TECHNIK

Externe Energie

Empfängerstrom-Versorgungen im Vergleich


Über Sinn oder Unsinn dieser elektronischen En-ergielieferanten für Empfänger und Servos wird diskutiert, seit sie auf dem Markt sind. Detleff Rosner hat drei gängige Exemplare ausgewählt und sie auf Herz und Nieren getestet.

Braucht man sie überhaupt? Die Antwort auf diese prinzipielle Frage ist ein klares: "Jein!" Zwei Fallbeispiele dazu: Wird ein neuer Segler angeschafft und mit Hochvoltservos ausgerüstet, stellt sich diese Frage erst gar nicht. Ein 2s-LiPo-Akku ist dafür ein geeigneter Energie- spender. Der andere Fall ist weitaus häufiger: Vor allem etwas ältere Servos vertragen maximal sechs Volt. Früher hatten die Akkus vier oder höchstens fünf Becherzellen mit jeweils 1,2 Volt Nennspannung. Diese verrichteten jahrelang klaglos ihren Dienst. Doch jetzt ist Schluss, sie müssen ersetzt werden. NiCd ist Vergangenheit, NiMH noch möglich. Stand der Technik ist aber ein 2s-LiPo. Seine Nennspannung beträgt 7,4 Volt, frisch geladen sind es zu Beginn des Entladevorgangs 8,4 Volt. Das sind bis zu 2,4 Volt mehr, als unsere Servos - und so manche ältere Empfänger - vertragen. Wohin also mit der Überspannung?

Jetzt kommt die externe Empfängerstom-Versorgung (kurz: SBEC-System) ins Spiel. Grundbaustein dieser Systeme ist ein sogenannter Step-Down-Wandler. Er stellt am Ausgang eine passende, meist einstellbare Versorgungsspannung von fünf bis sechs Volt bereit. Das entspricht einem herkömmlichen fünfzelligen NiCd- oder NiMh-Akku. Die Eingangsspannung ist in weiten Grenzen wählbar. Hochwertige Exemplare können sogar an 12s-LiPo-Packs betrieben werden. Der Wirkungsgrad ist hoch, teilweise über 90 Prozent, die Verlustleistung gering.

Soweit zur Spannung. Wie ist es mit dem Strom? Jetzt wird es schon ein wenig komplex-er. Wie viel Strom benötigt ein Servo überhaupt? Für welche Belastung muss so ein System ausgelegt werden? Diese Frage stellten mir Vereinskollegen, als ich das Projekt "Externe BEC" vor- stellte. Messungen an verschiedenen Servotypen - egal welche Größe, ob analog oder digital - brachten ein interessantes Ergebnis: Bei 50 Prozent des maximalen Drehmoments ist der Strombedarf circa 50 Prozent des Blockierstroms. Nimmt man beim Einsatz im Flugmodell als Auslegebasis für den Strombedarf eine stetige Dauerbelastung aller Servos mit 50 Prozent ihres maximalen Drehmoments circa 50 Prozent des Blockierstroms an, ist man auf der sicheren Seite. Ein Beispiel: Unser Modell ist mit sechs Servos ausgerüstet, der Blockierstrom eines Servos beträgt ein Ampere - ein gängiger Wert für die meisten Standardservos. Sechs Servos zu jeweils einem Ampere, davon 50 Prozent, ergibt drei Ampere. Ein SBEC-System mit drei Ampere Dauerstrom ist für diese Anwendung also ausreichend, insbesondere wenn der Kurzzeitstrom das Doppelte davon beträgt.

Hört sich ja alles gut an. Doch warum hat man Abwärtswandler nicht schon früher eingesetzt, zumal sie sich in der Computertechnik seit Jahrzehnten bewähren? Nun, bedingt durch das Funktionsprinzip ist der Ausgangsspannung immer ein HF-Anteil überlagert, "Restwelligkeit" genannt. Es ist nicht die Schaltfrequenz von einigen Hundert Kilohertz die Probleme bereitet, sondern die dabei entstehenden Oberwellen. Dieser Anteil ist energiemäßig betrachtet sehr gering, kann aber in Frequenzbereichen liegen, die unsere damals eingesetzten 27-, 35- oder 40-MHz-Empfänger stören. Die Herausforderung für die Entwickler liegt also weniger in der DC/ DC-Konvertierung, sondern hauptsächlich im "Entfernen" der Störfrequenzen!

Um nun mal zu schauen, was der Markt so bietet, habe ich mir drei Kandidaten zur Prüfung ausgewählt: "Master BEC Boy 3A" im Vertrieb von Modellbau Pichler, "Antares 6A UBEC" im Vertrieb von D-Power und "Jeti Model SBEC 6-42V" im Vertrieb von Hacker Motor. Ihre technischen Daten (Herstellerangaben) sind in der Tabelle 1 dargestellt. Alle drei Testkandidaten sind solide verarbeitet und die Kabelquerschnitte entsprechen dem zulässigen Dauerstrom. Die Einstellung der Ausgangsspannung erfolgt ganz einfach über einen leicht zugänglichen Jumper. Wie das vor sich geht, steht in der jeweils beigelegten Betriebsanleitung. Der "Jeti SBEC 6-42V" hat zusätzlich noch einen Sicherheitsschalter, dessen Funktion in der Anleitung ausführlich beschrieben ist. Geprüft wurden Restwelligkeit, Spannung unter konstanter Last sowie bei Stromimpulsen.

Zum Messen der Restwelligkeit kam ein altgedientes "Hameg HM-605"-Oszilloskop zum Einsatz. Gemessen wurde im AC-Betrieb, unter kon- stantem Laststrom von einem Ampere am BEC-Ausgang. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt. Die Oberwellen treten zwischen zwei Schaltvorgängen auf. Beispielhaft dargestellt am "Master BEC Boy". Man erkennt gut den Ein- beziehungsweise Ausschaltvorgang und den dadurch ausgelösten HF-Anteil als gedämpfte Schwingung. Die Amplitude ist bei den hohen Frequenzen sehr klein (z.T. <1µV), das Frequenzspektrum jedoch bedenklich. Beeinflussen diese Oberwellen nun einen Empfänger in seiner Funktion oder nicht? In der Anleitung des "Master BEC Boy" wird dieses explizit verneint. Versuch macht klug: Ich habe Reichweitentests mit verschiedenen Empfängern durch- geführt. Das Ergebnis zeigt, die 2,4-GHz-Empfänger sind dagegen völlig immun. Nicht so die Kandidaten im 35-und 40-MHz-Band. Auf der Werk- bank zeigte sich kein Einfluss. Mit steigender Entfernung vom Sender habe ich ab circa zehn Metern ein leichtes Servozittern beobachtet, das beim Einsatz eines Linear-BEC, beziehungsweise Akkus ausblieb. Die Servofunktion selbst ist nicht beeinträchtigt. Aus diesem Grund ist beim Einsatz dieser SBEC-Systeme an 35- und 40-MHz-Anlagen ein gründliches Überprüfen des Ruderverhaltens unbedingt erforderlich! Auch die Hersteller sind diesbezüglich vorsichtig und empfehlen stets einen sorgfältig durchgeführten Reichweitentest. Im Zweifelsfall lieber auf die klassische (Akku-) Lösung zurückgreifen.

Positiv ist die Spannungen unter Last (vgl. Abbildungen 2, 3 und 4): Alle drei Kandidaten erfüllen das Versprechen der Hersteller. Die BEC- Spannung fällt auch im oberen Strombereich nicht unter kritische Werte. Vorausgesetzt, die Eingangsspannung ist mindestens 1,5 Volt, besser zwei Volt höher als die eingestellte BEC-Spannung. Bei 5- oder 5,5-V-Betrieb kommen alle gut mit einem 2s-LiPo aus; bei sechs Volt sollten es 3s-LiPo sein.

Das Impulsverhalten ist das entscheidende Merkmal einer guten Energieversorgung! Unsere Servos werden niemals gleichmäßig belastet, sondern ziehen je nach Erfordernissen mal mehr oder weniger Strom. Deshalb habe ich das Impulsverhalten ausgiebig getestet:

Beim "Master BEC Boy" wurde die BEC-Spannung bei Stromimpulsen bis zu dem vom Hersteller angegebenen Maximalwert für die einstellbaren Spannungen von fünf bis sechs Volt geprüft. Die Eingangsspannung betrug 7,4 (2s-LiPo) bzw. 11,1 Volt (3s-LiPo). Ergebnis: selbst bei einem Stromimpuls von sechs Ampere, dem Doppelten des Dauerstroms, fiel die BEC-Spannung nicht unter 4,2 Volt (bei fünf Volt Einstellung). Der "kritische" Wert von 3,8 Volt für die meisten Empfänger ist noch ein Stück weit weg (vgl. Abbildung 5). Werden dagegen sechs Volt eingestellt, sind es bei gleichem Stromimpuls fünf Volt (vgl. Abbildung 6).

Beim "D-Power Antares UBEC 6A" verursachen in der 5-V-Einstellung Stromimpulse >8,5 Ampere einen Spannungsabfall auf 3,8 Volt (vgl. Abbildung 7). Deshalb empfehle ich, 5,5 Volt einzustellen. Der gleiche Strompuls lässt die Spannung dann auf vier Volt absinken, das ist besser (vgl. Abbildung 8). Bei sechs Volt ist das alles aber erwartungsgemäß kein Thema mehr (vgl. Abbildung 9).

Der "Jeti SBEC 6-42V" hat das beste Impulsverhalten in allen Spannungsbereichen. Selbst ein 10-A-Puls lässt die BEC-Spannung nur um 0,4 Volt sinken (vgl. Abbildung 10, 11 und 12).

Oft wird von den Herstellern der Einsatz eines Stützkondensators parallel zur BEC-Quelle empfohlen. Das habe ich am "Master BEC Boy" und am "D-Power Antares UBEC 6A" mit einem 2.200-µF-Elko (Low ESR) ausprobiert. Bringt es was? Betrachtet man dazu die Abbildungen 13 und 14 und zieht seine Schlüsse daraus, so erkennt man schnell, dass das Ergebnis den Aufwand nicht rechtfertigt - in dieser Anwendung zumindest.

Kurz zusammengefasst: Alle drei Testexemplare erreichen ihre vom Hersteller in der Anleitung aufgezeigten Parameter. Kommen bei einem Modell maximal sechs Standardservos zum Einsatz, reicht der "Master BEC Boy" mit seinen drei Ampere Dauerstrom völlig aus. Das entspricht einem klassischen Anwendungsfall eines Seglers mit zwei Querrudern, zwei Klappen sowie Höhen- und Seitenruder. Bei großer Spannweite empfiehlt es sich, aufgrund der Kabellängen sechs Volt einzustellen und eine 3s-LiPo-Spannungsversorgung einzuplanen. Kommen kräftigere oder mehr Servos zum Einsatz, eignet sich der "D-Power Antares UBEC 6A". Die besten Werte bringt der "Jeti SBEC 6-42V". Er ist mit einem Kaufpreis zwar der teuerste, aber im Gegenzug der leistungsfähigste und hat das breiteste Einsatzspektrum.

Detleff Rosner


Die Oberwellen treten zwischen zwei Schaltvorgängen auf. Man erkennt gut den Ein- beziehungsweise Ausschaltvorgang und den dadurch ausgelösten HF-Anteil als gedämpfte Schwingung. X-Achse (Zeitbasis): 1 µS/cm; Y-Achse (Amplitude): 10 mV/cm









































Die technischen Daten der Testexemplare im Überblick


Die Ergebnisse der Restwelligkeit aller drei Exemplare im Vergleich



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