Vergleich der Effizienz von DC-Motorstrombegrenzungs- / Steuermethoden?

Ich verwende die Räder und Motoren eines RC-Spielzeugautos als einfache Roboterplattform. Das Auto hat 2 Motoren, einer treibt die Hinterräder an, der andere lenkt die Vorderräder. Der Lenkmotor wird beim Lenken konstruktionsbedingt abgewürgt, er wird durch das Kunststoffchassis in einem festen Winkel blockiert. Es zieht 0,85 A, wenn es blockiert ist (dh jederzeit beim Lenken).

Aufgrund dieses Wunderwerks der Spielzeugtechnik muss ich einen überdimensionierten Motortreiber-IC (L293B – 1 A kontinuierlich) verwenden, und dieser Motor verbraucht etwa 3 W Leistung (0,85 A x 3,6 V). Ich verwende diesen IC auch zur Steuerung des anderen ("normal drehenden") Motors, der anscheinend vom gleichen Typ ist: 0,85 A Stillstandsstrom, etwa 100 mA ohne Last und 250-400 mA bei normaler Last.

Durch Testen mit diversen Vorwiderständen habe ich herausgefunden, dass 0,3A ausreichen, um die Lenkräder zu drehen und in Position zu halten. Die Verwendung eines Widerstands könnte es mir ermöglichen, einen Treiber-IC mit einer niedrigeren Amperezahl (L293D – 0,6 A) zu verwenden, aber die gleiche Energie wird immer noch verschwendet, nur als Wärme. Obwohl dies bei diesem Spielzeugaufbau kein ernstes Problem ist, plane ich, größere Roboter mit deutlich mehr Leistung zu bauen, sodass Energieeinsparung und Stromkontrolle auf lange Sicht wichtig sein werden und Motoren auch versehentlich stehen bleiben können.

Bei der Betrachtung der Strombegrenzung von Gleichstrommotoren habe ich die folgenden Ansätze gefunden:

  1. Vorwiderstand – einfach, billig, bidirektional, verschwendet Energie, leitet Wärme ab

  2. Stromquelle mit 2-3 Transistoren und Messwiderstand – relativ einfach, jedoch habe ich nur unidirektionale Schaltungen gefunden, die beim Umschalten der Motorrichtung kurzgeschlossen würden. Gibt es eine Möglichkeit, diese Methode bidirektional zu verwenden? (und/oder mit einem 2-Kanal-H-Brücken-IC? - Ich kann es nicht vor der gemeinsamen Versorgung der ICs platzieren, da die 2 Motoren unterschiedliche Ströme ziehen). Beispiel: Entwerfen einer Strombegrenzungsschaltung für mein Projekt

  3. Chopperschaltungen/PWM – Schützt das den IC zuverlässig vor Überlastung? Ist es energieeffizient?

  4. Gibt es andere Methoden, die ich nicht kenne? Irgendetwas über die Prinzipien des Wechselns der Versorgung?
  5. Wäre es in meiner Anwendung einfacher, 2 separate Treiber / H-Brücken zu verwenden und einen Spannungsteiler dazwischen zu platzieren, sodass eine niedrigere Spannung für den ineffizienten Stallmotor und mehr für den Motor bereitgestellt wird, der den Roboter bewegt?

Wie schneiden die oben genannten Methoden in Bezug auf Effizienz und Einfachheit des Designs ab? Was ist die bevorzugte Methode in der Robotik/anderen DC-Motoranwendungen? Ist es außerdem üblich, den Gleichstrommotorstrom zu begrenzen, oder ist ein Motor am effizientesten, wenn er so viel Strom ziehen darf, wie er benötigt? Ist es akzeptabel, einen Gleichstrommotor zu verwenden, der konstruktionsbedingt mechanisch blockiert ist, oder wird dieser nur in billigen Mistspielzeugautos verwendet?

Antworten (1)

Wie schneiden die oben genannten Methoden in Bezug auf Effizienz und Einfachheit des Designs ab?

Der L293B (oder D) ist wirklich ein einschränkender Faktor bei diesem Design. Bei Verwendung in einer H-Brückenkonfiguration von einer 3,6-V-Versorgung können Sie glücklich sein, mehr als 1,5 Volt über den Motor zu bekommen. Dies liegt an der Einschaltsättigungsspannung in den Treibertransistoren. Schauen Sie sich dieses Datenblatt an und suchen Sie nach v C E S A T H Und v C E S A T L Auf Seite 4 - sie sagen Ihnen, dass bei 1 Ampere die Sättigungsspannung des oberen Transistors typischerweise 1,4 Volt und die Sättigungsspannung des unteren Transistors typischerweise 1,2 Volt beträgt.

Das Ergebnis davon ist, dass Sie wahrscheinlich einen viel kleineren Motor für die Lenkung verwenden können, wenn Sie einen besseren Fahrer verwenden. Siehe dies für eine vollständigere Erklärung.

Die Verwendung eines besseren Treibers verbessert auch die Traktion, Leistung und Effizienz des hinteren Antriebsmotors.

Eine weitere Option für die Lenkung ist die Verwendung eines Servomotors – dieser kann so positioniert werden, dass ein mechanischer Anschlag vermieden wird und somit der Stromverbrauch reduziert wird.

Danke für deinen Beitrag. Eigentlich erklärt dies, warum mein Roboter Probleme hat, sich zu bewegen - mit dem original eingebauten Treiber könnte das Auto etwa 2 kg Gewicht bewegen, während es mit dieser Treiberschaltung kaum in Gang kommt. Ich denke, ich werde die Spannung auf etwa 5 V erhöhen.
Wenn Sie diesen Treiber verwenden, treten immer noch dieselben Spannungsabfälle und Ineffizienzen auf. Ich würde eines der TI-Teile empfehlen, die ich in der verknüpften Frage erwähnt habe. Der L293 und seine Derivate sind für niedrige Batterie-/Versorgungsspannungen grundsätzlich unsinnig.
Ich habe die Teilenummern überprüft und kann in meinem Land keinen dieser Chips kaufen. Manchmal muss man nutzen, was man bekommt. Das Hinzufügen einer zusätzlichen AA-Batterie gab mir anständige Ergebnisse. Der Vdrop beträgt etwa 1V. Der L293/298 wird nicht verschwendet, weil ich ein größeres Projekt mit 24-V-Motoren plane, die aus Druckern gespült wurden. Das Nächste, was ich für Niederspannungssachen bekommen kann, ist ein Polulu-Motortreiber, aber er kostet das Dreifache der 293+ Dioden. Ich könnte die ursprüngliche Treiberschaltung hacken, Kabel zu ihrer H-Brücke löten, obwohl ich sie als Funkmodul behalten wollte, und ich bin mir nicht sicher, was die externen Eingänge mit dem RX-IC machen werden.
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