Quem trabalha com aeromodelismo, nautimodelismo ou automodelismo precisa prestar bastante atenção à alimentação do receptor de rádio controle.
O receptor foi projetado para funcionar dentro de uma determinada faixa de tensão. Aplicar uma tensão acima daquela permitida pode danificá-lo.
E aqui aparece uma situação muito comum.
Imagine que o seu modelo utilize uma bateria de tensão superior à necessária pelo receptor. Não podemos simplesmente conectar essa bateria diretamente nele.
Precisamos reduzir e regular a tensão.
Uma das soluções utilizadas para isso é o BEC — Battery Eliminator Circuit. No projeto original mostro justamente uma maneira bastante simples de construir um circuito para obter 5 V utilizando um regulador de tensão.
O que é um BEC?
BEC é a abreviação de:
Battery Eliminator Circuit
ou, em uma tradução livre:
circuito eliminador de bateria.
O nome vem da possibilidade de eliminar a necessidade de utilizar uma bateria separada exclusivamente para alimentar o receptor e os servos.
Podemos aproveitar a bateria principal do modelo e, através do BEC, obter a tensão adequada para o sistema de rádio.
A ideia básica é:
Bateria principal
↓
BEC
↓
tensão adequada
↓
receptor + servos
Por que não ligar a bateria diretamente ao receptor?
Porque a tensão da bateria pode ser maior do que aquela aceita pelo receptor e pelos dispositivos ligados ao barramento de alimentação.
Uma bateria LiPo, por exemplo, pode possuir diferentes números de células em série.
Quanto maior o número de células, maior será a tensão do conjunto.
Se o receptor precisa de uma tensão mais baixa, precisamos de um circuito intermediário.
É justamente esse o papel do BEC.
O BEC reduz a tensão para alimentar o sistema de rádio
No artigo original utilizo como referência a obtenção de 5 V para alimentar o receptor.
Conceitualmente temos:
Tensão maior
↓
regulador
↓
5 V
↓
receptor
Assim conseguimos alimentar o sistema sem aplicar diretamente ao receptor a tensão mais elevada da bateria principal.
Muitos ESCs já possuem BEC
Em diversos sistemas de rádio controle, principalmente nos modelos elétricos, o próprio ESC — Electronic Speed Controller já incorpora um BEC.
Nesse caso, o controlador possui duas funções distintas:
controlar o motor
e
fornecer alimentação ao receptor.
É por isso que o cabo do ESC conectado ao receptor não transporta apenas o sinal de controle.
Dependendo do tipo de ESC, ele também fornece alimentação ao barramento do receptor.
ESC e BEC não são a mesma coisa
Essa diferença é importante.
O ESC controla o motor.
O BEC fornece uma tensão apropriada ao receptor e aos demais dispositivos alimentados através dele.
Um ESC pode possuir um BEC internamente.
Mas também existem BECs independentes.
Portanto:
ESC com BEC = duas funções integradas
enquanto:
BEC externo = circuito dedicado à alimentação.
Quando um BEC separado pode ser utilizado?
Existem situações em que queremos alimentar o receptor sem depender de um ESC com BEC integrado.
No artigo original menciono, por exemplo, aplicações em modelos com motor a combustão, nos quais não existe um motor elétrico de propulsão que necessite de um ESC.
Ainda assim precisamos alimentar:
receptor;
servos;
outros acessórios.
Nesse caso, podemos utilizar uma solução dedicada de alimentação.
É possível construir um BEC?
Sim.
Existem diferentes maneiras de reduzir uma tensão.
Podemos utilizar circuitos com:
transistores;
diodos Zener;
reguladores lineares;
conversores chaveados.
No projeto original, escolhi uma solução bastante simples para fins didáticos:
um circuito integrado regulador de tensão.
O conhecido regulador 7805
Um componente clássico para obter uma tensão regulada de 5 V é o:
7805.
O número final ajuda a identificar a tensão de saída:
05 → 5 volts.
Assim, o 7805 é um regulador positivo de 5 V.
No artigo original também menciono o 7905, pertencente à família de reguladores negativos. Para a aplicação apresentada, entretanto, o componente de interesse é o 7805, pois estamos regulando a linha positiva para alimentar o receptor.
O 7805 possui três terminais
Na configuração tradicional encontramos:
entrada
GND
saída.
Portanto, o princípio de ligação é muito simples:
tensão de entrada → 7805 → 5 V na saída.
Existe também uma conexão comum de terra.
De maneira conceitual:
Bateria (+) → entrada do 7805
Bateria (–) → GND
Saída do 7805 → positivo do receptor
GND → negativo do receptor
Atenção à pinagem
Antes de montar o circuito, confirme a pinagem do componente específico que você possui.
Não escolha os terminais apenas olhando o encapsulamento e supondo onde estão entrada, terra e saída.
Consulte:
datasheet;
identificação do fabricante;
diagrama correspondente ao componente.
Uma ligação incorreta pode impedir o funcionamento e eventualmente danificar componentes.
O receptor possui três conexões em cada canal
Esse é outro conceito importante para quem começa no rádio controle.
Em cada canal encontramos normalmente três linhas:
positivo;
negativo;
sinal.
No artigo original mostro justamente essa organização e ressalto que o regulador deve ser ligado aos terminais de positivo e negativo, não à linha de sinal.
O fio de sinal não alimenta o receptor
Esse é um erro que precisamos evitar.
Temos conceitualmente:
S → sinal
+ → alimentação positiva
– → GND
O BEC fornece:
+5 V
e
GND.
Ele não deve ser conectado à linha destinada ao sinal do canal.
Para que serve então o fio de sinal?
O sinal transporta as informações de comando.
Por exemplo, quando movimentamos um stick no transmissor:
Transmissor
↓
Receptor
↓
sinal do canal
↓
Servo ou ESC.
A alimentação é outra coisa.
É através das linhas positiva e negativa que fornecemos energia aos componentes.
O barramento de alimentação é compartilhado
Em muitos receptores RC, os terminais positivos dos diferentes canais fazem parte de um barramento comum.
O mesmo ocorre com os negativos.
Por isso, quando fornecemos alimentação adequadamente ao receptor, essa tensão pode ficar disponível para os servos conectados aos canais.
Temos então:
BEC
↓
receptor
↓
servo 1
servo 2
servo 3
etc.
E aqui aparece uma questão extremamente importante.
O BEC não alimenta apenas o receptor
Quando pensamos no consumo do sistema, não devemos considerar somente o receptor.
Os servos também precisam de energia.
E frequentemente são eles que representam a maior parcela da corrente consumida.
Imagine:
receptor + 1 servo pequeno
e compare com:
receptor + 6 servos trabalhando sob carga.
A exigência sobre o sistema de alimentação será completamente diferente.
Um 7805 possui limitações
O circuito com 7805 é excelente para compreender o princípio de um regulador e pode ser útil em determinadas aplicações.
Mas não devemos pensar:
“Tenho 5 V na saída, portanto posso ligar qualquer quantidade de servos.”
Não.
Além da tensão, precisamos considerar:
corrente;
potência dissipada;
temperatura;
condições de funcionamento.
Tensão e corrente são coisas diferentes
O regulador pode fornecer aproximadamente 5 V dentro das condições adequadas.
Mas a carga determina a corrente exigida.
Um receptor sozinho pode representar uma carga relativamente pequena.
Quando começamos a adicionar servos, a situação muda.
Servos consomem corrente principalmente durante movimento e quando precisam produzir torque.
Um servo travado pode consumir bastante corrente
Imagine que o servo esteja tentando movimentar o leme de um barco.
Se a linkagem estiver travada, o motor interno continua tentando atingir a posição comandada.
Isso pode aumentar bastante a corrente.
O mesmo pode acontecer em:
direção de carrinhos;
ailerons;
profundor;
trem de pouso;
mecanismos auxiliares.
Por isso, o sistema de alimentação precisa ser dimensionado para condições reais de funcionamento.
Existe outro problema importante: calor
O 7805 é um regulador linear.
Isso significa que a diferença entre a tensão de entrada e a tensão de saída é dissipada principalmente na forma de calor, proporcionalmente à corrente.
Podemos fazer uma aproximação:
P ≈ (Vin – Vout) × I
Imagine uma entrada de 12 V e saída de 5 V.
A diferença é:
12 – 5 = 7 V.
Se estiver passando uma corrente de 0,5 A:
P ≈ 7 × 0,5
P ≈ 3,5 W.
Isso representa uma quantidade significativa de calor para um pequeno componente.
Quanto maior a diferença de tensão, maior pode ser a dissipação
Suponha:
entrada = 12 V
saída = 5 V
Temos 7 V de diferença.
Agora imagine:
entrada = 8 V
saída = 5 V
Temos apenas 3 V de diferença.
Para a mesma corrente, a dissipação no regulador linear será menor no segundo caso.
É por isso que não basta perguntar:
“O 7805 consegue transformar essa tensão em 5 V?”
Precisamos perguntar também:
“Quanto calor ele terá que dissipar?”
O dissipador pode ser necessário
Dependendo da tensão de entrada e da corrente consumida, o 7805 pode aquecer bastante.
Nessas condições, um dissipador adequado pode ser necessário.
O dissipador aumenta a área disponível para transferência de calor para o ambiente.
Mas ele não faz milagres.
Se a aplicação exige uma corrente elevada com grande diferença entre entrada e saída, talvez um regulador linear simplesmente não seja a solução mais eficiente.
É aqui que aparecem os BECs chaveados
Atualmente também encontramos BECs baseados em conversores chaveados, muitas vezes chamados de SBEC ou UBEC, dependendo da nomenclatura comercial.
Em vez de dissipar toda a diferença de tensão principalmente como calor da mesma maneira que um regulador linear, eles utilizam chaveamento eletrônico para realizar a conversão com eficiência muito maior.
Isso pode ser especialmente interessante quando temos:
baterias de tensão elevada;
vários servos;
correntes maiores.
Então o 7805 não serve?
Não é isso.
O 7805 é um componente extremamente interessante.
Para uma experiência didática e aplicações compatíveis com suas limitações, ele permite compreender perfeitamente o princípio de um BEC:
recebemos uma tensão maior
↓
regulamos
↓
alimentamos o receptor com uma tensão adequada.
O importante é não transformar uma montagem didática simples em uma solução universal para qualquer modelo.
Para aprender, podemos começar sem colocar o receptor
Essa é uma boa prática.
Monte o regulador.
Depois utilize um multímetro.
Meça primeiro a bateria.
Depois meça a saída.
Se o circuito estiver corretamente montado, deveremos encontrar a tensão regulada esperada na saída dentro das condições previstas.
Somente depois conectamos uma carga.
Como medir a saída com o multímetro
Coloque o multímetro na escala adequada de tensão contínua.
Meça entre:
saída positiva do regulador
e
GND.
Queremos confirmar a tensão antes de colocar o receptor no circuito.
Esse pequeno teste pode evitar a perda de um equipamento muito mais caro do que o regulador.
Confira a polaridade duas vezes
No artigo original faço justamente esse alerta: é necessário observar corretamente as polaridades para evitar danos ao receptor.
Antes de conectar, confirme:
positivo → positivo
negativo → negativo.
Não faça a ligação pela aparência do conector.
Observe as marcações do receptor.
As cores dos fios ajudam, mas não devem ser a única referência
Em muitos sistemas encontramos padrões de cores.
O artigo original cita, por exemplo, o fio de sinal na lateral do conector e normalmente representado em determinada configuração pela cor laranja.
Entretanto, fabricantes podem utilizar padrões diferentes.
Portanto, a regra mais segura é:
identifique a função do terminal, não apenas a cor do fio.
Podemos aproveitar um conector de servo
Para fazer a ligação ao receptor, podemos utilizar um conector compatível com o padrão empregado no sistema RC.
Precisamos apenas garantir que as conexões estejam corretamente posicionadas.
Para alimentar o receptor:
positivo do BEC → positivo
GND do BEC → negativo
A posição correspondente ao sinal não recebe a saída do regulador.
Não existe sinal vindo do BEC
Isso merece ser reforçado porque ajuda a compreender a arquitetura do sistema.
O BEC não manda comandos.
Ele apenas fornece energia.
Temos:
BEC → alimentação
enquanto:
Receptor → sinais de comando.
O receptor recebe energia do BEC e recebe pelo rádio as informações enviadas pelo transmissor.
Depois envia os sinais correspondentes aos dispositivos conectados aos canais.
Podemos representar o sistema completo
Em um aeromodelo elétrico com BEC separado, por exemplo:
Bateria
↓
BEC → receptor → servos
e, paralelamente:
Bateria → ESC → motor
Enquanto isso:
Transmissor → rádio → receptor → sinais de comando.
Quando enxergamos os blocos separadamente, o sistema fica muito mais fácil de compreender.
O BEC pode ser utilizado em avião
No aeromodelismo, ele pode alimentar:
receptor;
ailerons;
profundor;
leme;
flaps;
trem de pouso, dependendo do sistema.
Quanto maior o número e o tamanho dos servos, mais importante se torna dimensionar adequadamente a alimentação.
O BEC pode ser utilizado em barco
No nautimodelismo podemos ter:
servo do leme;
servo ou mecanismo auxiliar;
iluminação;
bomba;
outros acessórios.
Novamente, não devemos assumir que todos esses equipamentos podem ser alimentados por qualquer regulador.
É preciso calcular e medir.
O BEC também pode ser utilizado em carrinhos
Em um automodelo podemos ter:
receptor;
servo da direção;
outros dispositivos auxiliares.
Em muitos ESCs de automodelismo o BEC já está incorporado.
Mas entender seu funcionamento ajuda bastante quando precisamos diagnosticar problemas.
Receptor liga, mas o servo faz tudo reiniciar
Esse é um sintoma interessante.
Imagine que o receptor aparentemente funciona.
Movimentamos o servo.
De repente:
receptor reinicia;
servo para;
sinal some.
Uma possibilidade é a alimentação não estar conseguindo fornecer a corrente necessária durante o pico de consumo.
A tensão cai.
O receptor reinicia.
Por isso, medir apenas a tensão sem carga nem sempre conta toda a história.
O multímetro ajuda no diagnóstico
Podemos medir a tensão de saída enquanto movimentamos os servos.
Se ela cai significativamente quando aparece uma carga maior, precisamos investigar:
capacidade do regulador;
fonte;
bateria;
fiação;
conectores;
servo com consumo excessivo.
Diagnóstico elétrico é justamente isso: separar o sistema em blocos e medir.
Fios também possuem resistência
Às vezes o regulador está funcionando corretamente, mas utilizamos:
fios muito finos;
conectores ruins;
soldas defeituosas.
Quando a corrente aumenta, aparece uma queda de tensão.
Assim, podemos ter 5 V na saída do regulador e uma tensão menor chegando efetivamente ao receptor.
Por isso, em sistemas que trabalham com corrente significativa, a fiação também faz parte do projeto.
Soldas precisam ser confiáveis
Uma alimentação intermitente em um aeromodelo pode ser muito mais perigosa do que simplesmente impedir o modelo de ligar.
Uma solda ruim pode funcionar na bancada.
Depois, com:
vibração;
movimento;
aquecimento;
ela pode falhar.
Faça conexões mecanicamente firmes e eletricamente confiáveis.
Use termo retrátil nas conexões
Depois de soldar os fios, o espaguete termo retrátil é excelente para isolar as regiões expostas.
Ele ajuda a evitar:
curto-circuitos;
contato entre terminais;
danos mecânicos nas conexões.
Em modelos sujeitos a vibração, uma montagem bem acabada faz bastante diferença.
Não deixe o regulador solto dentro do modelo
O circuito também precisa ser instalado mecanicamente.
Não queremos o regulador batendo:
na bateria;
no receptor;
nos servos;
na estrutura.
Além disso, se houver dissipador, ele precisa receber ventilação adequada e não pode criar curtos com outras partes.
Faça o teste completo antes de usar o modelo
Depois de montar o BEC:
- Confira todas as ligações.
- Verifique a polaridade.
- Energize o circuito sem o receptor.
- Meça a tensão de saída.
- Confirme que está dentro da faixa adequada para o seu equipamento.
- Desligue a alimentação.
- Conecte o receptor corretamente.
- Ligue novamente.
- Faça o bind se necessário.
- Teste os servos.
- Movimente vários servos simultaneamente.
- Observe se o receptor permanece estável.
- Verifique o aquecimento do regulador.
- Faça um teste prolongado antes de utilizar o modelo.
Testar durante alguns segundos não é suficiente
Um regulador linear pode começar funcionando perfeitamente e aquecer progressivamente.
Portanto, se a montagem será utilizada durante vários minutos, precisamos verificar seu comportamento durante um período representativo.
Um circuito que funciona durante 20 segundos na bancada não está automaticamente aprovado para um voo inteiro.
Cuidado com a temperatura
Não utilize o dedo como instrumento de medição em um componente que pode estar muito quente.
Se você possui recursos para medir temperatura, melhor.
Caso perceba aquecimento excessivo, desligue e reveja o projeto.
Podemos precisar:
reduzir a tensão de entrada;
reduzir a carga;
melhorar a dissipação;
utilizar outro tipo de regulador.
Um BEC é um ótimo projeto para entender reguladores
Esse pequeno circuito permite estudar vários conceitos ao mesmo tempo:
tensão;
corrente;
potência;
regulação;
dissipação térmica;
alimentação de receptores;
servos;
polaridade.
E todos esses assuntos aparecem constantemente no rádio controle.
Também ajuda a entender o que existe dentro de um ESC
Quando aprendemos que muitos ESCs possuem um BEC integrado, começamos a enxergar aquele pequeno controlador como vários blocos funcionais.
Podemos pensar:
entrada da bateria
↓
estágio de potência para o motor
circuito de controle
BEC para o receptor.
Essa visão é muito mais útil do que tratar o ESC como uma “caixinha preta”.
Por que o nome Battery Eliminator Circuit faz sentido?
Nos sistemas em que utilizamos uma única bateria principal, o BEC permite obter dela a tensão necessária para o receptor.
Assim, eliminamos a necessidade de carregar uma segunda bateria apenas para o sistema de rádio.
Temos:
uma bateria principal
↓
diferentes funções no modelo.
Isso reduz:
peso;
quantidade de baterias;
complexidade da instalação.
Mas precisamos dimensionar corretamente
A vantagem de utilizar uma única fonte também cria uma responsabilidade.
Se a alimentação do receptor falhar, perdemos o sistema de controle.
Portanto, a alimentação do rádio não é uma parte secundária do projeto.
Em um aeromodelo, principalmente, ela é um sistema crítico.
Um BEC caseiro pode ser uma excelente experiência de bancada
Construir o circuito com um 7805 é uma maneira muito interessante de aprender.
Você consegue enxergar:
entrada;
regulação;
saída;
terra;
carga.
Mede com o multímetro.
Observa o aquecimento.
Altera a carga.
Compara resultados.
É uma experiência muito mais rica do que simplesmente comprar um módulo pronto sem saber o que existe dentro dele.
Veja no vídeo como montar o BEC
No vídeo da página mostro os demais detalhes da montagem e como utilizar o regulador para obter a alimentação necessária ao receptor.
O princípio utilizado é bastante simples: o 7805 regula a tensão positiva para aproximadamente 5 V, e sua saída é ligada aos terminais positivo e negativo de alimentação do receptor, mantendo a linha de sinal separada.
A partir desse pequeno circuito conseguimos compreender não apenas como alimentar um receptor, mas também o princípio de funcionamento de muitos sistemas de alimentação utilizados no modelismo.
Quer aprender eletrônica aplicada aos seus modelos?
Quando entendemos o BEC, vários outros componentes do rádio controle começam a fazer mais sentido:
receptor;
servos;
ESC;
baterias;
reguladores de tensão;
motores;
conectores;
alimentação elétrica.
Assim, você deixa de simplesmente conectar componentes porque o manual mandou e começa a compreender por que determinada tensão é necessária, como a corrente circula, como dimensionar a alimentação e como diagnosticar problemas elétricos nos seus próprios modelos.