Quelle est la meilleure façon d'alimenter un grand nombre (27) servos à 5 V?

Je m'excuse si cette question peut sembler un peu vague. Je travaille sur un projet de robotique qui contiendra 27 servos de différentes tailles et j'ai du mal à comprendre comment ils devraient être alimentés.

J'espérais utiliser plusieurs (3-6) boîtiers de batterie 5 W 18650 pour les alimenter, mais les plus petits moteurs utiliseraient 2,5 W chacun, donc 1 boîtier de batterie ne peut en alimenter que deux. Les plus gros servos, évidemment, utilisent encore plus de courant, donc ce plan d'utilisation d'un petit nombre de 18650 devient irréalisable.

Il n'y a pas assez de place sur le robot pour une batterie de voiture 12 V, et en ajouter un nécessiterait de recalculer les tailles des servomoteurs qui seraient nécessaires. De plus, je ne sais pas comment convertir le 12 V qu'il donne en 5 V pour les servomoteurs.

PS Qu'en est-il du courant de calage des moteurs? Est-ce que l'alimentation doit pouvoir fournir le courant de calage de tous les moteurs qu'elle alimente (en même temps) ou seulement le courant de travail? Dois-je utiliser un fusible pour gérer quand (si?) Les servomoteurs calent? Dois-je utiliser un fusible ou un disjoncteur? Font-ils des fusibles 5 V? Si oui, où puis-je m'en procurer un?

Quelque chose comme une version plus grande de la boîte 18650 serait préférable.

Comme l'a mentionné Rocketmagnet, ce n'est pas parce qu'un moteur est évalué à 2,5 W qu'il tirera 2,5 W tout le temps . La plupart des robots ont au plus 1 ou 2 servos qui fonctionnent à pleine puissance à tout moment; les autres ont des charges mécaniques très faibles (et consomment donc beaucoup moins d'énergie électrique) ou sont "éteints" et ne consomment donc pratiquement aucune puissance électrique.

Cela conduit à 2 approches très différentes des alimentations:

• Les robots captifs et les ordinateurs de bureau utilisent une alimentation électrique et des dissipateurs de chaleur qui peuvent gérer la consommation d'énergie maximale dans le pire des cas - lorsque tout tire la puissance maximale en même temps. 27 servos * 2,5 W @ 5V nécessitent une alimentation 5 VDC et au moins 14 A (ou peut-être plusieurs alimentations 5 VDC totalisant au moins 14 A).

• Les robots autonomes et les ordinateurs portables modernes utilisent une alimentation électrique et des dissipateurs thermiques qui peuvent gérer une certaine puissance thermique de conception . Certains humains choisissent arbitrairement certains TDP, qui est beaucoup plus petit que le pire des cas, mais un peu au-dessus de la puissance requise dans des "situations typiques". Ensuite, l'alimentation est conçue pour pouvoir gérer n'importe quelle charge de 0 à légèrement au - dessus du TDP. Et le reste du système est conçu pour ne jamais dépasserle TDP - sauf peut-être pour quelques millisecondes. L'approche la plus simple consiste à avoir quelque chose qui mesure la consommation totale de courant - puis lorsque le courant dépasse le TDP, supposez que les choses ont déjà mal tourné et arrêtez tout pendant quelques secondes. Des approches plus sophistiquées mesurent le courant de chaque moteur individuellement: lorsque certains moteurs calent, le "mode mou" tue la puissance de ce moteur, de sorte que le robot continue d'utiliser les autres moteurs à pleine puissance. Lorsque de nombreux moteurs tirent un courant total trop élevé, le "mode fatigué" réduit la puissance de tous les moteurs afin que le robot continue d'utiliser tous les moteurs à une vitesse plus lente.

Fusibles 5 V?

Vous pouvez installer un gros fusible de 14 A. Ou vous pouvez installer 27 fusibles individuels 0,5 A, un dans la ligne d'alimentation + 5 V de chaque moteur. Ou les deux. Vous trouverez probablement plus facile de trouver des fusibles "12 V" ou "250 V", qui fonctionneront très bien dans votre application.

Il existe de nombreux polyfus bon marché disponibles (conçus pour protéger les ports USB 5V contre un courant excessif). Hélas, les polyfus mettent plusieurs secondes à «exploser» - trop tard pour protéger les objets contre les dommages permanents, mais suffisamment rapides pour empêcher les objets de chauffer, de prendre feu et de brûler votre maison.

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convertir 12 V en 5 V

La plupart des personnes utilisant des servomoteurs utilisent un convertisseur DC-DC standard pour convertir la tension fournie par les batteries au 5V requis par les servos. (c) Je vois que certains boîtiers de batterie 18650 ( a ) incluent un petit convertisseur DC-DC pour convertir la puissance de la batterie en "chargeur de batterie USB" à 5 VDC. (Quelques personnes utilisent pour servomoteurs conçus être connectés directement à 12 VDC. A )

De nombreux convertisseurs DC-DC sont configurés de sorte qu'ils ne tirent jamais plus qu'un certain courant maximum de la batterie - lorsque le moteur connecté à leur sortie cale, le convertisseur passe en mode "courant constant" à une tension de sortie inférieure, tirant moins de puissance des batteries. Si vous mettez un tel convertisseur DC-DC sur chaque servo, il entre et sort automatiquement du "mode limp" de manière appropriée.

batteries

"Sélection de la batterie appropriée pour votre robot" (a)

"Batteries de robot" (b)

"Batteries que j'utilise dans ma robotique" (c)

etc. a b c d e f

Il est toujours difficile de spécifier l'alimentation électrique d'un robot, et vous avez rencontré le problème exact auquel nous sommes tous confrontés. Le spécifiez-vous pour faire face à la charge typique ou à la charge maximale absolue lorsque tous les moteurs sont bloqués au courant maximum?

Il n'y a pas de bonne réponse à cela, sauf que quoi qu'il arrive, cela ne devrait rien endommager. La bonne nouvelle est que les servos ne consommeront probablement pas 2,5 W tout le temps, donc une bonne façon de commencer est de connecter votre système à une grande alimentation électrique avec un ampèremètre et de mesurer la consommation de courant réelle sous une utilisation intensive typique. Une fois que vous connaissez la consommation de courant maximale, vous pouvez spécifier les batteries pour cela.

L'autre chose que vous devez décider est la durée pendant laquelle vous voulez que la chose fonctionne. Cela vous indiquera la capacité de la batterie dont vous avez besoin, et donc la taille de la batterie. Mais, comme vous le dites, si cela signifie que vous avez besoin d'une batterie plus grande, cela peut signifier que vous avez besoin de servos plus grands et de plus de courant, et donc d'une batterie plus grande! Il n'y a peut-être pas de solution à ce problème, sauf:

• Assouplissez vos exigences. Acceptez que le robot ne fonctionne pas aussi longtemps que vous l'espériez.
• Si possible, ajoutez des ressorts de torsion aux servos pour les aider à soulever le poids de la batterie. Cela signifie qu'ils consomment un peu moins d'énergie.

Mais que faire dans le cas extrême où tous les moteurs sont au point mort?

Vous pourriez envisager quelque chose comme un contrôleur Hot Swap . Il s'agit d'une petite puce qui protège l'entrée d'alimentation de votre système. Il protège contre le grand courant d'appel provoqué par les condensateurs de votre système. Il protège également contre les surintensités en général, ainsi que les surtensions.

Ce problème ressemble beaucoup à la science des fusées. Avec une fusée, plus elle est lourde, plus elle a besoin de carburant pour décoller, ce qui la rend encore plus lourde! Vous avez vos servos, mais pour les alimenter, vous avez besoin d'une grosse batterie qui alourdit le robot, cela signifie des servos plus forts et une batterie encore plus grande! Si vous ne pouvez pas déterminer comment alimenter le robot avec une batterie intégrée, vous devrez peut-être vous contenter d'une alimentation hors-bord.

J'espère que cela t'aides.