stabile 12V bei 8A aus Akku generieren - Stepup/-down-Regler

[corone]

Hallo alle zusammen,

ich möchte nach meinem letzten Projekt diesmal einen Kettenbot bauen, denke da eventuell an das Catwiesel-Chassis... mal sehen.

Auf jeden Fall hat sich bei mir bewährt die Akkuspannung nicht direkt an die Motoren zu geben, sondern diese zuvor mittels Spannungsregler auf einen exakten Wert zu bringen. Habe zuletzt daher 15,4V-Akkupacks mit 2,7Ah eingesetzt und diese über einen 78S12 gejagt, was bei nem dicken Kühlkörper für die benötigten 1,5A locker ausreichte.
Sinn dieser Aktion ist es, dass bei gleichem Untergrund und gleicher Ansteuerung (meinetwegen Ketten 5 sek. mit voller Geschwindigkeit in gegensätzliche Richtungen) auch wirklich immer der selbe Winkel bzw. die selbe Strecke gefahren wird... lasse ich diese Regelung weg, wäre bei vollem Akku mit >13V ja der zurückgelegte Weg größer und bei fast leerem Akku (<11V) deutlich kleiner als im Mittel. Sicher, hier könnte man mit Wegstreckenmessung, Odometrie, Motorregelung, Positionsbestimmung etc etc etc kommen... aber ich möchte eigentlich einfach nur ne wirklich konstante Spannung haben.

Problem: Der Bot soll einen 7,2 bis 16Ah großen Bleigel-Akku bekommen, ich rechne mit einem Endgewicht zwischen 5 und 15kg. Entsprechend des Gewichtes wird der Bot sehr starke Motoren benötigen, wenn ich mal von eher preisgünstigen Akkuschrauber- oder Scheibenwischermotoren ausgehe landen wir hier dicke bei einigen Ampere im Dauerbetrieb. Einen 18V-Akku einzusetzen wäre hier sinnlos, viel zu viel Verlustwärme, wenn das runtergeregelt wird. Ich möchte direkt bei einem 12V-Akku bleiben (auch zwecks eventuell späterer Ladung per Solar).

Aber nun stehe ich vor der großen Frage: Welcher Schaltregler kann eine Spannung im Bedarfsfall sowohl leicht herauf-, als auch herunterregeln und dabei noch derart hohe Ströme liefern? Einige Regler der LT-Reihe können laut Datenblatt durchaus beide Modi bieten, technisch ist's also machbar.... mit ihrem TO220-5-Gehäuse hören die aber bei einer Effizienz von ca. 80% und 3A auf. OK, die Effizienz sei mal hintenan gestellt, auch, wenn mir >80% schon sehr lieb wären (auch wegen Wärmeproblem, soll ja keine fahrende Heizung werden) und auch das Geld soll im Zweifelsfall mal eher keine Rolle spielen. Zur Not Suche ich eben weitere Sponsoren... Kennt irgendjemand einen IC bzw. eine komplette Schaltung (von der Dimensionierung der Spulen etc. hätte ich ja auch keine Ahnung), die diese Leistung bringt? Zur Not würden es auch zwei mal 4A tun, die dann eben jeweils einen Motor versorgen, das ließe sich trennen... wobei mir 1*8 schon lieber wären...


Würde mich über Anregungen sehr freuen, über die Bezeichnung bzw. Links zu einem Bauteil oder Schaltplan natürlich am meisten
Insofern irgendjemand noch eine bessere Idee hat, wie das Problem zu lösen ist, gehe ich natürlich auch gern wieder von der Idee des Schaltreglers ab...


Viele Grüße und schreibt schön fleißig

Corone

[avion23]

Hallo Corone,
mit einem Schaltregler kommst du dort leider nicht weiter. Bei 8A muss auch die Spule gewisse Anforderungen erfüllen. Wenn du auch noch hoch/runter (z.B. mit buck-boost-converter) regeln musst, dann gute Nacht.

Grundsätzlich ist es nicht möglich aus der gleichmäßigen Radbewegung eine Strecke zu berechnen. Bis jetzt sind alle Projekte die auf dieses Konzept gesetzt haben gescheitert. Der Grund sind die Ungenauigkeiten: 3° Abweichung auf 500m sind viel. Dazu noch die nicht genaue Haftung, Fertigungsunterschiede, numerische Ungenauigkeiten, etc.
Lösen kann man das mit eine absoluten Position. Diese muss keine besonders hohe Auflösung haben, aber die Punkte müssen relativ zu einander den selben, exacten Abstand haben. Z.B. GPS, Ultraschall, moduliertes Infrarot. Der Zwischenraum kann dann mit den Radbewegungen ausgefüllt werden, solange die Ungenauigkeiten unter einem maximalen Fehler bleiben.


Den Strom verbrennt man übrigens auch nicht in Linearreglern noch baut man Spannungswandler davor. Man gibt einfach die PWM über einen Leistungstransistor + Freilaufdiode auf den Motor. Der Dutycycle der PWM richtet sich nach der Akkuversorgungsspannung. Auf diese Weise kann man auch 12V Motoren mit 24V Bleiakkus einsetzen. Die zurückgelegte Strecke muss man trotzdem anders berechnen als über eine konstante Spannung an den Motoren. Es spielen schließlich noch andere Faktoren eine Rolle, wie Alterung, Erwärmung, unterschiedlicher Untergrund.
Nur ein paar Vorschläge:
- optischer Maussensor
- Infrarotbarke / Lichtsensor
- Pin auf der Achse, der einen Schalter betätigt.

[Reeper]

Persönlich habe ich mit einem Blei-Gel Akku sehr positive Erfahrung gemacht und versorge meine Motoren (über Treiber) direkt damit. Zusätzlich kommt noch eine Spannungsüberwachung dazu, wäre dies evtl. nicht auch eine Möglichkeit. Somit weißt du wieviel der Akku bringt (kannst Ergebnisse ja mitteln) und mit PWM ausgleichen. Also von Anfang an zB 90% und zum Ende hin 100% (je nach Spannung)?

Aber:
Warum ist dir denn das so wichtig? Im Gelände drehen die Ketten evtl. durch und bei der Drehung... Was nützt dir eine exakt gleiche Spannung. Noch dazu kommt ja die Belastung der Akku's durch die Motoren (im Anlaufen).

Wenn die eine exakte Geschwindigkeit wichtig ist, solltest du das Durchdrehen beachten (wäre ja dann quasi wie im Leerlauf), wie willst du wissen, wann dies der Fall ist oder der Bot gerade einfach nur schneller ist.

[corone]

Hi,

danke für die ersten Antworten

Das über die gleiche Spannung bei gleicher Zeit keinerlei exakte Positionierung möglich ist, ist mir vollkommen klar. Es geht mir auch nicht darum, mich "nach Zeit" in einem bestimmten Winkel zu drehen oder eine bestimmte Strecke zurück zu legen... wie groß die ist, ob sie gerade ist etc. ist mir vollkommen Schnuppe. An der Stelle kommen logischer Weise Sensoren zum Einsatz, um eine absolute Positionsbestimmung durchführen zu können und entsprechend zu steuern. Mein Ziel ist nur, dass der Bot auf selbem Untergrund und sonst selben Bedingungen immer exakt dasselbe macht... meinetwegen soll er auf 50m Fahrstrecke immer 5m zu weit links ankommen, da kann er sich ruhig Ungenauigkeiten leisten, nur sollen es dann eben immer exakt 5m sein. Oder von mir aus auch nur drei, dann aber eben wirklich immer 3... versteht ihr?

Ich versuche nicht, die Ungenauigkeiten im Fahren dadurch irgendwie zu kompensieren. Dafür gibt es Software und Sensorik. Ich möchte lediglich konstant ungenau sein... WIE ungenau spielt dabei keine allzu große Rolle.
Klar, könnte man alles auch mit PWM und sonstiger Software-Regelung machen, aber da der Bot auch als Experimentalplattform dient möcht ich schon sehr gerne wirklich exakte und belastbare 12V haben. Bringt z.B. am Ende auf selbem Grund und bei selber Zuladung auch selbe Höchstgeschwindigkeit mit sich...


Ja, ich weiß, über Sinn oder Unsinn dieses Wunsches kann man sicher lange diskutieren...


Viele Grüße

Corone

[avion23]

Du wirst nicht immer die selben Ungenauigkeiten haben. Das ist schlicht und einfach unmöglich. Muss ja nur mal eine Wollmaus dazwischen kommen...

. Bringt z.B. am Ende auf selbem Grund und bei selber Zuladung auch selbe Höchstgeschwindigkeit mit sich...

Nein, tut's nicht.

[nikolaus10]

@corone u befindest die auf dem Holzweg.

[Besserwessi]

Es wäre wirklich besser nur die PWM Steuerung zu nehmen. Für eine Gleichmäßtige Geschwindigkeit kann man dann die mittlere Spannung am Motor messen und ggf. regeln. Einfacher wäre es aber wohl gleich die Radumdrehungen zu zählen.
Wenn schon Regler, dann wohl eher eher nur Stepdown auf etwas weniger als 12 V (z.B. 11..11,5V) oder nur step up auf z.B. 16V.

[corone]

@Besserwessi:

Mhm, dann kann ich eigtl aber auch gleich die 12V vom Akku durchschleifen... da sind dann zumindest die 8A Dauerlast vollkommen schnuppe.

Aber OK, bis mir da eine für den Bot eventuell sinnvolle Lösung einfällt, möcht ich trotzdem mal weiter zur Diskussion anregen: Wie kriegen wir eine Akkuspannung wirklich sehr exakt stabilisiert? Ob nun 12V / 8A oder sontwas sei mal außen vor gelassen, das Problem ist ja an sich dasselbe. Inputspannung liegt im Bereich von +/-2V gegenüber der gewünschten (exakten) Ausgangsspannung... wie könnte man hier den Output konstant halten?



*grübelnd*

Corone

[Besserwessi]

Es geht einen stepup und step down regler zu kombinieren. Wenn man viel sucht wird man bei LT oder Maxim vielleicht auch einen passenden Chip dazu finden. Zum Teil kommt man da mit einer Spule aus.

Besser ist es aber den Akku oder die Spannung so zu wählen das man immer entweder hoch oder runter regeln mus. Wenn es nur etwa 0,2-2 V runter geht, kann ein ein low drop Linearregler eine gute alternative zum Schaltregler sein. Wenn man den Lowdropregler etwas größer wählt, kommt man eventuell auch mit 50-100 mV Spannungsabfall aus.