Строим квадрокоптер. Часть 2. Сборка. | Пикабу

Идеальное питание для apm — apm copter team

В данной статье расскажу, как лучше организовать питание для платы APM, чтобы исключить, в первую очередь, часто возникающие вопросы, а также чтобы все было согласно рекомендациям.

Питание платы может быть организовано несколькими способами, но каждый имеет свои преимущества и недостатки. Попытаемся разобраться в этом. Разработчик рекомендует использовать заводской Power Module, но для нас же важно сделать все лучше, проще, надежнее и дешевле. Поэтому этим модулем конечно пользоваться можно, но и с ним имеются ограничения, например максимальный ток в 90А, что не годится для коптеров с конфигурацией для резвых полетов. Датчик тока на нем плох тем, что не столь точен, имеет паразитное сопротивление. Питание идет через диод и предохранитель.  По даташиту PTH08080W выдерживает максимум 18В на входе, а броски могут быть и поболее, даже на батарейке 3S, не говоря уж про 4S.

Обычно пилоты делают питание для платы APM следующими способами:

  • Питание от регулятора двигателя.
  • Питание от отдельного BEC.
  • Питание от отдельного стабилизатора 78L05.

1) Питание первым способом самое простое и чтобы попробовать взлететь на коптере, можно этим способом воспользоваться. Недостатком является то, что нагрузка в виде контроллера APM и остальных комплектующих может оказать влияние на регулятор и он выйдет из строя. Контроллер обесточится и это спровоцирует остановку моторов, и как следствие — падение коптера. С точки зрения подключений этот способ реализовать также проще всего. Питание берем с одного регулятора, оставляя контакт 5V разъема BLS, с остальных необходимо извлечь и изолировать.

bls-1wire-disconnect
Отсоединенный контакт

Питание подается на разъем Outputs. Для того, чтобы питание поступило на контроллер необходимо установить перемычку JP1.

apm-power-circuit
Цепи питания платы APM

При таком подключении питание идет через защитный диод, на котором падает напряжение на 0.3В. При подключенной дополнительной нагрузке напряжение может еще упасть и на контроллер Atmega2560 уже может приходить напряжение в районе 4.5В, что является минимальным. Использовать коптер с таким питанием крайне не рекомендую, иначе может случиться останов или перезагрузка контроллера и коптер упадет. Как разновидность такой схемы можно использовать 2 регулятора. Один подключаем к Inputs, другой к Outputs, а у остальных провод 5V также необходимо извлечь из колодки. Перемычку JP1 в данном случае ставить нельзя!

2) Второй способ можно организовать питанием от отдельного BEC помимо регулятора. Этот пункт является перепечаткой материала с дневника Алексея Козина.

«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».

Смотрите про коптеры:  Большой квадрокоптер для человека - квадрокоптер для полетов человека

«Некоторые, например этот, не дают необходимую скорость нарастания импульса при включении что приводит к тому что нужно передергивать провод от юбека к APM».

«Другие при подключении USB перегружают цепь питания USB — срабатывает встроенный в APM 2.5 предохранитель».

«А вот такой в режиме 5 вольт работает вполне адекватно».

3) Питание от отдельного стабилизатора 78L05. Этот пункт является перепечаткой материала с дневника Алексея Козина.

«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».

Можно использовать схему подключения двух линейных стабилизаторов 78L09 и 78L05, включенных последовательно, но это тоже не решает вопрос нагрева, даже на большом радиаторе.

4) Самый лучший вариант!

Нам необходимо избавиться от всех этих недостатков и поэтому придется использовать совместно импульсный и линейный LDO стабилизаторы. С импульсного напряжение на выходе должно быть больше 6В для корректной работы далее последовательно включенного линейного LDO стабилизатора.

Воспользовавшись материалом Алексея, я собрал этот стабилизатор и вижу очень хороший результат. Использование данного решения обосновано тем, что даже лучшие BEC, речь о которых в п.2, не могут обеспечить свою нормальную работу из-за большого входного напряжения (точнее его перепада между входом и выходом, хотя бы даже если взять 3S аккумулятор — 12.6В). А при использовании данного стабилизатора на вход можно запросто подключать 6S аккумулятор — 25.2В.

На выходе импульсного стабилизатора необходимо получить напряжение в районе 6.3В, настроив подстроечным резистором. Далее для компактности заменил его на постоянный резистор. Измерил сопротивление подстроечного — оно оказалось 1.411кОм. Близкого номинала (1.4кОм) в таблице стандартных значений нет (хотя можно найти такие резисторы), поэтому чтобы получить такое сопротивление можно соединить параллельно пары резисторов: 2 и 4,7 кОм или 2,2 и 3,9 кОм. Использовать 2.2 и 3.9 будет более предпочтительно. Добавим погрешность резисторов и как-раз можно получить требуемые 1.411кОм.

power_imp_2res
2 резистора, запаянных в параллель

При установке такой пары я получил усредненное значение 6.34В (мерил обычными китайскими мультиметрами, которые показали 6.32 и 6.36В) на выходе импульсного стабилизатора. На выходе последующего линейного LDO с нагрузкой получил 5В (4.95В и 5.04В).

Детали платы Алексея:

  • D2 — диод Шоттки любой от 35В от 1А, например 1N5822 SMD.
  • C5 — конденсатор 100мкф, 10В керамический (найти сложно, поэтому можно заменить электролитом)
  • C7, C8 — конденсатор 100мкф, 10В электролит
  • C6 — конденсатор 0,1 мкф керамический
  • R3 — резистор 8.2кОм (для аккумулятора 4S), обозначение 822
  • R4 — резистор 3.3кОм, обозначение 332
  • IC — стабилизатор LDO в корпусе sot 223, LM2940IMP-5.0
Смотрите про коптеры:  Роботы будущего какими они будут?

Популярный регулятор LM1117-50 тут категорически не подойдет, он не допускает обратного питания, которое возникает при подключении USB.

power_lin
Плата Алексея с LDO

Комплект можно купить у Алексея или изготовить самим по схеме.

scheme
Схема стабилизатора Алексея

Элементы в соответствии со схемой:

  • D1 — диод Шоттки любой от 35В от 1А, например 1N5822 SMD.
  • C3, C4 — конденсатор 100мкф, 10В электролит
  • C1 — конденсатор 100мкф, 10В керамический (найти сложно, поэтому можно заменить электролитом)
  • C2 — конденсатор 0,1 мкф керамический
  • R1 — резистор 5,1кОм (для аккумулятора 3S), 8.2кОм (для аккумулятора 4S), обозначение 512, 822
  • R2 — резистор 3.3кОм, обозначение 332
  • IC1 — стабилизатор LDO в корпусе sot 223, LM2940IMP-5.0

В дополнение на плате присутствует делитель напряжения на резисторах для измерения напряжения на АКБ и конденсатор для сглаживания колебаний напряжения. Настройку датчика напряжения рассмотрим позже. Пайку производим с использованием штырьков PLS по четырем углам. Правильному расположению платы соответствует размещение так, чтобы надписи совпадали (in подключаем к in , in- подключаем к in-, и т.д.). Затем одел термоусадку 30мм. Получилось примерно вот так:

IMG_9961IMG_9962

IMG_9963IMG_9964

Подключение производим следующим образом (для обычного клона APM производим в разъем A1 (перемычку JP1 не вставляем!), для редакции платы Алексея в отдельный разъем питания):

apm252board_powerconnect
Питание к плате обычного клона
apm252board_ak_powerconnect
Питание к плате редакции Алексея

Цвета у меня следующие: синий — GND, красный — 5V, белый — датчик напряжения на делителе.

Теперь мы имеем наиболее правильное и стабильное питание для контроллера и всех дополнительных компонентов благодаря использованию LDO стабилизатора.

Update 17.04.2020:

Григорий Тимофеев:

Скажите, есть UBEC на 5,1 вольт 3 а, если им запитать через боковой разъем всместо powermodul, нормальный вариант, или 0,1 дело испортят?

Алексей Козин:

дело в том что и фирменный с выходом на 5.3 далеко не айс,
теряемые на диоде и предохранителе 0,3 вольта не стабильны и могут меняться в зависимости от нагрузки, иногда когда от апм начинают питать телеметрию, осд в некоторых платах срабатывает самовосстанавливающийся предохранитель и прямо в полете — обесточка. дидронесы отзывали партию апм с предохранителем (кажись на 0,4а) тем кому продавали комплект (кажись апм телеметрия )
в более новых платах вроде бы заменили предохранитель на 0,5 — но все это «сопли»

Смотрите про коптеры:  Обливион музыка из фильма | Oblivion Original Motion Picture Soundtrack Deluxe Extended Edition

предлагаю такой тест:
точным вольтметром измеряете питание на своем апм (колодка INPUTS, туда куда включаете приемник радио) запитанном от борта при отключенном усб
4.90 — 5.00 идеально для всех случаев, 4.90 — 5.10 идеально для случаев «без осд» (5.1 это много для видеочипа)
4.80 — 4.90 — в принципе летабельно, но риск сбоя есть
ниже 4.80 — критично мало, риск сбоев велик, особенно если нет доп. фильтрующего электролита

после того как все подключено втч осд, радиомодем даем еще 200ма или чуть больше нагрузки
(например подключив резистор 25 ом к цепи 5V ) и смотрим не упало ли напряжение

Update 18.04.2020:

Исправлена ссылка. «А вот такой в режиме 5 вольт работает вполне адекватно».

Update 10.05.2020:

При использовании отдельного BEC необходимо извлекать плюсы и минусы (хотя этот момент тоже спорный, т.к. может быть закольцовка массы и вносить дополнительные помехи — решать вам, начало спора тут) из колодок BLS регуляторов. Плюсы извлекаются для того, чтобы не было взаимного влияния выходного напряжения 5V регуляторов друг на друга. Минусы извлекаем для того, чтобы обеспечить правильное распределение массы для минимизации влияния силовой части на электронную (тоже спорный момент). Почитать об этом можно тут и тут. Если применяются регуляторы OPTO (отсутствуют BEC), то минусовые провода необходимы (для соединения с контроллером).

PS: Данный Update требует пересмотра! У меня минусовые провода используются.

Update 28.05.2020: Вместо LM2940IMP-5.0 можно применять mic39100-5.0WS (в таком же корпусе). С током в 1А практически не греется и просадки напряжения почти нет. По даташиту на вход надо подавать 5.3В, но начиная с 5.1В уже работает.

Update 28.05.2020 2: Таблица для настройки коэффициента датчика напряжения в Mission Planner.

Делитель напряжения и коэффициенты
Делитель напряжения и коэффициенты

Update 11.08.2020: Видеоматериал от Юлиана.

Юлианом предложен более простой способ запитки контроллера. Плюсом является быстрота изготовления, а из минусов, по моему мнению, то, что нет делителя для датчика напряжения и выглядит не так изящно. Думаю Юлиан не обидится на меня.

Update 22.09.2020: Видеообзор комплектующих от Алексея Козина: платы APM 2.5.2M3, модуля GPS-Глонасс MTK 3333 и блока питания.

Если вы нашли ошибку на странице, то нажмите Shift Enter или нажмите здесь, чтобы уведомить нас.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector