Stadio alimentazione robot

In procinto di realizzare una piattaforma robotica, una delle cose da non sottovalutare è sicuramente la scheda di alimentazione. Personalmente ho le seguenti esigenze:

- la fonte di alimentazione principale è a 12V. Conto infatti di utilizzare una batteria al piombogel che è facile da reperire, costa poco ed è facile da ricaricare. Inoltre mi fa pure da zavorra verso il ruotino.
- ho bisogno di più tensioni differenti: 9V per una telecamera, 6V per i servocomandi (che conto di usare come pan e tilt per la telecamera), 5V per le logiche, 3.3V per alimentare eventuali altri dispositivi futuri (a questa tensione ci funzionano dsPic, Xbee, moduli gps, moduli gsm). I motori
duttori funzionano con la 12V diretta.

ho buttato quindi giù uno schemino piuttosto elementare che allego:

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Ho un primo regolatore di tensione a 9V (IC6) che in realtà mi funge da preregolatore per far funzionare in cascata il 7805 e il regolatore a 3.3V. La scelta di questa configurazione è dettata dal fatto di far dissipare il meno possibile ai due regolatori successivi.

Ho quindi un regolatore separato a 9V per far funzionare la telecamera e uno a 6V per i servocomandi.

Dite che uno schema siffatto va bene o è possibile migliorarlo?

Volevo aggiungere in ingresso ai regolatori un filtro PI per smorzare eventuali disturbi provenienti dai motori che sicuramente andrebbero ad influire sul video della telecamera (che poi è una telecamera cinese che già fa pena di per sè, ma è tutto in via sperimentale e poi man mano si sostituisce con roba più seria).

Premetto che fin'ora ho sempre usato attorcigliare i cavi di alimentazione dei motori intorno ad un toroide in ferrite e questo espediente ha sempre risolto i problemi che avevo di disturbi (usando alcuni motori, senza accorgimenti del genere, come pure mettere i condensatori ceramici sulla carcassa, il pic dava proprio i numeri).

Volendo progettare, però, un robot modulare, in cui ogni scheda, separata, può anche essere utilizzata su altri robot, volevo fare una cosa più completa e prevedere un sistema di soppressione dei disturbi anche nella scheda di alimentazione, ma non ho trovato nulla in giro che mi permetta di dimensionare un filtro PI, anche perchè vorrei fare una cosa generica che possa soprattutto adattarsi ai disturbi generati da qualsiasi tipo di motore.

Avevo inizialmente pensato di mettere in serie al positivo di alimentazione una di quelle induttanze toroidali che si trovano all'interno degli alimentatori per i pc, dato che è questo nucleo che generalmente uso per sopprimere i disturbi sui motori.

Io metterei qualcosa tipo un toroide per "isolare" (passatemi il termine) i disturbi dei motori.
Dopo hai due alimentazioni a 12 V, una per eventuali schede elettroniche funzionanti a 12 V, un'altra per i motori, che passa attraverso un nucleo che sopprime i disturbi, io avevo fatto così i una mia vecchia applicazione e funzionava perfettamente, sull'elettronica neanche un disturbo.
Utilizzerei uno schema (dopo lo stabilizzatore a 12 v per i motori) tipico di quei soppressori per 220 che si trovano negli alimentatori ATX.

Spero di aver detto qualcosa che ti possa essere utile

ciao, marco

edit:

www.fabriziosalvadori.com/filtro_di_rete.htm
qui c'è lo schema di un filtro, è circa come quello che avevo fatto io, però senza il collegamento della terra, quindi eliminando la presa centrale in "line in" e "line out" e la maglia sotto con la resistenza i due diodi e il condensatore.

Ciao Gianni,
Migliorare un progetto e´ sempre possibile qualora si vogliano aggiungere nuove specifiche.
Il paletto ad un progetto sta solo nel fatto dell´accettare o meno determinate cose.
L´accettare o meno dei compromessi può pero´ portare anche a dei malfunzionamenti per cui e´ bene sempre fare le considerazioni giuste.
In progetti professionali molti paletti sono messi dalle norme altri dal buonsenso (i primi sono peggiori delle seconde).
Naturalmente alcune volte il malfunzionamento discende dall´aver ignorato o sottovalutato alcuni aspetti o dall´aver implementato erroneamente alcune funzioni o accorgimenti (per esempio problemi di layout).

Alcune considerazioni sul progetto:

1) L´alimentatore e´ sicuramente una parte importante del progetto per cui e´ bene aver chiaro anche cosa andrà ad alimentare. E´ bene fare un bilancio delle correnti (potenza che ti sarà richiesta).
quindi avere una idea piuttosto chiara di quello che si collega.

2) Mettendo molti regolatori in cascata eviti certamente che il singolo dissipi molto, ma l´efficienza totale e´ comunque bassa. Potresti considerare l´utilizzo di un alimentare switching.
La national offre i simple switcher anche con package TO 220.

3) Bilancia il fatto sul volere tutti i regolatori sulla scheda alimentatrice. Potrebbe essere anche utile avere il regolatore sulla scheda di destinazione. In effetti alimentazioni lontani richiedono condensatori bulk sulla scheda al fine di garantire una buona risposta in frequenza, ovvero fornire corrente quando richiesto. Per i 5V se ne può discutere o meno, ma per i 3.3V ti suggerisco di avere il regolatore a bordo della singola scheda.

4) considera l´opzione di avere più batterie, magari una per l´elettronica di servizio più piccola ed una dedicata ai motori.

5) considera l´utilizzo di un controllore per la scheda al fine di monitorare i consumi (misurando la corrente sulla batteria). In questo modo avresti l´informazione di quando sia necessario effettuare una ricarica.

Filtri

6) FIltri PI: Normalmente trovi filtri a T belli e pronti, tipo quelli che ho usato nel progetto EasyUSB. Paramenti importanti da tenere a mente sono la corrente che riescono a sopportare, le dimensioni e non in ultimo la loro attenuazione in funzione della frequenza (tabellata nei datasheet). Facendo uso di PICa 20MHz e´ bene che il filtro abbia una forte attenuazione di segnali RF gia´ a 1-5MHz.
I filtri a T possono essere messi sulle alimentazioni di ogni PIC e prima di ogni ramo di alimentazione del tuo schema.

7) Filtro per il motore. Normalemente si usa un filtro con due induttanze, come quello degli alimentatori switching. Il nome del filtro e´ common mode choke. Rispetto alla singola induttanza ha la caratteristica di filtrare oltre ai segnali asimmetrici sulle singole linee anche quelli simmetrici. I filtri commerciali possono essere migliorati mettendone due in serie o aggiungendo dei condensatori. Spesso le soluzioni sono presentate sul datasheet stesso. Marche famose di induttori sono Würth, Murata, Coil Craft, Bournes. Hanno dimensioni piuttosto grandi e anche in questo caso e´ importante vedere la loro corrente massima. La corrente massima e´ importante per non saturare la ferrite (causando una diminuzione dell´induttanza L e limitare il filtraggio) e non causare surriscaldamenti che possano danneggiare l´isolamento. Questi filtri sono piuttosto costosi.

In ultimo considera che le interferenze non sono solo condotte (lungo le line di alimentazione) ma anche radiate (onde elettromagnetiche). Un buon layout dei PCB ed eventuali schermi permettono di avere buoni risultati.

Ho buttato solo considerazioni e nulla di più. Come detto quello che vorrai mettere dipenderà dalle specifiche del tuo progetto in particolare i costi possono influenzare molto le scelte.


Saluti,

Mauro

Ciao,
Prima di mettere nel dimenticatoio il post vorrei completare alcune osservazioni.

In particolare mettendo a confronto il filtro PI e a T.

Le due configurazioni passa basso sono equivalenti quindi in linea di principio si possono scambiare indifferentemente.
Molte volte però i filtri T belli e pronti vengono usati prevalentemente per le alte frequenze, infatti possono essere trovati nei cataloghi sotto la voce Filtri EMI. Il loro utilizzo in ambito "alta Frequenza" discende dal fatto che i due induttori hanno un valore piuttosto basso, essendo ottenuto mettendo degli anelli di ferrite sui terminali del filtro stesso. Se lo stesso filtro facesse invece uso di induttori (L) più grandi si potrebbe abbassare notevolmente la frequenza di taglio del filtro. I filtri EMI vengono usati frequentemente per filtrare le alimentazioni di integrati e su linee provenienti dall'esterno del sistema (un cavo di alimentazione di 1m che può aver funzionato come antenna).

Nel caso di un alimentatore usato su una linea in cui è presente un motore comandato in PWM, si hanno forti disturbi alla frequenza PWM oltre ai disturbi a più alta frequenza dovuti alla presenza delle spazzole del motore (se a spazzole). I motori vengono spesso pilotati a frequenze PWM dell'ordine di 10-50KHz. La frequenza di taglio del filtro è dunque relativamente bassa se paragonata ai filtri EMI a T. Per avere frequenze di taglio tali da attenuare le armoniche derivanti da un comando PWM sono necessari induttori dell'ordine dei 40-100uH e capacità dell'ordine dei 100nF-1uF. Dal momento che gli induttori sono più costosi dei condensatori si preferisce spesso una configurazione PI (una L e due C) piuttosto che un filtro a T (2 L e 1 C).
Preferibilmente i condensatori da utilizzare devono essere di tipo ceramico.

Saluti,

Mauro

Mauro Laurenti ha scritto: Ciao Gianni,
...
3) Bilancia il fatto sul volere tutti i regolatori sulla scheda alimentatrice. Potrebbe essere anche utile avere il regolatore sulla scheda di destinazione. In effetti alimentazioni lontani richiedono condensatori bulk sulla scheda al fine di garantire una buona risposta in frequenza, ovvero fornire corrente quando richiesto. Per i 5V se ne può discutere o meno, ma per i 3.3V ti suggerisco di avere il regolatore a bordo della singola scheda.
...
Saluti,

Mauro

Volevo chiedere: c'è un modo per "calcolare" quanto capiente deve essere questo condensatore??
Oppure qualche regola empirica...

Grazie!