HUBOSD - почему пропадает видео?

Собрав новый квадрик, обнаружил проблему с пропаданием видео при резкой подаче газа, о чем там ниже и написал. Пришло время разобраться с проблемой и решить ее. Тем более, судя по сообщениям из социальных сетей и с тематических форумов, проблема массовая, но решения пока нет, только различные костыли. Все списывают на плохое качество плат, с чем я не согласен.

На квадрике использовалась PDB HUBOSD. Квадрик имеет возможность передавать телеметрию на пульт. В том числе и напряжение на приемнике, то есть на всей шине 5 вольт, так как приемник питается от BEC на 5 вольт, расположенного на плате PDB. При резкой подаче газа, пульт изредка попискивал, сигнализируя о низком напряжении на шине 5 вольт. В эти моменты у квадрика пропадало видео. Пилоту на короткое время был виден просто черный экран.

Стал анализировать ситуацию. Если виден только черный экран, а не помехи, значит передатчик работает исправно. Так как с отключенной камерой видно так же черный экран. Если бы были проблемы с камерой, то был бы виден черный экран с данными OSD, но данных не было. Значит камера не причем, а видео пропадает на выходе с OSD.

Хорошо, виновник установлен - это блок OSD. Большинство современных OSD построены на микросхеме MAX7456. Это и популярная платка micro MinimOSD, и PDB HUBOSD, и другие платы PDB и полетные контроллеры со встроенным OSD. Отличается только полетный контроллер BrainFPV RE1, у него вывод OSD реализован мощностями процессора STM32F446RET6.

Посмотрев характеристики микросхемы MAX7456, обнаружил, что у нее очень узкий диапазон рабочего напряжения 4.75-5.25 вольта. То есть при резкой подаче газа, напряжение на шине 5 вольт проседало ниже 4.75 вольта и OSD просто отключалось! Стал выяснять, почему так происходит.

Для начала измерил напряжение на шине 5 вольт у трех различных плат HUBOSD. На одной из них было напряжение 5.13, на второй 4.90, а на третьей 4.95 вольт. Нормальный такой разброс! Так вот, на квадриках стояли только две платы с крайними значениями. У квадрика с напряжением 5.13 вольт никаких исчезновений видео не было, даже при самой жестокой нагрузке на аккумулятор (там стоят двигатели DYS SE2205 2300kV). А у квадрика с напряжением 4.90 видео пропадало даже при резком развороте!

Импульсный стабилизатор напряжения на 5 вольт у большинства популярных плат PDB, типа Matek PDB и HUBOSD, построен на микросхеме MP2315. По документации, микросхема способна выдерживать ток до 3А. Так что вряд ли полетный контроллер, приемник, OSD, светодиоды, пищалка и камера, висящие на шине 5 вольт, вместе могут потреблять больше трех ампер.

То есть провал напряжения обусловлен не большой нагрузкой на шину 5 вольт, а особенностями работы стабилизатора MP2315. Может он не успевает среагировать на изменение внешнего напряжения, может еще что - не вникал. Для себя просто сделал вывод, что надо поднять напряжение на шине 5 вольт чуть выше, до 5.10-5.15 вольт, тогда, как показала практика, видео пропадать не будет.

Можно еще использовать костыль в виде дополнительного большого конденсатора на шине 5 вольт. Частично это решит проблему - проверено. Но если квадрик будет совершать какой-либо длительный силовой маневр, то при его завершении вас будет ждать сюрприз - исчезновение видео:) Да, конденсатор необходим, но он не решит проблему радикально.

В общем, путь решения проблемы определен - буду поднимать напряжение на шине 5 вольт. Рассматривая документацию микросхемы MP2315, нашел схему типового подключения. Выходное напряжение задается связкой резисторов, подключенных к восьмой ноге микросхемы. Здесь же была и формула расчета управляющего сопротивления.

Пройдясь тестером по плате HUBOSD, обнаружил все три резистора из типовой схемы подключения.

Резисторы были промаркированы: RT - 30C, R1 - 54C, R2 - 682. Обратившись к таблице кодов, узнал номиналы резисторов: RT - 20кОм, R1 - 35.7кОм, R2 - 6.8кОм. Попробую рассчитать выходное напряжение для этого набора резисторов, используя формулу из документации MP2315, которую привел выше, приведя ее к соответствующему виду:

V = 0.8*((R1/R2) + 1)
V = 0.8*((35700/6800) +1) = 5В

Да, в теории номиналы резисторов подобраны правильно, расчетное напряжение получается 5 вольт. Но не учитываются такие факторы, как разброс значений при производстве резисторов:) Не все резисторы, промаркированные одинаково, будут иметь одинаковое сопротивление. Из-за этого и происходит разброс значений напряжения у одинаковых плат. Нет вины производителя, нет вины проектировщика платы, проблема исключительно в разбросе значений сопротивления компонентов. Так что, кому-то достанется плата с напряжением на шине 5 вольт в 5.13, а кому-то может и с напряжением в 4.90. Как повезет.

Так же не учитывается нагрузка на стабилизатор напряжения. Если посмотреть документацию на микросхему MP2315, то там есть графики падения выходного напряжения в зависимости от нагрузки. Оно хоть и небольшое, но есть и это надо учитывать.

Напряжение буду регулировать резистором R2 согласно схеме. Для этого, используя формулу выше, рассчитаю величину сопротивления резистора R2 для напряжения 5.15 вольт.

R2 = R1/((V/0.8) - 1)
R2 = 35700/((5.15/0.8) - 1) = 6565Ом

Сопротивление с таким номиналом найти будет крайне трудно, поэтому пойду по другому пути. Вспомнив курс электротехники, решил просто подобрать дополнительное сопротивление и припаять его сверху к резистору R2, который на 6.8кОм. При параллельном соединении резисторов значение результирующего сопротивления вычисляется по формуле:

R = 1/(1/R1 + 1/R2)

Поскольку результат-то уже известен, то есть R = 6565Ом, надо вычислить величину дополнительного сопротивления. Пусть дополнительное сопротивление будет R1, а известное нам R2 = 6.8кОм:

R1 = 1/(1/R - 1/R2)
R1 = 1(1/6565 - 1/6800) = 189965Ом

Да уж, резистор и с таким номиналом будет не найти:) Но тут уже допустимы приблизительные величины. Просто надо найти резистор на 180кОм - это возможно. Перерыв весь свой хлам, я нашел резистор! Он промаркирован цифрой 184. Попробую вычислить величину итогового сопротивления:

R = 1/(1/R1 + 1/R2)

R = 1/(1/180000 + 1/6800) = 6552Ом

Подставлю результат в формулу расчета выходного напряжения, где R2 = 6552Ом:

V = 0.8*((R1/R2) + 1)

V = 0.8*((35700/6552) +1) = 5.15В

Ну вот, все вполне подходит! Смело припаиваю резистор на 180кОм поверх резистора на 6,8кОм и проверяю результат.

Как и ожидалось, напряжение на шине 5 вольт немного поднялось и составило 5,10 вольт. Немного меньше расчетного, но вполне достаточное, чтобы микросхема MAX7456 перестала отключаться. Хотя на этой плате напряжение и было 4.95, а поднялось до 5.10, то есть вполне расчетно и с учетом погрешности:) На второй плате, уже установленной на квадрик, с помощью резистора на 150кОм удалось поднять напряжение с 4.90 до 5.12 вольт.

Экспериментальным путем выяснил, что напряжения в 5.10 вольт недостаточно, видео все равно пропадает при резком сбросе газа и напряжение просаживается до 5.01-5.02 вольта. Надо поднимать еще выше, до 5.15 вольта.

Таким способом можно регулировать выходное напряжение на любом импульсном BEC с микросхемой MP2315, да и с большинством других, если найти их документацию.

При неправильных расчетах и неверно подобранном резисторе можно легко и непринужденно спалить микросхему MAX7456. Так что снимаю с себя всю ответственность:) Если кто-нибудь будет повторять сей эксперимент, то будет делать это на свой страх и риск!

Теория подтвердилась практикой. Видео больше не пропадает при любых нагрузках! Напряжение на шине 5 вольт так же больше не просаживается ниже пяти вольт:) Не нужны никакие дополнительные конденсаторы. Проблема решена навсегда!

Подведу итог. Если вы используете OSD на микросхеме MAX7456 и у вас при резкой нагрузке пропадает видео на квадрике, то обеспечьте надежное питание микросхеме в 5 вольт и следите за тем, чтобы напряжение не опускалось ниже порогового значения в 4.75 вольта. Вот и все, удачных полетов!