Каков наилучший способ питания большого количества (27) сервоприводов при 5 В?

Я прошу прощения, если этот вопрос может показаться немного расплывчатым. Я работаю над робототехническим проектом, который будет содержать 27 сервоприводов различных размеров, и у меня возникают проблемы с определением того, как они должны питаться.

Я надеялся использовать несколько (3-6) аккумуляторных батарей по 5 Вт 18650 для их питания, но самые маленькие двигатели будут использовать по 2,5 Вт каждый, поэтому один аккумуляторный блок может питать только два. Более крупные сервоприводы, очевидно, используют еще больший ток, поэтому этот план использования небольшого числа 18650-х становится неосуществимым.

На роботе недостаточно места для автомобильного аккумулятора 12 В, и для его добавления потребуется пересчитать размеры серводвигателей, которые потребуются. Кроме того, я не уверен, как преобразовать 12 В, которые он дает до 5 В для серводвигателей.

PS А как насчет тока заглушения двигателей? Должен ли источник питания обеспечивать ток останова всех двигателей, которые он подает (одновременно), или только рабочий ток? Должен ли я использовать предохранитель для работы, когда (если?) Серводвигатели заглохнут? Должен ли я использовать предохранитель или автоматический выключатель? Они делают предохранители на 5 В? Если так, где я могу получить один?

Что-то вроде увеличенной версии коробки 18650 будет наиболее предпочтительным.

Как упомянул Rocketmagnet, то, что двигатель рассчитан на 2,5 Вт, не означает, что он будет тянуть 2,5 Вт все время . Большинство роботов имеют не более 1 или 2 сервоприводов, которые работают на полную мощность одновременно; остальные имеют очень низкие механические нагрузки (и, следовательно, потребляют гораздо меньше электроэнергии) или «выключены» и, следовательно, практически нулевую электрическую мощность.

Это приводит к двум очень различным подходам к источникам питания:

• Привязанные роботы и настольные компьютеры используют источник питания и радиаторы, которые могут обрабатывать максимально возможное потребление энергии в худшем случае - когда все одновременно потребляет максимальную мощность. Для 27 сервоприводов * 2,5 Вт при 5 В требуется источник питания 5 В пост. Тока и не менее 14 А (или несколько источников питания 5 В пост. Тока, которые в сумме составляют не менее 14 А).

• Автономные роботы и современные ноутбуки используют источник питания и радиаторы, которые могут выдерживать некоторую тепловую мощность . Некоторые люди произвольно выбирают TDP, который намного меньше мощности наихудшего случая, но несколько выше мощности, требуемой в «типичных ситуациях». Тогда блок питания спроектирован таким образом, что он может выдерживать любую нагрузку от 0 до чуть выше TDP. А остальная часть системы разработана таким образом, чтобы она никогда не превышалаTDP - за исключением, возможно, в течение нескольких миллисекунд. Самый простой подход состоит в том, чтобы иметь что-то, что измеряет общее потребление тока - затем, когда ток превышает TDP, предположите, что все уже пошло не так, и отключите все на несколько секунд. Более сложные подходы измеряют ток каждого двигателя в отдельности: когда какой-либо двигатель останавливается, «режим холостого хода» убивает мощность этого одного двигателя, поэтому робот продолжает использовать другие двигатели на полную мощность. Когда многие двигатели потребляют слишком высокий суммарный ток, «режим усталости» уменьшает мощность всех двигателей, поэтому робот продолжает использовать все двигатели с более низкой скоростью.

Предохранители на 5 В?

Вы можете установить один большой предохранитель на 14 А. Или вы можете установить 27 отдельных предохранителей по 0,5 А, по одному в линии питания + 5 В каждого двигателя. Или оба. Возможно, вам будет проще найти предохранители на 12 В или 250 В, которые будут отлично работать в вашем приложении.

Доступно много дешевых полифусов (предназначенных для защиты портов USB 5 В от чрезмерного тока). Увы, полифузиям требуется несколько секунд, чтобы «взорвать» - слишком поздно, чтобы защитить вещи от необратимого повреждения, но достаточно быстро, чтобы предотвратить нагревание, возгорание и поджог вашего дома.

Возможно, связано: Как сделать простую схему защиты от перегрузки по току / выключатель для 12 В 1-2A?

преобразовать 12 В в 5 В

Большинство людей, использующих серводвигатели, используют готовый преобразователь постоянного тока в постоянный ток, чтобы преобразовать любое напряжение батареи в 5 В, требуемое сервоприводом. (c) Я вижу, что некоторые аккумуляторные коробки 18650 ( a ) содержат небольшой преобразователь постоянного тока для преобразования энергии аккумулятора в 5 В постоянного тока «USB-зарядное устройство». (Несколько людей используют серводвигатели , предназначенные для подключения непосредственно к 12 В постоянного тока. )

Многие DC-DC преобразователи настроены таким образом, что они никогда не потребляют больше, чем какой-либо максимальный ток от батареи - когда двигатель, подключенный к их выходным глушителям, преобразователь переключается в режим «постоянного тока» при некотором более низком выходном напряжении, вытягивая меньше энергии от батарей. Если вы установите такой DC-DC преобразователь на каждый сервопривод, он автоматически войдет и выйдет из «режима limp» соответственно.

батареи

«Выбор подходящей батареи для вашего робота» (а)

«Робот батареи» (б)

«Батареи, которые я использую в своей робототехнике» (с)

и т. д. a b c d e f

Всегда сложно определить источник питания для робота, и вы столкнулись с проблемой, с которой мы все сталкиваемся. Вы определяете, что он справляется с типичной нагрузкой или абсолютной максимальной нагрузкой, когда все двигатели остановлены с максимальным током?

На это нет правильного ответа, за исключением того, что, что бы ни случилось, это ничего не должно повредить. Хорошей новостью является то, что сервоприводы, вероятно, не будут потреблять 2,5 Вт все время, поэтому хороший способ начать - подключить вашу систему к большому источнику питания с помощью амперметра и измерить фактическое потребление тока при типичном интенсивном использовании. Как только вы знаете максимальный ток потребления, вы можете указать батареи для этого.

Другая вещь, которую вам нужно решить, это то, как долго вы хотите, чтобы вещь работала. Это скажет вам, сколько емкости батареи вам нужно, и, следовательно, размер батареи. Но, как вы говорите, если это означает, что вам нужна большая батарея, то это может означать, что вам нужны большие сервоприводы и больший ток и, следовательно, большая батарея! Там может быть никакого решения этой проблемы, кроме:

• Облегчите ваши требования. Примите, что робот не будет работать так долго, как вы надеялись.
• Если возможно, добавьте пружины кручения к сервоприводам, чтобы помочь им поднять вес батареи. Это будет означать, что они потребляют немного меньше энергии.

Но что делать в крайнем случае, когда все двигатели заглохли?

Вы можете рассмотреть что-то вроде контроллера горячей замены . Это небольшая микросхема, которая защищает входную мощность вашей системы. Он защищает от большого пускового тока, вызванного конденсаторами вашей системы. Он также защищает от перегрузки по току в целом, а также от перенапряжения.

Эта проблема очень похожа на ракетостроение. С ракетой, чем она тяжелее, тем больше топлива нужно отрывать, что делает ее еще тяжелее! У вас есть свои сервоприводы, но для их питания вам нужна большая батарея, которая делает робота тяжелее, это означает, что у вас есть более мощные сервоприводы и еще большая батарея! Если вы не можете понять, как питать робота от встроенной батареи, возможно, вам придется довольствоваться автономным источником питания.

Надеюсь это поможет.