APM25 Power source & voltage sensor



Регулятор напряжения для Ardupilot APM 2.0 -2.6


Так случилось что разработчики аппаратной части Diydrones начиная с версии автопилота 2.0 погнались за компактностью и дешевизной и сократили с платы регулятор напряжения 5 вольт. Наши многократные эксперименты показали что без хорошего питания этот контроллер можно применять только на "игрушках". Для обеспечения надежности работы автопилота необходимо осуществить ряд аппаратных доработок самого контроллера и оснастить его отдельным надежным источником для питания авионики (приемник, автопилот, телеметрия, осд) и отдельным для сервоприводов (у мультироторников это могут быть сервоприводы подвеса камеры)

Наша группа поставила себе цель разработать комплекс мер позволяющих превратить бюджетный ардупилот в надежное устройство, которое можно будет применять в надежных летательных аппаратах.

Тесты серийных бп для питания авионики:
самую высокую стабильность выходного напряжения обеспечивают линейные регуляторы (например на микросхеме LM7805), но их недостаток в том что все избыточное напряжение они срезают в тепло а это не только возможный перегрев но и неэкономное расходование энергии.

импульсный регулятор напряжения именуемый UBEC на номинальных нагрузках практически не нагревается и преобразует напряжение с КПД порядка 90% 
но некоторые из юбеков создают существенные помехи, другие дают выбросы при включении, выключении или резком перепаде тока нагрузки.

обычно мои коллеги используют недорогие китайские регуляторы, однако как показала практика для ардупилота не все 5 вольтовые юбеки идеально подходят.

некоторые не дают необходимую скорость нарастания импульса при включении что приводит к тому что нужно передергивать провод от юбека к апм

http://www.hobbyking.com/hobbyking/s...arehouse_.html

другие при подключении юсб перегружают цепь питания  - срабатывает встроенный в апм 2.5 предохранитель при подключнии контроллера к компьютеру через USB

http://www.hobbyking.com/hobbyking/s...arehouse_.html

Мы решили, что идеальным решением для питания авионики является связка UBEC с выходом 6 вольт с дополнительным LDO регулятором понижающим в свою очередь напряжение до 5 вольт. низкий уровень обрезки по напряжению не создает чрезмерного нагрева линейного регулятора при токе порядка 500ма (которых с большим запасом достаточно на полный комплект авионики)

в 2013 году мы следали первую печатную плату на которую можно поставить юбек, линейный регулятор LM2940 и для полного комплекта и завершенности добавили резисторный делитель сенсоров напряжения батареи и сглаживающий конденсатор. При этом трехконтактная вилка выхода источника питания включается в порт A1 контроллера апм версий 2.0-2.6

Раздельное питание для сервоприводов

что касается питания сервоприводов подключенных к выходной планке ардупилота АПМ 2-2.5 то их питание возможно обеспечить двумя способами:
- если вы используете дорогой регулятор оборотов имеющий собственный импульсный источник питания то этого вполне может оказаться достаточно чтобы обеспечить питание сервоприводов. При этом и ESC и сервоприводы просто подключаются к планке выходов.

- если у вас используется ESC с линейным регулятором напряжения (BEC) то при интенсивной работе сервоприводов или подклинивании одной из них может случиться перегрев ESC в результате которого пропадет питание на всех сервоприводах и аппарат останется неуправляемым. Поэтому если при интенсивной работе сервоприводов ESC существенно нагревается следует его красный провод в шлейфе управления отрезать (или вынуть из трехконтактного разъема и заизолировать) а питание подать от дополнительного UBEC в любой свободный штеккер планки выходов. В этом случае подойдет любой мощный UBEC. В случае использования высоковольтных сервоприводов (с питанием 7,2 вольта) возможно подавать на планку выходов это напряжение в качестве питания серв.



схемка включения UBEC + LDO c сенсором напряжения

это первый кустарно изготовленный прототип:
Нажмите на изображение для увеличения Название: apm_252_m2_powersource_proto.jpg Просмотров: 475 Размер: 57.4 Кб ID: 886110

первый вариант платы изготовленный в заводских условиях:
Нажмите на изображение для увеличения Название: powermodule.jpg Просмотров: 261 Размер: 32.0 Кб ID: 896946


поскольку мы изготавливаем надежное устройство то провода следует закрепить либо при помощи клея, либо поместив между двумя слоями вспененного двустороннего скотча, скотч зажимается между двумя платами и не позволяет проводам надламываться
Нажмите на изображение для увеличения Название: IMG_9958.jpg Просмотров: 91 Размер: 34.8 Кб ID: 920550

как заменить торчащий переменый резистор на смд:
Нажмите на изображение для увеличения Название: IMG_9955.jpg Просмотров: 540 Размер: 30.7 Кб ID: 920552
для LM2940 необходимо чтобы было на выходе юбека 6,32В нужен резистор 1.411кОм
Так, при необходимости иметь резистор сопротивлением 1,4 кОм параллельно соединяют резисторы сопротивлением 2 и 4,7 кОм или 2,2 и 3,9 кОм 

упаковано в термоусадку:
Нажмите на изображение для увеличения Название: IMG_9963.jpg Просмотров: 19 Размер: 21.5 Кб ID: 920553

версия №3
мы заменили линейный регулятор LM2940 с максимальным током 500ма на mic39100-5.0WS с максимально допустимым током менее 1000ma
при этом понизив выходное напряжение UBEC до 5,3 - 5,6вольт. 
в результате готовое устройство обладает существенным запасом выходной мощности, обладает высоким КПД и совершенно не нагревается.

прототип новой версии ldo "IRU"




Информация для самостоятельного изготовления:


расчет резисторов сенсора напряжения в зависимости от числа банок:


LDO в корпусе sot 223
  • LM2940IMP-5.0   - до 500ма
  • mic39100-5.0WS - до 1000ма

Будьте внимательны популярный регулятор LM1117-50 тут категорически не подойдет, он не допускает обратного питания которое возникает при подключении USB

чертежи платы приложены внизу страницы


мини FAQ

как подключать мой повермодуль к оригинальным АПМ 2, 2.5, 2.5.2, 2.6
Нажмите на изображение для увеличения Название: P4053111.jpg Просмотров: 186 Размер: 51.8 Кб ID: 921851 
в гнездо А1, это второй разъем, нумерация от 0.
темный провод - GND (черный или коричневый) должен быть с краю контроллера
красный провод - питание, (+5,0V) по центру
светлый провод - сигнал сенсора напряжения, (желтый или белый) в сторону середины контроллера 
при использовании гнезда A1 в настройках контроллера в программе мишен планер следует выбрать тип сенсора "voltage" с конфигурацией non-3dr

как подключать мой повермодуль к АПМ нашей редакции
Нажмите на изображение для увеличения Название: apm_252_m2_powersource_proto.jpg Просмотров: 475 Размер: 57.4 Кб ID: 886110
модуль подключается в специальный порт, установленный на том месте где на оригинальном варианте был 6-контактный разъем повермодуля
в настройках контроллера, в программе мишен планер следует выбрать тип сенсора "voltage" с конфигурацией 3DR.

Какие параметры нужно настроить чтобы работал датчик напряжения встроенный в блок питания?

инструкция для мультикоптеров и вертолетов вручную тут

Какое напряжение питания считается идеальным для контроллера?
Диапазон 4.90 - 5.10 следует считать идеальным для комплекта авионики, за исключением случая когда используется единое питание для MinimOSD, в случае использования MinimOSD не рекомендуется превышать 5.0 т.е. идеальным считаем диапазон 4.90 -5.00

нужен ли дополнительный конденсатор по питанию +5 вольт для контроллера APM 2.0 и выше?
Мы настоятельно рекомендуем устанавливать дополнительный конденсатор по питанию емкостью 470-2000мкф если вы используете оригинальный ардупилот или клон, в доработанный нами апм 2.5.2M3 уже установлен конденсатор емкостью 470мкф  

какие отличия у версий АПМ 2.6 и выше от предлагаемой нашей командой АПМ 2.5.2M3?
официальный разработчик автопилота - команда Diydrones выпустила последний вариант АПМ под названием  АПМ 2.6 его отличие от АПМ 2.5.2 в отсутствии одной микросхемы - в контроллере отсутствует чип компаса. На плате даже есть посадочное место под этот чип, предполагается что компас будет использоваться как дополнительное внеешнее устройство подключаемое через разъем I2C. Наша версия автопилота имеет встроенный компас и разрезную перемычку для его отключения в случае необходимости использования внешнего компаса. На рынке можно найти клоны имеющие названия APM 2.7  и APM 2.8. Офицальной редакции свыше 2.6 нет, в своем большинстве это всего лишь меркетинговый ход, это все тот же клон оригинального 2.6 с возможными доработками от конкретного издателя, среди этих клонов есть варианты в  которых производители пошли нашим путем и заменили ненадежный встроенный регулятор имеющий маркировку "PESI" на один из регуляторов Micrel 

Какой ток потребляют компоненты получающие питание от повермодуля?
типовые - максимальные (пиковые) значения 
  • APM 2.x.x + GPS 75-100мА
  • MinimOSD 10-100мА
  • 3DR radio 20-80мА
  • приемник радиоуправления (10-20мА)

Характеристики выпускаемых нами модулей питания:

  • входные провода для подключения к силовой батарее: силиконовые провода калибром жилы 22AWG длина более 30см
  •  выходные провода с пвх изоляцией с калибром жилы 22AWG, длина 15см
  • Все модули проходят проверку без нагрузки и под нагрузкой 1А, полученные по результатам испытаний значения записываются в нижней части блока питания.
  • Модули маркированные как 4S имеют сенсор напряжения оптимальный для батарей 3-4S, модули маркированные 6S имеют сенсор напряжения оптимальный для батарей 5-6S  но допускают работу от батарей 3-6S
  • Модули защищены от переполюсовки, однако мы рекомендуем соблюдать полярность при подключении к силовой батарее.
  • Модули питания расчитаны на номинальный выходной  ток 500ма, ток защиты около 1000ма, поэтому в случае если среди ваших устройств есть модули с большим энергопотреблением (например мощные телеметрийные модемы с большим радиусом действия) - для них следует предусмотреть отдельный источник
как купить тут

SelectionFile type iconFile nameDescriptionSizeRevisionTimeUser
ċ

Скачать
  27 кб версия 1 27 окт. 2014 г., 2:49 Alexey Kozin
Comments