Ograniczenie zasilania z 12V na 6V

[Av4444]

Witam! Na obronę pracy inz robię robota, który będzie zasilany 5 serwami mg-995. Korzystam z Arduino. Mam zasilacz stabilizowany 12V 5A. Serva potrzebują napięcia 6V i jedno servo moze nawet pobierać do 1A. Wiadomo że bezpośrednio nie połącze 12V do serw, a mogę mieć regulowany stabilizator który może dostarczyć właśnie max 5A.

http://electropark.pl/stabilizatory-napiecia-liniowe-regulowane/2948-lm338t-5a-regulowany-stabilizator-napiecia-to220.html

Także chce go ustawić na napiecie 6V. Czy to będzie dobre rozwiązanie aby do 6V tak ograniczyć napięcie ?

[marek1707]

Gdybyś przyszedł do mnie z konstrukcją w której bez powodu puszczasz w ciepło 30W mocy, to wyrzuciłbym Cię za drzwi zanim powiedziałbyś jedno słowo. Na pewno jednak na mnie nie trafisz, więc możesz być spokojny. Policz i kup duży radiator. Naprawdę nie uczą was czegoś więcej???

[Biker]

Lepszych lub gorszych, może to cię natchnie http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic1181520.html#5923948

[Zer0]

A ten Twój robot to jakaś mobilna farelka? Przy takich parametrach stabilizatora, jakie chcesz uzyskać, musiałbyś znaleźć radiator o ujemnej rezystancji termicznej, co jest fizycznie niemożliwe. Tyle teorii, bo jak domyślam się nie masz już czasu ani na wykłady z naszej strony, ani na kombinowanie. Jeśli chcesz w sensowny sposób obniżyć napięcie, a serwa ustawiają się sekwencyjnie jedno po drugim (w każdym razie nie wszystkie na raz), to możesz zastosować takie oto gotowe przetwornice:

1) Przetwornica DC-DC LM2596 (TELMAL)

2) Moduł przetwornicy StepDown XL4005 5A (TELMAL)

__________

Komentarz dodany przez: Treker

_allegro

__________

EDIT: linki poprawione

[Marooned]

1) Przetwornica DC-DC LM2596 (telmal_store)

Dokładnie takie same dziś do mnie dotarły z ebaya, ino tam za $1,20 czyli 2x taniej. Chyba, że Ci się spieszy.

[krzysiek050]

Chciałbym podpiąć się pod temat. Jestem bardzo początkujący, więc proszę wziąć to pod uwagę.

Przerobiłem kurs elektroniki + częściowo arduino z blogu, i tam był użyty właśnie podobny stabilizator jak pokazał autor postu, z tym że nieregulowany. Wydawało mi się to wtedy sensownym rozwiązaniem i bezstratnym (albo prawie) zamiennikiem prostego podzielnika napięcia na dwóch rezystorach. Z tematu jednak wynoszę że tak nie jest i sam ten stabilizator też pobiera sporo energii. Dodatkowo ta przetwornica nie ma tego problemu, tak?

Czy ktoś mógłby mi wytłumaczyć podstawową różnicę która powoduje że te stabilizatory są prądożerne, a przetwornice już nie? Może z jakimiś prostym schematem jednego i drugiego? Czy to raczej nie poziom dla laika?

[marek1707]

Przede wszystkim nie jest prawdą, że stabilizatory liniowe są prądożerne a przetwornice impulsowe nie. Jest wręcz przeciwnie, ale o tym później.

Podstawowa różnica leży w zasadach działania obu układów - to z niej wynikają duże straty mocy w jednych i małe w drugich.

Stabilizator liniowy działa jak regulowany opornik włączony w szereg z obciążeniem. W połączeniu szeregowym prąd płynący przez wszystkie elementy łańcuszka jest taki sam, a suma napięć równa jest napięciu wejściowemu. Gdy wliczymy jeszcze i je, mamy sumę = zero, co na pewno pamiętasz ze szkoły jako jedno z praw Kirchoffa. Tak więc podłączając do wejścia napięcie 12V a żądając na wyjściu 5V mamy do wytracenia na stabilizatorze 7V. Jeśli obciążenie będzie pobierało prąd 5A to mamy:

Moc pobierana ze źródła: 12V*5A=60W

Moc dostarczana do obciążenia: 5V*5A=25W

Moc tracona na stabilizatorze w postaci ciepła: 7V*5A=35W

Nawet w takich prostych obliczeniach, nie uwzględniających prądu pobieranego przez sam stabilizator na własne potrzeby widać, że sprawność naszego systemu zasilania wynosi tylko

100*(25W/60W)=41.7%

Gdybyśmy wliczyli jeszcze dodatkowy prąd samego stabilizatora (tzw. ground current, przy 5A prądu wyjściowego to może być np. 50mA) to mamy:

Moc pobierana ze źródła: 12V*5.05A=60.6W

Moc dostarczana do obciążenia: 5V*5A=25W <-- "prywatny" prąd stabilizatora nie przepływa do wyjścia

Moc tracona na stabilizatorze w postaci ciepła: 7V*5.05A=35.35W

i sprawność: 100*(25/60.6)=41.2%

Jak widać sam stabilizator nie pogarsza już bardzo i tak tragicznie małej sprawności całości. To nie on sam jest przyczyną grzania tylko zasada działania: spadek napięcia 7V pomnożony przez prąd wyjściowy 5A dają 35W piecyk.

Przetwornice impulsowe działają zupełnie inaczej. Ich praca opiera się na cyklach ładowania energii pobieranej z wejścia do elementu indukcyjnego a następnie przekazywaniu tej energii do wyjścia. Po drodze zachodzi teoretycznie bezstratna zamiana jednego iloczynu Uwe*Iwe na inne Uwy*Iwy co powoduje, że możemy wciągać np. 12V*3A i dostawać 5V*7.2A. Oba iloczyny dają tę samą moc 36W - fajne, prawda? Teoretycznie nie ma tu żadnej mocy traconej "po środku" więc nie ma grzania przetwornicy. W praktyce oczywiście tak nie jest, bo rzeczywiste elementy elektroniczne (tranzystory, diody, cewki itd) mają swoje rezystancje więc trochę się podczas przepływu prądu grzeją, ale można zrobić je na tyle dobrze, że całkowita sprawność przetwornicy może osiągać 80-95% i to prawie niezależnie od warunków pracy. Najważniejsze jest to, że osiągnięcie tutaj wysokiej sprawności zależy jedynie od ilości pieniędzy jakie włożymy w opracowanie układu i elementów (teoretyczną granicą jest niedościgłe 100%) a nie od trywialnej fizyki, która w oczywisty sposób załatwia stabilizatory liniowe.

Przetwornice impulsowe właściwie przegrywają tylko na jednym polu: w zastosowaniach gdzie mamy bardzo małe prądy i małe spadki napięcia w dół. Jeżeli mamy do zbicia np. 100mV powiedzmy z 3.4V do 3.3V przy prądzie 100uA to prawie każda przetwornica przegra z niskomocowym stabilizatorem liniowym. Po prostu żeby uruchomić proces przełączania i go nadzorować z częstotliwością np. 500kHz układ sterowania przetwornicy impulsowej musi pobierać jakąś nietrywialną moc która obniża sprawność całości. W układzie liniowym mamy pobór rzędu kilkunastu uA - stablizator liniowy jest w takim układzie prostszy, tańszy i bardziej sprawny.

Na polu zarządzania mocą (power management) panuje szybki rozwój i ostra konkurencja. Firmy prześcigają się w proponowaniu nowych rozwiązań i to co wczoraj było drogie nieopłacalne dziś jest stosowane powszechnie. Dlatego też warto chwilę się zastanowić nad wyborem rodzaju zasilania żeby nie obudzić się z odkryciem, że np. połowa energii naszej baterii idzie w powietrze w postaci ciepła a dzięki użyciu odpowiedniej przetwornicy układ mógłby działać dwa razy dłużej lub być dwa razy mniejszy.

[krzysiek050]

Dzięki marek1707 za wyjaśnienia. Bardzo klarownie, z wzorami i w sposób którego nie da się nie pojąć. Napełniłeś mi głowę wiedzą .