战天分享~后备电源引发的思考~暨OR-ing电路可行性分析 补充实验视频

younickchen

近期直机后备电源非常火热，因为大家都知道了他的好处：
1，防止BEC空中损坏失控炸鸡，当BEC空中损坏情况下，后备电源可以继续供电给陀螺仪和舵机，安全迫降；
2，防止动力电插头脱焊完全失控炸鸡，当动力电插头脱焊，BEC和动力全部没有了，完全失控了，后备电源可以继续供电给陀螺仪和舵机，安全迫降；
3，分担BEC供电压力，当BEC大功率输出降压时，后备电源可以帮助BEC一起输出，减小降压；
4，减小、缓冲舵机的反电动势。
然而，鱼和熊掌不可兼得，有得必有失，那么失在哪里呢？
那就是后备电源电流倒灌，烧毁BEC。据本人所知，已经有3起后备电源倒灌进BEC的案例，都是操作不慎造成的。人食五谷，孰能无过，总有疏忽的时候。3起案例中，第一起是好赢V3-100A，第二起是好赢V4-160A，这2起案例都是后备电源倒灌进BEC，后烧毁了电调。第三起是蝎子200A，因为倒灌进BEC时间较短，及时发现，所以侥幸逃过了，人品好呀。
那么为什么后备电源的电流会倒灌进BEC呢？

见下图，不管是P-MOS还是N-MOS，大多会有一个寄生二极管存在（也有个别mos不存在寄生二极管）。P-MOS正向导通方向应该是源极S流向漏极D，但在P-MOS内部存在着一个反向的寄生二极管，他的电流方向是漏极D流向源极S，就是在不管在正向导通和不导通状态下，电流方向都可以从漏极D流向源极S。说得再通熟易懂一点，就是原来设计的输出的，可以无条件的倒灌回去。N-MOS也一样，见图，不重复详细说明。


现在我们知道了倒灌是无条件可以倒灌的，那么倒灌会不会损坏电调呢？
这就要看情况了和人品了。无条件倒灌是不可避免的，如果后备电源的电仅仅倒灌进BEC，是没什么问题的，就算倒灌一天也不会有问题。可怕的是疏忽大意，不小心关闭了熄火开关，启动了电机，就是后备电源的电倒灌进BEC，然后又流出，去启动了电机，这样BEC就要被烧坏了。BEC的MOS多小啊，怎么能扛得住启动一个电机呢，肯定要烧了。上述2起烧毁BEC的案例就是这样引起的，没烧坏的蝎子200A运气好，发现及时，立即打开熄火，还好没有烧。
所以要防止后备电源倒灌烧毁BEC，一就是要我们自己防范，在接着后备电源时候，千万别关闭熄火，启动电机。二就是靠硬件防范了。所以国产精品好赢电调发现这个问题后，在V4.1 200A版本改进了BEC防倒灌设计，不会烧毁BEC。
特别注意，还有一种情况，再没有及时反应情况下，也可能倒灌造成烧毁BEC。
就是上述第二种情况发生（当动力电插头脱焊，BEC和动力全部没有了，完全失控了，后备电源可以继续供电给陀螺仪和舵机，安全迫降），这种情况下，动力电断开，后备电源开始供电迫降，并且后备电源电流倒灌进BEC，当还没来得及切熄火的话，后备电源的电会倒灌进BEC后再输出让电机继续运行，这样的话，BEC就烧毁了。

但是目前市面上好赢V3,V4以及蝎子很多电调还是没有硬件上的防倒灌设计，怎么办呢？重点来了，二极管不是就是单向导通的吗，加一个二极管不就好了嘛！
二极管的种类很多，用的最多的是肖特二极管，电路简单，直接加在电路正向导通就可以。但是也存在一个我们模型很忌讳的问题，也是所有电路工程师很头疼的问题，就是降压。质量好的肖特二极管低功耗工作状态最低降压可以达到0.2V，中等功耗工作状态降压可以达到0.3V，功耗稍微大一点，降压可以达到0.5V，那么大。。。我也是昨天实验了才知道尽然有那么大的降压。实验所用的二极管是20A45V的肖特二极管，在只上电，不打舵情况下，回传显示降压0.2V，慢速打舵降压0.3V，稍微（只是稍微）快一点打舵降压0.5V。
我们简单算一下功耗，好赢160A的BEC输出10A，我们打个8折，算是8A，0.5V的降压*8A=4W功耗，就是如果加一个二极管的确可行，但是损失的就是功耗，舵机速度变慢，原来BEC开7.4V，现在只有6.9V了，原来开8V，现在只有7.5V了，而且还被二极管消耗掉很多功率，显然不是最佳的方案。
什么硬件才是可防止BEC倒灌的最佳方案呢？重点中的重点来了，{:1_34:}这就是OR-ing电路的应用。
我们回顾一下刚才的MOS寄生二极管吧。MOS反向导通的寄生二极管一直存在的，可以无条件导通，那么正向导通呢，就不是那么简单的了，需要一定条件才可以导通的。那我们不就可以利用这个特性，需要常导通的方向我们就利用MOS反向导通的寄生二极管的方向，防止倒灌的方向我们就不满足他导通的条件，这样不是就可以了吗，而且最大的优点是MOS寄生二极管在一定条件下的反向导通内阻极低，降压极低，功耗极少，经本人实验测试，降压在0.01V-0.02V之间。简单折中计算，8A*0.015V=0.12W的功耗。完全可以满足我们的最佳方案。
我们看下电路图吧。

图中的一颗MOS系P-MOS。P-MOS正向导通的条件是VG<VS，当VGS相等情况下，MOS正向不能导通。那么我们就可以这样做，电调BEC输出就利用MOS的寄生二极管特性，电调BEC防止倒灌，用P-MOS的VGS相等不能正向导通的方式来实现，而这个P-MOS的VG栅极电压接高电平还是低电平，完全由一个芯片就可以控制。
经本人实验完全能胜任BEC防倒灌的最佳方案，从电调插头开始就防倒灌，后备电源的电流连风扇这里都倒灌不到，而且看BEC回传电压，看不出有降压的表现。
但是，因为电调本身没有防倒灌设计，所以这个防倒灌设计电路只能加在电调BEC输出线外面，像延长线一样加一根。看下测试视频吧

youquan

强贴收藏。望论坛多一点这样的贴。

中华450

好贴顶起来，有这方面的模友可以借鉴一下。

younickchen

biomac 发表于 2019-11-4 19:21
楼主，请问这个可不可以预定或者众筹？确实是好东西，确实需要啊。

谢谢支持，我试试看吧

biomac

楼主，请问这个可不可以预定或者众筹？确实是好东西，确实需要啊。

hza555

younickchen 发表于 2019-10-30 20:03
兄好，基本上是看懂了。
BEC输出接d，s接接收机或者陀螺仪，应该是这样。
然后后备电源也是接陀螺仪或者 ...

看明白了，搞清楚了。

younickchen

hza555 发表于 2019-11-4 14:38
技术贴，顶起来，大家一起研究讨论。

谢鼓励

hza555

kiki_sdj 发表于 2019-10-30 20:36
了解了，你不光利用MOS管的寄生电路来让BEC始终有电流输出，而且当有负载时VS端小于VD端时，利用控制芯片 ...

“而且当有负载时VS端小于VD端时，利用控制芯片来让整个MOS管完全通路，

hza555

kiki_sdj 发表于 2019-10-30 19:45
看懂了，就是在电调BEC输出插头前面接一个MOS管，利用MOS管的寄生二极管给舵机接收供电，但是用普通二级管 ...

你说的有道理的。

hza555

技术贴，顶起来，大家一起研究讨论。

曾有美梦

都是技术高人，理论的东西一点不懂，只是明白了作用，都是高手啊，佩服！

younickchen

DL飞天猫 发表于 2019-10-31 09:19
大概明白了，谢谢楼主分享。

玩直升机深刻地教会了我一个道理：做任何事都会有你考虑不周全的地方，所以 ...

是的，玩直机不仅仅飞，更是发现问题，解决问题的道理。
甚至还要学会讨论，辩论，争论的为人处世的方法

DL飞天猫

大概明白了，谢谢楼主分享。

玩直升机深刻地教会了我一个道理：做任何事都会有你考虑不周全的地方，所以要尽力把已知的问题尽可能的解决好。

即使把已知的问题都搞定了，还会有很多不曾考虑得到的问题出现，所以有什么理由不去尽力解决已知的问题呢？

玩飞机的乐趣并不单单在于飞行，其中包含的机械电子自动控制... ，研究起来都是很有意思的。

与有肝胆人共事，从无字句处读书。 很喜欢这句，网络上负能量无处不在，送与楼主互勉。

younickchen

tty3012 发表于 2019-10-31 07:21
你说的他们不是不懂，是不肯承认罢了

装睡的人是叫不醒的

tty3012

你说的他们不是不懂，是不肯承认罢了

jinxingyue

技术要顶顶，大概明白了

younickchen

kiki_sdj 发表于 2019-10-30 20:36
了解了，你不光利用MOS管的寄生电路来让BEC始终有电流输出，而且当有负载时VS端小于VD端时，利用控制芯片 ...

昨天实验过了，也成功了，压降非常小，回传显示不出有降压。关断打开mos是实时的，4412芯片的sense在内部和gate是相对导通的，sense什么时候取样到高电平，gate什么时候就输出高电平给mos栅极g，就立刻关断。

younickchen

kiki_sdj 发表于 2019-10-30 20:36
了解了，你不光利用MOS管的寄生电路来让BEC始终有电流输出，而且当有负载时VS端小于VD端时，利用控制芯片 ...

完全正确

kiki_sdj

younickchen 发表于 2019-10-30 20:03
兄好，基本上是看懂了。
BEC输出接d，s接接收机或者陀螺仪，应该是这样。
然后后备电源也是接陀螺仪或者 ...

了解了，你不光利用MOS管的寄生电路来让BEC始终有电流输出，而且当有负载时VS端小于VD端时，利用控制芯片来让整个MOS管完全通路，让BEC可以满功率输出给负载。而当BEC故障无输出或者VS大于VD时关闭通路，利用寄生二极管阻断后备电源电流倒灌。这个充分利用了MOS管的正向导通的带宽。但是我又有一个疑问，这个电路的通断，开关时间是多久？

younickchen

kiki_sdj 发表于 2019-10-30 19:45
看懂了，就是在电调BEC输出插头前面接一个MOS管，利用MOS管的寄生二极管给舵机接收供电，但是用普通二级管 ...

兄好，基本上是看懂了。
BEC输出接d，s接接收机或者陀螺仪，应该是这样。
然后后备电源也是接陀螺仪或者接收机的，后备电源的电流会流到mos的s，当vgs相等情况下，s是不导通的，流不过去的。
那么为什么要用这个芯片，就是自动控制这个mos的vg是变化的。当vd大于vs，芯片自动控制输出低电平给vg，这时候vg小于vs，mos导通状态，这时候的导通反向耐流承受能力相当大的，是mos本身vgs导通能力加上寄生二极管的导通能力之和，所以用来当BEC输出接到接收机或者陀螺仪是完全没问题，降压非常低，内阻非常小的。反之，当vs大于vd，电流要从s倒灌进来了，芯片自动控制输出高电平给vg，vgs相等了，正向导通被关断了，就防止倒灌了。芯片就是会受到in和out的电压不同，来自动输出高低不同的电平给mos的栅极g，来控制mos是否导通的。

kiki_sdj

看懂了，就是在电调BEC输出插头前面接一个MOS管，利用MOS管的寄生二极管给舵机接收供电，但是用普通二级管压降会很多，用这个MOS管自带的压降很小，同时MOS管的D极接BEC端，S极接后备电源输出端，只要控制MOS管的VG电压等于VS，MOS管的S极和D极就不能正向导通，从而实现后备BEC电流没法倒灌进电调BEC。大体思路很好。但是楼主提到还要控制VG电压靠一个芯片这个有点不解。直接把VG和VS并联不就可以做到电压相等了吗？可以省略控制芯片了。也就是让这个MOS正向始终不能正向导通，我只要用他的寄生二级管。