200A Hall Sensor und ext. BEC für APM / PIXHAWK

gervais

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#1
Neuer Ansatz für ein 200A Powermodul, sehr gut versteckt auf RCGroups



Christian, ein Deutscher, der in Shanghai lebt, hat ein 200A Powermodul Set vorgestellt.

http://www.rcgroups.com/forums/showthread.php?t=2523846

Ein Atto Board mit Hallsensor welches mit (auch für die Versorgung des Attoboards) erforderlichen 5,35V BEC kommt.

Die Serienproduktion hat begonnen:



Es muß nur eins der Akkustecker Kabel getrennt werden. GND braucht man nicht anzufassen.


Sensor Board:
- Current sensor is a “true hall sensor” up to 200A (ACS758-200U).
- Ultra-low noise power supply (LP2985-4.0) for current sensor and offset shifting circuit.
- Microchip MCP601 operational amplifier for offset shifting.
- LiPo voltage measurement with 1% resistor divider in factor 9:1.
- Supply voltage to Pixhawk / APM = 5.35V/3A
- Bright blue LED as power on indicator.
- 2x10cm / AWG12 cable soldered to current sensor as standard size (Up to AWG8 possible).
- 6 pol cable connection to Pixhawk / APM (both sides DF-13 connector)
- 1x 10cm and 1x 20cm / 6 pole cable in the box to select a different cable length if necessary.
- 18mm x 29mm x 11mm / 7g without cables and shrinking tube.


Der BEC entspricht den 3DR Specs bzw. übertrifft diese und kommt in einer Low Ripple Ausführung (0,1%)

- Input 2-6S LiPo / max. 28V
- Output 5.35V / 3A -> +/- 0.05V –> Ripple 5.5mV (0.1%) at 1.5A output current.
- Input wrong polarity protection, as well as Panasonic FM 220uF/35V input capacitor to prevent burn out of BEC from voltage spikes.
- 4 pole cable to sensor board with DF-13 connector.
- 47mm x 18mm x 11mm / 8g with cables and shrinking tube.
Blockschaltbild:



200A Attoboard am PIXHAWK. Hier mit zusätzlichem BEC zur redundanten Versorgung. Natürlich ist das Set auch für APM, AUAV-X2, DroTek und CUAV Pixhack geeignet.

Preis: 33$ inklusive Low Ripple BEC, 2 DF13-6 Kabel Derzeit inklusive Shipping.

Nachtrag 1: FAQ

FAQ:

Why change so fast from V1 to V2 within only a few days ?
- In the beginning the main target was to have a flexible board with just soldering pad’s to connect the cables, but it makes the board a bit bigger in size. Furthermore, some people just don’t have the skills to solder a wire (REM: why somebody in god’s name own an MR if he can’t solder a wire?). So it was decided to install DF-13 connectors with two different cable length, to adjust the distance to the FC (10cm or 20cm). Any other length possible on request and without increasing costs, but might be with a delayed shipping date.

Why Hall sensor:
- The measurement over a normal shunt resistor is not accurate at lower current (<3.0A). For a Hall sensor the measurement starts at 0.5A with an accuracy of +/-0.5A over the whole range up to 200A !
- A shunt resistor create heat due to the voltage drop, the hall sensor has only an internal resistance of 100uOhm, so there is no power loss.
- Due to the heat created by a shunt resistor and the power cable, the measurement of the current is not linear and depends on the temperature. This is not happened to a hall sensor, a temperature change (created by the main LiPo cable) will not influence the measurement.
- The current flows only through the hall sensor and NOT through the PCB. Most other current measurement boards has the main cable soldered to the PCB and then it goes to the shunt resistor -> these boards can’t handle over 60A constant current ?

Why only a few supplier use a true hall sensor for current measurement in an MR ?
- Hall sensors are very expensive, compared to a normal shunt resistor and not everybody out there wants to spend the money to top up for a good measurement system. So the sales quantity and profit will not be within the target.

Why output voltage to Pixhawk /APM is 5.35V and not 5.0V ?
- Pixhawk has internally a 3-way power selector over an ideal diode chip. The 3-ways are USB, power connector (6pin) and the Output PWM rail on the back of the FC. So it is possible to power up the FC with either one of this power sources, but how do we know which power source right know is powering up our FC if there is USB, a PM module as well as an backup BEC connected to the output (ESC/Servo) rail ?
The answer is easy: Whichever voltage is higher by 0.25V to any other power source is selected as the internal power supply, as long as this voltage do not exceed 5.70V !
The result in practice on the field can be different, as there are many components connected to the FC like, GPS, Servos, opto ESC’s… etc., the power consumed by the system is not stable, which means the supplied voltage is not stable as well. The reason for this is the loss in voltage due to small power supply cables and maybe many connectors.
To prevent the internal ideal diode to switch too often between different power sources, we choose a bit unusual high voltage (5.35V) as a main power supply. Which means only if any other power supply (USB or PWM rail) is in the small range of 5.35V+0.25V=5.60V and the maximum voltage of 5.70V, then the diode would switch over to the other source.

Why the cable from UBEC to the sensor board is 4 pol ?
- To reduce the resistance in the power line and increase the safety, or should we ask, why does the DF-13 power input of the Pixhawk has +/+/I/U/-/- ?
There are also two wires, for positive and negative, used to reduce the risk of failure.

Why sensor board and UBEC are separated ?
- A switching power supply can be a very “noisy” part in the power supply chain and it is very difficult to shield the coils (1.5MHz) from the current measurement board. So it was decided to keep the two away from each other.

Why is there an additional capacitor installed at the input of the UBEC ?
- Many people complain that the UBEC seems to be bit big, but fact is that he is only 22mm x 17mm. What makes him BIG are the safety capacitors at the input and output !
We all had the issues before that any ESC burned out due to the “hammer effect” in the supply lines, but do we consider that the UBEC is sitting on the same voltage source ?
Does anybody ask himself so far why suddenly his BEC burned out ?
Why does some people add some capacitors onto the ESC’s to reduce the risk of failure, but in the same time they forget that there is also anywhere an BEC in the supply line which might need some protection too ?
How good is it if your ESC’s survive a voltage spike, but your BEC didn’t and the MR crashes ?
If you can answer some of the questions by yourself, then you will also figure out why this UBEC is a bit bigger than others.
Nachtrag 2: QC

I got quite some of these questions via PM's and I thought I better post the answers here.

To post here all the quality control during the production would be a very long story, so all I can say is, that it is carried out and recorded.

The final QC before the boards are shipped, is a setup with an FC (Pixhawk) and connected to MissionPlanner to check the calibration values for current and voltage measurement.
This final test result will be passed to the customer together with the order confirmation and shipment tracking number by e-mail.

REM: Which power module supplier out there actually use the PM to power up a real FC before shipment ?

So I hope everybody understands, that if I say "safety first"... then I mean it.



 
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gervais

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#3
Guter Punkt. Die AD der original 3DR lagen bei mir aber bislang so nah beeinander, dass ich mir diese sogar aufgeschrieben habe. Ich war allerdings schon davon beeindruckt, dass hier jemand überhaupt die Hardware prüft. Gab es in dieser Form noch nicht.

PS: Da ich aber schon immer ein HallSensor PM wollte, bin ich aber natürlich voreingenommen. :cool:
 
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flying_pit

Geht nicht..gibt´s nicht!
#4
moijen... :) , danke für den Tip Kai, auch ich hab das überlesen, find das Teil jedoch so interessant für eines meiner nächsten Projekte, dass ich gleich mal zugeschlagen habe. Wenn da ein Deutscher (Techniker) seine Finger mit drin hat, kann das ja nur gut sein...lol

cu Pit
 
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Rolf_

Erfahrener Benutzer
#6
Danke für die Info. Habe mir ein individuelles Messprotokoll mit zugehöriger Hardeware geordert. Im Viererpack gibt es die für zusammen 115$, falls jemand seine Flotte aufrüsten möchte. Gruß Rolf
 

Rolf_

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#7
Messprotokoll ist schon da. Weil ich die Frage nach der Streuung der Pixhawk-AD-Wandler aufgeworfen hatte, werde ich natürlich nach Eingang der Hardeware Vergleichsmessungen mit einem 3DR-Pix, einem Pixraptor, 2 weiteren China-Pixhawks und dem Multimeter, mit dem ich kalibriert habe, machen ;)
 

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gervais

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#9
Das ging fix. Erstes Batch ist ausverkauft, zweites verzögert sich (kurioserweise) aufgrund gefälschter Hallsensoren:

Furthermore, the delivered current sensors for the 2nd batch turned out to be cheap Chinese copies (i want to be honest, so i say the truth). A second delivery 2 days later was just the same. So i was forced to close the web store and order the sensors directly from the supplier (Allegro), the expected arrival time is the 20.11.2015.
Versand des zweiten Batch erfolgt vor. am 27.11. Bis dahin gilt auch der Einführungs Rabatt. (33$ statt 38$ inkl. shipping).
 

gervais

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#10
Update: Christian hat nachgelegt, und bietet (derzeit) für 31$ auch eine 100A Version an.

http://www.mauch-electronic.com/apps/webstore/products/show/6440458

So the result is now, that we should use the right sensor for the right MR, which means if your hovering current is 20-50A, then choose the 100A sensor. If the current is 50-xxA, better go for the 200A sensor. Furthermore, keep the DF13-6P cable between the current sensor and the FC as short as possible and try not to run it in parallel with the main battery cable. This is actually the main reason why I send out the sensor boards with 2 cables, one in 10cm and one 20cm.
 
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flying_pit

Geht nicht..gibt´s nicht!
#14
meiner hat sich heute auch hierher verirrt... :D , wenn er so funktioniert wie er aussieht.... dann passt das schon recht gut. :cool:
 

Rolf_

Erfahrener Benutzer
#15
Bin zwar noch unterwegs, gehe aber davon aus, dass meiner Heute auch angekommen ist.

Hatte ja versprochen, die Messabweichungen zwischen den AD-Wandlern der mir zur Verfügung stehenden (aktuell nur noch drei) Pixhawks (Nr. 1 = 3DR, Nr.2 = gewöhnlicher China-Pix nicht verbriefter Provinienz, Nr.3 = China-Pixraptor) zu bestimmen.

Dazu brauche ich Eure Hilfe, insbesondere um gewiß zu sein, keinen kapitalen Fehler zu machen und gleichzeitig den Aufwand minimal zu halten (möchte nicht unnötig Elektrik Abflücken müssen):

Ausgangssituation:

Alle drei Flightcontroller sind in flugfähigem Zustand verbaut und mit "konventionellem" Powermodul und konventionell angeschlossener 433 MHZ Telemetrie versorgt. An der Servorail hängen die ESCs und bei zweien reduntante Einspeisung aus einem BEC.

Jetzt die Robert Lemke Frage:

Gehe ich richtig in der Annahme, daß ich sorglos folgendermaßen unter Minimierung des Aufwandes zu validen Messergebnissen kommen werde, wenn ich folgendermaßen vorgehe:

A) Der Kopter mit dem auszumessenden Pix ist stromlos, d.h. der Lipo NICHT angeschlossen.
B) Den DF-13-6 Stecker des im Kopter verbauten Powermoduls aus dem Pix lösen.
C) Den DF-13-6 Stecker von Christians Powermodul stattdessen einstecken.
D) An den Eingang von Christians Powermodul einen 50% geladenen zB 3s Lipo anschliessen
(Der Pix sollte hochlaufen und die Telemetrie funktionieren).
E) Über 433 MHZ mit dem MP verbinden.
F) Christians gerätespezifischen Divider für die Spannung eingeben.
G) Gemessene Spannung auslesen und notieren.
H) Alten Divider-Wert wieder eingeben, Lipo abziehen, Messaufbau abziehen und am nächsten Kopter weiter machen.

Hoffe, dass ich mich verständlich ausgedrückt habe :)

Gruß Rolf
 
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Rolf_

Erfahrener Benutzer
#17
Danke für das Durchschauen. Bin mir bei meinen Netzteilen ohne Oszilloskop nicht sicher, wie steif oder zackig die Spannung da ist. Habe einen 5000mah 3s bei 50% Kapazität angedacht, weil dessen Entladung bzw. Spannungsverlust für die 3 Messungen wahrscheinlich geringer als die Restwelligkeit eines Billignetzgerätes ist. Will ja ohnehin das Voltmeter, mit dem die Spannungen bisher kalibriert wurden, mitlaufen lassen.
 

Rolf_

Erfahrener Benutzer
#19
Habe am 3s 5000 mAh Lipo (Anzeige im nicht geeichten Billig-Voltmeter: 11,58 Volt/11,57 Volt/11,54 Volt) die gemessenen Spannungen der drei Pixhawks verglichen. Bei Messung zwei und drei wurde die um 0,01 Volt bzw 0,04 Volt gegenüber Messung 1 inzwischen gefallene Spannung (Kopter 3 hat 2 GPS und die Telemetrieverbindung brauchte erst einen Neustart des Laptops) zu den Messwerten mit folgendem Ergebnis addiert:

Pix 1: 11,48 V Abw: 10 mV
Pix 2: 11,53 V Abw: 40 mV
Pix 3: 11,46 V Abw: 30 mV

Die Abweichungen vom gemeinsamen Mittelwert liegen mit 10,40 und 30 mV gefühlt so niedrig, dass sich das individuelle Ausmessen des Divisors durch den Hersteller für mich gefühlt jedenfalls rentiert, da die Streuung des Spannungs- und Stromsensors auf jeden Fall kompensiert ist. (Gefühlt, weil N=3 natürlich ernsthafter Statistik widerspricht. Besser aber als N=0)

Damit kein Spannungsabfall an Krokodilklemmen stört, musste ein rumliegender XT60 Stecker als vorübergehender Lötstützpunkt herhalten.
_mess.jpg
 
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