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Thema: Mehrere Servos aus einer Stromquelle

Hybrid-Darstellung

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  1. #1
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Nachdem nun klar ist, daß Modellbauservos für einen Akkupack mit ursprünglich 4, heute auch 5 NiCad bzw. NiMh Zellen gebaut sind zu den Pulsen.

    Zitat Zitat von Chris1803 Beitrag anzeigen
    Die Servos werden direkt vom RPi über das PWM-Signal gesteuert. Es kommen also 3.3V aus den GPIO-Pins. Das scheint ein Problem zu sein. Was muss ich machen, dass das besser wird? Soweit ich verstanden habe, sollte das PWM-Signal auch mit 6V daherkommen. Wie bekomme ich das da hoch?
    Ein digitaler 3,3V CMOS Baustein, und das ist der RPi, liefert keineswegs 3,3V als high. Bei CMOS-Logic ist ein Spannungswert kleiner als 1/3 der Versorgung ein Low, ein Wert größer als 2/3 ein High. Die Werte schwanken etwas je nach Datenblatt, für einen Überblick reicht das aber. Das ist das, was er leisten muß. Belastet man den Ausgang nur schwach, wird er aber fast 3,3V liefern.

    Die Servos stammen aus einer Zeit, als TTL Logic üblich war. Da gilt als High ein Spannung größer als 2V (< als 2/3 von 3,3) und als Low ein Wert kleiner als 0,4V. Diese Schwellen sind nicht auf die Versorgung bezogen. Wenn man mal ein Datenblatt eines Servochips in die Finger bekommt, findet man diese Werte auch explizit. Das passt also prima mit 3,3V CMOS Logic zusammen.

    Aber wie finde ich raus, ob der Akku bei hoher Last auch genügend Strom liefert, so wie oben beschrieben (>2A)?
    Aus dem Datenblatt. Aber ohne es zu lesen würde ich meinen, daß der Akku kurzzeitig 20C liefern kann. Das wären bei 2Ah 40A. Solche Akkus treiben Akkuschrauber an, da ist dein Servo keine "hohe" Last.

    Muss ich zum Schutz der Servos noch etwas zwischen Akku und Servo bauen?
    Es gibt keinen Schutz. Betrachten wir mal Motor und Elektronik der Servos getrennt. Elektronik stirbt viel schneller als eine Sicherung zum Auslösen braucht, Mikrosekunden gegen Millisekunden. Da ist nichts gegen zu machen. Und der Motor brennt vermutlich schon bei 1A Dauerstrom durch. Den Strom kann man aber darauf nicht begrenzen, kurzzeitig braucht er mehr. Das einzige, was man tun könnte ist die Motortemperatur zu überwachen. Das ist aber in üblichen Servos nicht vorgesehen.

    Wenn man befürchtet, beim Basteln auch mal einen Kurzschluß zu machen, könnte man ein Autosicherung mit 8A an den Akku schalten um den Schaden etwas zu begrenzen. Oder man benutzt ein Labornetzteil mit Strombegrenzung.

    MfG Klebwax

    - - - Aktualisiert - - -

    Zitat Zitat von Moppi Beitrag anzeigen
    Wegen dem Strombedarf, kann man mal nachdenken einen LiPo-Akku zu nehmen. Gleiche Leistung, gleiche Spannung, gleicher Preis: https://www.conrad.ch/de/hacker-mode...c3-239512.html
    Die maximale Stromleistung beträgt 20C. Also ca. 60.000ma, die der Akku abgeben kann.
    Das ist keine gute Idee. Das haben die Hexapodbauer, die ja eine Menge Servos einsetzen, ausgiebig probiert. Die Spannungslage von LiPos passt beliebig schlecht zu Servos: 1S hat zuwenig (3,6V nominal sind weit weg von den 4,8 nominal der Servos, sie haben also kein Drehmoment) und 2S sind mit 8,4V Ladeschlußspannung weit über 6V und sie brennen ab.

    Und mit Spannungsreglern hat man auch keine Freude, die schützen sich bei Überstrom durch Runterregeln oder Abschalten. Das wiederum bringt die Servoelektronik, die an der gleichen Versorgung hängt, zuverlässig aus dem Tritt. Richtet man den Regler nach dem Spitzenstrom aus, wird er ganz schön aufwendig. Dabei läuft er im Normalbetrieb, wenn der Spitzenstrom nicht benötigt wird, mit unterirdischem Wirkungsgrad.

    In Summe wird es teurer, dafür aber schlechter.

    MfG Klebwax
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

  2. #2
    HaWe
    Gast
    Die Servos werden direkt vom RPi über das PWM-Signal gesteuert. Es kommen also 3.3V aus den GPIO-Pins. Das scheint ein Problem zu sein. Was muss ich machen, dass das besser wird? Soweit ich verstanden habe, sollte das PWM-Signal auch mit 6V daherkommen. Wie bekomme ich das da hoch?
    Gordon Henderson empfiehlt grundsätzlich die normalen GPIOs des Raspis zusammen mit seinen wiringPi Libs (softPWM) zur Ansteuerung von Servos, d.h. mit 3.3V.
    Auch Joan, der Autor von pigpio, bestätigt dies für seine eigenen libs.
    Beide sehen auch keine grundsätzlichen Nachteile gegenüber PCA9685 Servocontrollern, es sei denn, die GPIO pins reichen nicht aus.
    Wenn es also keine super-exotischen Servos sind, sehe ich keinen Grund, weshalb die Servos nicht mit Raspi-3.3V pwm Signalen laufen sollten, meine tun dies auch. Sie werden über 6V-7.2V externe Batterien (Akkus) oder einen DC-Wandler gespeist. Solche DC-stepdown-Wandler halte ich für die beste Lösung (meiner bringt bis zu 12A, für meine Zwecke reicht das).

  3. #3
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    Ok, ich bin zwar immer noch verwirrt, aber ich glaube, ich habe es nun zusammen.

    Also, ich kann den 7.2V Akku nehmen, hänge einen DC-DC-Wandler dazwischen, versorge die Servos so und nutze die RPi-GPIO über die Steuerleitung.
    Oder doch eher einfach einen 6V-Akku nehmen?

    Ich würde diesen Wandler hier nutzen:
    https://hobby-elektronik.ch/Module-S...Watt::202.html
    Einzig, wie sage ich ihm, dass die Eingangsspannung 7.2V ist und dass ich gerne irgendwas zwischen 4.8 und 6.0V hätte? Lieber knapp unter 6, nur um sicher zu gehen.
    Oder habe ich wieder was übersehen?

  4. #4
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    der Wandler bringt nicht viel

    Ausgangsstrom 1.5A max

    bei Eingang 4A .. was für eine merkwürdige Angabe obendrein

    Auch ein Schaltregler hat Regelzeiten und die liegen weit oberhalb der eines Linearreglers .. mit einer so wechselhaften Last wie einen Servo würde ich dennoch zu einem Linerarregler pro Servo raten ... auch um im Überlastungsfall nur einen Regler + SErvo zu verlieren und nicht alle gleichzeitig -> crash ... und ein Linearregler kostet aufgebaut auch i.d.R. weniger als ein Schaltwandler

    Im Worst Case wenn dein SErvo bis ans limit belastet ist sind das 1-2A bei einem Spannungsdrop von 1.4V (istevtl. bisschen knapp, du brauchst einen low-drop regler) sind das 2-3W Abwärme ... aber das ist eigentlich nicht dramatisch ... muckelig und mit nem kleinen kühlkörper aber nicht dramatisch
    Es gibt 10 Sorten von Menschen: Die einen können binär zählen, die anderen
    nicht.

  5. #5
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    OK. Und was wäre das richtige Teil? Quelle, Art.-Nr.?

  6. #6
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Hast du eine Vorzugslieferanten?

    PS was die Wahl zwischen DCDC und Drop angeht, lasse ich mich auch gerne eines besseren belehren, aber miene persönliche ERfahrung hat auch gezeigt dass ein DCDC mit stark induktiven Lasten zu kämpfen hat bei der Regelung (ich habe mir einen STM32 NECLEO mit einer Überspannung geschossen der einen Motor steuern sollte weil der Wandler zwar 5V machte aber offensichtlich zu langsam war oder mir die passende Schutzschaltung fehlte)
    Es gibt 10 Sorten von Menschen: Die einen können binär zählen, die anderen
    nicht.

  7. #7
    Benutzer Stammmitglied
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    Das meiste Suche ich in der Schweiz bei Conrad. Bin grundsätzlich aber für alle Lieferanten aus der Schweiz offen. EU wird meistens komplizierter, weil nicht alle in die Schweiz liefern oder unerhöhrte Zuschläge verrechnen. Meine Erfahrung.

  8. #8
    Erfahrener Benutzer Robotik Einstein
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    Zitat Zitat von Ceos Beitrag anzeigen
    PS was die Wahl zwischen DCDC und Drop angeht, lasse ich mich auch gerne eines besseren belehren, aber miene persönliche ERfahrung hat auch gezeigt dass ein DCDC mit stark induktiven Lasten zu kämpfen hat bei der Regelung (ich habe mir einen STM32 NECLEO mit einer Überspannung geschossen der einen Motor steuern sollte weil der Wandler zwar 5V machte aber offensichtlich zu langsam war oder mir die passende Schutzschaltung fehlte)
    Das hat mit der Geschwindigkeit nichts zu tun. Fast alle Abwärtsregler können ihre Ausgangsspannung nur aktiv anheben, egal ob Linearregler, Schaltregler oder DC/DC Wandler. Wird also die Ausgangsspannung z.B. durch das Abschalten einer Induktivität angehoben, kann der Regler nur warten, bis die Spannung wieder unter seinen Sollwert gesunken ist. Wenn man Glück hat, wird die Überspannung von den restlichen Verbrauchern an dieser Rail abgefangen, wenn man Pech hat, stirbt einer dabei. Deswegen betreibt man induktive Lasten nicht an der selben Rail wie die Logikschaltungen. Tut man es doch, ist das Vermeiden der Konsequenzen ein wichtiger Teil der ganzen Entwicklung.

    Die Unterschiede in der Geschwindigkeit sind übrigens nicht besonders groß, ein Linearregler regelt einen Lastsprung in rund 10µs aus, ein einfacher Schaltregler (Simple Switcher) schafft das in 100µs.

    Zitat Zitat von Chris1803 Beitrag anzeigen
    Also, ich kann den 7.2V Akku nehmen, hänge einen DC-DC-Wandler dazwischen, versorge die Servos so und nutze die RPi-GPIO über die Steuerleitung.
    Oder doch eher einfach einen 6V-Akku nehmen?
    Ich bleibe bei meinem Vorschlag, nimm einen passenden Akku. Zum probieren einfach 4 NiMh AA Zellen, z.B. Enelopes in einen vierfach Batteriehalter und los gehts. Haben die Servos am Ende zuwenig Drehmoment einen fünften dazuschalten.

    Zitat Zitat von Chris1803 Beitrag anzeigen
    Ich würde diesen Wandler hier nutzen:
    https://hobby-elektronik.ch/Module-S...Watt::202.html
    Der ist einerseits der Falsche und andererseits der Richtige Wandler. Der Falsche weil er ein "Step-Up & Down Modul ( Boost & Buck )" Wandler ist und du eigentlich nur einen Abwärtswandler brauchst, und der Richtige, weil ihm die zu kleine Drop Spannung bei sich entladendem Akku nichts ausmacht. Dafür hat ein Buck/Boost immer einen wesentlich schlechteren Wirkungsrad als ein Step Down, dafür einen höheren Preis.

    Eigentlich bräuchte man einen 5A Schaltregler und einen Akku mit rund 7,5V Entladeschlußspannung. Bei den relativ hohen Strömen, die man für Elektromotoren vorhalten muß, geht es nicht um Lastströme sondern um die Anlaufströme. Die fließen bei den kleinen Motoren der Servos einige 100 Millisekunden, solange der Motor noch keine Drehzahl hat. Bei großen kann das auch Sekunden dauern. Bei den Mikroservos, die ich mal gemessen hab, waren es rund 1,5A. Der Fall daß beide Servos gleichzeitig anlaufen ist sehr real. Daher die 5A oben. Ein Akku ohne Regler schafft das problemlos.

    MfG Klebwax

    P.S. bei einem Buck/Boost macht ein maximal Eingangsstrom der größer ist als der maximale Ausgangsstrom schon einen Sinn.
    Geändert von Klebwax (16.08.2018 um 20:50 Uhr)
    Strom fließt auch durch krumme Drähte !

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