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Stromversorgung

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Ein Thema das mich lange beschäftigt hat, war die Stromversorgung des Roboters. Dass einzige was von Beginn an klar war: Energielieferant sollte ein 3S LiPo  Akku werden. Das wiederum bedeutete, das ich einen Spannungsbereich von ca. 8V - 13V abzudecken hatte. Um in Zukunft nicht wegen einer fehlenden Versorgungsspannung ein Modul nicht realisieren zu können, habe ich gleich vorweg folgende Versorgungsspannungen eingeplant...

 

  • +5V / 2,5A
  • +3,3V / 500mA
  • +12V / 75mA
  • -12V /75mA

Der kräftige 5V Zweig ist insbesondere für dass verwendete IGEPv2 Board nötig. Dazu aber an anderer Stelle mehr.

Ihr werdet schon bemerkt haben dass der wichtigste Zweig noch fehlt - die Versorgung der Servos. Die maximale Stromaufnahme eines Servos beträgt bei 6V ca. 3A. Davon ausgehend, das niemals alle Servos gleichzeitig diesen Blockierstrom ziehen werden, habe ich letztlich einen max. Dauerstrom von ca. 12A fest gelegt, den es durch geeignete Elektronik bereitzustellen galt. Nach endloser Lektüre im Netz und diverser Literatur, kam ich letztendlich zu dem Entschluss, das ich mich vorerst an keinen Schaltregler dieser Leistungsklasse wagen werde. Zwar habe ich einen funktionierenden Prototypen mit einem L4970 realisiert, jedoch ist die erforderliche Induktivität aufgrund der vergleichsweise geringen Schaltfrequenz recht klobig, und somit auch schwer - nicht das, was ich wollte. Andere Schaltregler dieser Leistungsklasse waren mir schlicht zu kompliziert, zu schwer zu beziehen, zu teuer, oder nicht verarbeitbar.

So habe ich mich letztendlich für 2 externe BEC Systeme aus dem Modellbau entschieden, die bei einer Spannung von 6V jeweils 8A liefern können. Somit war der schlimmste Teil schon mal geschafft.

Wie die verbleibenden Spannungen bereit gestellt werden, sollte aus dem Schaltplan weitgehend ersichtlich sein.


Download Schaltplan als PDF

Zusätzlich an Bord ist ACS714, ein Hall-Sensor, der es ermöglicht die Gesamtstromaufnahme zu messen, und somit die verbleibende Akku Laufzeit abschätzen zu können. Rund um den ACS714 ist noch eine elektronische Überstromabschaltung, sowie ein "Ein-Taster" integriert. Die genaue Funktion sollte aus dem Schaltplan ersichtlich sein.

Der ebenfalls verbaute ATMega8 übernimmt folgende Funktionen:

  • Überwachung der verschiedenen Spannungen
  • Freischaltung der Servospannungen über die Schalteingänge der BEC Systeme
  • Berechnung der entnommenen Akku Kapazität
  • Anbindung an den zentralen CAN Bus mit Hilfe eines MCP2515

Ein paar Eindrücke der fertigen Platine:

Was an dieser Schaltung besonders nervt: Der Schaltregler für die Negative Spannung von ca. 15V bringt die zugehörige Induktivität wunderbar hörbar zum pfeifen. Empfindliche Ohren sollten sich daher bei einem Nachbau zu diesem Thema noch ein paar Gedanken machen, oder gleich einen etwas modernere Schaltregler als den MC34063 einsetzen.

Ansonsten bin ich mit dieser Schaltung sehr zufrieden. Test unter Vollast haben gezeigt, das sich die maximale Temperaturentwicklung mit ca. 70°C an der heißesten Stelle (die beiden Linearregler für +-12V) noch im grünen Bereich bewegt. Im Betrieb unter realen Bedingungen bleibt die Temperatur stets unter 60°C.

Zur Abschätzung der entnommenen Kapazität wird 10 mal in der Sekunde der aktuelle Gesamtstrom gemessen. Diese Messwerte werden laufend integriert und erlauben zusammen mit der aktuellen Akkuspannung eine erstaunlich genau Abschätzung der verbleibenden Betriebszeit.

Sollten Fragen zur Funktion einzelner Baugruppen/Bauteile auftauchen, werde ich diese gerne beantworten.

Zuletzt aktualisiert am Freitag, den 23. Juli 2010 um 18:13 Uhr