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attachment:BL-Ctrl.jpg

Selbstbauregler für Brushless-Motoren BL_CTRL_V1.0/V1.1 Schaltplan, Bestückung und Inbetriebnahme

Zusatz-Info für den BL-Ctrl V1.1 gibt es hier: [:BL-Ctrl V1 1:BL-Ctrl_V1_1]

Manual BL-Ctrl

BL-Ctrl

The BL-Ctrl board is a sensorless driver for brushless DC current motors (Die Platine BL_Ctrl ist ein sensorloser Treiber für bürstenlose Gleichstrom-Motoren.)

They are especially designed for use in QuadroKopters, where quick set-changes are necessary. However, they can also be used for other goals.

Features

• Size 20 * 43mm

• Bestückt with six 30A [http://de.wikipedia.org/wiki/Metal_Oxide_Semiconductor_Field_Effect_Transistor MosFets]

• Continu use ca. 5A (at bad cooling conditions) (with alternative MosFets better achiefmenst are possible)

• Controller: ATMEGA8 of Atmel
• Current sensing and limiting on the DC side
• Two LEDs (f.e. Okay and Error)
• Battery voltage sensing with low voltage detection
• Software completely written in C (notice Licence agreement!)( beachten)
• Several connectors to enter settings
• The 5V can provide power to a receiver (max. 50mA)

Usable connectors are:

• Asynchron serial connector (for control or debugging)
• I2C (to quickly receive set values)
• PPM-Signal (for a standard input from receiver)

attachment:BL-Ctrl_11_unbest.jpg

(Bild: BL-Ctrl V1.1)

Way of functioning

Die Ansteuerung erfolgt dreiphasig in Impulsgruppen mit überlagerter PWM. The PWM defines the height of the phase voltage (more precise: the arithmatic average of the voltage).

The phase voltage at the motor (also the PWM) is a substitute size for the speed, because a motor produces a reverse voltage by its movement. This voltage works contrary to the provided voltage. A speed is set, at which the difference between set voltage and reverse voltage creates a current according to the lowered torque. There are always 2 MOSFETs in use, to power the coils. The moment of commutation (change to the next phase), is determined by voltage sensing (better: comparision) at the phase which is not in use. To achieve this, the analogue comparator of the Atmega8 is used. The current is determined by voltage-drop over a defined trace.

This procedure is precise enough for blocking overcurrent.

Common assurancy notes

We do not garantee errorless functioning of the controllers. At the moment a voltage is provided to the controller, the motor which is connected to the controller, can start turning or get hot because of errors. Despite careful production and testing, we take no garantee or liability (direct or indirect) for errorless software, hardware or information. Using the controller is for your own responsibility (the same for corresponding pc-programs). Furthermore, we do not take liability for damage to items or persons, which rise by use of the controller. It is your own responsibility to perform a complete system test. The power providence should not be misconnected.

Wir garantieren nicht für fehlerfreies Verhalten des Reglers. Sobald der Regler mit Spannung versorgt ist, kann der am Regler angeschlossene Motor z.B. durch Fehler o.ä. jederzeit unerwartet anlaufen oder sich erhitzen. Trotz sorgfältiger Erstellung und Überprüfung übernehmen wir keinerlei Garantie oder Haftung (direkter oder indirekter Art) für die Fehlerfreiheit der Software, der Hardware oder von Informationen. Sie benutzen den Regler auf eigene Gefahr (dies gilt auch für dazugehörige PC-Programme). Weiterhin übernehmen wir keinerlei Haftung für Folgeschäden an Sachwerten oder Personen, die durch Anwendung des Reglers entstehen. Es liegt in ihrer Verantwortung, einen vollständigen Systemtest durchzuführen. Die Spannungsversorgung darf nicht verpolt werden.

Commissioning

Step 1: Connecting and checking the operating voltage

To be sure no unwanted short-circuits are introduced, check the 5V with ... to GND (there are pads with notes "5V" and "GND").

Also, the 12V supply should be checked for short-circuitry (direct at the connections for battery voltage).

At these measures, a resistance clearly above 0 ohm should be noticed. This means, the short-circuit-tester should not beep.

When there is a short-circuit noticed, commonly short-circuits on the 100nF-condensers are the cause. When using solder paste: less is more.

The operating voltage is connected to BAT+ and BAT-. It is highly advised to use a net-supply with current limiting, until you are sure everything is functioning. A socket net-supply with 9-12V DC output voltage will be useful. After connection of the operating voltage, the 5V supply should be tested. Measure the "+5V" connection with ... to ground. This voltage should be between 4,8V and 5,2V.

Step 2: uploading the program

This will be described precisely below.

Step 3: Testing the hardware

When the controller can be programmed succesfully, the motor wires can be soldered. First the I2C wires should be soldered after the complete program is uploaded, because these wires are a part of the programming connector. If more BL-controllers or the Flight-Ctrl are connected to the I2C bus, programming is not possible anymore. The test program „Test_Schub_BrushLess-Ctrl_V0_xx.hex“ has to be uploaded (you can find this in SVN at the HEX-files of hardware version 1.0). If it functions properly, the motor should start smoothly. The following video shows a test running:

• RCMovieVideo(http://www.rcmovie.de/flvideo/7838.flv)

After switching on the leds light shortly. If the motor doesn't start correctly, several reasons can be the cause:

1. The MOSFET-bridge (or its driving) does not function correctly.
2. The commutation moment is not determined correctly. In this case you should upload the file:

   • „Test_Manuell_BrushLess-Ctrl_V0_XX.hex“ .

This controls the motor without commutation moment determination. When the motor doesn't spin or not smoothly, usually fault nr 1 is the case. When the motor starts spinning correctly, usually fault nr 2 is the case. The spinning direction of the motor can be reversed when any two motorphases are swapped. This is also needed at commisioning of the MikroKopter, because all the controllers create the same AC current. This causes all four motors and so the propellors to rotate in the same direction. In combination with each 2 propellors for right and left runners, the following problem will rise: Two times upwards+ two times downwards = MikroKopter won't fly, at most it starts swinging.

In this case simply check the spinning direction at switching on / off (front / back: clockwise, left / right: counterclockwise) and swap two wires of the coherent motors.

Step 4: Connection of a set-value provider

Now the program „BrushLess-Ctrl_16kHz_V0_XX.hex“ can be uploaded for example. This program uses the PPM connection of the receiver for set value. When using other connections (f.e. serial or I2C bus), it should be tuned to the appropriate set-value provider. There is no standard.

Uploading software into the controller

Several possibilities are to choose to flash the software into the controller. By Sercon and MikroKopter is the easiest way. When this won't work out, alternatively PonyProg can be used for example.

The bootloader should be programmed only once into the AVR. The fusebits will be set automatically by MikroKopterTool.

Next the firmware updates can easily be inserted serial.

IMPORTANT: To flash the bootloader, a real serial connection is needed.

• A bootloader is already installed on the SMD-vorbestuckte boards.

In the case you don't want to use a bootloader, the firmware can be flashed by ISP also. (This is not advisable, though)

Here you can find the bootloader and the BL-ctrl software:

http://mikrocontroller.cco-ev.de/mikrosvn/BL-Ctrl/

Bootloader flashen

• Die BL-Ctrl muss über das 10-polige kombinierte ISP-/seriell-Kabel (ISP1) an den SerCon angeschlossen sein.

• Die BL-Ctrl muss mit Spannung versorgt werden.
• Es dürfen keine Daten über den I2C-Bus kommen, d.h. entweder ablöten oder während des Programmierens Flight-Ctrl ausschalten/resetten.

• 'Controller flashen & Terminal' auswählen

attachment:MikroKopterTool/bootloader_BL.gif

• Jumper des SerCon setzen

• Dann auf 'FLASH' klicken und das Bootloader-Hexfile auswählen.
  • … jetzt wird der Bootloader programmiert – das dauert etwas …
• nach erfolreichem Programmieren meldet sich der Bootloader mit einer Kennung:
  • Vx.y:MKBL

  • Vx.y = Version

  • MKBL für MikroKopter-BootLoader

attachment:MikroKopterTool/bootloader_BL_ready.gif

Alternativ: Programmieren des Bootlaoders über AVR-Studio. Die Fuses müssen so eingestellt werden:

attachment:BL-CTRL_Fuses_Studio.png

Firmware einspielen

• Die BL-Ctrl muss wieder über das 10-polige kombinierte ISP-/seriell-Kabel (ISP1) an den SerCon angeschlossen sein.

• Jumper des SerCon entfernen.

• Die BL-Ctrl muss mit Spannung versorgt werden.
• Die I2C-Bus-Verbindung sollte getrennt werden, wenn das Update über ISP eingespielt wird.
• auf 'Update' klicken und aktuelles Hex-File der BL-Ctrl auswählen.

attachment:MikroKopterTool/bootloader_BL_update.gif

• jetzt wird programmiert - evtl. muss manuell resettet werden (BL-Ctrl einfach aus- und einschalten).
• wenn alles geklappt hat, meldet sich der BL-Regler mit seiner aktuellen Version.
• für BL-Ctrl V1.0: Jeder Motor-Regler benötigt eine eigene Adresse (unterschiedliche Hex-Files).

• für BL-Ctrl V1.1: Jeder Motor-Regler benötigt eine eigene Adresse, die per [http://www.mikrokopter.com/ucwiki/BL-Ctrl_V1.2?highlight=(lötjumper)#head-579ba14279e6a35091680e0e5d64055cd59a0c7d Lötjumper] auf der Platine eingestellt wird (gleiche Hex-Files).

• Motoradressierung: 1=Vorn 2=Hinten 3=Rechts 4=Links

Einspielen des Bootloaders mit PonyProg

Sollte es Probleme mit dem MikroKopter-Tool (avrdude) geben, kann alternativ PonyProg zum Einspielen des Bootloader genutzt werden.

Stückliste & Bestückung

Tip: Es empfiehlt sich, beide Seiten der unbestückten Platine zunächst einzuscannen oder zu fotografieren. Das macht es später einfacher, ungewollte Lötbrücken und ähnliche Fehler aufzuspüren.

BRDie Bauteile sollten in der Reihenfolge eingebaut werden, wie sie in dieser Liste stehen, weil man es dann mit der Bestückung einfacher hat.

Kursiv dargestellte Teile befinden sich auf der Unterseite

Sonstiges

• 1 Stecker EC10 - Programmierstecker
• 1 D-SUB ST 25 - Sub-D Stecker für Parallelport-Programmierkabel
• 0,5m 10poliges Flachbandkabel
• 1m Anschlussleitungen

Hilfsmittel

• CR44 Zinnhaltiges SMD-Flussmittel
• Entlötlitze AA Entlötlitze 1,5mm
• Lötzinn AG 0,507 Lötzinn 0,5mm
• Bedrahteter Spannungsregler, falls in SMD nicht verfügbar

attachment:Spannungsregler.jpg

BR

Alternative MosFets zur Leistungssteigerung

Mit besseren MosFets sind auch dauerhaft 10A und kurzzeitig 20A möglich. Der Änderung erfolgt entsprechend:

• IRFR1205 (NA-, NB-, NC-) wird ausgewechselt mit: IRLR7843 oder IPD03N03LB (Infineon)

• IRFR5305 (NA+, NB+, NC+) wird ausgewechselt mit: FDD6637 oder SPD50P03L (Infineon)

• Die beiden Infineon MosFets haben zur Zeit die besten Werte, bei dem SPD50P03L müssen allerdings die Beinchen etwas gebogen werden.

Nach dem Umbau sollten die Regler mit der 10A - Firmware bespielt werden. Zwar funktionieren die Regler ach mit der 6A-Version, jedoch verschenkt man damit Motorleistung.

• Die aktuelleste Software findet man im SVN: [http://svn.mikrokopter.de/mikrowebsvn/listing.php?repname=BL-Ctrl&path=/tags/#_tags_ Link]

Außer den Infineon MosFets, können bessere Fets im [https://www.mikrocontroller.com MK-Shop] bestellt werden. Diese befinden sich auch auf den vorbestückten Reglerplatinen.

BR

Anschluss

attachment:anschluss1.gif

attachment:anschluss2.gif

Schaltplan

ImageLink(BL-Ctrl_Schaltplan_kl.gif,attachment:BL-Ctrl_Schaltplan.gif)

(Klicken für hohe Auflösung) BR

WICHTIG

Die Regler sind vor Feuchtigkeit zu schützen. (Zerstörung der Endstufe !)

• Daher unbedingt einen Schrumpfschlauch oder Isolierspray (Plastikspray) verwenden, um die Regler zu schützen !

Um die Regler umempfindlicher gegenüber Feuchtigkeit zu machen, können bei der Reglerversion 1.2 PDTC143ET Transistoren von NXP genutzt werden. Diese liegen dem MosFet Set im [https://www.mikrocontroller.com/index.php?main_page=product_info&products_id=201 H&I Shop] bei

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