Источник питания для автопилота


Так случилось что инженеры Diydrones начиная с версии автопилота 2.0 погнались за компактностью и дешевизной и сократили с платы регулятор напряжения 5 вольт, тем не менее многократные эксперименты показали что без хорошего питания этот контроллер можно применять только на "игрушках которых нежалко". Для обеспечения надежности работы автопилота необходим отдельный источник для питания авионики (приемник, автопилот, телеметрия, осд) и отдельный для сервоприводов (у мультироторников это могут быть сервоприводы подвеса камеры) 

Питание 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 юсб - срабатывает встроенный в апм 2.5 предохранитель

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

а вот такой в режиме 5 вольт работает вполне адекватно

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

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

В качестве компромисса между стабильностью линейных регуляторов и экономичностью импульсных нами была выбрана следующая схема питания для автопилота: 
к батарее подключен UBEC с выходом 6V 
к выходу UBEC подключен LDO регулятор c выходным напряжением 5.0 вольт.

Это решение обеспечивает надежное электропитание авионики током до 500ма, этого более чем достаточно для питания полного комплекта, включая все виды типовых приемников р/у, жпс, радиомодем, осд


Схема источника питания
 
 Печатная плата источника питания

 сверху печатной платы расположен импульсный регулятор. Регулятор обернут алюминиевой фольгой для предотвращения излучения помех.

на печатной плате расположен интегральный линейный стабилизатор напряжения LM2940
дополнительно установлен резисторный делитель для сенсора напряжения батареи

Регулятор включается в порт A1 автопилота APM 2.0 - 2.6 обеспечивая съем данных от датчика напряжения батареи и электропитание автопилота.

Использованы детали:
с1- с3  элетролитические конденсаторы смд размер A 100мкф * 6.3V
c4 керамический конденсатор смд размер 0603 0,1 мкф
U1 интегральный стабилизатор LM2940 - 05 в корпусе SOT223
UBEC - импульсный стабилизатор напряжения на 6.0 - 6.25 вольт

расчет резисторов делителя напряжения
при расчете делителя важно не превысить напряжению ADC при максимальном заряде батареи границу в 5 вольт, лучшим является коэффициент деления при котором напряжение ADC находится в диапазоне 4,6 - 4,9 вольта. При этом достигается максимальная точность сенсора.

Подключение к автопилоту:
  •  Подключение источника питания к порту A1 автопилота
  •  Подключение к 6-канальному приемнику тремя шлейфами (переключатель режимов на 8 канале для самолета, на 5 канале для вертолета и мультироторников)
  •  Место установки конденсатора 470 мкф* 6,3в  - чтобы не мешало закрыть корпус
  •  Зоны кварцевых резонаторов покрыты лаком для защиты от конденсата
  • Перемычку J1 не устанавливаем, ее штыри не запаиваем
  • 6 контактов ISP разъема (рядом с USB ) не запаиваем во избежание ошибки

Питание 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.

Дополнительный фильтрующий конденсатор по питанию авионики +5v. 
Для компенсации перепадов напряжения связанных с изменением потребляемого тока я настоятельно рекомендую впаять электролитический конденсатор большой емкости прямо в плату автопилота. Подходящие для этого отверстия есть вблизи кнопки reset и подписаны +5 и gnd соответственно. Емкость конденсатора может составлять 470мкф - 3000мкф на напряжение 6,3 и выше. при этом миниатюрный конденсатор вполне возможно установить так чтобы он был внутри корпуса.
[вставить фотку]





это крайне важно:
прежде чем включать питание нужно убедиться что перемычка J1 не установлена.
установка этой перемычки допустима лишь при "стендовых испытаниях", она отводит напряжение от планки выходов через диод и предохранитель для подпитки авионики.

пайка авионики должна осуществляться паяльником с низковольтным питанием, с заземленным жалом. при этом все цепи должны быть обесточены и отключены от интерфейсных разъемов. Если на страх и риск используется паяльник на 220 вольт то хотябы проверьте с помощью индикаторной отвертки что на его жале нет пробоя от питающего напряжения. (проверяйте индикаторной отверткой в обеих возможных положениях вилки паяльника в розетке) Используя 220 вольтовый паяльник отсоедините плату от разъемов, положите на изоляционную подложку и паяйте не касаясь платы руками (т.к. ток может пойти с жала паяльника пройти через цепи платы и через руку замкнуть цепь в землю, иногда можно даже не почувствовать что через руку прошел ток, а плата может выйти из строя)


SelectionFile type iconFile nameDescriptionSizeRevisionTimeUser
ċ

Скачать
крайняя версия блока питания с сенсором напряжения  23 кб версия 1 7 апр. 2014 г., 3:05 Alexey Kozin
ċ

Скачать
  4 кб версия 1 17 июл. 2013 г., 4:21 Alexey Kozin
Comments