Qual è il modo migliore per alimentare un numero elevato (27) di servi a 5 V?

Mi scuso se questa domanda può sembrare un po 'vaga. Sto lavorando a un progetto di robotica che conterrà 27 servi di varie dimensioni e non riesco a capire come dovrebbero essere alimentati.

Speravo di utilizzare diversi (3-6) box batterie da 186 W da 18650 per alimentarli, ma i motori più piccoli avrebbero usato 2,5 W ciascuno, quindi 1 box batteria ne può alimentare solo due. I servi più grandi, ovviamente, usano ancora più corrente, quindi questo piano di utilizzo di un piccolo numero di 18650 diventa impossibile.

Sul robot non c'è spazio sufficiente per una batteria per auto da 12 V e aggiungerne una richiederebbe il ricalcolo delle dimensioni dei servomotori che sarebbero necessarie. Inoltre, non sono sicuro di come convertire i 12 V che danno in 5 V per i servomotori.

PS Che dire della corrente di stallo dei motori? L'alimentatore dovrebbe essere in grado di fornire la corrente di stallo di tutti i motori (contemporaneamente) o solo la corrente di lavoro? Dovrei usare un fusibile per gestire quando (se?) I servomotori si fermano? Devo usare un fusibile o un interruttore automatico? Producono fusibili da 5 V? In tal caso, dove posso trovarne uno?

Qualcosa come una versione più grande della scatola 18650 sarebbe preferibile.

Come detto Rocketmagnet, solo perché un motore è valutato a 2,5 W non significa che tirerà 2,5 W per tutto il tempo . La maggior parte dei robot ha al massimo 1 o 2 servi che funzionano alla massima potenza in qualsiasi momento; gli altri hanno carichi meccanici molto bassi (e quindi tirano molta meno energia elettrica) o sono "spenti" e quindi tirano praticamente zero energia elettrica.

Ciò porta a 2 approcci molto diversi agli alimentatori:

• I robot collegati e i computer desktop utilizzano un alimentatore e dissipatori di calore in grado di gestire il massimo assorbimento di energia possibile nel caso peggiore, quando tutto ottiene la massima potenza allo stesso tempo. 27 servi * 2,5 W @ 5 V richiedono un alimentatore da 5 V CC e almeno 14 A (o forse più alimentatori da 5 V CC che si sommano ad almeno 14 A).

• Robot autonomi e laptop moderni utilizzano un alimentatore e dissipatori di calore in grado di gestire un po ' di potenza di progettazione termica . Alcuni umani scelgono arbitrariamente parte del TDP, che è molto più piccolo della potenza del caso peggiore, ma leggermente al di sopra della potenza richiesta in "situazioni tipiche". Quindi l'alimentatore è progettato in modo da poter gestire qualsiasi carico da 0 a leggermente sopra il TDP. E il resto del sistema è progettato in modo da non superare maiil TDP - tranne forse per alcuni millisecondi. L'approccio più semplice è avere qualcosa che misura l'assorbimento di corrente totale - quindi quando la corrente supera il TDP, supponi che le cose siano già orribilmente sbagliate e chiudi tutto per qualche secondo. Approcci più sofisticati misurano la corrente di ciascun motore singolarmente: quando alcuni motori si bloccano, la "modalità inerte" uccide la potenza di quel motore, quindi il robot continua a utilizzare gli altri motori a piena potenza. Quando molti motori assorbono una corrente totale troppo elevata, la "modalità stanca" riduce la potenza di tutti i motori, in modo che il robot continui a utilizzare tutti i motori a una velocità inferiore.

Fusibili da 5 V?

È possibile installare un grosso fusibile da 14 A. Oppure è possibile installare 27 singoli fusibili da 0,5 A, uno nella linea di alimentazione + 5V di ciascun motore. O entrambi. Probabilmente troverai più facile trovare fusibili "12 V" o "250 V", che funzioneranno perfettamente nella tua applicazione.

Sono disponibili molti polyfuse economici (progettati per proteggere le porte USB da 5 V da una corrente eccessiva). Purtroppo, i polifusi impiegano diversi secondi per "esplodere" - troppo tardi per proteggere gli oggetti da danni permanenti, ma abbastanza veloci da impedire agli oggetti di riscaldarsi, prendere fuoco e bruciare la tua casa.

possibilmente correlato: come fare un semplice circuito di protezione da sovracorrente / interruttore automatico per 12V 1-2A?

convertire da 12 V a 5 V.

La maggior parte delle persone che usano i servomotori usano un convertitore DC-DC standardizzato per convertire qualsiasi tensione che le batterie forniscono ai 5V richiesti dai servi. (c) Vedo che alcuni box batteria 18650 ( a ) includono un piccolo convertitore DC-DC per convertire la potenza della batteria in "caricabatterie USB" da 5 V CC. (Alcune persone utilizzano servomotori progettati per essere collegato direttamente a 12 VDC. Un )

Molti convertitori CC-CC sono impostati in modo da non estrarre mai più della corrente massima dalla batteria: quando il motore è collegato alle loro stalle di uscita, il convertitore passa alla modalità "corrente costante" a una tensione di uscita inferiore, tirando meno energia dalle batterie. Se si inserisce un tale convertitore CC-CC su ciascun servocomando, entra automaticamente in modalità "limp mode" ed esce in modo appropriato.

batterie

"Selezione della batteria corretta per il tuo robot" (a)

"Batterie robot" (b)

"Batterie che utilizzo nella mia robotica" (c)

ecc. a b c d e f

È sempre difficile speculare sull'alimentazione di un robot e hai riscontrato l'esatto problema che tutti noi affrontiamo. Lo specifichi per far fronte al carico tipico o al carico massimo assoluto quando tutti i motori sono bloccati alla corrente massima?

Non c'è una risposta giusta a questo, tranne per il fatto che qualunque cosa accada non dovrebbe danneggiare nulla. La buona notizia è che i servi probabilmente non consumeranno 2,5 W in ogni momento, quindi un buon modo per iniziare è quello di collegare il sistema a un grande alimentatore con un amperometro e misurare l'assorbimento di corrente effettivo in un tipico uso pesante. Una volta che conosci il massimo assorbimento di corrente, puoi specificare le batterie per quello.

L'altra cosa che devi decidere è per quanto tempo vuoi che scappi. Questo ti dirà quanta capacità della batteria ti serve, e quindi la dimensione della batteria. Ma, come dici tu, se ciò significa che hai bisogno di una batteria più grande, allora potrebbe significare che hai bisogno di servi più grandi e più corrente, e quindi una batteria più grande! Potrebbe non esserci soluzione a questo problema, tranne:

• Facilita le tue esigenze. Accetta che il robot non funzionerà per tutto il tempo che speravi.
• Se possibile, aggiungere molle di torsione ai servi per aiutarli a sollevare il peso della batteria. Ciò significa che consumano leggermente meno energia.

Ma cosa fare nel caso estremo in cui tutti i motori sono bloccati?

Potresti considerare qualcosa come un controller Hot Swap . Questo è un piccolo chip che protegge la potenza assorbita dal tuo sistema. Protegge dalla grande corrente di spunto causata dai condensatori del sistema. Protegge anche dalla sovracorrente in generale, nonché dalla sovratensione.

Questo problema è molto simile alla scienza missilistica. Con un razzo, più è pesante, più carburante devono sollevare, il che lo rende ancora più pesante! Hai i tuoi servi, ma per alimentarli hai bisogno di una grande batteria che rende il robot più pesante, questo significa servi più forti e una batteria ancora più grande! Se non riesci a capire come alimentare il robot con una batteria di bordo, allora dovresti accontentarti di un alimentatore esterno.

Spero che sia di aiuto.