Easyelectronics.ru

Электроника для всех
Текущее время: 25 апр 2018, 15:54

Часовой пояс: UTC + 5 часов



    • JLCPCB - Платы прототипов всего за 2$ c бесплатной доставкой (при первом заказе)
    • 10 PCBs за $2 для 2 слоев, $15 для 4 слойной, $74 для 6 слойной платы.
    • Крупнейший китайский производитель прототипных плат. 290000+ клиентов & 8000+ заказов в день!
    • LCSC - Крупнейший китайский онлайн магазин радиодеталей.

Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 29 ]  На страницу 1, 2  След.
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 29 дек 2012, 20:12 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Сейчас, в связи с более - менее определившейся начинкой моего робота, и желанием привести все в нормальный вид, собрав все в единую конструкцию, озаботился его системой питания. Для чего и решил выделить отдельную тему.

Пока только все начиналось (несколько лет уже назад), и потребление было незначительным, из модулей - только ходовой да бамперы, а ассортимент доступных мне батарей - невелик.

На то время (2007г), оптимальными оказались свинцовые аккумуляторы 12v 1,3Ач.
Panasonic LC-V12 1R3PJ, 98x52(56)x46мм 580гр. Покупал по 4 бакса.
Также были 6-вольтовые, тоже 1,3Ач, по габаритам - примерно в половину толщины 12-вольтового.
SOLOMON SL-M613 6V1.3AH 98x52(56)x25мм 305гр.
HUAYU 6V1.3AH 98x52(56)x25мм 313гр.
Цена почти такая же (около 5 баксов).

Поскольку у меня ходовые движки - ДПМ-25-Н1-07Т, 27V,
При 27V - по паспорту:
    рабочий ток при нагрузке 5мН*М, 4500 об/мин. <=220мА.
    ток ХХ <= 60мА,
    пусковой ток при моменте 12мН*М <= 1100мА
    .

В реальности, при питании от 12v, получилось:
    ток ХХ (с планетарным редуктором!) <= 60мА,
    ток в заторможенном состоянии < 300мА
    ,
При установке в роботе весом ~ 2 КГ, с колесами D=78мм, и питании через драйвер L293 c ШИМ 1КГц нормально бегает при 120-150мА на движок.
Для нормальной нагрузки на ведущие колеса батарея весом около 600Г размещалась в коробке робота возле движков.
Show

Несомненными преимуществами свинцовых аккумуляторов являются их неприхотливость, простые режимы заряда, отсутствие эффекта памяти, что позволяет использовать частичные режимы подзаряда, в том числе и сравнительно большими токами.

Сейчас появились вполне дешевые, а главное - доступные (появился модельный магазин в моем городе), литиевые батареи. Несмотря на более сложное обращение с ними и более высокую опасность при несоблюдении требований, они все же имеют много преимуществ.
Главные из которых - большая удельная емкость, возможность работы при больших токах, возможность быстрого (20-30 минут - до 100% емкости!) заряда большими токами. Так же - отсутствие эффекта памяти, возможность нормально работать при частичных подзарядах.
Что вполне компенсирует некоторые неудобства и более высокую, чем у свинцовых, стоимость.

Кроме того, появление в составе робота платы ЦК довольно большого размера, делает желательным уменьшение высоты батареи, чтобы не увеличивать высоту корпуса.
Если движки в корпусе занимают всего около 30мм высоты вместе с редукторами, то свинцовая батарея - 57мм (53-без выводов), или 46, если ее положить на бок. Что на 16-27мм превышает высоту, лимитируемую только двигателями.

Сейчас я рассматриваю несколько вариантов.
--- 1 --------------------------------------------------------------
С точки зрения более полного использования емкости, а также довольно высокого напряжения питания моих движков (27v), выгодно бы использовать более высокое напряжение батареи, например, 6-баночные (рабочее напряжение порядка 22,2v, полный используемый диапазон 18-25,2v). Остальные напряжения получать преобразователями с достаточно высоким КПД, который легче обеспечить как раз при понижении более высоких напряжений.
Недостатки - сложнее следить за 6 банками, чем за меньшим их количеством...

--- 2 -----------------------------------------------------------------

Второй вариант (пока основной) - 4 банки. (~14,8v, полный диапазон 12-16,8v).
Преимущества - больший запас мощности движков, чем имею на свинце (11-14,2v, наиболее используемый участок 11-13,5v). При габаритах в половину от свинцовой 12v 1,3Ач можно поставить порядка 3Ач, при более высоком напряжении, 25-29мм высоты. Или до 5-6Ач при примерно одинаковых размерах.

Можно затем получать напряжение для питания модулей порядка 7-8v (что позволило бы заменить в них импульсные стабилизаторы линейными Low Drop при хорошем КПД, и меньшим уровнем помех).

Также имеет смысл сделать стабильное напряжение 12v для питания некоторых узлов робота, для которых 16,8v свежезаряженного аккумулятора будет избыточным или даже опасным.

Движки же - питать их драйверы напрямую от батареи (экономичный режим), или для кратковременного повышения мощности - через повышающий преобразователь, можно с 2-3 ступенями выходного напряжения.

В общем, по многим показателям 4 банки - являются наиболее предпочтительными.
Но тем не менее рассматриваю и другие варианты.

--- 3 ------------------------------------------------------------------

Например, 3 банки. (~11,1v, полный диапазон 9-12,6v). Доводы "За" - у меня есть пара-тройка полудохлых батарей от ноутов, из которых я извлек аккумуляторы по 2,2Ач, собранные в 3 секции по 2 штуки параллельно. Что дает 4,4Ач, уже сейчас, и даром. Можно тренироваться пока на них, потом заменить на модельные.
Минусы - все же при напряжении 9-10v мои движки через драйверы крутятся уже заметно хуже... Хотя 11-12 уже обычно хватает. Конечно, можно сделать и повышающий преобразователь для движков... А также - и преобразователь вольт на 7 для питания цифровых цепей модулей через их встроенные стабилизаторы...

----4 ---------------------------------------------------------

Еще вариант - 2 банки. (~7,4v, полный диапазон 6-8,4v).
Преимущества: Цифровые цепи модулей (через свои линейные Low Drop стабилизаторы) можно питать напрямую от батареи. Ходовые движки - через повышающий преобразователь с 2 или более ступенями напряжения. Включать его только для передвижения.
Также сделать преобразователь на 12v для питания тех узлов, что сейчас запитаны в роботе напрямую от аккумулятора (подсветка камеры, УЗ дальномер, датчики бамперов, и некоторое другое оборудование).
Еще довод в пользу этого - у меня есть пара неплохих строенных секций от ноутбука (две других оказались дохлые в ноль). Что дает 2х баночную батарею на 7,4v 6,6Ач сейчас и даром... И 2 секции все же легче контролировать, чем 3, 4, а тем более - 6.
---------------------------------------------------------

Обдумывая пока, скольки банок и какой емкости батарею использовать, я параллельно ломаю башку над остальным.
Это - встроенный контроллер питания робота. Его задачи - вести учет принятой при заряде и отданной при разряде энергии, прогнозировать по мере разряда - оставшееся время работы, управлять зарядом батареи при нахождении робота на базе - заряднике. Сообщать ЦК о состоянии батареи и необходимости ее заряда. Коммутировать напряжения выдаваемые разным модулям и нагрузкам (отключая или меняя напряжение для них). Делать балансировку батареи при заряде, не допуская неравномерного заряда банок.

Вот, в общем, основные наброски. По мере продвижения буду освещать более подробно как основные идеи и варианты, так и готовые куски.

Несколько текущих задач по этой теме:

1. Ограничители заряда каждой секции (банки) на уровне, не превышающем 4,2v. Это - пожалуй, самое простое из этого списка задач. Есть и идеи, и конкретные схемы.

2. Измерение напряжения каждой банки, желательно - независимо от других. Это - посложнее. Важна точность, минимум потребления самой схемой контроля, согласованная передача этой информации как самому контроллеру питания, так и дальше.

3. Возможно, (но необязательно), - пороговая схема слежения за минимальным напряжением каждой банки. При достижения порога должна сообщить контроллеру питания. Тот, соответственно, доложит ЦК.

4. Схема заряда батареи. Варианты - всей сразу, или каждой банки индивидуально, но одновременно.

5. Сам контроллер питания. Должен следить и управлять вышеперечисленным, или сам исполнять некоторые из этих функций, а также отслеживать количество полученной и отданной энергии, делать выводы о текущем состоянии батареи, делать прогрозы на будущее. Иметь возможность полного отключения батареи для прекращения работы, а также оптимизировать режимы энергосбережения (совместно с ЦК, - по его командам).
Вести статистику работы батареи. Измерять ее температуру.

Непременное условие - сохранение функционирования робота в процессе заряда.
Хотя, конечно, проще было бы переключать все банки при заряде в параллель, с раздельным контролем тока заряда каждой...

Посмотреть, какие батареи мне сейчас доступны из модельных (выбирать в конечном счете буду из них), можно тут: http://rcshop.kz/category/579/

Для начала, думаю, достаточно.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 16 янв 2013, 02:55 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Нихрена себе... Пару часов писал, писал, под конец уже закачиваю для вставки картинку, идет закачка, - вдруг выскакивает сообщение: "Для входа на сайт вы должны авторизоваться..." Это после того, как полсуток с сайта не вылазил...

Обычно после таких зехеров пропадает желание наколачивать все по новой.

Хорошо хоть, что хоть половину написанного на всякий (такой вот) случай сохранил. Остальное же - придется оставить за кадром. Мне - то пофигу, я это и так знаю... но делать повторно ту же работу по чужой вине - мне западло, тем более в четыре часа ночи.

=========================================================================

Продолжаю между бездельем подумывать над питанием.
Чтобы лучше и более конкретно думалось, набросал схемку контроллера питания (CP, PC, КП, - пока не определился с названием), в соответствии с вышеизложенными принципами.

На номиналы пока можете не обращать внимания. Проставлены от фонаря, когда определюсь со схемой в целом, буду все просчитывать и указывать истинные значения, а также ставить те транзисторы и диоды, что посчитаю более подходящими.

Пока же это - всего лишь концепция для рассмотрения и обдумывания. Хотя, в общем - то, скорее всего рабочая (ну, может, после некоторой настройки и устранения возможных недосмотров).

Рисовал, естественно, в Схеммакере (CM-2000), про который не раз упоминал. По грубой прикидке, нормально разведется на плате 120-140 мм шириной 60-80 мм даже при использовании обычных выводных деталей. Место под нее в зависимости от используемых батарей - порядка 143 х 80-90 и более мм.

Естественно, начал с минимума - 2х баночного варианта. Другие будут отличаться некоторыми узлами, но большинство рассматриваемых решений будут аналогичными.

Что я тут нагородил:

--- 1. --------------------------------------------------------------
Ограничители напряжения на банках при заряде. С сигнализацией о включении в работу (через оптроны). Правда, оптроны тут стоят не очень хорошо. Лучше бы их включить через отдельные транзисторы, но лень.

--- 2. --------------------------------------------------------------
Измерение напряжения нижней банки и всей батареи (в данном случае 2 банки).
Напряжение верхней банки предполагается определять простым вычитанием.
При опоре 4,096v и делении напряжений вдвое, имеем максимум 8,192v шкалы с разрешением 8 mV.
Максимальное напряжение на 2х банках при заряде 8,4v (4,2v x 2).
Имеет смысл сделать делитель напряжения = 2,5. Это даст полную шкалу 10,240v при разрешении 10mV. Что вполне привлекательно. Погрешность даже в 2 двоичных разряда даст максимум 40mV, что не превышает предельно допустимую для зарядного напряжения LiPo - 50mV.

--- 3. ---------------------------------------------------------------
Измерение тока заряда - разряда батареи. Довольно мутное место.
Если меряем в общем проводе - к измерениям напряжения добавляется падение на токовом шунте (при R = 0.,1 Ома = 0,1v на ампер). Что, впрочем, несложно учесть программно.
Некоторые проблемы создает двухполярность напряжения, снимаемого с шунта. Слишком усложнять схему, или использовать что-то, что есть где-то, но нет у меня - не мой путь.
Поэтому просто сдвинул нуль схемы на половину опорного, и относительно этой точки и буду считать.

При 5v питании выходное напряжение простых и дешевых операционников - весьма ограничено. Если использовать выход 2,048 +- 1v, будем иметь при входном 50 mV на ампер (с учетом деления схемой сдвига), при усилении = 10, диапазон +- 2А при дискретности = 8 mA. (Значения от 261 до 761 от шкалы АЦП 0-1023).

Для разряда - вполне приемлемо. Вряд ли потребление будет больше 2х ампер. Реальное - пока обычно меньше ампера, (от менее 200ма в покое до 500-600 мА пиковом), правда - при 12v батарее. А вот при заряде, особено ускоренном (токами 2-3С), при батарее из 2х банок емкостью 5-6Ач, токи намного больше... Хотя есть смысл использования меньших токов заряда (до 2х Ампер), делая срочные подзаряды небольшими, а полную емкость набирать во время малой активности робота, при длительном нахождении его на базе (например, ночью).

Другой вариант - мерять ток в "+" проводе батареи - при использовании простых схем на обычных операционниках гораздо сложнее. Там нулевая точка отсчета будет плавать относительно общего провода, при изменении напряжения батареи (из за невозможности запитать входные цепи от калиброванного источника).

Для увеличения диапазона выходного напряжения операционника - рассматриваются варианты питания его не от стабильного +5v, а напрямую от 6-8,4v с батареи. Возможно также 2х полярное питание, с использованием маломощного преобразователя на -5v (например, ICL7660 - они есть у меня). Хоть это и мало что дает... Кроме разве что сдвига выходных уровней к 0 и более полного использования шкалы АЦП 0-4,096v. Например, сделать диапазон -2 +6A, для расширения измерения зарядного тока...

--- 4. ---------------------------------------------------------------
Еще на схеме имеется ключ для проключения напряжения батареи (6-8,4v) - напрямую на разьемы. С них можно питать модули, которым нужно только +5v через встроенные линейные стабилизаторы, а также аудиоконтроллер с усилителями (питание 12v при низкоомных динамиках не дает повышения мощности, лишь ухудшая КПД и повышая нагрев).

--- 5. --------------------------------------------------------------
Источник стабильного напряжения +12v. (на MC34063 c внешним транзистором). Удобен, например, для питания бамперов и контроллера башни, где от 12v запитаны светодиоды подсветки и датчиков, а также УЗ дальномер (который был рассчитан на питание порядка 9v от Кроны, теперь работает от 12v).
Планируемая нагрузка - не более 1 ампера. Хотя запас и желателен (до 2х Ампер, например). Мало ли...

--- 6. --------------------------------------------------------------

Преобразователь - удвоитель для питания в основном ходовых движков. Имеет 2 режима: полное отключение - через ключ на Q14, и неполное - только остановка преобразователя. В этом случае напряжение с батареи идет через обмотки трансформатора и диоды D6,D7, напрямую на выход. Для 2х баночной батареи в этом смысла особого нет (мои 27-вольтовые движки через L293D плохо работают ниже 10v), но может использоваться при 3х банках в батарее (10-12,6v). При работе в качестве удвоителя (при этом с 2х баночной батареи имеем 12-16v), максимальный КПД можно получить без использования вторичной обмотки, снимая напряжение прямо с первички.

Для малых напряжений при больших токах, 2х тактная схема, по сравнению с однотактной, имеет меньше потерь, и почти полное отсутствие пульсаций по входу и выходу, из за симметричности работы схемы. А также лучшее использование обьема сердечника из за симметричности перемагничивания. Также повышению КПД способствует работа без насыщения сердечника (в данном случае - при внешнем возбуждении на соответствующей частоте). Вместо полевых транзисторов, в этой схеме неплохо работают и обычные.

Полевые транзисторы если будут использоваться, то, естественно, не те, указанные на схеме, а с меньшей мощностью (тут много не надо, ампера по 2 - за глаза), соответственно - и меньшими емкостями затворов, временем перезаряда которых на не очень высоких частотах можно не заморачиваться. Пока это просто прикидка.

Можно также использовать еще и вторичную обмотку, например, получая с нее дополнительные напряжения, или, сделав ее на напряжение раза в 3-4 больше входного, и подключив выход ее выпрямителя через ключ после уже имеющихся диодов с первички, заиметь режим "форсаж", для подачи на двигатели еще большего напряжения (напоминаю, они у меня стоят 27 - вольтовые, хоть и питаю от 12v). Тогда тяга будет определяться только пробуксовкой колес.

====Остальное пропало, снова колотить не буду... ===

Вот сама схема. Остальное и так понятно. Были еще рассуждения общего плана, обсуждения разных проблем и вариантов...
Сжимать сильно схему не стал, а то читаться плохо будет. Размер невелик, всего сотня килобайт.
Show


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 16 янв 2013, 04:54 
Старожил
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 18 фев 2010, 14:42
Сообщения: 1153
Откуда: Лондон
Я наерна ленивый, но я бы выкинул нафиг схему. В свое время нужно было смастрячить штуку для айрсофт оружия, электронный спуск+монитор для аккумулятора, чтобы посреди боя не удивится с пустого аккумуля. Пока думал, как следить за напряжениями в банках - мне проще было, ходовые аккумы на 2 банки, 3 для извращенцев - наткнулся у TI на микруху, которую по ходу в аккумуляторы на ноутах ставят. Умеет следить за 2-8 ячейками, рулит зарядом, предупреждает о разряде, смотрит нагрузку и отрубает при превышении, умеет общатся по и2с\спи и еще много чего. При цене около 4 долларов. Такая вот информация для размышления


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 16 янв 2013, 11:27 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
cahbtexhuk писал(а):
Такая вот информация для размышления

А чего тут размышлять? Эти микросхемы весьма специализированные, требуют все равно кучу обвеса, не всегда можно извлечь нужные данные, и все равно батареи с ними дохнут.

У меня уже скопилось с десяток дохлых батарей от ноутов. Везде в них на узкой платке собраны эти схемы, на 3 или 4 секции, в которых в параллель по 2 или 3 банки по 2,2-2,6Ач.

Несмотря на эти схемы, все эти батареи сдохли, в то же время в них обычно часть банок, а то и все - целые. А если тоже дохлые, то часто просто уже от разряда ниже допустимого, когда уже долго валялись без дела.

Кроме того, если глянуть на мою схему, то на ней контроль батареи - далеко не самое главное. В конце концов, можно и вовсе без него, - у меня питающее напряжение меряют и ходовой контроллер, и центральный...

Важнее мне - обеспечить нужные напряжения для разных модулей и движков, независимо от используемой батареи, оптимизировать расход энергии с минимальными потерями на преобразования, иметь возможность отключения тех или иных модулей. Частично это имеется в самих модулях, но неплохо иметь для этого и централизованное решение.

Кстати, уже в процессе рисования схемы, я уже решил (% на 80), не ставить ограничители заряда банок, - оставив только контроль напряжения на них. Все-таки, буду использовать модельные батареи, а в них банки уже идеально подобраны.

А для временного решения - батарей от ноутов - также все равно буду использовать банки, стоявшие в одной батарее, а не в разных. А они тоже уже подобраны. Например, у меня есть пара строенных секций от одной из батарей в хорошем состоянии. В то время как пара других в ней же - убиты в ноль, имеют нулевое напряжение, и при заряде показывают КЗ даже при разрезке их на отдельные банки...

Так что для предлагаемых вами микросхем или готовых плат от батарей ноутов (которых у меня уже куча), почти ничего не остается... А ограничение тока и напряжения заряда - будет делать зарядник в базе.

Время от времени, периодически, для профилактики или по сообщениям робота, можно тренировать и балансировать батареи внешним универсальным зарядником с балансиром, который у меня уже есть (писал о нем). А в самом роботе исполльзовать неполные заряд и разряд, не доходя до предельных значений процентов на 5-10... И днем вообще использовать частичные подзаряды (при необходимости), набирая большую часть емкости уже в период малой активности, ночью. При нормальном функционировании робота с одной зарядки часов по 8 и более - это оптимальное решение.

Об этом как раз тоже было в той части поста, что пропала, а писать снова было уже в лом... Еще там было о микроконтроллере, и еще кое - что...

И вообще, представленная схема - не окончательное решение, а один из вариантов для обдумывания и оптимизации. Просто на ней уже есть большинство из заявленного в первом посте темы. Также набросаю варианты для 3х и 4х баночных батарей, может, и для 6-баночных. Сравню, подумаю, тогда уж и буду окончательно решать...

Еще один из вариантов - валяется у меня вполне нормальный электронный счетчик (летом поставили всем нам новые на улице, домашний оказался не нужен). Подумываю вскрыть его и посмотреть, как там ток меряется. Аналогично можно посмотреть контроль тока на тех же платках от батарей ноутов...

Так что, вариантов еще - куча. Я никогда не хватаюсь за первое пришедшее в голову решение, а стараюсь рассмотреть и кучу альтернатив. Тем более, сейчас делаю для себя, и жесткими сроками, как на работе, не ограничен.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 16 янв 2013, 18:04 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Цитата:
Кстати, уже в процессе рисования схемы, я уже решил (% на 80), не ставить ограничители заряда банок, - оставив только контроль напряжения на них.

Вот облегченный вариант. Убрал ограничители заряда и контроль их срабатывания.
Оставил только контроль напряжения банок. Немножко перекомпоновал схему. А так - почти все то же пока.

Освободилось заодним еще 2 ноги контроллера. Теперь если не использовать внешний кварц, то свободно их пара ног, или можно теперь кварц повесить.
Указанный контроллер PIC16F88 - в своем роде уникален среди аналогичных. При всего 18 ногах - имеет и 8-канальный АЦП, и USART одновременно, что для дешевых корпусов на 18 ног и менее - большая редкость. Обычно или только AЦП (полно даже в 8 и 14 ногих), или только USART (как в PIC16F628). Ставить же сюда, например, 28-ногий PIC16F873 - несколько избыточно... Хотя я обычно их раньше везде и ставил - в бамперы, ходовой...

Кроме того, в 88 есть встроенный генератор на 8 частот, от 32 кгц до 8 мгц, переключаемый программно, и достаточно стабильный для использования c USART.
Ну, и главное, - они у меня есть... В отличие, например, от некоторых тоже интересных, но очень дорогих или отсутствующих у нас в продаже. Как, например, PIC18, или более поздние из PIC16, что идут по 15-20 баксов у наших торгашей.

Вот слегка доработанная схема. Естественно, далеко не окончательная. Прикидываю и другие варианты.
Вложение:
Snap6.PNG
Snap6.PNG [ 34.09 Кб | Просмотров: 27074 ]

"Чапай думать будет !"... (С) Петька.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 16 янв 2013, 19:40 
Заглядывает иногда
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 15 июн 2011, 10:29
Сообщения: 56
Откуда: Новосибирск
Цитата:
Кстати, уже в процессе рисования схемы, я уже решил (% на 80), не ставить ограничители заряда банок, - оставив только контроль напряжения на них. Все-таки, буду использовать модельные батареи, а в них банки уже идеально подобраны.

Очень плохая идея. Если это не одноразовый фонарик за 1$, то балансировка при зарядке обязательна. Модельные батареи не такие уж идеальные, а главное, как бы хорошо не были подобраны ячейки, дисбаланс заряда во время эксплуатации будет только увеличиваться.

Для балансировки можно воспользоваться такой схемкой:
Вложение:
bal.png
bal.png [ 10.44 Кб | Просмотров: 27059 ]

На каждую ячейку по такой присоске. "BAL1" - к минусу ячейки, "BAL2" - к плюсу. Берём банку с минимальным напряжением. Если напряжение на одной из банок выше минимального (скажем, на 10 мВ) - включаем шунт. Если несмотря на шунт напряжение на банке раньше времени приближается к максимально допустимому, снижаем общий ток заряда.

Питать всё от 2S - тоже плохая идея. Снижается КПД из-за удвоителя. Мощности при питании движков от 10-12 вольт может даже не хватить, чтобы преодолеть препятствие или залезть в горку (может теоретически и кажется, что мощности хватает, но практически наверняка потребуется в 2 раза больше). Лучше взять батарею на номинальное напряжение движков (меньшей ёмкости, если мало места).

Также неплохо заменить LiPo на LiFePo4 - они более надёжны и долговечны и менее требовательны к условиям эксплуатации. Цена отличается не сильно.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 16 янв 2013, 21:08 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
redsh писал(а):
Для балансировки можно воспользоваться такой схемкой:.

Ограничитель с TL431 гораздо надежнее. Имеет очень высокую крутизну нарастания тока при напряжении выше порогового, да и сам порог намного стабильнее.

Цитата:
На каждую ячейку по такой присоске. "BAL1" - к минусу ячейки, "BAL2" - к плюсу. Берём банку с минимальным напряжением. Если напряжение на одной из банок выше минимального (скажем, на 10 мВ) - включаем шунт. Если несмотря на шунт напряжение на банке раньше времени приближается к максимально допустимому, снижаем общий ток заряда.

Это подходит больше для ручного режима с батареей вне робота. А на этот случай у меня есть готовый универсальный фирменный зарядник - балансир.
Внутри робота с управлением от контроллера ваш вариант неудобен. В этом отношении моя первоначальная схема удобнее и надежнее, и есть контроль за включением балансира на каждой банке.

Цитата:
Питать всё от 2S - тоже плохая идея. Снижается КПД из-за удвоителя.

Удвоитель будет работать только на ходовые движки. Потребление у них не очень большое, да и работают они не постоянно. Да и КПД 2х тактного удвоителя в моем варианте очень высок, а транс легко мотается на ферритовом кольце без зазора, с высокой (2-3тысячи), проницаемостью. Для моих мощностей достаточно колечка 17-22мм, с обмоткой в 2 провода, в один слой. Когда - то я на подобных преобразователях разных типов собаку сьел...

Зато большинство постоянно работающих модулей, на которые подавалось 12v, а внутри понижалось встроенным стабилизатором до 5v, линейным или импульсным, при питании от батареи 6-8V через Lov-Drop стабилизатор, будут иметь лучшую экономичность.

Есть несколько устройств, питающихся от 12v (для которых предусмотрен импульсный стабилизатор на 12V), но они работают кратковременно. Это двигатель поворота башни (потребление миллиампер 60-80), шаговик подьема телекамеры (300-500мА в импульсе), подсветка камеры (ступенями до 100-120 мА), подсветка датчиков бамперов, УЗ дальномер (там немного тока, важнее стабильность напряжения).

Цитата:
Мощности при питании движков от 10-12 вольт может даже не хватить, чтобы преодолеть препятствие или залезть в горку (может теоретически и кажется, что мощности хватает, но практически наверняка потребуется в 2 раза больше). Лучше взять батарею на номинальное напряжение движков (меньшей ёмкости, если мало места).

Они у меня и при 12v за счет хорошего 3х-ступенчатого планетарного редуктора тащат так, что при полном весе до 3 кг колеса скорее пробуксуют, чем движки остановятся. При 10 и менее вольт - просто неэффективна работа ШИМ, двигается только на почти полном заполнении. Со свинцовым аккумулятором (11 - 14,2v, в основном 11-13,5v) - проблем с движением не было.
Трогался с места при заполнении 90-100 из 255, при полном - даже руками за колесо удержать можно с большим усилием, за 6 мм вал - и вовсе невозможно. В движении по полу потребление было по 120-150мА на движок. Пороги высотой почти в полколеса почти не замечал, скорость не снижал.

Больше чем 12-14v - нужно только для повышения скорости. Сейчас 20-30см в сек, для дома - хватает, если на улице - можно и больше. Для того и хочу включать повышенное.
Можно еще диаметр колес увеличить (сейчас 78мм), момента на валу хватает.

Цитата:
Также неплохо заменить LiPo на LiFePo4 - они более надёжны и долговечны и менее требовательны к условиям эксплуатации. Цена отличается не сильно.

У нас в продаже их пока нет, кроме того, LiPo уже отработаны хорошо и выпускаются массово, а с LiFePo4 - неизвестно еще, чего там вылезет...

Кроме того, на первое время для отладки у меня есть куча дармовых, от ноутбуков, не выбрасывать же их... Когда уже все более - менее соберу все в кучу, поставлю модельный. Они на глазах дешевеют, и ассортимент обширный.

Вообще же, как я уже писал, основной вариант у меня - 4х баночный. Но просматриваю на всякий случай и другие, чтобы анализ был более обьективным и разносторонним. Может, даже и изготовлю пробные образцы, чтобы погонять в натуре. Что не пойдет в робота, пригодится где-нибудь в другом месте...

3x баночный - ни то, ни се. Особых преимуществ не имеет. Питать от него движки напрямую - напряжение маловато, все остальное - требует преобразователей, а 12 вольтовый стабилизатор - должен работать и на повышение, и на понижение... Что обычно сложнее.

6-баночный вариант - все напряжения придется понижать, кроме разве что питания движков - им экономный ход можно будет обеспечить только с помощью ШИМ, в то же время при полном заполнении двигаться будет достаточно шустро и без вольтодобавки.

Но довольно неплохие по емкости и цене 6-баночные батареи - немного превышают желаемые габариты (как по длине, так и высоте). Брать же меньшей емкости, порядка 2 Ач, - так у 4х баночной на 5Ач получается запас энергии больше, при меньших габаритах и стоимости...

2х баночный же вариант в основном рассматриваю применительно к имеющимся двум строенным блокам от ноута в отличном состоянии, и куче сдвоенных, 2х3секции и 2х4...
Хотя в продаже есть и дешевые модельные 2S на 5-6 Ач.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 24 янв 2013, 01:41 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Сделал набросок схемы для 4 банок (14,8v, реальный рабочий диапазон от 12-13,2 до 16,8v).
Чтобы не рисовать схему с нуля (в большинстве то же самое, что для 2х баночного варианта), просто слегка переработал предыдущую.

Основные изменения:

- контроль 4 элементов потребовал 4 делителя и 4 входа АЦП соответственно. Оптимальный коэффициент деления - 5. Что дает при опоре 4,096v, шкалу 0-20,46v с шагом 20mV.

- Теперь напряжение батареи (от примерно 13,2v при 3,3 v на банку, или 12v при 3v, до 16,8v при полном заряде, 4,2v на банку), вполне достаточно для эффективной работы ходовых двигателей. Но для форсажа возможно повышение через 2х тактный преобразователь с коэффициентом ~1,7-1,8 до примерно 20-27v (в зависимости от заряда батареи). Стабилизировать это напряжение - особого смысла нет, только КПД ухудшится, подводимая же к двигателям мощность все равно регулируется ШИМ в ходовом контроллере, что дает плавную регулировку скорости от 0 до максимума (порядка 20см в сек при 12v).

- Для питания цифровых цепей модулей теперь, наоборот, напряжение батареи понижается примерно в 2 раза 2х тактным преобразователем, (до 6-8,4v), что оптимально при использовании в модулях линейных Low Drop стабилизаторов. С ними КПД получается лучше импульсных, при малой разности напряжений входа -выхода. Сам же нерегулируемый, общий для модулей, 2х тактный преобразователь имеет хорошие показатели экономичности, при минимуме помех по входу и выходу, в отличие от стабилизированных преобразователей с ШИМ.

- Стабильное +12v напряжение теперь получается SEPIC - импульсным стабилизатором. Неплохой результат тут дал бы и линейный стабилизатор, но нижний предел батареи близок к выходному напряжению, что делает непригодными стабилизаторы вроде LM7812 (им надо разность входа - выхода порядка минимум 2-3v). А 12-вольтовых Low Drop с токами порядка 1А у меня нет, и в наших магазинах они тоже отсутствуют. Если вообще существуют. В основном попадались на токи порядка 150 мА, и то минимум падения - при токах миллиампер 20, затем заметно растет, достигая при максимальном токе порядка 0,6v.

Можно сделать стабилизатор с малым падением и нужным током на рассыпухе, но пока лень, хотя может и сделаю прикидку. Когда - то, еще в 70х годах, мне удавалось делать стабилизаторы 5v 2-3А c минимальной разницей входа - выхода от 0,5-0,6v, на 3-4 транзисторах, по теперешним понятиям - не самых лучших... Может, и тряхну стариной... КПД может получиться в данном случае не хуже, чем у SEPIC, (особенно при подсевшей батарее), при более простой и надежной схеме, и отсутствии импульсных помех. К тому же неизвестно пока, как поведет себя этот преобразователь, при нулевой или малой нагрузке... А для этого номинала напряжения она как раз такая. От единиц и десятков мА до полампера и более.

В остальном изменилось мало.
Пришлось только ограничить напряжение на затворах ключей (все же 16,8v, при полностью заряженной батарее, превышает типично допустимые 15v на затворе многих полевиков). Для этого достаточно поставить в цепь их затворов резистор, образующий при их открывании делитель совместно с запирающим резистором между затвором и истоком.
Ну, и заменил линейный Low Drop стабилизатор питания контроллера (LM2931) на обычный LM7805 (или LM78L05, если его мощности хватит, - посчитаю после доделки и уточнения схемы).

Микроконтроллер остался тот же - PIC16F88. 18 ног, в данном случае - как раз хватило, если без внешнего кварца. Стабильность его внутреннего генератора достаточно хороша для его USART. В крайнем случае - откалибрую.

По производительности - 8МГц его встроенного тактирования вполне достаточно, для экономных режимов - программное понижение вплоть до 32КГц (8 частот внутреннего генератора), тоже неплохо. Если, например, придется поспать, при разряде батареи, и невозможности подзарядиться, отключив все, вплоть ло ЦК... И лишь периодически ненадолго просыпаясь, для очередной попытки найти зарядник или сообщить о себе.

К примеру, в программе контроллера питания будет заложена возможность (по команде ЦК) вырубить все питающие напряжения, и вновь дать питание на ЦК только через некоторое время (например, 4 часа, или с наступлением утра, или еще чего).

Как обычно, пока номиналы и типы деталей - от фонаря, считать и уточнять буду потом, после доработки схемы в целом.

Вот сама схема для 4х-баночной литиевой батареи (емкость будет в пределах 3-6 Ач):
Show


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 24 янв 2013, 03:13 
Заглядывает иногда
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 01 фев 2010, 12:45
Сообщения: 58
Откуда: Мюнхен
А как предполагается заряжать Li-батарею?

_________________
Лето у нас короткое, но малоснежное.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 24 янв 2013, 10:12 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Condor писал(а):
А как предполагается заряжать Li-батарею?

Нужное напряжение (из расчета 4,2v на банку) будет выдавать зарядник "кормушки" - базы, на которую будет заезжать робот для подзаряда. Этот же зарядник будет и ограничивать ток заряда, - снижать при малых напряжениях на батарее в начале заряда, и ограничивать по максимуму в остальное время. Поскольку будет небольшое падение напряжения на переходных сопротивлениях контактов, монтаже, и зарядном ключе робота, реальное максимальное напряжение на батарее будет немного ниже, что обеспечит ее заряд несколько менее максимальной емкости, что повышает безопасность и долговечность батареи. Частично это падение можно скомпенсировать, слегка подняв напряжение зарядника, но в целом я думаю все же использовать неполный заряд и разряд до 3,3v вместо допустимого 3,0v на банку. Потери максимальной емкости при этом невелики (думаю, до 20% - нормально), зато повышается надежность.

В процессе заряда - разряда контроллер питания робота будет контролировать напряжение каждой банки, при достижении минимально заданного хотя бы на одной из них - переходить в экономный режим. При напряжении несколько большем (например, 3,4-3,5v) - ехать на базу для подзарядки. При напряжении 4,2v хотя бы на одной из банок - прекращать заряд.

Модельные батареи допускают ускоренный заряд токами 2-3С за 20-30 минут. Что при емкости батареи например 5 Ач - 10-15 Ампер! Что неудобно по ряду причин (требует хорошего и надежного контакта с базой, и толстых проводов цепей заряда). Ноутбучные батареи - имеют меньшие допустимые токи заряда, не все могут взять полный заряд даже за 2 часа без быстрой деградации. Поэтому думаю все же ограничиться токами порядка 2х-4х часового режима (в зависимости от батарей), что для тех же 5 Ач = 0,5-0,25C = 2,5-1,25 Ампера, что вполне нормально для контакта с базой.

Естественно, не всегда будет возможность взять полный заряд, когда надо, в период активного функционирования робота. В этом случае возможны частичные подзаряды (по 10-20% емкости), с более полным зарядом - во время малой активности (например, ночью).

Решать, когда и сколько заряжаться, будет ЦК, согласно с выполняемыми задачами, и информацией о состоянии батареи, что будет получать, опрашивая контроллер питания. Контроллер питания же будет вести текущий контроль напряжения батареи и каждой банки, отслеживать токи заряда и потребления, и на основе этого делать предположения о наличном количестве заряда. По этой информации ЦК будет вырабатывать стответствующую стратегию поведения, с учетом возможных подзарядов.

В общем, все как положено. Один - делает работу нижнего уровня, контролируя батарею, другой - руководит, планирует работу, принимает решения и отдает указания. Все - в рамках принятой мной многоуровневой иерархии устройств робота.

При некоторой разбалансировке (больше определенного предела), ЦК доложит об этом компьютеру, чтобы была сделана балансировка и тренировка батареи внешним универсальным зарядником, подключаемым вручную:
viewtopic.php?p=159314#p159314
Это для нормальной батареи (не собранной из случайных элементов), требуется не так часто. Особенно в режиме частичных заряд-разрядов, когда напряжение не доходит до критических.

Сами уровни контроля и методики будут уточняться уже в процессе эксплуатации готового контроллера питания с конкретной батареей, внесением изменений в его программу, а также программу ЦК.

Вот так, в общем...


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 24 янв 2013, 10:33 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Еще некоторые дополнения.

При наброске схемы контроллера 4х баночного чуть не забыл о контроле температуры батареи. Конечно, у меня есть несколько термометров DS18B20 у ЦК (уже опробованы были прошлой зимой), которыми он контролирует температуру двигателей, батареи, внутри корпуса, и снаружи. Но желательно бы иметь независимый термометр еще и в контроллере питания. А ног свободных уже вроде нет. Хотя выделить одну ногу - не проблема. Например, использовав ногу сброса. Или еще чего... Есть также вариант использования 28-ногого, например, PIC16F873. Появится куча свободных ног, и внешний кварц.

Есть также у меня удобные термоконтакты из венгерской аппаратуры, в виде металлических кубиков примерно 12х12х5мм, с контактом на размыкание при 60 градусах, и контактом на замыкание при 70 градусах. С током, кажется, до 3А. Можно таким термоконтактом, установленным на батарее, просто отключать ее при температуре 60 градусов.

Еще - не упомянул, что управление зарядником базы думаю сделать от робота, с использованием уже имеющегося на нем радиоканала с китайскими брелками. Он использовался у меня для связи с компом (когда ходовой был за центрального).
Поскольку хочу делать другой радиоканал, на MRF49XA, то освобождающийся старый будет использоваться для управления роботом разными внешними устройствами. В том числе - включать маяк базы для поиска кормушки, включать ее зарядник, возможно, переключать режимы зарядника.

Подробнее об этом радиоканале будет в одной из других тем о моем роботе. Или в теме про ЦК, (поскольку это он будет делать), или в общей теме - "мысли вслух".


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 24 янв 2013, 18:54 
Заглядывает иногда
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 15 июн 2011, 10:29
Сообщения: 56
Откуда: Новосибирск
SWG писал(а):
при 60 градусах

Слишком много, по-моему. В роботе батарея должна быть всегда холодная. 60 градусов - это для моделей, где батарейка весь заряд отдаёт за 8-15 минут (впрочем, с 1,5-2 кратным запасом по токоотдаче и при таком режиме температура не превышает 45-50 градусов).
При зарядке батарея всегда должна быть холодная (по крайней мере, при зарядке 1-2C). Если начинает сколько-нибудь ощутимо греться, нужно срочно отключать.

SWG писал(а):
Это для нормальной батареи (не собранной из случайных элементов), требуется не так часто.

У мя этих батарей около 15. Могу сказать, что не стоит переоценивать качество подбора ячеек и стабильность их параметров - лучше всегда заряжать только с балансировкой. Гораздо лучше не давать ячейкам разбалансироваться, чем потом гонять несколько циклов, чтобы снова сбалансировать.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 24 янв 2013, 19:25 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
redsh писал(а):
SWG писал(а):
при 60 градусах
Слишком много, по-моему. В роботе батарея должна быть всегда холодная.
Если начинает сколько-нибудь ощутимо греться, нужно срочно отключать.

Ну, так это, - как раз на крайний случай.
Независимый, простой и надежный способ, по крайней мере - избежать возгорания батареи, если остальные системы контроля почему - то не сработают...

Всего - небольшая, практически вечная деталька. И они у меня есть. Я их раньше на радиаторы мощных блоков питания и усилителей ставил, для сигнализации о перегреве, или для отключения питания.

SWG писал(а):
У мя этих батарей около 15. Могу сказать, что не стоит переоценивать качество подбора ячеек и стабильность их параметров - лучше всегда заряжать только с балансировкой. Гораздо лучше не давать ячейкам разбалансироваться, чем потом гонять несколько циклов, чтобы снова сбалансировать.

У меня режим разряда (да и заряда) будет полегче, чем их паспортный. Соответственно, и деградация их будет гораздо меньше. Но и моделисты их не каждый день балансируют, несмотря на тяжелый режим эксплуатации. И ничего, на сезон хватает...

С литием я пока еще мало работал. Зато - и с серебряно - цинковыми когда - то неплохо побаловался, от 3 до 25 Ач, не один десяток аккумуляторов погонял, и с никель-кадмиевыми от 0,1 до 25 Ач (некоторые до сих пор живы, еще с 70х годов!). И со свинцовыми всякими.

И литературу хорошую по химическим источникам тока почитывал... Всякие режимы заряда (например, несимметричным током) тоже перепробовал. Все - по науке...

Так что аккумуляторы для меня - дело привычное, как и их зарядка. Давно уже простыми разовыми батарейками не пользуюсь. Даже в мультиметрах у меня, и то, вместо Крон - аккумуляторы в формате Кроны... Годами работают.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 25 янв 2013, 23:48 
Заглядывает иногда
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 01 фев 2010, 12:45
Сообщения: 58
Откуда: Мюнхен
Спасибо за развернутый ответ. Тоже думаю как организовать питание с возможностью подзарядки и, как выражаются, Power Path'ом. Но пока токо нормальные схемы для металлгидридных аккумов нашел. Что тоже в общем то неплохо.

_________________
Лето у нас короткое, но малоснежное.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 26 янв 2013, 00:04 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Condor писал(а):
Но пока токо нормальные схемы для металлгидридных аккумов нашел. Что тоже в общем то неплохо.

Металгидридные - при той же емкости больше места займут, чем литиевые. И напряжение на элемент - в 3 раза меньше (обычно рабочий диапазон 1,35 - 1,0v против 4,2-3v у LiPo).
И хоть у них эффект памяти вроде должен быль менее выражен, чем у NiCd, на практике же - эти обещания не сбылись... Частичные подзаряды они не любят, быстро теряя емкость.

А главное - у них большой саморазряд. Хуже даже, чем у свинцовых... Бывало, что садились без дела за неделю. И чем больше удельная емкость, тем больше внутреннее сопротивление. При емкости более 2Ач для формата AA для больших токов использовать уже нет смысла, - отдают едва половину емкости. А низкоомные (модельные) NiMH - по цене нередко дороже литиевых той же емкости, не говоря уж о размерах. Уж - лучше свинец, он неприхотливый. А теперь - и литиевые стали и сильнотоковыми, и дешевыми...


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 29 янв 2013, 19:16 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Для пробы набросал компоновку платы для 4х баночного варианта.
Без особых проблем укладывается с обычными выводными, (не самыми мелкими), деталями, и микросхемами в DIP на панельках, в габарит 130х75мм. То есть с достаточным запасом по имеющемуся для него месту (около 142 на 90 и более мм, в зависимости от габаритов батарей). Транс для 2х тактного преобразователя думаю сделать на кольце порядка 22мм с проницаемостью 2000. У меня их полно, или в ферритовом горшке (круглом или квадратном) с наружным размером 20-25мм. Тоже есть. Но кольцо в данном случае - удобнее, и зазор не требуется. Дроссели - в ферритовых горшках 12мм или на гантельках, во втором случае - возможно, раздвину их подальше или частично заэкранирую, для уменьшения взаимного влияния. Или просто проверю с разной фазировкой обмоток.

Вместо указанных круглых - возможно, буду использовать диоды Шоттки в прямоугольных корпусах. Тоже у меня есть.

Мощные полевики - тоже более компактные (как на материнках).

У мелких полевиков (BS170) вместо их корпуса ТO-92A (с шагом выводов 1,27мм) обычно, если место хватает, развожу под шаг 2,54мм, как тут. Привык к сетке 2,5мм, поэтому не стараюсь мельчить без нужды. Когда шаг везде одинаковый, проще разводить, и аккуратней получается.

При проверки компоновки слегка изменил схему для удобства разводки. В трассировщиках с NET листом это просто, не то что в Спринте... Показ связей между элементами согласно принципиальной схеме позволяет, еще не делая дорожек, таскать компоненты по плате как угодно, добиваясь нужного расположения с короткими связями и минимумом пересечений.
Время от времени делая автоматическую привязку к сетке с заданным шагом (обычно использую 2,54мм), и оптимизацию связей NET-листа по новому расположению деталей.
Когда все уже более - менее выглядит нормально, можно начинать разводку дорожек. Перемещения в процессе разводки при таком подходе - уже минимальны. Только для оптимизации некоторых сложных мест.

Вот слегка доработанная схема:
Show

А вот - примерная компоновка. При желании можно уже по ней начинать трассировку. На одной стороне - все не разойдется, но мне все равно нужно место для мощных силовых шин (на токи до 2-3ампер на всякий случай), так что буду использовать обе стороны (как на ЦК и контроллере башни). Хоть можно было бы раскрутить и на одной, с несколькими перемычками.:
Show

Поклонники "простого и удобного" Спринта интереса ради могли бы попробовать развести эту схему в нем. Правда, это значительно облегчит уже сделанная мной компоновка, но тем не менее - разница все же будет... Как и ошибки, которые в Спринте по NET-листу не проверишь...


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 30 янв 2013, 00:53 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Прикинул, как разведется. Пока - тонкими линиями, без полигонов и шин.
Развелось полностью, без особых выкрутасов и узких мест.
Конечно, кое - где можно получше, но это - уже дело техники. Когда закончу со схемой, уточню номиналы и типы деталей, тогда и буду вылизывать. Постараюсь сократить петли больших токов, добавлю кое - где конденсаторов. Что-то еще раздвину. Пока же, для разглядывания и размышлений, сгодится. Размер - 130x75мм.
Вложение:
Snap11.PNG
Snap11.PNG [ 50.93 Кб | Просмотров: 26391 ]


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 30 янв 2013, 21:00 
Старожил
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 28 янв 2010, 20:18
Сообщения: 386
Быстро у вас получается, я могу месяц искать хорошую компоновку и разводку для горвздо более простых схем, и в итоге все равно остаться недовольным результатом. Обычно весь торомоз именно в правильном расположении компонентов, как только оно найдено дороги русуются сами.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 30 янв 2013, 21:14 
Старожил
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 17 апр 2010, 08:38
Сообщения: 4768
Откуда: Усинск, республика Коми
Опыт не пропьешь ;)

_________________
хаос это непознанный порядок


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 30 янв 2013, 22:51 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
amaora писал(а):
Быстро у вас получается, я могу месяц искать хорошую компоновку и разводку для горвздо более простых схем, и в итоге все равно остаться недовольным результатом. Обычно весь торомоз именно в правильном расположении компонентов, как только оно найдено дороги русуются сами.

Когда - то я разводил по 40-60 корпусов логики и БИС на плате, на листах бумаги в клеточку... Тогда многое зависило от качества бумаги, карандаша и резинки... Приходилось по несколько раз стирать по поллиста, из за пары неразводимых соединений.

Сейчас - все проще. И схемы, и их разводка.
Еще с 91 года попробовал PCAD 4.50, ORCAD 2.13, позже - перепробовал кучу других САПРов. В конце концов - остановился году в 2000 на CM-6, затем СМ-2000.
При всей его простоте, мне для дома - хватает. Делаю в нем схему, на схеме сразу в свойствах элементов есть уже корпуса (можно поменять на любые другие).

Потом по созданному по схеме NET-листу компоную детали на плате, как мне удобнее (сам CM-2000 валит их на плату так, что развести почти невозможно. Впрочем, как и большинство других трассировщиков). Автоматическая разводка - на одной стороне почти никогда не разводит до конца, на 2х сторонах - делает кучу переходов где надо и ненадо.

Растаскивая потом эти детали по плате вручную, я добиваюсь нужного мне расположения основных из них (например, разьемов, индикаторов), и оптимального размещения оставшихся.
Соединения, которые подсвечиваются при этом по NET - листу, хорошо при этом помогают, не давая чего-нибудь забыть. И не надо все в голове держать. Хотя у меня по привычке, еще с детства, схема всегда в голове...

Что получается после компоновки, я выше уже показал. В таком варианте - и автотрассировка уже работает лучше, хоть все равно я вручную развожу проще и оптимальней. Часто, простые схемы - вовсе на одной стороне. Хотя, когда рисовал платы вручную, вторую сторону использовал часто.
Сейчас, из за проблем совмещения сторон, предпочитаю делать на одной, если можно, или с несколькими проволочными перемычками сверху.

Вот сегодня, от нефига делать, за пару часов накидал полную разводку, как она уже пошла бы в дело. Расширил шины земли и питания, увеличил ширину дорожек. Основное время ушло на косметическую доделку.

Вот как обычно выглядят мои платы. На земле - не экономлю, без особой нужды ширину дорожек не занижаю. Зато - всегда все работает, и помех не боится.:
Show

Схема почти не изменилась. Добавил пару конденсаторов, да подстройку опорного напряжения.:
Show


Легко заметить, что я и схему стараюсь рисовать почти в том же порядке, как будут расположены детали на плате. По крайней мере, по направлению. Выводы микросхем на схеме (например, контроллера) - тоже так, как они расположены на корпусе. Поэтому мне уже по схеме многое понятно, - например, с какой стороны что пойдет, где - много пересечений, а где - все пройдет по порядку. Поэтому мне и плату компоновать легко.

Сейчас у ленивых модно не рисовать схему целиком, а только отдельные элементы, индексируя соединения между ними. По такой схеме замаешься не только разводить, но и просто соединения искать. Экономия на рисовании схемы - оборачивается затратами времени после, и не один раз.

Я - всегда рисую соединения полностью. Разве что только в схемах компов, однотипные линии - данных и адреса, в шины обьединял.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 02 фев 2013, 19:54 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Сейчас померил помодульное потребление.
Батарею использовал 3х баночную от ноута, под нагрузкой при измерениях было 11,2v.
Подключал также другую, - модельную 3S 1000 мА час, c U = 11,5v.
Ходовой лень было извлекать из корпуса, мерял потребление его и бамперов от внутренней свинцовой на 12v 1,3Ач. При измерении на ней было 12,2v.

Имеем:
Потребление одного ЦК ~56mA. 11,2v.

Одна башня в покое ~15мА.(14,5 mA без LIN, с подключенной LIN -16,5mA). 11,2v.

ЦК + башня ~71mA. (11,2v).
При вращении башни влево - вправо имеем повышение потребления на ~40 мА.
Включение камеры добавляет около 90-100ма. Лазера - ~30мА.
Шаговик привода камеры по вертикали потребляет до 250мА.

ЦК + Аудиоплеер + MP3 плеер без флэшки - 94мА. (11,2v).
с флешкой при работе с 0 громкости - 137mA.

ЦК + башня + Аудиоплеер + MP3 плеер с флешкой при работе с 0 громкости - 147mA. (U=11,5v).

Ходовой + бамперы (от 12,2v) ~68,5 mA.

Полное потребление всего робота в покое с активной флэшкой, но нулевым уровнем звука - ~215 мА.
То же, но с неактивной флэшкой - ~172 мА.

-----------------------------------------------------------------------------

Аудиоплеер + MP3 плеер без флэшки - 38мА.
Аудиоконтроллер с флэшкой, работающим MP3 плеером на 0 громкости - ~80мА.
Аудиоплеер - стерео, но пока подключил только 1 динамик.
На 10 единицах громкости - добавляет до 40-50мА.
На 12 единицах громкости - добавляет до 100-150мА.
На 15 единицах громкости - добавляет до 200-250мА.
Громкость 15 единиц для динамика 0,25ГД-10 - избыточна, слегка перегружается, при длительной работе (больше 15-20 минут от 12v)- усилитель из за перегрева уходит в защиту, снижая мощность, пока не остынет.
Приклейка небольшой пластинки - теплоотвода на микросхемы УНЧ (TDA7052A) может это устранить.
При работе от напряжения 11v оптимальный максимум громкости - порядка 12 единиц.

=========================================================================
В общем, просто уточнил примерные данные, что выкладывал ранее.
С движками пока не проверил, - для этого надо отсоединять от ходового контроллера радиоканал, и сажать его на межмодульный интерфейс ЦК. Что связано с разборкой корпуса, а мне пока лень. Хоть там делов на 15 -20 минут.

Кроме ходового, (и бамперов), остальные модули уже подключены к ЦК, и общаются с компом давно уже через ЦК. Правда, сам ЦК, а также - аудиоконтроллер с MP3 плеером, - пока лежат для отладки рядом с роботом. В корпус еще не засунул. Наверное, соберу все внутрь уже после изготовления контроллера питания.

Итого, как и предполагалось, общее потребление в покое, без использования энергосбережения (отключения или перевода модулей в спящий режим), от общей батареи 11-12v - порядка 200 мА и менее (172мА при неактивной флэшке), с увеличением максимум до 500-600 мА в активных режимах (при работе двигателей и камеры).

Привод подьема камеры давно думаю поменять с шаговика на серву или движок с редуктором, шаговик потребляет по 250мА на фазу, что многовато, хоть и работает он всего пару секунд. В то время как поворот массивной башни укладывается максимум в 50-60 мА, при гораздо большей нагрузке.

В ходовом контроллере и бамперах, а также MP3-плеере, - стоят стабилизаторы LM7805, что при питании от 12v имеет не очень хороший КПД. Также, для работы на низкоомную нагрузку УНЧ нет смысла поднимать их питание выше 7-8v.

Замена в них стабилизаторов на Low Drop и питание от 7-8v даст дополнительную экономию.
В ЦК и башне стабилизаторы - импульсные, на МС34063A, там экономия от понижения питания не так заметна. Хоть и возможна, если их оптимизировать под более низкое входное.

Ну и во многих модулях - датчиках тоже стоят линейные стабилизаторы.

Питание телекамеры с радиоканалом = 3,3v, питается она через МС34063A (выдает 5v) и линейный стабилизатор 3,3v (запитан от 5v) от 12v, коммутируемого контроллером башни.
Поскольку потребление камеры сейчас великовато (~90 мА), имеет смысл оптимизировать и ее включение...


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 10 фев 2013, 20:10 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Ломаю голову над источником более - менее стабильного (независимо от батареи) питания 12v. С точки зрения обоснованности его импульсного или линейного варианта и надобности его вообще...

При 4х баночной батарее имеем при LiPo: 3,0-4,2v на банку, или 12-16,8v на всю батарею.
Хотя думаю ограничить разряд напряжением 3,3v, что даст нижний предел 13,2v.

Исходя из этого, для импульсника - нижнее напряжение неудобно, поскольку для понижающего - желательна разница Uвх-Uвых не менее 2-2,5v.

Инвертирующий вариант, работающий при любых соотношениях напряжений - отпадает сразу (по куче причин, вполне очевидных - цепи заряда, и куча других нагрузок).
SEPIC - подходит, но я с ними пока не работал, и не могу сказать точно, какой получим КПД, особенно при малой разнице входа - выхода, и насколько устойчиво он будет работать при малых нагрузках (десятки мА), и холостом ходу, если его делать на максимальную 1-2 Ампера...

Для линейного - имеем: при Uвых = 12v, и:
Uвх = 16,8v (предельное при заряде и после него), КПД = 71%.
Uвх = 14,8v (принято как среднее при отдаче большей части емкости), КПД = 81%.
Uвх = 13,2v (принятое мной как минимальное при разряде, для перехода на заряд или в экономный режим), КПД = 91%.

Как видим, КПД линейного - довольно неплох. И имеем возможность получить его при сравнительно простой схеме, а то и вовсе - одной микросхемой Low Drop стабализатора. При отсутствии помех и пульсаций, свойственных импульсным. И я не уверен, что с импульсным получу лучше, чем 70-80%, особенно при малой разности напряжений...

Теперь глянем, что же у меня запитано от 12v (кроме стабилизаторов 5v - линейных и импульсных, и драйвера ходовых двигателей).
На бамперах:
- светодиоды ИК подсветки ИК-локаторов - по 3 шт последовательно, через транзисторные стабилизаторы тока. Им - достаточно нижнего напряжения порядка 8v, верхний предел (в пределах разумного) - не критичен. Можно и 16,8v.
- светодиоды подсветки датчиков пола (включены по 2шт последовательно, + 2 СД угловых оптопар столкновения, через транзисторные стабилизаторы тока). Достаточно 8-9v и более.

На башне:
TV-камера - включена через MC34063. Пофигу.
Подсветка камеры. 3 шт 3вт 3v светодиода последовательно, через 3 ограничмвающих коммутируемых резистора, что дает 8 вариантов. Максимальный ток пока ограничен примерно ~100 mA. До предельного (1А) - далеко. Хотя их теплоотводы не расчитаны на предельную мощность, такая задача не ставилась. И при 100 мА светят довольно прилично, если 200-300 - так вовсе за глаза. Чувствительность самой камеры - довольно высока (от 3х люкс), ей и при 100мА подсветки - все как днем.

УЗ локатор. В исходном варианте питался от 9v.
Имеет внутренний стабилизатор. Непосредственно входное напряжение батареи подавалось только на лазер-указатель (через 270 Ом), и на трансформатор излучателя (через 220 Ом).
Лазер можно запитать и от 5v, на излучателе - поставить стабилитрончик или линейный стабилизатор на 9v (LM7809). Есть у меня...
Или - просто увеличить ограничительное сопротивление.

Двигатель поворота платформы - ДПМ-20, на 27v. Пофигу. Крутит с запасом по мощности от 10-12v, еще лучше будет вертеть и при 14, и при 16,8...

Двигатель подьема камеры. Шаговик, 40 ом на фазу. Работает кратковременно. Переживет и 16,8v. Тем более что давно хочу заменить его сервой или простым движком с редуктором.
Все равно - жрет много, а держит без тока - плохо. Держать под током - не выгодно, поставил фрикциончик. Иначе камера могла менять положение при тряске.

------------------------------------------------------------------------------

В общем, получается, что не стоит мне городить этот отдельный стабилизированный источник 12v. Просто при питании от 4х баночной литиевой батареи надо будет просмотреть платы, и кое - где поменять конденсаторы 16v - на 25v.
На будущее же - при разработке новых плат сразу расчитывать на питание от 6-8v, или от батареи 13-16,8v.

В этом случае - основным остается 2х тактный преобразователь.
Что мы имеем с ним. Есть некоторые проблемы с подбором транзисторов.

Из имеющихся в наличии (десятка 2 типов) - или маловато предельное напряжение, 20-30v, когда желательно не менее 40 (16,8х2 = 33,6v + запас на возможные выбросы, хоть я их и задавлю), или велика емкость затвора - порядка 2000пФ. Что при выходном токе управляющей микросхемы 74HC132 (макс. 25мА), несколько ограничивает частоту, или снижает КПД. А этот преобразователь - будет работать практически постоянно, питая большинство начинки робота, а при форсаже - еще и движки.
Прикидываю также возможность использования микросхем - драйверов. Есть кое - что... IR4427, например...

Можно еще поставить обычные, биполярные транзисторы. 20-25mA тока базы - вполне достаточно, при современных типах с высоким усилением. Но неизбежное падение напряжения в режиме насыщения - тоже снижает КПД.

Хоть в целом КПД будет все же довольно высоким, но потребление - достаточно велико, а это - некоторое тепло в корпусе на каждый лишний процент. Что при тесном расположении плат - нежелательно, а вентилятор в корпус ставить пока не хочется. Как и радиаторы. Хотя для подстраховки небольшой (сантиметра 3-4), может все же поставлю. Будет включаться кратковременно, при повышении температуры в корпусе выше некоторого предела. А то у нас летом на улице в тени бывает до 37-38, иногда - и выше. Тем более - на солнце...
В доме может доходить до 35-36...

Пока еще - все холодное, но когда все затолкаю в корпус, и работать будет постоянно - может и нагреться. Хотя не все же время потребление будет на максимуме. Большие нагрузки обычно носят непродолжительный характер.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 14 фев 2013, 23:16 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
Набросал еще один вариант.
Оставил на всяк случай 12-вольтовый линейный стабилизатор (скорее, ограничитель, на уровне порядка 12v), мало ли куда пригодится, место на плате есть, так что пусть будет.
Сначала хотел оставить ему отдельный ключ - выключатель питания, потом решил, что ни к чему городить пару мощных транзисторов последовательно, хоть и полевых. Для выключения этого канала 12v решил просто отключать его регулирующую цепь.

Изменил преобразователь. Впихнул все же микросхемку - драйвер (IR4427), их у нас в продаже вроде полно, и недорого.
Правда, пришлось поджать низ платы, чтобы освободить для нее место. Пришлось выкинуть некоторые лишние элементы (например, регулировку частоты задающего генератора - она нафиг не нужна, выставляется только раз), кое - что сдвинуть... Но все же вошло.

В итоге на плате осталось довольно много свободного места (в середине правой половины), да и ширину можно уменьшить на сантиметр - полтора.
Но мне лень снова все перекомпоновывать, так как есть - вроде пойдет, а габариты роли не играют. При ширине корпуса ~ 143мм и ширине платы ЦК (самой крупной в роботе) 130 мм, нет смысла уменьшать длинную сторону контроллера питания со 130 мм, (а короткая 75мм) - при любых используемых батареях все равно ложится с запасом. Реально - там порядка 143 х 90 мм свободно для нее будет.

В общем, еще немного подумаю, если ничего другого в голову не придет - просчитаю номиналы используемых элементов, типы мощных полевиков. Скорее всего, ключи P-типа на питании оставлю IRF9540, у меня их полно. Другие из доступных мне и имеющихся в наличии - имеют большее сопротивление канала, что мне ни к чему. Оно вообще у них больше, чем у аналогичных N-типа.

В преобразователе - теперь тоже можно ставить любые, лишь бы напряжением не ниже 40-50v и с сопротивлением канала поменьше. С драйвером емкость затвора уже особой роли не играет. Да и частоту я вряд ли буду поднимать выше 50 КГц, - ферритовые кольца с большой проницаемостью на частотах 100 КГц и выше обычно работают хуже, да и прочие потери растут.

Вот что пока получилось (номиналы пока от фонаря, потом уточню):
Show


Земли в избытке, пустил с обеих сторон, точек соединений между ними куча.
Можно еще усилить шинку от батареи до преобразователя, - там есть запас по ширине.
Но и так - падения напряжения на земле будут очень малы, помехи на таких широких перекрывающихся шинах земли и питания тоже хорошо давятся распределенной монтажной емкостью, ну и конденсаторов всяких достаточно... А самый мощный кусок на плате - 2х тактный преобразователь - в отличие от однотактного, если не использовать ШИМ, имеет очень мало генерируемых помех - кроме коротких всплесков при переключении транзисторов, в остальное время потребление по входу и выходу постоянно.

В общем, пора делать плату, да собирать все в кучу.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 15 фев 2013, 00:59 
Старожил

Зарегистрирован: 08 мар 2011, 00:46
Сообщения: 954
Откуда: Санкт-Петербург
SWG, почему у Вас шаговик на пподьем камеры, а не модельная серва? Потребляет в импульсе она меньше. И компактнее. Управление 1 провод достаточно простым циклом.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Питание робота SWG
СообщениеДобавлено: 15 фев 2013, 01:40 
Супермодератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: 26 янв 2010, 22:08
Сообщения: 7549
Откуда: Алма-ата
EnTuTb! писал(а):
SWG, почему у Вас шаговик на пподьем камеры, а не модельная серва? Потребляет в импульсе она меньше. И компактнее. Управление 1 провод достаточно простым циклом.

В то время у меня не было серв. Модельный магазин появился в городе недавно, заказать - было или невозможно, или - очень дорого, да еще у нас большие проблемы с почтовиками...

Теперь сервы у меня есть, разные, от 3 до 39 грамм. И магазин под боком. Прошлый раз брал у них модули - так лень было самому ехать, ночью сделал заказ на сайте, днем привезли на дом даром (если заказ на 100 баксов и более - даром, от 30 баксов до 100 - за 800 тенге, что всего раза в полтора дороже, чем добираться до них самому). Оплата - курьеру при получении. Удобно...

На камеру будет достаточно 3х граммовой, - усилие небольшое, особая точность не нужна.
У камеры есть свой кронштейн, достаточно соединить с сервой небольшой тягой. Обесточенную серву провернуть трудно даже руками, тем более - весом камеры с подсветкой. Для поворота можно подавать питание кратковременно, на пару секунд.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 29 ]  На страницу 1, 2  След.

Часовой пояс: UTC + 5 часов


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  

Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB