Entstörschaltung für externe BECs

Externe BECs erfreuen sich immer größerer Beliebtheit, da die Handhabung von kleinen E-Helis stark vereinfacht wird. Einfach Akku aufstecken und fliegen. Kein Empfängerakku mit zusätzlichem Gewicht und Wartung. Viele kleinere Motor-Regler haben bereits eingebaute BECs. Ab einer gewissen Größe (Stromstärke) sind solche internen BECs nicht mehr verfügbar und es muss auf größere externe Typen zurückgegriffen werden.

Jede Leitung, jeder Aufbau und viele unscheinbaren Kleinigkeiten beeinflussen das Störverhalten von E-Helis. Ein BEC kann in ungünstigen Fällen den Störnebel des Motors zum Empfänger durchleiten (Servozittern, Drehzahlschwankungen usw.). Wer einen PCM Empfänger benutzt, ist davon aber nur selten betroffen.

Dieser Artikel zeigt wie diese Störungen entstehen und wie man sie beseitigen kann.


Ursache von Störungen im E-Heli:

Im Wesentlichen gibt es drei Störquellen:

  1. scheuernde Metallteile, defekte Kugellager
  2. Heckriemen
  3. Der Antrieb

Punkt 1 kann man durch sorgfältigen Aufbau praktisch immer vermeiden. Alle Metallteile die nicht leitend verbunden sind sollten durch dicke Massekabel verbunden werden. Das gilt übrigens auch für Verbrenner-Helis.

Punkt 2 ist ein Thema für sich und oft nicht ganz einfach in den Griff zu bekommen. Vielleicht bespreche ich das mal in einem anderen Artikel.

Der wesentliche Störfaktor im E-Heli ist jedoch ganz klar: der Antrieb.
Hier werden extrem hohe Ströme mit hoher Geschwindigkeit ein- und ausgeschalten. Herkömmliche Bürstenmotore stören durch ihre Funkenüberschläge am Kollektor. Moderne bürstenlose Motore stören aber leider ebenfalls recht kräftig. Verantwortlich dafür ist die Elektronik im Regler zusammen mit der Wicklung im Motor (ähnlich einer elektronischen Zündung im Auto). Durch schnelle Ein- und Ausschaltvorgänge entsteht ein beachtliches Hochfrequenzfeld, welches von allen Antriebsteilen abgestrahlt wird. Im folgenden werden daher speziell diese Störungen besprochen.


Die Störquellen des Antriebs:

Betrachten wir den kompletten Antriebsstrang:

Akku ----- Kabel zum Regler ------ Regler  ----- Kabel zum Motor ------- Motor

wir haben also 5 mögliche Quellen für die Störabstrahlung. Alle diese Komponenten sollten daher so weit wie möglich von Empfänger, Servos und allen Servokabeln entfernt sein. Auf Akku, Regler und Motor hat man kaum Einfluss, man kann lediglich einen günstigen Montageort des Reglers wählen.  Aber vor allem die beiden Kabelverbindungen Akku-Regler und Regler-Motor sollten so kurz wie möglich sein, denn sie sind regelrechte Antennen !

Leider gibt es noch eine unvermeidliche Verbindung zwischen dem Antriebsstrang und dem Empfänger. Das ist die Steuerleitung des Reglers mit welcher die Drehzahl eingestellt wird. Kräftige Motorregler ohne internes BEC haben daher Optokoppler um diese Leitung soweit wie möglich vom Antriebsstrang fernzuhalten. Es gibt dann keine direkte Verbindung mehr sondern die Steuersignale werden über eine kurze Lichtstrecke übertragen.

Was passiert nun, wenn man ein externes BEC einsetzt ?

Man stellt über das externe BEC eine Verbindung zwischen dem Akku und dem Empfänger her. Eine ideale Möglichkeit für Störimpulse um vom Motor-Regler über das BEC zum Empfänger durchzukriechen. Obwohl lineare BECs selbst keine Störungen verursachen können, so bereiten sie für die Motorstörungen einen Weg um zum Empfänger zu gelangen.

In diesem Zusammenhang sei nochmals vor getakteten BECs gewarnt, welche sogar in Fachzeitschriften für 30-Zeller vorgestellt wurden. Getaktete BECs sind wahre Hochfrequenzsender und nur mit viel Erfahrung in HF Technik erfolgreich einzusetzen ! (Alle BECs von Flyheli sind normale lineare BECs, die keinerlei eigene Störungen erzeugen können).

Ist das im folgenden beschriebene Entstörfilter für jeden Heli mit BEC notwendig ?

Nein, viele E-Helis haben keine Störungen, welche über die Versorgungsleitungen des BECs fließen. Das hängt von mehreren Faktoren ab:

Wenn der Heli keine Störungen zeigt, gibt es keinen Grund ein Zusatzfilter einzubauen.


Arten von Störungen:

Da Störungen von Akku/Motor/Regler, über das BEC zum Empfänger gelangen, muss dieser Weg für die Störimpulse unterbrochen werden.

Dazu muss man wissen wie sich Störungen ausbreiten können. Sie machen es im Wesentlichen auf drei Arten:

  1. Leitungsgebunden: sie fließen wie die normalen Ströme über die Plus- und Minusleitung
  2. über den ganzen Kabelstrang: sie kümmern sich nicht um Plus und Minus sondern fließen über die Kabel als ob es ein einzelnes dickes Kabel wäre.
  3. Leitungsungebunden, durch Abstrahlung durch die Luft.

Diese drei Ausbreitungswege gilt es zu blockieren.

Für den Punkt 1 gibt es in der Praxis bereits erprobte Schaltungen. Diese werden meist in Netzfiltern von z.B. PCs eingesetzt damit keine Störungen ins Lichtnetz gelangen. Diese Schaltung gilt es nachzubauen.

Punkt 2 kennen die meisten schon: diese Art von Störungen lässt sich verhindern wenn man Servokabel durch einen Ringkern wickelt, wie es in größeren Modellen gern gemacht wird.

Punkt 3 muss durch geeigneten Aufbau gelöst werden, dazu weiter unten mehr.


Entstörschaltung:

Leider ist diese Thematik weitaus komplexer als hier mit ein paar Worten dargestellt werden kann. Hochfrequenz kann man nur mit sehr teuren Messgeräten bewerten. Außerdem spielen viele kleine Details eine Rolle welche das Gesamtergebnis stark beeinflussen, denn im E-Heli hat man leider keine definierte Masse (wie z.B. die Karosserie eines Autos). Es hat daher einige Zeit gedauert bis eine vernünftige Lösung gefunden werden konnte.

Hier ein Prinzipschaltbild:

Rechts sieht man einen Ringkern durch welchen das komplette Kabel gewickelt ist. Dieses blockiert die Störungen nach obigem Punkt 2.

In der Mitte befindet sich ein sogenanntes doppeltes PI-Filter. Es besteht aus zwei Ringkernen und zwei Kondensatoren. Dieses Filter blockiert die leitungsgebundenen Störungen.

Damit diese Filteranordnung gut funktioniert, müssen folgende Punkte genau auf unsere Fernsteuerfrequenzen von 35 MHz abgestimmt sein:

die Prototypen wurden an Netzwerkanalysatoren vermessen. Sie haben die Störungen um den Faktor 1000 unterdrückt, was in der Praxis mehr als ausreichend ist.

Um den einfachen Aufbau zu ermöglichen, stehen geeignete fertige Filter zur Verfügung. Siehe HIER.


Die Montage im Modell:

Obige Entstörschaltung unterdrückt Störungen welche sich über das Kabel und das BEC zwischen Akku und Empfänger ausbreiten.

Da Störungen aber sehr hochfrequent sind, breiten sie sich auch hervorragend durch die Luft aus und können geringe Entfernungen mit Leichtigkeit überspringen. Daher ist es sehr wichtig, dass die einzelnen Komponenten richtig am Modell montiert werden, sonst würde man alle Entstörversuche wieder zunichte machen.

Der Eingang des Filters (vom Akku) muss vom Ausgang (zum BEC) räumlich deutlich getrennt sein. Es hat keinen Sinn, wenn diese beiden Ein- und Ausgangsleitungen nahe oder gar parallel zueinander verlaufen, denn dann würden die Störungen das Filter einfach überspringen !