Obniżenie napięcia li-pola dla mocnych serw

[jaras2007]

Witam wszystkich forumowiczów,
Jestem w trakcie wykonywania manipulatora, którego napędy opierają się na serwomechanizmach. Konstrukcję mam zamiar zasilić z li-pola (jest to mobilny manipulator) jednak serwa muszą być zasilone napięciem 6V. Pierwsza myśl jaka przychodzi do głowy to stabilizator, jednak najmocniejsze serwa (17kgcm) przy zblokowaniu ciągną aż 2.5A, gdzie na obrotowej podstawie umieszczone są 2 takie serwa, co daje 5A. Jestem świadomy, że prawdopodobnie nigdy ich nie zblokuje obciążeniem, ale warto się ubezpieczyć na taką ewentualność.

Nie ma dużego wyboru w stabilizatorach z wysokimi prądami na wyjściu, znalazłem jednak regulowany stabilizator LM338 , który na wyjściu ma 5A.

Tutaj moje pytanie do doświadczonych konstruktorów, czy takie rozwiązanie się sprawdzi? Czy może są inne sposoby, bardziej efektywne ?

Pozdrawiam!

[marek1707]

LiPol 2S da Ci napięcie w granicach 8.4-6V w zależności od stopnia naładowania. Żaden stabilizator obniżający nie zrobi 6V z 6V. Przy prądach kilku A nawet najlepsze liniowe LDO (Low Drop-Out Regulator) np. seria 29xxx Micrela:

http://www.micrel.com/_PDF/mic29150.pdf

potrzebują zapasu kilkuset mV - tabelka na stronie 7.

Tanie stabilizatory typu 338:

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm138.pdf

wymagają różnicy we-wy na poziomie 2.5-3V - wykres str 4 na dole po lewej.

Poprzedni budowniczy podobnego manipulatora zdecydował się na zasilacz sieciowy 5V/100W

http://www.tme.eu/pl/details/sp-100-5/zasilacze-impulsowe-przemyslowe/mean-well/#

lub podobnej mocy 7.5V skręcony do 6V:

http://www.tme.eu/pl/details/sp-100-7.5/zasilacze-impulsowe-przemyslowe/mean-well/#

[jaras2007]

Dzięki za odpowiedź.

Zasilacze sieciowe niestety odpadają, jest to obiekt mobilny i nie chcę żeby go ograniczały przewody.

Zagłębiłem się w temat regulatorów LDO i rzeczywiście (po przejrzeniu charakterystyk li-poli oraz stabilizatorów) uzyskanie stabilnego napięcia z pakietu 2s może być problemem. Druga sprawa, że taki stabilizator wydajny prądowo jest drogi i ciężko go znaleźć.

Pozostaje mi chyba przejście na pakiet 3s, z dokumentacji wyczytałem, że dla stabilizatora lm338, Vin - Vout < 35V więc teoretycznie nie ma problemu. Mam pytanie jak taki układ zachowuje się w praktyce przy takiej różnicy napięć, nie będzie się zbytnio grzał? (przypomnę pakiet 3s -> 6V)

Pytanie dodatkowe, czy przy takich parametrach układu warto pomyśleć o jakimś bezpieczniku? Przykładowo chciałbym go umieścić przed stabilizatorem, jaki rodzaj najlepiej by się sprawdził?

[marek1707]

No tak, mobilność.. Pytanie czy mobilność rozumiana jako możliwość przenoszenia manipulatora z miejsca na miejsce czy raczej montaż na platformie samojezdnej?

W pierwszym wypadku moim zdaniem najbardziej ekonomiczne będzie użycie zwykłego akumulatora ołowiowego. Żadne tam żelowe tylko normalny, jakiś mały samochodowy lub motocyklowy 12V. Odporny na duże prądy, szeroki zakres temperatur i tani.

W przypadku gdy liczy się masa i gęstość mocy na dm³ (wymiary) zostaje dużo droższy LiPol. Do zrobienia 6V pakiet 3S jest w sam raz. Nie wiem jakie czasy pracy chcesz uzyskać przy tych swoich serwomechanizmach, ale tanie to nie będzie.

Stabilizatory liniowe puszczają z dymem (tzn. z ciepłem) w powietrze różnicę napięć we-wy pomnożoną przez prąd. To przecież definicja mocy strat. Przy 2A i zejściu z 12V na 6V masz 12W piecyk. Naprawdę duży radiator 6°C/W będzie parzył.

Moim zdaniem przetwornica impulsowa step-down 3A, osobna do każdego serwa będzie dla Ciebie najprostszym - choć drogim - rozwiązaniem.

Do rozważenia jest też gotowa przetwornica DCDC:

http://www.tme.eu/pl/details/rsd-100b-5/przetworniki-dcdc/mean-well/#

zasilana np. z dwóch akumulatorów 12V połączonych szeregowo. Jeżeli na wyjściu chcesz dostać np. 5V*12A to potrzebujesz 60W. To samo przetransformowane na wejście przy sprawności np. 80% da zapotrzebowanie na moc rzędu 75W co sprowadza się do prądu trochę ponad 3A przy 24V. To łykną nawet co większe akumulatory żelowe - dużo wygodniejsze niż zwykłe ołowiowe zalewane.

EDIT: Wszystkie stabilizatory scalone mają wewnętrzne ograniczenia prądowe (czasem dużo wyższe niż maksymalny prąd katalogowy) oraz zabezpieczenia termiczne, które po przekroczeniu pewnej temperatury struktury wyłączają lub ograniczają prąd wyjściowy co sprowadza się do spadku napięcia wyjściowego. Naprawdę niebezpieczne jest zatem zwarcie kabli gdzieś przed stabilizatorami, na akumulatorze. Tuż przy klemach możesz dać na kablu bezpiecznik samochodowy odpowiedni do możliwości akumulatora.

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[jaras2007]

Manipulator będzie się znajdował na platformie samojezdnej, także duże akumulatory odpadają a szkoda, byłoby dużo więcej opcji do wyboru a tak wchodzi w grę właściwie tylko li-pol. Co do czasów działania to nie wymagam niczego wielkiego, raczej pokazowa konstrukcja. Implementacja kinematyki odwrotnej przy takich wymaganiach raczej nie wchodzi w grę, gdyby wszystkie serwa na raz zaczęły wykonywać ruch, pobór prądu byłby naprawdę spory (6 serw), wtedy musiałbym skorzystać z Twojej rady i pójść w stronę przetwornic dla każdego serwa osobno i jakiegoś naprawdę sporego li-pola. Niestety dość mocno ogranicza mnie już przekroczony budżet.

Wszystkie Twoje rozwiązania opisane powyżej szczególnie z przetwornicą DCDC na pewno sprawdziłyby się gdyby manipulator nie znajdował się na obiekcie mobilnym. Ogranicza mnie wielkość tej platformy i jak wcześniej wspomniałem budżet.

Spróbuję jednak na początek rozwiązania z LM338 + radiator, zasilane li-polem 3S. Sprawdzę organoleptycznie jaki prąd pobierają konkretne węzły przy obciążeniu. Jak pojawią się problemy to będę musiał kombinować dalej.

W każdym razie dzięki za pomoc i rozjaśnienie kilku kwestii.

[marek1707]

Serwo utrzymujące pozycję manipulatora także pobiera duży prąd - nie musi nawet wykonywać pracy w sensie F*s bo moment trzymający bierze się z momentu od wirnika silnika a ten daje moment właśnie od prądu.

Niczego nie kupuj - żadnych stabilizatorów itp - tylko pomierz prądy. Resztę można policzyć (prądy właściwie też oszacować z danych katalogowych serwa) a konieczne do sparzenia ręki radiatory zobaczyć na zdjęciach w katalogu - i wtedy zdecydować czy wrysować je w projekt, czy wymyślić coś innego.

[Wikkan]

Do obniżenia i dostosowania napięcia w modelarstwie RC stosuje się regulatory BEC albo jeszcze lepiej SBEC. Regulator taki jest stworzony do pracy z lipolami. Musisz tylko dobrać go według parametrów (V wej, V wyj, prąd).

[marek1707]

No tak, ale przecież to nic innego jak stabilizatory napięcia - liniowe lub impulsowe. Kilkuamperowy BEC można kupić za jakieś 30zł, ale ceny "gołego" stabilizatora liniowego (5zł/5A) nic nie przebije. Chyba z tego powodu Kolega jaras2007 zdecydował się na LM338 plus blacha.