5V ohne Spannungswandler Akku

[nelg23]

Hallo liebe Community,

habe bei unserem Projekt ein "kleines" Problem.
Wir sollen einen kleinen fahrenden Roboter bauen, der mindestens ne halbe Stunde fahren soll.


Das eigentliche Problem:
Wir haben sehr kräftige Motoren, nen relativ leistungsstarken Mikrocontroller und Driver für die Ansteuerung für die Motoren.
Das hat nun dazu geführt, dass unsere Verbraucher fast 8,5 Ampere an Strom ziehen! Alle Verbraucher benötigen für den Betrieb im Schnitt 5V. (Alles DC)


Habe jetzt auch Google und Co zur Hilfe gezogen, aber ich habe keinen Spannungswandler gefunden, der mehr als 7,5A bei 5V aushält!
Selbst wenn einer 10A aushält, dann gibt er hinten am Ausgang nur 3,3V.


Meine Frage/Bitte an euch an der Stelle:
Gibt's irgendeine Möglichkeit rein vom Akku her möglichst nah an 5V (+-0,5V) zu kommen? Möglichst ohne Spannungswandler?
Könnt ihr mir da bitte Tipps geben? Wir müssen bis Ende des Monats eine halbwegs funktionierende Lösung haben!
Habe an eine Reihen-Parallelschaltung schon gedacht.
Bin euch für jeden Rat dankbar!




P.S.:
Für die, die es interessiert, woher die 8 Ampere kommen:
Die Motoren (2x) ziehen etwa 1,6 Ampere pro Stück
Die H-Brücke zur Ansteuerung von denen an die 4 und
der Mirkocontroller zieht auch nochmal einen Ampere (ist ne Raspberry Pi)
Macht in der Summe: 2*1,6A+4A+1A = 3,2A+4A+1A = 8,2A
Die restlichen Verbraucher liegen im mA, teilweise µA-Bereich...

[oberallgeier]

.. "kleines" Problem .. Motoren (2x) .. 1,6 Ampere pro Stück .. H-Brücke .. an die 4 .. Mirkocontroller zieht auch nochmal einen Ampere ..Kann sein, dass ich Dich falsch lese - oder nicht genug von Elektronik verstehe. Woher beziehen die Motoren ihren Strom - wenn nicht aus den H-Brücken ? ? ? Grübelgrübelgrübel. Ich vermute nämlich dass Deine Darstellung stimmt - dass aber die 3,2 A für die beiden Motoren von den H-Brücken stammen und deshalb nicht addiert werden "können". Klar - man kann alles rechnen, bekommt immer ein ERgebnis - nur sind manche Ergebnisse - ähhhh - nicht ohne weiteres glaubhaft. Zeig doch bitte mal Deine Schaltung - ohne alle Streichungen oder Weglassungen.

Egal. Selbst wenn ich die 3,2 A ausser Acht lasse, gibt das immer noch nen satten Strombedarf. Ok, der Raspi soll seinen Stromhunger stillen. Also nimmste ne 6V-Bleibatterie oder so - und musst "nur" 1,5 A bis 2 A für den Raspi aufwenden. Das schafft EIN handelsüblicher Spannungswandler (dicken Kühlkörper nicht vergessen, vielleicht nen kleinen CPU-Kühler davor *gg*), z.B. 78S05 - nominell kann der 2A/5V.

So - nun zum Motor. WENN der Motor ne PWM-modulierte Spannung bekommt, kann die ruhig über die fünf Volt rausgehen, dann begrenzt man eben die durchschnittliche Stromaufnahme über die Einschaltdauer der PWM. Das ist gängige Praxis.

Ich habe erst zwei, drei verschiedene H-Brücken in den Fingern gehabt und betreibe meine Elektrospielzeuge damit. Die haben ne ganz pfiffige Eigenschaft: die haben nämlich getrennte Eingänge für den Chip selbst - und für den zu bearbeitenden Motorstrom. Sprich: ein geringer Strom zur Versorgung - mit den üblichen 5 V - und den Motorstrom z.B. mit 6V , 9V, 12 V oder so an den "Verbraucherstrom"-Eingang der H-Brücken. So laufen z.B. meine archie-Motoren - die beiden Doppel-H-Brücken (VNH2) bekommen den "Last"-Eingang mit der vollen Dröhnung von 13 V, die Motoren werden mit dem PWM-modulierten Saft versorgt. So kann ich locker 6V-Motoren anschließen - und lass die PWM eben nicht über 50% oder 60% Einschaltdauer raufkommen.

Ist das bei Dir anders?

So - abschließend ganz dringend: vor weiterem Rumraten zeig uns Deine Verschaltung, möglichst mit Stützpunkten wo Spannung und Strom angegeben ist.

[Peter(TOO)]

Hallo,

Für die, die es interessiert, woher die 8 Ampere kommen:
Die Motoren (2x) ziehen etwa 1,6 Ampere pro Stück
Die H-Brücke zur Ansteuerung von denen an die 4 und
der Mirkocontroller zieht auch nochmal einen Ampere (ist ne Raspberry Pi)
Macht in der Summe: 2*1,6A+4A+1A = 3,2A+4A+1A = 8,2A
Das ist unrealistisch.
Deine H-Brücke kann maximal 4A abgeben. Der Eigenverbrauch wird vielleicht 50-100mA betragen. So wie du gerechnet hast, hätte die H-Brücke einen unheimlich beschissenen Wirkungsgrad.

Also noch mal von vorn;
2x1.6A (Motoren)
100mA (H-Brücke)
1A (RasPI)
Macht nach Adam Riese und Eva Zwerg:
2x1.6A+0.1A+1A = 4.3A
Das wäre schon eine ganz andere Hausnummer.

Wie auch schon geschrieben wurde, brauch man nicht immer die Ganze Kraft des Motor. Man kann also per PWM, den mittleren Strom durch die Motoren noch steuern.

MfG Peter(TOO)

[nelg23]

Hallo alle zusammen,

Ja hat sich gestern herausgestellt dass die 4A von der Brücke der max. Steuersstrom ist - hatte es im Datenblatt leider falsch gelesen, sorry.

Den Spannungswandler den ich gefunden habe (LM1084 oder so hieß der), hält 7.5 A aus - d.h. wir könnten den verwenden!

Schaltplan versuche ich demnächst hochzuladen!

Danke euch allen schon mal!

[021aet04]

Wie schon geschrieben wurde benötigst du nur einen Spannungswandler für die Steuerung, die Motoren werden direkt an die Batterie/ den Akku angeschlossen.

MfG Hannes

[HaWe]

Wie schon geschrieben wurde benötigst du nur einen Spannungswandler für die Steuerung, die Motoren werden direkt an die Batterie/ den Akku angeschlossen.
MfG Hannes
Motoren direkt an die Batterie?
das wundert mich - normalerweise werden bei einem Motorenbetrieb per Arduino über H-Brücken
- die Batterien (meist 5-24V) an die H-Brücken (!)-Spannungsversorgung,
- die Motoren an die H-Brücken-Ausgänge (!),
- die Arduino-Steuerpins (3.3-5V) an die H-Brücken-Eingänge (ggf. mit Levelshiftern, und das sind auch nur sehr geringe Steuerströme von wenigen mA)
angeschlossen .

- die Spannungsversorgung der Arduinos erfolgt gesondert über einen der passenden Arduino-Spannngseingänge.

[021aet04]

Die Motoren natürlich per H-Brücke ansteuern (sonst würde der Motor ja ständig laufen), aber ohne Spannungsregler. Den benötigt man nur für die Steuerung.

MfG Hannes

[i_make_it]

32656
Bei dem Beispiel könnte RL (Last) "A" zum Beispiel der Spannungsregler für die Steuerung sein und "B" und "C" je Vcc an den H-Brücken der Motoren.
Die Dioden entkoppeln die einzelne Zweige und die Elkos stützen bei kurzzeitigen Spannungseinbrüchen den jeweiligen Zweig.

[HaWe]

32656
Bei dem Beispiel könnte RL (Last) "A" zum Beispiel der Spannungsregler für die Steuerung sein und "B" und "C" je Vcc an den H-Brücken der Motoren.
Die Dioden entkoppeln die einzelne Zweige und die Elkos stützen bei kurzzeitigen Spannungseinbrüchen den jeweiligen Zweig.


was für H-Brücken hat der OP?

wenn er schlau war, hat er sich so was gekauft, da kann man direkt die Kabel dranstecken bzw. schrauben, ohne weitere Schaltungsakrobatik:

32657
http://www.ebay.de/itm/5Pcs-Stepper-Motor-For-Arduino-Control-Board-Dual-H-Bridge-Dc-Driver-L298n-Ic-Z-/232328651891?hash=item3617dde473:g:6cIAAOSwA3dYHfv s

[Klebwax]

was für H-Brücken hat der OP?

wenn er schlau war, hat er sich so was gekauft, da kann man direkt die Kabel dranstecken bzw. schrauben, ohne weitere Schaltungsakrobatik:

Hoffentlich nicht. Bei diesen Uraltteilen und der niedrigen Betriebsspannung bleibt am Ende mehr Spannung an der Brücke liegen als am Motor ankommt.


Wir sollen einen kleinen fahrenden Roboter bauen, der mindestens ne halbe Stunde fahren soll.

Das ist bei Betrieb mit einem Akku das letzte was man haben will: eine Akkubetriebene Heizung. Das gilt ebenso für einen Regler vor der Motorbrücke. Auch an dem hat man im praktischen Betrieb (nicht im Testlabor des Herstellers) mindestens 20% Verlust.

Um wirklich ein Konzept zur Stromversorgung zu entwickeln, braucht man belastbare Messwerte. Die scheint es aber nicht zu geben. Das mit dem Strom für die Brücken scheint ja geklärt, wie real sind aber die 1,6A der Motore? Wieviel Strom ziehen sie im Anlauf, wieviel im Betrieb? Auch der Verbrauch des Pi sollte geklärt werden. In den maximalen 1A sind der Verbrauch etwaiger angeschlossener USB-Geräte mit eingeschlossen. Gibt es solche?

Wenn das alles klar ist, kann man sich um den oder die Spannungsregler kümmern. Und sich einfach nur ein IC rauszusuchen ist nicht zielfördernd. Einen Schaltregler, und ein anderes Konzept kommt bei Akkubetrieb eigentlich nicht in Frage, lötet man nicht eben mal zusammen.

MfG Klebwax

[HaWe]

Hoffentlich nicht. Bei diesen Uraltteilen und der niedrigen Betriebsspannung bleibt am Ende mehr Spannung an der Brücke liegen als am Motor ankommt.

MfG Klebwax

hoffentlich doch - 1. war es nur illustrativ für solche fertigen Boards oder Shields und 2. gibt sie auch mit energie-effizienteren ICs.

[RoboHolIC]

2. gibt sie auch mit energie-effizienteren ICs.
Nur her mit dem Link für energieeffizientere Module. Wenn die auch noch ebenso gut und preiswert erhältlich sind wie die L298er, dann sollte das kein Geheimwissen bleiben - finde ich zumindest.
Leider verweist dein Link genau auf das was auch das Bild zeigt.

[Peter(TOO)]

Hallo Klebwax,

Wenn das alles klar ist, kann man sich um den oder die Spannungsregler kümmern. Und sich einfach nur ein IC rauszusuchen ist nicht zielfördernd. Einen Schaltregler, und ein anderes Konzept kommt bei Akkubetrieb eigentlich nicht in Frage, lötet man nicht eben mal zusammen.
Gerade bei den Schaltreglern muss man aufpassen und der mit dem dicksten Strom kann sehr unpassend sein.
Der Angegeben Wirkungsgrad von z.B. 96% stimmt nur bei etwa der Grössenordnung von 70-80% der maximalen Ausgangsleistung. Bei höheren Strömen nimmt er dann wieder etwas ab. Bei kleineren Strömen nimmt er dann aber rapide ab. Bei einer falschen Dimensionierung kann dann der Wirkungsgrad locker auf 40% sinken.

MfG Peter(TOO)

[hbquax]

Blöde Frage: Wie genau müssen denn die 5V eingehalten werden? Könnte man evtl. einfach 4 oder 5 Zellen NiMh verwenden?
Ansonsten denke ich auch, wenn Spannungsregler, dann für Steuerungselektronik, die das unbedingt braucht, und Power für die Motoren direkt aus dem Akku.

[Peter(TOO)]

Blöde Frage: Wie genau müssen denn die 5V eingehalten werden? Könnte man evtl. einfach 4 oder 5 Zellen NiMh verwenden?
Ansonsten denke ich auch, wenn Spannungsregler, dann für Steuerungselektronik, die das unbedingt braucht, und Power für die Motoren direkt aus dem Akku.
Das kommt drauf an und steht im Datenblatt :-)

Es gibt da aber 2 Dinge zu beachten:
1. Die 5V müssen typischerweise im Bereich +/-5% oder +/-10% liegen. Dieser Wert steht im Datenblatt der ICs und ist je nachdem unterschiedlich.
2. Die Stabilität der Spannung, vor allem schnelle Spannungsänderung machen Probleme. Auch wenn das ICs im Bereich von 4.5V bis 5.5V (5V +/-10%) fehlerfrei arbeitet, fallen gerne Flips-Flops im IC um, wenn sich die Spannung in einer µs, oder schneller, von z.B. 5.25V auf 4.75V ändert. Wenn jetzt ein Bit im Programmzähler eines µCs umfällt wird der nächste Befehl von einer ganz falschen Speicherstelle geholt und dein Programm stürzt ab. Das Problem liegt in der Stromaufnahme und dem Innenwiderstand der Akkus. Ändert sich die Stromaufnahme sprunghaft, verhält sich auch die Zellenspannung entsprechen, da fällt eine entsprechende Spannung am Innenwiderstand ab.
Die Stromaufnahme bei CMOS kommt zum grössten Teil durch das Umladen der Kapazitäten zu Stande und ist deshalb auch direkt proportional zum Takt. Zudem macht es einen Unterschied ob nur ein einzelnes Bit den Zustand ändert oder eben 16 gleichzeitig. Um Strom zu sparen, versetzt man einen µC gerne in den Schlafmodus, wenn er nichts zu tun hat. Beim Aufwecken kann dann der Strom von z.B. 10µA auf 100mA hochschnellen. OK, das kann man mit Elkos abfedern.

Die typischen Spannungsregler stimmen auf +/-2-3% genau.

Das mit den NiMh oder früher NiCd Zellen mit 1.2V funktioniert meistens, 4 Stück in Serie ergeben dann typisch 4.8V. Es gab und gibt auch eine Menge Geräte welche so konstruiert sind. Setzt man aber Primärelemente ein (1.5V) läuft die Elektronik dann auf 6V, was ausserhalb dem Zulässigen liegt.
Ich hatte früher eine Digitalkamera, welche so konstruiert war, da durfte man keine 1.5V Zellen einlegen.

MfG Peter(TOO)