Warum erreichen die Motoren meiner Selbstbau-Drohne nicht die volle Drehzahl und heben nicht ab?
Problem:
Meine selbstgebaute Drohne für ein Semesterprojekt erreicht nicht die volle Drehzahl (RPM) und kann daher nicht abheben.
Verwendete Komponenten:
- ESP32 Wroom
- GY-521 MPU-6050 (Gyroskop)
- 3,7V 1100mAh LiPo-Akku (1S 3C, 952540, 18g)
- 4x Kernlose DC-Motoren (3,7V, 150mA, max. ~45.000 RPM)
- 4x 2N2222A Transistoren
Beobachtung:
Wenn ich einen Motor direkt an den Akku anschließe, dreht er deutlich schneller als in der aktuellen Schaltung. Eigentlich sollte diese Drehzahl ausreichen, um die Drohne abheben zu lassen, aber mit der Transistorschaltung scheint sie nicht genug Leistung zu bekommen.
Frage:
Woran könnte es liegen, dass die Motoren in meiner Schaltung nicht die volle Drehzahl erreichen? Liegt es an den 2N2222A-Transistoren oder gibt es andere mögliche Ursachen?
6 Antworten
Vorab:
Alle 4 Transistoren sind in deinem "bunten" Schaltplan verkehrt angeschlossen oder verkehrt gezeichnet. Emitter (E) muss an GND und nicht der Kollektor (C). Ich vermute es ist nur falsch gezeichnet.
Jetzt zum Problem:
- Wenn alle 4 Motoren tatsächlich einseitig nur auf +3V liegen, so ist doch klar, dass diese Motoren niemals 3,7V erhalten.
- Der voll durchgeschaltete Transistor wird ca. 0,4V (0,3 V - 0,5 V) Spannungsabfall (Uce) verursachen. Das bedeutet, von den 3,7V kommen nur noch ca. 3,3V an.
Fazit:
Wenn tatsächlich alle Motoren nur auf + 3V (statt +3,7V) liegen und der durchgeschaltete Transistor nochmal 0,4V Spannungsabfall hat, so hast du an den Motoren nur 2,6V ( =3V - 0,4V ).
Lösungsvorschlag 1:
Überprüfe die Verdrahtung (der Motoren!!! +3,7V) und/oder den Schaltplan. Messe doch die DC-Spannung direkt am Motor bei VOLL-Aussteuerung. Oder messen den Spannungsabfall Uce am Transistor (Uce = Spannung zwischen Kollektor C und Emitter E) bei VOLL-Ansteuerung. Dann kennst du den Unterschied. Auch die Betriebsspannung 3,7V des Akku kann bei 4 Motoren unter Volllast in die Knie gehen (Akku Innenwiderstand zu groß!!), da es den Akku überfordert.
Lösungsvorschlag 2:
Andere Transistoren oder MOSFET-Transistoren benutzen, wenn die Spannung Uce zu viel Spannungsabfall (bei VOLL-Aussteuerung) verursacht. Welche MOSFET Transistoren geeignet sind musst du selber googeln. Habe spontan keinen Vorschlag.
Viel Erfolg!
Habe nun MOSFETS verlöten und siehe da alle Motoren laufen auf max rpm. Nun ist ein weiteres Problem hinzugekommen. Wenn ich vollgas gebe schaltet sich der ESP aufgrund eines kurzen Spannungsverlusts ab. Ich schätze nun müssen Kondensatoren verlötet werden.
Die Transistoren sind tatsächlich auch falsch angeschlossen worden. Die Transistoren nicht in Kollektor- sondern in Emitterschaltung zu betreiben. Müssen wir wohl umlöten.
Sobald das getan ist gebe ich ein Update.
Ich würde auch vemuten, dass es an den Transistoren liegt. Zuwenig Basisstrom aus dem ESP? Wenn du noch Transistoren hast, kannst du je 2 als Darlington kombinieren oder einen Logic Level FET nehmen.
Viel Spaß und Erfolg mit deinem Projekt.
Bei so kleinen Spannungen ist die Sättigungsspannung des Transistors schon ein Problem und Darlington macht die nicht besser.
Da muss imho ein FET rein.
Als Alternative zu den aktuellen Transistoren habe ich noch IRLZ44N Mosfets zur Verfügung. Sollte ich einfach am Besten diese verlöten, um weitere Komplikationen zu ersparen?
Laut Datenblatt hat dein Transistor bei 150mA Kollektorstrom und 15mA Basisstrom eine Sättigungspannung von 300mV. Die Motoren sehen also nicht die ganze Akkuspannung, sondern um die 300mV weniger. Bei 3,7V kann das schon einen Unterschied machen.
Als Alternative zu den aktuellen Transistoren habe ich noch IRLZ44N Mosfets zur Verfügung. Sollte ich einfach am Besten diese verlöten, um weitere Komplikationen zu ersparen?
Das wäre sicher besser. Mosfets wirken im eingeschaltenen Zustand eher wie ein einfacher Widerstand. Der IRLZ44N hat bei 4V Gatspannung 35 mOhm, gehen wir also bei deinen 3,3V vielleicht von maximal 60 mOhm aus. Dann macht das einen Spannungsabfall von gerade mal 9mV. So ein kleiner Verlust dürfte nicht mal bemerkbar sein.
Hi,
Miss in beiden Fällen (direkt am Akku / über die Elektronik) mal Spannung und Strom am Motor. Das bringt Dich der Lösung sicher näher.
Entweder die Süannung fäkkt zu weit ab, oder Du bringst den notwendigen Strom nicht rüber.
Die Transistoren haben bei 100mA eine Sättigungsspannung von 0.3V bei 15mA Basisstrom.
Da der ESP keine 15mA per Pin liefert nehm ich mal 0.5V Sättigungsspannung des Transistors an.
Von den 3.7V des Akku bleiben also etwa 3.2 V für den Motor über. Die Transistoren senken also deine Nennspannung um etwa 14% was schon ordentlich ist.
Ich würde in deinem Fall daher eher zu Mosfets mit geringem RdsOn und maximaler Thresholdspannung von 1V raten.