetriedisplay nun auch, neben der Empfängerspannung, die Spannung unserer Notspannungsquelle ablesen.


Messungen

Da nun die SmartDiode installiert ist, können ein paar Messungen durchgeführt und so auch ein paar häufig gestellte Fragen beantwortet werden.

Wie schnell schaltet die SmartDiode auf Notstrom um, wenn die Empfängerspannung auf einen Schlag wegfällt?
Um diese Frage zu beantworten schauen wir uns die Empfängerspannung im Oszilloskop an. Die gelbe Linie (MAIN) zeigt die Spannung am Empfänger an.
Die blaue Linie ist unsere Hauptspannungsquelle, welche leider auf einen Schlag ausfällt (irgend jemand hat den Stecker gezogen).

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Man sieht wie die blaue Linie auf 0 geht und dort bleibt. Die Empfängerspannung (gelb) bricht kurz mit ein, die SmartDiode registriert den Ausfall und schaltet auf Notspannung um. Man sieht sehr schön, dass die Notspannungsquelle nur 5V hat, während die Hauptspannungsquelle 8 V aufwies.

Die Zeit in der der Empfänger ohne Stromversorgung war, betrug 790µS, was 0,00079 Sekunden entspricht.

Was ist mit einem langsamen Abfall der Spannung?

Auch das wurde getestet. Hier sieht man wie die Hauptspannung in einer Rampe auf 0 fährt. Die Empfängerspannung folgt natürlich erst mal dieser Rampe, bis die kritische Spannung (2,5V) erreicht ist, und die SmartDiode auf Notspannung um schält.

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Was ist, wenn die Hauptspannung nur kurz etwas einbricht?

Bei dieser Messung bricht die Hauptspannung auf nur ca. 3,8V ein. Hier wartet die SmartDiode noch etwas über 2 Sekunden, bevor dann die Notspannung eingeschaltet wird. So wird die SmartDiode bei kurzen Einbrüchen nicht aktiv und es werden Fehlalarme verhindert.

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Wie hoch ist der Spannungsabfall / der Übergangswiderstand

Gemessen wurde der Spannungsabfall über der SmartDiode mit einer Dauerbelastung von 1 Ampere.
Die Messung erfolgte inklusive Lötstellen und Kabel.

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Ein Spannungsabfall von 65 mV (0,065V) wurde hierbei gemessen. Die entspricht bei 1A einem Widerstand von 0,065 Ohm.

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Kommentare

  1. Avatar von norwegen1961
    Sehr interessanter und informativer Artikel.
    "Spricht" die die Diode nur msb oder sind auch andere Telemetriesysteme möglich?
  2. Avatar von cyblord
    Zitat Zitat von norwegen1961
    Sehr interessanter und informativer Artikel.
    "Spricht" die die Diode nur msb oder sind auch andere Telemetriesysteme möglich?
    Hallo, aktuell kann sie leider nur MSB. Möglich sind sicher andere Systeme, das ist aber Zukunftsmusik.
  3. Avatar von norwegen1961
    Hallo,
    danke für die Info.
  4. Avatar von waldopepper
    ..was ist jetzt der Vorteil gegenüber einer normalen Diode ?

    Macht der Empfänger einen reboot nach einem Stromausfall von 0,79 ms ?
    Mit einer normalen Diode wäre der Übergang ein gleitender ?

    Walter
  5. Avatar von cyblord
    Zitat Zitat von waldopepper
    ..was ist jetzt der Vorteil gegenüber einer normalen Diode ?

    Macht der Empfänger einen reboot nach einem Stromausfall von 0,79 ms ?
    Mit einer normalen Diode wäre der Übergang ein gleitender ?

    Walter
    Ja der Empfänger macht einen Reboot. Weil die Versorgung wirklich umgeschaltet wird, wenn eben die Hauptversorgung wegfällt.
    Mit Dioden gibt es keine Umschaltung, immer die Spannungsquelle mit der höchsten Spannung wird belastet. Aber genau das will man nicht immer. Die SmartDiode stellt sicher dass die Notspannung auch nur im Bedarfsfall benutzt wird.
    Daneben gibt es natürlich noch den Vorteil dass es keinen Spannungsabfall wie bei einer normalen Diode gibt und man wird bei einem Ausfall via Telemetrie informiert. Bei einer Diodenweiche merkst du evt. gar nicht wenn eine Quelle ausfällt. Damit fällt die dann Redundanz komplett weg.
  6. Avatar von Gerd Giese
    Hi, ich nutze u.a. den UltraGuard mit ähnlichen Eigenschaften: http://optipower.co.uk/Products/opti...a-guard-range/
  7. Avatar von justme
    Ich habe mir die Smartdiode bereits vor ein paar Monaten gekauft und bin erst jetzt dazu gekommen sie zu testen. Es ist meine erste Notstromversorgung.
    Ich bin begeistert. Die Elektronik verhält sich auf dem Labortisch genau wie erwartet. Der Praxistest steht zwar noch aus, aber primär hoffe ich natürlich, dass sie - ausser testweise - nie zum Einsatz kommt.
    Sehr schön, dass die Notversorgung direkt über den Telemtrieeingang erfolgen kann. Der Kabelaufwand ist dadurch auf ein Minimun begrenzt.
    Über die MPX-Telemetrie lässt sich die Versorgungsspannung durch die Smartdiode ablesen. Auch gut, dass der Alarm bei Eintritt der Versorgung nur einmal erfolgt - er ist laut und deutlich genug und kann nicht überhört werden. Bei Eintritt der Notversorgung habe ich auf dem Labortisch (2 Servos) keinerlei Unterbrechung vom Sender zum Empfänger bemerkt.

    Wünschenswert ist eine eindeutigere Dokumentation. Durch die Entwicklungshistorie der Schaltung kursieren zu viel verschiedene Texte, Spezifikationen und Abbildungen. Ich habe etwas wühlen müssen, bis ich zuversichtlich war, dass es so wie verlötet auch funktionieren müsste.

    Wenn es in der Praxis zu keinen Unannehmlichkeiten kommt, war es bestimmt nicht die letzte Smartdiode für mich.

    Vielen Dank für das Angebot!
  8. Avatar von Gast_32271
    interessantes Thema, aber helft mir mal,

    wenn ich mit einem mittleren Kunstflugmodell in einen Turn oder so gehe, z.B. im Wendefiguren Programm in einen Humpty Bump nach dem Anstieg oben drossele, "turne", auf dem Weg nach unten meine viertel Rolle fliege und dann beim Ziehen durch den hohen Strom des Höhenruderservos die Spannung zusammenbricht, die Smart Diode auf die andere Stromversorgung umschaltet, der Empfänger neu startet ...
    ist der Flieger womöglich in den Bäumen ehe das was ich mit dem Höhenruderknüppel tue (Knüppel ist im Anschlag) in der Luft so viel Wirkung zeigt das der Flieger wieder auf einer Flugbahn parallel zum Boden ist ...
    (ich nehme ganz bewusst dieses Beispiel, weil der Flieger hier weit und eher tief ist ....)

    wenn ich eine doofe Schottky Diode drin habe (zum Entkoppeln der beiden Stromquellen) startet mein Empfänger nicht neu, der Flieger fliegt weiter als ob nix wäre weil der Empfänger nix merkt .....


    ich bin ja einfach strukturiert, deswegen suche ich einfache Lösungen:
    1. Lösung gar keine Redundanz
    2. Lösung Redundanz aber wie?

    ich fliege Regler mit 5V oder 5,5V BEC oder einstellbarem BEC, dann stelle ich 5,6V oder 5,8V ein
    die Schottky Diode ist in vielen Regler schon drin YGE, YEP da kann man einen Akku einfach parallel in den Empfänger dazu stecken,
    ist keine Schottky Diode im Regler z.B. Hott kommt in die Rote Leitung des Empfängeranschlußkabels eine Schottky Diode

    in beiden Fällen kommt ein Eneloop 4x 1000 oder 2000mAh parallel auf den Empfänger

    was passiert nun? (ich fliege Graupner Hott ist aber bei anderen nicht anders)

    nachdem der Empfänger unter Strom steht wir der Akku aus dem BEC gepuffert und bis max BEC Sopannung geladen, ist der Akku zuhause schon geladen wird er nur gepuffert, die Schottky Diode in der Empfängeranschlusskabel des Reglers verhindert den BEC Tod durch Rückwärtseinspeisung, Warnschwelle für Spannung Empfänger wird im Sender / Empfänger mit 4,9V programmiert,
    ist das BEC in Ordnung hat der Empfänger mehr als 4,9V es kommt keine Warnung, stirbt das BEC und übernimmt der Eneloop NAHTLOS UND OHNE NEUSTART DES EMPFÄNGERS den Betrieb fällt wegen des höheren Innenwiderstand des Eneloop Akkus die Spannung beim Steuern auf etwa 4,8V, es ertönt eine Warnung ....
    wir wissen das etwas nicht in Ordnung ist aber können weiter Steuern und in Ruhe landen und nachsehen,
    durch die Spannungsdifferenz genau hier in diesem Beispiel wird nur im Notfall auf den BackUp Akku umgeschaltet, das war doch die Anforderung oder?

    wir müssen nicht in die Bäume klettern, hat 50 Cent gekostet


    je nach Fernsteuerung und Empfängertyp und wenn dann noch viele Sender zeitgleich eingeschaltet sind und die Entfernung Modell Sender groß ist ...... kann der reboot und das rebind auch mal Sekunden dauern .... dann wird das Gesicht des Piloten bleich und lang, aber spätestens nach dem Einschlag kommt auch schnell wieder die rote Farbe auf Wangen und Hals ....
  9. Avatar von Holger Lambertus
    Moin Moin
    Ich möchte mal die "Smart Bypass Diode" von Texas Instruments in den Raum werfen, ist To220 ohne das Fähnchen, max. 30V/15A, verliert nur 26mV bei 8A.
    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sm74611.pdf
    Für diesen Zweck habe ich sie nicht getestet, wir hatten die vor 2Jahren mal testweise in den Solarfliegern. Im Moment etwas schwierig zu bekommen, zurzeit bei Mouser und in der Bucht in GB, alternativ, per Sample 5Stück direkt aus Texas war kostenlos.


    Dann gäbe noch den Zero IQ Smart Diode Rectifier Controller, der ja für solche Zwecke erfunden wurde, den man sich mal vornehmen könnte: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm74670-q1.pdf


    Und die allerlei anderen ICS und direktschaltunger von "Idealen DIoden" http://cds.linear.com/docs/en/produc...aldiodesfc.pdf


    @Controller, ich halte das genauso wie Du, Diode, wenn BEC weg, fällt die Spannung etwas: ALARM über Telemetrie (System unabhängig), Akku kümmert sich um sich selber.
    Zur Vorsicht rate ich aber, sich allein auf die Regler interne Diode zu verlassen (die zweifelsfrei sinnvoll ist), BEC fällt aus weil . . . . . Regler brennt, Lötzinn fliest umher, Kabel löten sich ab u.s.w., das kann auch mit Kurzschluss am BEC-Kabel enden, besser auch hier trotzdem die externe Diode, verschafft ein sichererereres Gefühl
  10. Avatar von cyblord
    Zitat Zitat von Gast_32271
    interessantes Thema, aber helft mir mal
    wenn ich mit einem mittleren Kunstflugmodell in einen Turn oder so gehe, z.B. im Wendefiguren Programm in einen Humpty Bump nach dem Anstieg oben drossele, "turne", auf dem Weg nach unten meine viertel Rolle fliege und dann beim Ziehen durch den hohen Strom des Höhenruderservos die Spannung zusammenbricht, die Smart Diode auf die andere Stromversorgung umschaltet, der Empfänger neu startet ...
    Das sind einige falsche Annahmen.

    1.) Die SmartDiode schaltet (und das ist Einstellbar) erst um wenn die Spannung kurz unter 2.5V oder länger unter 4V fällt. Das sollte im normalen Betrieb nicht vorkommen. Auch nicht bei heftigen Turns.
    2.) Selbst wenn die SmartDiode schaltet, so schaltet sie nur zu. Der Hauptakku wird nicht abgeschaltet. Es gibt keinen Empfängerneustart.


    wenn ich eine doofe Schottky Diode drin habe (zum Entkoppeln der beiden Stromquellen) startet mein Empfänger nicht neu, der Flieger fliegt weiter als ob nix wäre weil der Empfänger nix merkt .....
    Genau, der Empfänger merkt nichts. Woher weißt du ob beide Strompfade überhaupt funktionieren. Vielleicht geht nur noch einer, wegen Kabel z.B. D.h. Redundanz gibt es nur, wenn ein Ausfall auch bemerkt wird.
    Außerdem ist die SmartDiode vor allem für Flälle wo es keine zwei gleichberechtigten Stromquellen gibt, sondern der Nutzer explizit eine Haupt- und eine Notstromquelle festlegen will.