HIGH VOLTAGE BEC

リポ10セルで使えるBEC（6V仕様）を購入したので早速裸に。。。(^_^)
http://www.medusaproducts.com/Other/BECs/MR-BEC-45035.htm







使っているICは、STマイクロエレクトロニクスのL4973D5.1です。
http://www.st.com/stonline/stappl/productcatalog/app?path=/comp/stcom/PcStComRPNTableView.onClickFromPartNumber&code=63207&subclassid=355&subclassheader=Step%20-%20Down

ジャンパー線が気になったので回路解析ついでに回路図を起こしました。





このジャンパー（J1）をカットするだけで５Ｖ出力となります。



電圧波形やら負荷電流等の測定はそのうち気が向いたら。。。

リニアレギュレータとスイッチングレギュレータの並列運転

ESC内蔵BEC（リニアタイプ）と外付けBEC（スイッチングタイプ）を想定したテストです。

リニアタイプは、［78T05］を2段重ねにした物です。
World Air Modelで5.2V-10Aとして売られている物です。
（無負荷実測4.8Vぐらいでした。）
これをESC内蔵BECと想定して使います。
スイッチングタイプはU-BECを使いました。

手持ち測定器を総動員？してテスト。自分でも訳が分からん状態に。。。(^^ゞ



で負荷電流を最低にして通電状態。
出力電圧5.23V



その時の出力波形
10mV/DIV 2μs/DIV



負荷電流に1A流した状態です。出力電圧4.89V
リニア側からは電流が供給されていません。全てスイッチング側から供給されています。



その時の出力波形
10mV/DIV 2μs/DIV



スイッチング側のみ動作させている状態です。
リニア側への影響を避けるためダイオードを入れています。
（スイッチングの動作確認用LEDが点灯していますが回り込み電圧により回路上点灯しているだけでレギュレータは動作していません。IC温度計に注目、リニア温度が上がっていますね。）



今度はリニア側のみテスト。負荷電流700mA
ダイオード分だけ電圧が下がって4.42Vです。



まとめ

単純に並列しても、どちらのレギュレータも壊れませんでした。
しかし、リニア側の出力電圧がスイッチング側より低いため1A流した時点では電流は供給しません。
スイッチング側が電圧降下して初めて流れるようになります。
しかしその状態はスイッチング側のmax電流以上流れなければ働きません。
（もしも、スイッチング側電圧ががリニアより低い場合はリニア側より電流が供給されます。）
この電圧条件の場合、供給出来る電流はスイッチング側の能力に依存し、ピークで電圧が下がった場合のみリニア側から補填されますので外付けBECの選定の際には考慮が必要です。
（単にESC内蔵BEC＋外付けBECの合計電流が流せる訳ではありませんから。。。）

またスイッチングタイプBECの並列運転は動作がちょっと異なるのでそのうち実験します。

P-BECのテスト

今度はP-BECのテストです。5Vの手持ちがないため6Vです。
IC素子の詳細はこちら。

入力電圧はリポ３セルを想定し12Vとします。
この手には珍しくアルミの放熱板（ノイズのシールド効果も期待できる？）が付いていますが取外して基板単体でテストします。

負荷装置を繋いだ状態です。ほとんど負荷電流は流していません。
出力電圧は6.05V



上記のリプル電圧波形です。
測定レンジ：10mV/DIV　2μS/DIV



今度は1A流した状態です。
電圧降下は非常に少なく6.03Ｖですね。



上記の電圧波形です。
測定レンジ：10mV/DIV　2μS/DIV
波形変化はありますが無負荷と同じ周期です。過負荷リミットは掛っていません。



次は最大値を多少超えています。
出力電圧5.76V　負荷電流は1.3〜1.5Aでふらついています。
またかなりIC表面温度が上昇しています。



上記の波形ですが周期が２倍になっているので過負荷リミットが掛っているようです。



さらに負荷装置のインピーダンス（抵抗値）を下げた状態です。テスト開始から３分ぐらい経過しています。
負荷電流は変化ありませんが、出力電圧が4.41Vと下がっています。



上記結果よりP-BECはきちんと過負荷及び短絡保護回路が働いています。
最大1.25Aで使用できます。

安心して短絡出来ますね（笑）
ただし長時間の短絡は止めましょう。
一応温度保護回路も組み込まれていますが、110°まで上昇しています。
もっと連続で動作させれば働くと思いますが勿体ないのでこの状態確認後テスト終了しました。

安心して使えるBECの一つではないでしょうか。
多分これと同じか？
http://www.dimensionengineering.com/ParkBEC.htm

でも高い（3A連続タイプなら納得）です。もっと安くしてメーカさん。
それと最近売り切れ状態が。。。

D-BECのテスト（その２）

前回壊してしまったD-BECの再テストです。
今回２個購入しましたが、前回の物にはダイオードが添付されていましたが今回のにはありません。
以前購入してT-REXに付けているやつにも入っていませんでした。



無負荷の状態です。
入力電圧12.08V　出力電圧5.03Vの表示です。



1A流した状態です。
4.96Vとわずかに電圧が下がります。



1A流したときの波形です。
オシロのキャリブレーションしてないため数値の読み取りは出来ません。



1.5A流したとき。
4.92Vです。



上記1.5A流した状態から2分ほど経過した状態です。
スイッチングICの温度が56.1°に上昇しました。



電圧降下やICの温度上昇から見て、もっと負荷電流を増やせそうですが前回壊したので止めます。(^^ゞ
メーカ表記では入力6-40V　出力5V/4A　ですが。。。
IC表面を削って型番を見えなくしてあるので詳細規格値不明です。
MOS-FETらしき物が3個ほど付いているのでパワー素子外付けタイプのレギュレータICと想像します。

最大負荷電流を知りたい方は、無償提供下されば短絡状態（破壊？）までテストして見ますが。(^_^)

一応メーカーページでは短絡保護（Short Circuit Protection）とはありますが、、、過電流で壊れました。(^^ゞ？？？
http://www.sky-technology.net/



【追記】
このテスト後に販売店に問い合わせたところ、早速に動作確認して頂き「過電流・短絡保護」機能は備わっていない事が判明しました。
また販売店HPにもその旨商品説明に加筆されています。
メーカにもHPの表記を修正するように連絡するとの事でした。
短絡・過負荷にはご注意下さい。

「販売店からの回答」
ご指摘ありがとうございました。こちらでテストしたところ、やはり短絡保護、温度上昇保護はございませんでした。
輸入を開始した時点で、5Aの負荷テストで、コネクター先端にて4.3Vほどの出力があったため販売を開始いたしましたが、保護回路についてのテストは行っておりませんでした。

ご指摘をいただき、7A負荷まで上げたところ、熱による破壊と見られる現象があり、また、ショートについては、瞬間的破損となりました。

保護回路が付くのが望ましいと思いますが、メーカーの考え方として、保護回路でコントロール不能になるより、瞬間的な大電流の要求に対しても電源を供給し続けるという判断があるのかもしれません。付属の説明書にも、保護回路については書かれていないようです。

D-BECのテスト

前回はU-BECのテストでした、今度はD-BECもテスト開始しましたが。。。

いきなり壊してしまいました。。。(^^ゞ

電子負荷のボリュームを上げていっても電流が流れず。。。
ふと、電源のメータをみたら8A流れてました。
D-BECの出力も本来5Vのはずが、11Vになってました。



クランプ電流計をゼロ調整した際にゼロホールドにしてました。ならゼロしか表示しません。OTL
気がつくのが遅かった。。。

壊れたやつを皮むき






どうやら、過電流保護回路が動作しないか、元から入っていないのでは。。。
D-BEC利用の際は、過負荷には気を付けましょう。(^^ゞ

早速注文したD-BECが来るまでテスト出来ません。

U-BEC

金物屋さんが紹介していたU-BECを購入しました。
紹介されるとすぐに売り切れる場合が多々あるので3個ゲットしました。(^^ゞ
おまけのシールが付いて来ました。
安くて、3A-5/6V切替え方式ですから便利かも。。。



早速チューブを剥ぎます。
しかしスイッチングICの銘板は消してあり読めませんし、基板自体も黒でマスキングしています。
（電源ICはたいして数が多くないので、大体見当がつくのにセコイな〜。。。）
このBECの為にオリジナルIC作っている訳でも無いでしょうに。





説明にもありますが300KHzでスイッチングしているため高効率（92％）です。
しかし「受信機から10cm以上離して下さい」とも記載あり。

気になったのは入出力の電解コンデンサの容量です。
もう少し容量が大きく低ESRタイプにすればリプルがより少なくなるかもです。


実験するべく負荷に使う電子負荷装置（大げさ。。。）のテスト。
ダーリントン接続したパワートランジスタにVR（手持ちの200KΩ）でベース電流を流しただけですが。。。
これだけでハイパワー可変抵抗器（単なるヒータ？）となります。(^^ゞ



安定化電源より5Vを給電し負荷として3A流している状態です。
ちなみに使ったのはジャンクの100W放送アンプの終段トランジスタユニットです。
12Vで10A流したらトランジスタの温度が70℃を超えました。。。
パワトラ4個の内2個しか使っていませんので全て使うようにして強制空冷すれば規格上は20A連続に耐えるはず。。。
そのうちケースにでも組込みますかね。。。



【追記】
早速テストした結果です。
入力12V-出力2Aでは、30秒もたたないうちに保護回路が働いてシャットダウンしました。



リプル電圧は20mVp-pぐらいですから説明書（<50mVp-p）の範囲内ですね。
測定レンジ　V（AC）:10mV/DIV SWEEP:10μs/DIV



次に12V1.3Aでテスト。しかし、ICの温度が。。。1分もたたないうちに止めた(^^ゞ



こんどは、リポ2Sを想定したテスト。



リプルは10mVp-pぐらいになりました。



以上の結果より、U-BEC単体で使用する場合はP-BECと同等で3セル連続1.25Aと見るのが妥当ではないかと判断します。

BEC回路について

ラジコン用語辞典http://www.rcnavi.com/framepage2.htmによると、BECとは次のように解説しています。

・BEC(Battery Eliminator Circuitry)
　「バッテリー除去回路」の略で、１つのバッテリーから互いに電圧仕様の異なる受信機やサーボモータ、電動モータ用アンプなどに電源を供給するための電源回路のこと。
　通常、BECは受信機や電動モータ用アンプ内に内蔵されている場合が多い。
　BEC内蔵のモータアンプを用いれば、動力モータ用のバッテリー１個から、受信機やサーボモータなど全ての電源をモータアンプが供給してくれる。

ラジコン分野ではBECと呼ばれていますが、電気回路で言うと［安定化電源回路］の一つです。
ニッカド・リチュームポリマー電池から、受信機サーボ用電源として4.8Vor5.0V（6V）の安定した電圧に変換します。

呼び名も色々あり、回路方式など分類方法によって違います。

　電圧を変換しているので［ボルテージ・コンバータ］
　電圧を調整しているので「ボルテージ・レギュレータ」
　直流から直流に変換しているので［DC-DCコンバーター］
　高い方の電圧から低い方に変換するので［降圧型］・［ドロップ・ダウン（減衰）型］とも言う。
　入力から出力に電子の流れが繋がっているので［非絶縁型］
　直線的に制御するので［リニア型］
　スイッチング制御するので［スイッチング型］

また、安定化電源回路の違いもあります。
電源変換器（レギュレータ）と呼ばれます。

【リニアタイプ】
　・シリーズ・レギュレータ
　　ESC内蔵のBECはほとんどこのタイプです。
　　最近デジタルBEC内蔵のESCも発売されましたね。
　　利点：ノイズの発生が無い（少ない）です。
　　欠点：入出力の電位差（電圧）をIC内部のトランジスタが熱に変換している為ロスが多い


　・シャント・レギュレータ
　　　関係ないので、解説しません。

【スイッチングタイプ】
　・ラジコンでは、デジタルBECと呼ばれています。
　　S-BECやD-BECまたP-BECなどの製品です。
　　利点：軽量小型化出来る。リニアより効率が良く発熱が少ない。
　　欠点：ノイズが発生する。

リニアとスイッチングの動作の違いは下記HP参照下さい。
趣味の電子回工作
http://www.hobby-elec.org/menu.htm
┗　電子回路工作素材集
　　┗スイッチング・レギュレータ（１）
　　　http://www.hobby-elec.org/ckt22.htm
　　　┗回路説明
　　　　http://www.hobby-elec.org/ckt22_2.htm


さて、自分のはどうなっている？と言うのが皆さん気になる事だと思います。
結論から言えば、試す（測定）しか無いです。。。(^^ゞ

◎BEC性能評価についての考察
いろんなサイトで議論がありますが、自分なりに考えていることを述べてみます。
　幾ら電流が流せるかについては、リニア・スイッチングを問わず、ICの定格および回路設計（使っている部品の定格）により決まってしまいます。
　ですからICデータシートの確認は必須と思います。

BECについて、ここに詳しい説明があります。
http://www.qrp-rc.com/main02.html/BEC.html

一般の電子回路設計に比べると、ラジコンでは非常に過酷な使い方をしています。
メーカーの公表している性能（5V-3A）と言うのは、ほとんどがIC素子の最大定格値です。
小型軽量化の為に放熱対策はほとんど無視した設計になってますから連続的に流せる電流はかなり減少します。
電子回路において放熱設計はかなり重要です。

以前分解した「ALIGNのESC　REC-BL25T」にはKEC社のKIA78D05F ロードロップアウト5V-1Aが2個並列で使用されています。
これを検証してみます。

KIA78D05F
http://www.kec.co.kr/productinfo/product_catalog/product_catalog_list_detail.asp?key1=E&key2=110&item_s1=KIA78D05F&sql_type=&list_mode=&srch_page=1&condition=&keyword=78D05F
このページより「DATASEAT」をダウンロードして下さい。
規格は、



だふくさんの知りたい「PB:BECワット数」とは下記の項目です。
MAXIMUM RATINGS (Ta=25℃)とありますので周囲温度25℃の時の最大値です。
Power Dissipation Pd 1.3 W No heatsink
電力損失　PD 1.3W　放熱器無し

ICを2個パラ（並列）にしているのでPD=2.6Wとなります。

データシートの中で重要なのは5/6ページのFig.3 PD - Taグラフです。
多分これだけ見てもさっぱり分からない？と思うので解説します。



縦軸がPOWER DISSIPATION（電力損失）横軸がAMBIENT TEMPERATURE（周囲温度）です。
上の線が無限大放熱器を付けた場合で、下の線が放熱器無しの場合です。

THERMAL RESISTANCE（熱抵抗）
　J-C=9.62℃/W　INFINITE HEAT SINK(無限大のヒートシンク)の場合
　J-A=96.2℃/W　IC ALONE（ICのみ）の場合

放熱器が無ければ極端に許容電力損失が少なくなるのが分かると思います。

規格表のPower Dissipation Pd 1.3 W No heatsink（電力損失　PD 1.3W　放熱器無し）と言うのも
読み取れますし、周囲温度が25℃を超えるとPOWER DISSIPATION（電力損失）が下がるのも分かりますね。

もう一つ重要なのが、Fig.6 Tj - VDのグラフです。
これは、ICの接合温度Tj（IC内部のチップ温度）が上昇すると出力電圧降下も大きくなると言うグラフです。
IO=1Aとは出力に1A流した場合です。


参考までに。。。
データ・ブック（データ・シート）の用語集
http://www.tij.co.jp/jsc/docs/sll/achp/linear_spec/spcs_REG.htm#SERI


以上の説明でデータシートの見方を、ご理解頂けたでしょうか？(^^ゞ

・使用する電池の電圧（セル数）によって流せる電流は変化する。
　これはICの許容動作温度が決まっているのでそれによる制限です。
　入力電圧と出力電圧の差が大きくなれば電力損失も大きくなる為ですね。

・サーボの動作電流の計測値
　3D飛行中のサーボには、許容トルク負荷の何倍もの負荷が瞬間的に掛かっている物と推測しています。
　そのため、消費電流の測定にはサーボにトルク負荷をかけた状態で測定しないと意味がありません。

連続でサーボの過負荷は掛からないので、平均値で間に合えばBEC容量的には十分と考える向きもありますが。。。
自分的には？です。
平均値では意味が無いというか、どうやって平均値を出すんでしょう？
最大値が重要と考えます、つまり電圧降下です。
ピーク電流を流してなおかつ電圧降下が起きないようなBEC容量が必要と考えています。
なので、これも比較テストのため購入しました。(^^ゞ

P-BEC(6V)→5V改造

P-BECの6V仕様を5Vに改造しました。
希望のチップ抵抗がありませんでしたので、大変面倒でした。
改造の一例です。皆さんは、素直に5Vタイプを購入して下さい。(^_^;

まず、［R1］と［R2］を一旦取り外して抵抗値を確認。
無くさないように。両面テープに貼り付けています。



6V仕様の場合　R1＝370.5Ω　R2＝98.8Ωでした。
全体の抵抗値を余り変化させないように［R2］を変更します。

R2=R1・1.27V/5V-1.27Vより、およそ126.1Ωになります。

ところが手持ちのチップパーツに希望の値がありませんでした。
手持ちのチップCRキットです。



そこで元の［R2］を利用し27Ωの抵抗を直列にして使いました。容量が1サイズ大きいです。
カッターナイフでパターンを削り、ランドを追加。
基盤の端に信号線が1本通っているので、やりにくいったらありゃしない。。。
気長にカリカリとルーペで拡大しながらの作業でした。(;^_^A ｱｾｱｾ…



完成後電圧確認したら、無負荷で5.02Vでした。
これで5V仕様で使えます。
一応負荷を1Aほど流してみましたがリプルはほとんどありませんでした。

P-BEC (6V)

ちまたで噂？のP-BECを購入しました。
しかし、どこも5V仕様は売り切れ。(^_^;



どうにかすれば5V仕様に変更できるかも…と言う甘い考えで取りあえず6V仕様を購入しました。



心臓部のレギュレータICはオン・セミコンダクタ社の
CS51411: 1.5A, 260kHz Low Voltage Buck Regulators with External Bias or Synchronization Capability
でした。

http://www.onsemi.com/PowerSolutions/product.do?id=CS51411ED8

データシートCS51411E 260 kHz −40°C to 85°C Sync
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/CS51411-D.PDF

バック・モード・スイッチング・レギュレータの詳細はピンコンパチブルのLT1375のデータシートが日本語ですから分かりやすいでしょう。
（そのまま入れ替えは注意が必要です。発振周波数と内部基準電圧が違うので。）
http://www.linear-tech.co.jp/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1003,C1042,C1032,C1064,P1542,D7636


データシートによると思った通り、出力の分圧抵抗で電圧を決定しています。
写真の「R1」と「R2」の抵抗比を可変すれば改造出来そうです。
計算式は見あたりませんでしたが、エラーアンプの基準電圧が1.27Vですから、

R1=R2(Vout-1.27)/1.27 でしょう。（多分…）

「R1」を取替えれば5V化出来ますね。
しかし、チップ抵抗の現在値が分かりません。
それぞれ、［56A］と［01A］と表示していますが…
Aは何だ、、、乗数かと思いますが。
ま、基盤から取り外してテスターで計ればいいかと。

最近のパーツはサッパリ分からん。浦島太郎状態だ〜
しかもゴミ以下ですよ、この大きさ。コネクターのピン幅ぐらいしかないし。

取替えるにしても手は震えるし、目は見えんし老化が進んでます。(^_^;
在庫があったら即購入で改造なんか面倒でやりませんが…

最後に使い方ですが、ESC内蔵BECの補助として使うなら1個で問題ないでしょうが、単体BECとして使うなら2個を並列使用する必要がありそうです。

スイッチング用トランジスタを1個追加すれば…
イカン！昔の悪い癖が出そう。。。