Was ist eigentlich aktiver Freilauf? - What is Active Freehweeling ?

German explanation:

Die Leistungs-Endstufen in Reglern werden in der Regel mit MOSFET Transistoren aufgebaut. Nun hat ein MOSFET die Eigenschaft, dass der nur den Strom in eine Richtung schalten und sperren kann. In der anderen Richtung kann der Strom immer fliessen, weil hier eine intrinsische Diode antiparallel zur MOSFET strecke zu finden ist.
Diese Diode macht man sich zur Nutze und schliesst in den Freilaufphasen (wenn der andere Transistor der H-Brücke abschaltet) den Stromkreis darüber. Nun hat eine Diode leider die Eigenschaft, das hier immer eine Spannung von mindestens 0.6V-1.1V (abhängig vom Strom) an ihr abfällt.
Bei einem Strom von 10A fällt damit also eine Verlustleistung von P = U x I = 1V x 10A = 10W an. Reduzieren kann man diese Verlustleistung wenn man während der Freilauf-phasen den Transistor (welcher die Diode beinhaltet) einfach einschaltet. Das nennt man dan "aktiven Freilauf".
Die Verlustleistung reduziert sich hier auf P = RDSon x I^2 = 3mOhm x 10A^2 = 0,3W!

=> Je nach PWM Tastverhältnis kann man also so die Verlustleistung merklich reduzieren!

 

English Explanation:

The Power stages in brushless ESCs are usually build with MOSFET transistors. But a MOSFET has its nature to conduct and block current only in one direction. The other irection is everytime conducting due to an intrinsic diode antiparallel to the MOSFET drain source path.

This diode is used in the "freewheeling" phases, when the other MOSFET of the H-bridge is switching OFF and now the Motor phase current circulates (freewheeles) through the other "passive" MOSFET of the H-bridge. Unfortunately a diode has always an voltage drop of 0.6V-1.1V (depending on current).

With a current of about 10A a powerloss of P = U x I = 1V x 10A = 10W is produced. This can be reduced when switching ON the passive MOSFET (which contains the diode) during this freewheeling phases. This is also called "ACTIVE FREEWHEELING".

The powerloss is reduced to P = RDSon x I^2 = 3mOhm x 10A^2 = 0.3W !

=> Depending on the PWM dutycycle of the current ESC operating point, the powerloss can be dramatically reduced.

Wann sollte ich aktiven Freilauf verwenden und wann nicht? - When is Active Freewheeling usefull and when not?

German Explanation:

Ob aktiver Freilauf (AFW) oder nicht ist vom Motor und dem Lastpunkt in der der Motor betrieben wird abhängig. Generell gilt, AFW macht nur im Teillast-Betrieb und hohen Strömen Sinn, also insebsondere bei "schweren" Koptern die hauptsächlich zum Schweben und Lasten Tragen anstatt von sportlichem Fliegen gedacht sind.

Was ist ein "schwerer Kopter"?

Ab einem mittleren Strom pro Motor von mehr als ca. 5A können die Freilaufverluste merklich reduziert werden ohne dass das Motorbetriebverhalten gestört wird.

Warum nicht bei "zu leichten Koptern"?

Bei zu geringer Last in einem Motor kann es passieren, dass der Phasenstrom während des Freilaufes 0A erreicht. Bleibt ab hier der AFW-Transistor weiterhin eingeschaltet, dann kehrt sich die Stromrichtung um zw. Akku und Motor um und der Motor speist zurück in den Akku. Dies führt zu einem abbremsen des Motors und kann dazu führen dass der Motor zum Stillstand kommt.

Bei Koptern kann dieses Verhalten natürlich "unvorteilhaft" sein.

 

English Explanation:

If active freewheeling makes sense is depending on the point of load the motor shall be driven. In general, AFW makes rather sense at partly loaded motors and high currents as it is in "heavy loaded" Copters for hoovering and carring payload than in "light weigted" small copters which are used for having fun.

What is a "heavy Copter"?

Roundabout at a load of more than 5A per Motor AFW can dramatically reduce the freewheeling losses without influencing the normal motor driving behaviour.

Why not at "too light copters"?

If the Load in the motor is too small, it may happen that in freewheeling phases, the motor phase current reaches zero. If the AFW-transistor stays no on further, then the current flowing from battery to ESC will change its direction and the Motor sources current back and charges the battery. This causes a braking of the motor and it may happen that the motor goes to standsill.

This may be "unwanted" at the Copter.

Funktioniert der Herkules III zusammen mit der Mikrokopter FlightControl 3.0 ? - Does Herkules III works together with Mikrokopter FlightControl 3.0?

Antwort in Deutsch:

Herkules III emuliert das I2C-Protokoll der Brushlessregler BL-CTRL 2.0 sowohl Ansteuer- als auch Telemetrieseitig.
Sofern die Flight-Control 3.0 auch die BL-CTRL 2.0 unterstützt können die Herkules Regler problemlos betrieben werden.

Answer in English:

Herkules III emulates the I2C-protocol of the BL-CTRL 2.0 and supports control and telemetry.
If the Flight-Control 3.0 supports the BL-CTRL 2.0, the Herkules controller can be used withut problem.

Warum wird mit 6S der Regler wärmer als mit 4S? - Why is ESC temperature higher with 6S than with 4S

oder: Was ist die richtige Akkuspannung, was ist die opimale Zellenanzahl? oder mit wie viel "S" soll ich fliegen?

German Explanation:

Dass mit 6S die Verlustleistung höher ist als mit 4S ist erklärbar.

Bei höherer Batteriespannung und konstanter Last muss der Regler das PWM-Tastsverhältnis zurücknehmen um die gleiche mittlere Spannung am Motor zu erzeugen. Dadurch steigen aber Zeiten in denen der Strom in den Freilauf-phasen fliesen muss und Verluste in den Body-Dioden der MOSFETs erzeugt. Der aktive Freilauf kompensiert zwar zum grössten Teil die Verluste in den Freilaufphasen, aber halt eben nicht ganz.

Zudem steigen die dynamischen Schaltverluste an, weil
a) eine höhere Spannung ein- und ausgeschaltet werden muss und
b) die Peak-Phasenströme in den Motoren ansteigen, bedingt durch das kürzere Tastverhältnis.

Generell gilt: Man sollte nur mit so viel "S" fliegen wie man tatsächlich auch braucht. Am effektivsten ist der Regler und der Motor bei 100% Tastverhältnis. Das ist natürlich für eine Kopter nicht machbar da man noch reserven zur Lageregelung und zum Abfangen braucht. Eine Auslegung das man im Schwebeflug so ca. 60-70% Auslenkung braucht ist denke ich ein guter Kompromiss.

English Explanation:

or: What is the optimum battery voltage? how much "S" should i use?

Dass mit 6S die Verlustleistung höher ist als mit 4S ist erklärbar.

Bei höherer Batteriespannung und konstanter Last muss der Regler das PWM-Tastsverhältnis zurücknehmen um die gleiche mittlere Spannung am Motor zu erzeugen. Dadurch steigen aber Zeiten in denen der Strom in den Freilauf-phasen fliesen muss und Verluste in den Body-Dioden der MOSFETs erzeugt. Der aktive Freilauf kompensiert zwar zum grössten Teil die Verluste in den Freilaufphasen, aber halt eben nicht ganz.

Zudem steigen die dynamischen Schaltverluste an, weil
a) eine höhere Spannung ein- und ausgeschaltet werden muss und
b) die Peak-Phasenströme in den Motoren ansteigen, bedingt durch das kürzere Tastverhältnis.

Generell gilt: Man sollte nur mit so viel "S" fliegen wie man tatsächlich auch braucht. Am effektivsten ist der Regler und der Motor bei 100% Tastverhältnis. Das ist natürlich für eine Kopter nicht machbar da man noch reserven zur Lageregelung und zum Abfangen braucht. Eine Auslegung das man im Schwebeflug so ca. 60-70% Auslenkung braucht ist denke ich ein guter Kompromiss.

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