Der Fehler mit dem TPS73233 ist gefunden!

Die Platinen von elecrow in 4-lagig mit 1 mm Dicke sahen schon als ich sie bekam nicht so gut aus! Die 2- und 4-lagigien die ich bisher dort in Grün und 1,6 mm bestellt habe, waren immer einwandfrei. Diese Platinen scheinen aber ein Problem mit dem NR-Pin (Pin 4) des U202 zu haben.

Im Datenblatt des TPS73233 findet man dieses Bild:

Der NR-Pin geht hier nach der Bandgap-Referenz mit einem 27k Widerstand ab. Zur Filterung der Referenz kann man an diesen Pin dann einen 10nF Kondensator hängen.

Zum Problem: In den TPS gingen 5V rein und nur 2V kamen raus. Warum? Das geht nur wenn die Referenz für den Error Amp nicht der Spannung entspricht die der LDO erwartet. Und das kann nur sein wenn der NR-Pin einen relevanten Widerstand nach GND hat. Ok also C208 runter vom Board.

Leider auf Kies gefurzt, immer noch 2V :(. Nach etwas grübeln habe ich gedacht, das kann nur der NR-Pin sein. Also Pin abgekniffen und noch mal Spannung und siehe da 3,3V am Ausgang!

Ok also unbestückte Platine genommen und den Widerstand zwischen GND (Pin 2) und NR (Pin 4) gemessen = 0R, Klasse!

Es kommt noch Dicker. Ich hab den DRC in KiCAD nicht richtig bedient. Ok es war mein erstes Design mit KiCAD und ich bin dennoch überzeugt das KiCAD besser ist als der Eagle, ich muss nur lernen es zu bedienen...

Zurück ans virtuelle Reisbrett.

Erste Bilder des TD Combat

Erste Eindrücke des Designs, jedoch ist gerade die Logik-Platine bestückt, wegen der Problematik mit der Spannungsversorgung.

Jede Platine ist 31x50mm, hier sind beide Unterseiten der 4-lagigen Platinen zusehen

Beide Oberseiten der Platinen, die Aussparungen der Leistungsplatine sind zum einlöten von 3,5 - 4 mm Goldkontakten.

Final werden die Platinen aufeinander gesteckt und in Schrumpfschlauch verpackt.

Leider sind die Platinen nur 1 mm dick. 

Die obigen Fotos zeigen mal einen Überblick über das Design des TD Combat. Die Stecker sind hier nur für Debug-Zwecke drauf. In einer finalen Version werden an den Pads die Kabel direkt angelötet.
Es sind Anschlüsse für externe Taster, HOTT-Telemetrie und ein USART zum Debuggen vorgesehen. Außerdem findet sich auf dem Board ein Cortex-M 0,1 Inch SWD/JTAG Stecker für meinen J-Link. Zu guter Letzt ist der Standard-Anschluss für einen Empfänger mit PPM vorgesehen.

Auf den Boards ist eine 3-phasige Spannungsmessung und eine Zwischenkreis-Spannungsmessung aufgebaut, sowie eine 3-phasige Strommessung mit jeweils 2 parallel geschalteten ACS711-EK mit +-31A Messbereich. Damit ergibt sich ein Strommessbereich von +-62A pro Phase, was grob einem Batteriestrom von +-40A entspricht.

Und wie fast immer hat diese erste Platinenversion mehrere kleine Fehler. Man achte zum Beispiel auf den THT Quarz auf dem Logik-Board. Hier war das KiCAD Footprint für den SMD-Quarz falsch bzw. meine Pin-Nummerierung im Symbol ist spiegelverkehrt. Außerdem habe ich im Schaltplan 2x 10µF Kondensatoren für den Ausgang des Schaltreglers vergessen. Also ACHTUNG an alle die gern den Webbench Designer von TI verwenden um einen Schaltregler auszulegen. Der malt einen Schaltplan mit einem Kondensator und schreibt 3x10µF dran. Das übersieht man leicht :(. Aber es war zu retten. Der gelbe Tatal-Elko auf dem Logik-Board hat 100µF und sollte fürs erste reichen.

Ach ja noch was besonderes, was ich mit diesem Design ausprobieren wollte ist die Versorgung der MosFet-Treiber IR2186 mit 10V. Diese werden von einer Ladungspumpe LM2767 aus den 5V erzeugt.

Die Crux des TD Combat, das Netzteil. Ich wollte unbedingt ein 3A BEC mit 5V für die Versorgung von Empfänger und Servos um Modellflugzeug mit integrieren. Und genau das macht jetzt Probleme. Interessanter Weise ist aber nicht der Schaltregler das Problem, sondern der TPS73233 für die 3V3 Versorgung des STM32. Dieser liefert egal ob mit der ohne Last nur ca. 2V.

Der 2. TPS für die Analogversorgung liefert anstandslos seine 3,3V. Mein Verdacht ist aktuell das irgendwas mit der Beschaltung des NR-Pins nicht in Ordnung ist. 

Für die jenigen die sich den Schaltplan genauer ansehen, die 10µF von C205 sind zu wenig, ich musste hier einen 100µF Tatal nach bestücken. Ich hab leider in dem Design Tool auf der TI-Seite das 3x 10µF am Angangskondensator über sehen und nur einen vorgesehen. Ein Redesign des Boards ist also schon mal gebucht. Mal sehen was ich noch so finde. Aber erstmal muss der U202 laufen. Zur Not wird er durch einen TPS73633 ersetzt.

Spannungsversorgung für Controller und Sensoren

ThunderDrive Combat

Auf der Suche nach Anforderungen für einen Umrichter der breit nutzbar ist im Flugmodellbau und dennoch leicht aufbaubar ist, bin ich bei einer Auslegung für Aircombat gelandet. Bei 6S werden hier nur lediglich 20A Batteriestrom benötigt. Solche Ströme sind ohne großen Aufwand einfach zu schalten und damit Stand der Entschluss fest. 24V und 20A mindestens.

Auf die Größe kommt es an.

Wie so oft, ist die Größe des Umrichters ein wichtiges Kriterium. Passt das Dingen überhaupt in einen Rumpf. Bei einem Design, wie dem von Benjamin Vedder mit seinem VESC wird die Breite der Platine zu einem Problem. Aber der VESC ist auch auf 60V 60A ausgelegt, also kleinere MosFETs. 

Der IRF3006 in D2PAK ist einfach zu groß mit 16x10mm Grundfläche.

Der TPHR8504PL im SOP Advance Gehäuse (quasi SO-8 ohne Beine) ist in quasi allen interessanten Punkten besser als der IRF3006 und nur 5x6mm groß. Gerade aber die niedrige Gate Charge war für mich das entscheidende Kriterium. Weil ich 2 von diesen Fets parallel betreiben möchte. Also 12 Fets in Summe und nicht 6, wie beim VESC.

Der erste Entwurf steht bereits

Die Bilder folgen dann in einem nächsten Post.

Der Anfang des Pfades.

Das ganze Projekt ist eigentliche aus dem Quadrokopter-Hype entstanden. Wie fast jeder etwas ambitionierte E-Technik-Student wollte ich einen Kopter selber bauen. Irgendwie bin ich in meinem Anspruch die gesamte Elektronik selber zu entwickeln nie über die Controller für die BLDC-Motoren hinaus gekommen.

Masterthesis

Das Ende vom Lied war, dass ich meine Masterthesis über die feldorientierte Regelung von BLDC-Maschinen geschrieben habe. Dabei raus gekommen ist ein Umrichter ausgelegt auf 60V bei 100A Spitzenstrom in einem Aufbau der zum Testen eine schöne Größe hat aber für eine reale Verwendung im Modellbau ungeeignet ist.

 In dem Video ist mein Testaufbau und der aufgeräumte!!! Schreibtisch zusehen. Auf meinem Youtube-Kanal sind auch noch ein paar mehr Videos zusehen.