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Batterie-Eliminator-Schaltung

Was ist eine Batterie-Eliminator-Schaltung?

Was ist eine Batterie-Eliminator-Schaltung?

A Batterie-Eliminator-Schaltung (BEC) ist ein elektronisches Gerät, das vor allem in funkgesteuerten Modellen (RC-Modellen) verwendet wird, um die höhere Spannung des Hauptakkus in eine niedrigere, stabile Spannung umzuwandeln, die für die Versorgung der Bordelektronik, wie z.B. den Empfänger und die Servos, geeignet ist. Damit entfällt die Notwendigkeit eines separaten Akkus für diese Komponenten. Indem es sicherstellt, dass die Elektronik mit der richtigen Spannung versorgt wird, verhindert ein BEC mögliche Schäden und gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb.

Die wichtigsten Funktionen eines BEC:

  1. Spannungsumwandlung und -regelung: Ein BEC wandelt die höhere Spannung des Hauptakkus in eine niedrigere, stabile Spannung um, typischerweise 5V oder 6V, geeignet für Stromversorgung der Bordelektronik wie Empfängern und Servos. Dadurch wird sichergestellt, dass die Komponenten die richtige Spannung für einen optimalen Betrieb erhalten.
  2. Beseitigung zusätzlicher Batterien: Da ein BEC die nötige Spannung direkt vom Hauptakku liefert, wird kein separater Akku für die Elektronik benötigt, was das Gesamtgewicht und die Komplexität des RC-Modells reduziert.
  3. Platzsparend: Durch den Wegfall der zusätzlichen Batterien steht mehr Platz im Modell zur Verfügung, was ein kompakteres und schlankeres Design ermöglicht.
  4. Verbesserung der Effizienz: Ein BEC erhöht die Effizienz des Stromsystems, indem es die Verkabelung vereinfacht und die Energieverschwendung reduziert, da alle Komponenten Strom aus einer einzigen Quelle beziehen.
  5. Wärmereduzierung: Insbesondere bei schaltenden BECs ist der Umwandlungsprozess so konzipiert, dass die Wärmeentwicklung minimiert wird, Verbesserung der Zuverlässigkeit und Leistung durch Vermeidung von Überhitzungsproblemen.

Wie funktioniert der Batterie-Eliminator-Schaltkreis?

Beispiel einer Batterie-Eliminator-Schaltung mit LM317

Batterie-Eliminator-Schaltung

Diese Schaltung wandelt eine hohe Eingangsspannung von 230 V Wechselstrom in einen stabilen Gleichstrom um, ideal für die Stromversorgung verschiedener elektronische Geräte. Die Umwandlung beginnt damit, dass die AC-Eingangsspannung durch einen Transformator auf eine niedrigere Spannung heruntergesetzt wird, die für elektronische Anwendungen besser geeignet ist. Diese reduzierte Wechselspannung wird dann in einen Vollbrückengleichrichter eingespeist, der sie effektiv in pulsierende Gleichspannung umwandelt.

Um diesen pulsierenden Gleichstrom zu stabilisieren, wird ein 1000μF-Kondensator verwendet, der die Spannung auf einen konsistenten Gleichstromausgang glättet. Dieser stabile Gleichstrom wird anschließend durch den Spannungsregler LM317 geregelt, um eine konstante Ausgangsspannung zu gewährleisten. Die Ausgangsspannung des LM317 kann durch die Einstellung der Werte von zwei angeschlossenen Widerständen fein abgestimmt werden, so dass eine individuelle Anpassung an die jeweiligen Bedürfnisse möglich ist. Darüber hinaus dient ein 10μF-Kondensator am Ausgang des Reglers als zusätzlicher Filter, um alle verbleibenden Spannungswelligkeiten zu eliminieren und eine einwandfreie Stabilität des Ausgangs zu gewährleisten.

Das Endergebnis ist eine zuverlässige und geregelte Gleichspannung, die an den Ausgangsklemmen anliegt und für verschiedene elektronische Lasten verwendet werden kann.

Wie verbindet man Komponenten in einer RC-Anlage? Ein umfassender Leitfaden

BEC-Servo-Verkabelung
BEC-Empfänger Verdrahtung

Bei einem funkgesteuerten (RC) System wird die Hauptkomponenten Dazu gehören in der Regel der Sender, der Empfänger, der elektronische Geschwindigkeitsregler (ESC), der Motor (entweder Bürstenmotor, sensorloser bürstenloser Motor oder sensorgesteuerter bürstenloser Motor), die Servos, der Akku und möglicherweise eine Batterie-Eliminator-Schaltung (BEC). Hier erfahren Sie, wie Sie all diese Komponenten anschließen, mit spezifischen Details für jeden Motortyp, BEC-Anschlüsse und Empfängerkanäle:

1. Sender

  • Funktion: Der Sender sendet drahtlos Steuersignale an den Empfänger.
  • Verbindung: Keine physische Verbindung zu anderen Komponenten; es kommuniziert drahtlos mit dem Empfänger.

2. Receiver

  • Funktion: Der Empfänger interpretiert die Signale des Senders und leitet sie über seine Kanäle an die entsprechenden Komponenten (ESC, Servos) weiter.
  • Verbindung:
    • Kanal 1 (CH1): Wird typischerweise für die Lenkung (bei Autos) oder die Querrudersteuerung (bei Flugzeugen) verwendet.
      • Schließen Sie das Lenkservo (für Autos) oder das Querruderservo (für Flugzeuge) an. zu diesem Kanal.
    • Kanal 2 (CH2): Wird typischerweise für die Drosselklappensteuerung verwendet.
      • Schließen Sie das Signalkabel des ESC an zu diesem Kanal, um die Geschwindigkeit des Motors zu steuern.
    • Kanal 3 (CH3): Wird oft für Zusatzfunktionen verwendet, wie z.B. Lichter oder zusätzliche Servos.
      • Schließen Sie zusätzliche Servos oder Geräte an die sekundäre Funktionen für diesen Kanal erfüllen.
    • Kanal 4 (CH4): Wird in der Regel zur Steuerung des Seitenruders (in Flugzeugen) oder der Hinterradlenkung (in Autos mit Vierradlenkung) verwendet.
      • Schließen Sie das Ruderservo (für Flugzeuge) oder das hintere Lenkservo (für Autos) an. zu diesem Kanal.
    • Zusätzliche Kanäle (CH5, CH6, etc.): Wird für komplexere Funktionen wie die Einstellung der Klappen, die Steuerung des Fahrwerks oder anderes Zubehör verwendet.
      • Zusätzliche Geräte anschließen wie z.B. Klappen, Fahrwerksservos oder andere Hilfskomponenten mit diesen Kanälen verbinden.

3. Elektronischer Drehzahlregler (ESC)

  • Funktion: Die ESC steuert die Geschwindigkeit und Richtung des Motors anhand der Signale des Empfängers.
  • Verbindung:
    • Motordrähte (Bürstenmotor): Wenn Sie einen Bürstenmotor verwenden, hat der Regler zwei Ausgangsdrähte:
      • Rot: Verbinden Sie dies mit dem positiven (+) Kabel des Motors.
      • Schwarz: Verbinden Sie dies mit dem Minuskabel (-) des Motors.
      • Hinweis: Wenn der Motor in die falsche Richtung läuft, vertauschen Sie diese beiden Drähte.
    • Motordrähte (Bürstenloser Motor - ohne Sensor): Wenn Sie einen sensorlosen bürstenlosen Motor verwenden, hat der Regler drei Ausgangsdrähte:
      • Typischerweise Blau, Gelb und Orange (oder ähnlich). Diese werden mit den drei Drähten des bürstenlosen Motors verbunden. Wenn sich der Motor in die falsche Richtung dreht, tauschen Sie zwei dieser Drähte aus.
    • Motordrähte (Bürstenloser Motor - Sensored): Wenn Sie einen sensorgesteuerten bürstenlosen Motor verwenden, hat der Regler drei Hauptstromausgangsleitungen und ein Sensorkabel:
      • Drei Stromdrähte: Die blauen, gelben und orangen (oder ähnlichen) Drähte werden mit den entsprechenden Motorkabeln verbunden. Tauschen Sie zwei beliebige Drähte aus, wenn sich der Motor in die falsche Richtung dreht.
      • Sensor Kabel: Das Sensorkabel (ein mehrdrähtiger Stecker) vom Motor wird an den speziellen Sensoranschluss des Reglers angeschlossen und liefert eine Rückmeldung der Rotorposition für eine gleichmäßigere und präzisere Steuerung.
    • Batterieanschluss: Verbinden Sie den Hauptakku mit den Stromzuführungen des Reglers:
      • Rot: Positiv (+)
      • Schwarz: Negativ (-)
    • Receiver Verbindung: Stecken Sie das Signalkabel des ESC in Kanal 2 (CH2) am Empfänger für die Gassteuerung.

4. Motor

  • Bürstenmotor:
    • Drähte: Zwei Drähte, normalerweise:
      • Rot: Positiv (+)
      • Schwarz: Negativ (-)
    • Verbindung: Schließen Sie den Motor mit diesen beiden Drähten an den Regler an. Wenn der Motor in die falsche Richtung läuft, vertauschen Sie die Drähte.
  • Bürstenloser Motor (sensorlos):
    • Drähte: Drei Drähte, normalerweise:
      • Blau, Gelb und Orange (oder ähnlich)
    • Verbindung: Verbinden Sie den Motor über diese drei Drähte mit dem Regler. Wenn der Motor in die falsche Richtung läuft, vertauschen Sie zwei beliebige Drähte.
  • Bürstenloser Motor (sensorisch):
    • Drähte: Vier oder mehr Drähte:
      • Drei Stromdrähte: Blau, Gelb und Orange (oder ähnlich), verbunden mit den entsprechenden Ausgangsdrähten des ESC.
      • Sensor Kabel: Ein mehradriges Sensorkabel, das an den Sensoranschluss des ESC angeschlossen wird.

5. Servos

  • Funktion: Steuern Sie die Bewegung von Teilen wie der Lenkung (in Autos) oder den Steuerflächen (in Flugzeugen).
  • Verbindung:
    • Kanal 1 (CH1):
      • Lenkservo (für Autos): Verbinden Sie sich mit diesem Kanal.
      • Querruder-Servo (für Flugzeuge): Verbinden Sie sich mit diesem Kanal.
    • Kanal 4 (CH4):
      • Ruder-Servo (für Flugzeuge): Verbinden Sie sich mit diesem Kanal.
      • Hinteres Lenkservo (für Fahrzeuge mit Vierradlenkung): Verbinden Sie sich mit diesem Kanal.
    • Drahtfarben:
      • Rot: Positiv (+)
      • Schwarz/Braun: Negativ (-)
      • Weiß/Gelb/Orange: Signalkabel.

6. Batterie

  • Funktion: Versorgt den ESC mit Strom und damit auch den Motor, den Empfänger und die Servos.
  • Verbindung:
    • Drahtfarben:
      • Rot: Positiv (+)
      • Schwarz: Negativ (-)
    • Schließen Sie den Akku mit diesen Kabeln an den Regler an. Achten Sie auf die richtige Polarität.

7. Batterie-Eliminator-Schaltung (BEC)

  • Funktion: Reguliert die Spannung und versorgt den Empfänger und/oder die Servos mit Strom, wodurch ein separater Akku überflüssig wird.
  • Verbindung zum Receiver:
    • Drahtfarben:
      • Eingangsdrähte:
        • Rot: Wird mit dem Pluspol der Batterie verbunden.
        • Schwarz: Wird mit dem Minuspol der Batterie verbunden.
      • Ausgang Drähte:
        • Rot: Positiv (+) zum Empfänger.
        • Schwarz/Braun: Negativ (-) zum Empfänger.
      • Stecken Sie den Ausgangsstecker des BEC in einen beliebigen freien Kanal des Empfängers, um ihn mit Strom zu versorgen.
  • Verbindung zu Servos:
    • Drahtfarben:
      • Rot: Positiv (+)
      • Schwarz/Braun: Negativ (-)
    • Schließen Sie die BEC-Ausgangskabel an die Servo-Stromschienen an, wenn Sie möchten, dass das BEC die Servos direkt mit Strom versorgt, damit die Servos eine stabile Spannung erhalten.

8. Zusätzliche Komponenten (falls zutreffend)

  • Gyros: Stabilisieren Sie den Flug in Flugzeugen oder Helikoptern.
    • Wird in der Regel zwischen dem Empfänger und dem Servo der Steuerfläche angeschlossen. Die Verdrahtung ist ähnlich wie bei Servos (Rot, Schwarz/Braun und Weiß/Gelb/Orange).
  • FPV Ausrüstung: Kameras und Video-Sender.
    • Wird in der Regel von der Hauptbatterie oder einem separaten kleinen Akkupack betrieben, mit Rot für positiv (+) und Schwarz für negativ (-).

Abschließende Überprüfungen:

  • Polarität: Achten Sie bei allen Anschlüssen auf die richtige Polarität (Rot = +, Schwarz = -).
  • Kabel-Management: Sichern Sie alle Kabel, damit sie nicht mit beweglichen Teilen in Berührung kommen.
  • Prüfung: Führen Sie vor der Fertigstellung eine Funktionstest indem Sie das System einschalten und jede Steuerung überprüfen.
rc elektronische komponenten

Typen von Batterie-Eliminator-Schaltungen

Linear BEC

Vorteile:

  • Einfaches Design: Einfach zu implementieren und kostengünstig.
  • Niedriges EMI: Erzeugt sehr geringe elektromagnetische Störungen, ideal für empfindliche Elektronik.

Nachteilig:

  • Weniger effizient: Erhebliche Wärmeentwicklung, insbesondere bei höheren Eingangsspannungen.
  • Begrenzte Stromkapazität: Unterstützt in der Regel niedrigere Ströme (1,5A - 3A).
  • Feste Ausgangsspannung: Bietet normalerweise eine feste Ausgangsspannung mit begrenzter Einstellbarkeit.

Typische Parameter:

  • Eingangsspannung: 5V - 8.4V (bis zu 2S LiPo)
  • Ausgangsspannung: 5V oder 6V (fest)
  • Max. Stromstärke: 1,5A - 3A
  • Effizienz: 50% – 70%
  • Größe: 30mm x 15mm x 5mm
  • Wärmeableitung: Hoch, kann erforderlich sein Wärmesenken

Schaltbares BEC (SBEC)

Vorteile:

  • Hohe Effizienz: Behält die Effizienz (80% - 90%) auch bei großen Unterschieden zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung bei.
  • Einstellbare Ausgangsspannung: Flexibilität bei der Einstellung verschiedener Ausgangsspannungen (z.B. 5V, 6V, 7,4V).
  • Höhere Stromkapazität: Kann mit anspruchsvolleren Setups umgehen (5A kontinuierlich, 10A Spitze).

Nachteilig:

  • Komplexer: Mehr Komponenten und Schaltkreise, was zu höheren Kosten führt.
  • Potenzial für EMI: Höhere elektromagnetische Störungen, die möglicherweise eine zusätzliche Filterung erfordern.

Typische Parameter:

  • Eingangsspannung: 7,4V - 26V (2S - 6S LiPo)
  • Ausgangsspannung: 5V / 6V / 7.4V (einstellbar)
  • Max. Stromstärke: 5A kontinuierlich, 10A Spitze
  • Effizienz: 80% – 90%
  • Größe: 40mm x 25mm x 8mm
  • Wärmeableitung: Gering, minimale Kühlung erforderlich
  • EMI-Überlegungen: Möglicherweise ist eine Filterung erforderlich, um Störungen zu bewältigen
UBEC

Die Klassifizierung von BECs kann etwas verwirrend sein. Ursprünglich, UBEC (Ultimate BEC) war der Handelsname für eines der ersten Zusatz-BECs, das von Kool Flight (Jeff Myers, dem SEFF-Veranstalter) entwickelt wurde. Dieses Gerät ermöglichte es RC-Modellen, mehr Servos bei höherer Batteriespannung zu verwenden. Im Laufe der Zeit hat sich der Begriff "UBEC" weiterentwickelt und wird nun üblicherweise als "Universal BEC" bezeichnet, insbesondere in Bezug auf viele eigenständige BECs verschiedener Hersteller, insbesondere aus China.

Andererseits, SBEC steht für BEC schalten. Diese Art von BEC ist effizienter als die eingebauten linearen BECs, die in der Regel auf 3 oder 4 Servos beschränkt waren und nur 3 oder 4 LiPo-Zellen unterstützen konnten. Moderne schaltende BECs, wie das ursprüngliche UBEC, sind jetzt oft direkt in ESCs (Electronic Speed Controllers) integriert und bieten die Vorteile eines eigenständigen UBECs, ohne dass ein separates System erforderlich ist.

Integrierte BECs in ESCs

Viele ESCs (Electronic Speed Controllers) sind mit einem integrierten BEC (Battery Eliminator Circuit) ausgestattet. Mit dieser Funktion kann der ESC nicht nur den Motor steuern, sondern auch eine geregelte Spannung für den Empfänger und die Servos bereitstellen. Diese eingebauten BECs können entweder linear oder Vermittlung Typen.

Integrierte BECs vereinfachen die Verdrahtung und reduzieren den Bedarf an zusätzlichen Komponenten, was sie ideal für kompakte und leichte RC-Modelle macht. Bei Anwendungen mit hoher Leistung kann jedoch immer noch ein externes, eigenständiges BEC erforderlich sein, wenn das integrierte BEC nicht genügend Leistung liefern kann.

Eingebauter BEC ESC
ESC mit integriertem BEC

Fazit

Der Battery Eliminator Circuit (BEC) spielt in der modernen Elektronik eine wichtige Rolle, denn er sorgt für eine stabile und zuverlässige Stromversorgung und macht damit mehrere Batterien überflüssig. Die Wahl zwischen einem linearen, schaltenden oder universellen BEC hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Anforderungen an die Eingangs- und Ausgangsspannung, die Effizienz, die Wärmeabgabe und das Rauschen Toleranz. Die Kenntnis dieser Parameter stellt sicher, dass Sie das am besten geeignete BEC für Ihre spezielle Anwendung auswählen, um Leistung und Zuverlässigkeit zu optimieren.

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