Dlaczego i w jaki sposób wykorzystać architekturę zasilania rozproszonego opartego na komponentach w robotyce

Przetwornice prądu stałego do systemów zasilania w robotach

Układ DCM3623TA5N53B4T70 jest przykładem izolowanej i regulowanej przetwornicy prądu stałego DCM, która może dostarczać napięcia 48V szyny pośredniej przy zasilaniu z baterii 100V (ilustracja 5). Przetwornica ta wykorzystuje technologię przełączania przy zerowym napięciu (ZVS), która pozwala uzyskać szczytową sprawność 90,7% i gęstość mocy 653W na centymetr sześcienny. Zapewnia ona izolację 3000V pomiędzy wejściem i wyjściem.

Dzięki zaletom termicznym i gęstości mocy technologii obudów ChiP (Converter-housed-in-Package) firmy Vicor, moduł DCM oferuje elastyczne opcje odprowadzania ciepła przy bardzo niskich impedancjach termicznych strony górnej i dolnej. Komponenty zasilające wykorzystujące technologię ChiP pozwalają projektantom na szybkie i pewne tworzenie ekonomicznych systemów zasilania o dotychczas nieosiągalnych rozmiarach, wadze i sprawnościach.

Aby wypróbować możliwości układu DCM3623TA5N53B4T70, projektanci mogą posłużyć się płytką ewaluacyjną DCM3623EA5N53B4T70 (ilustracja 6). Płytka ewaluacyjna DCM pozwala na skonfigurowanie różnych schematów włączania i monitorowania usterek, a także trybów strojenia w zależności od wymogów konkretnego zastosowania.

Płytka DCM3623EA5N53B4T70 pozwala na ewaluację przetwornic DCM w konfiguracji autonomicznej lub w układzie wielu modułów. Pozwala ona również na ewaluację wielu opcji włączania, strojenia i monitorowania usterek:

Opcje włączania:

• Wbudowany przełącznik mechaniczny (domyślnie)
• Sterowanie zewnętrzne

Opcje strojenia:

• Działanie przy ustalonym strojeniu (domyślnie): wtyk TR może „pływać” po pierwszym uruchomieniu.Moduł DCM wyłącza strojenie wyjścia i trym wyjściowy jest zaprogramowany na napięcie znamionowe VOUT.
• Działanie przy zmiennym strojeniu, z wbudowanym rezystorem zmiennym: napięcie wtyku strojenia ma charakter ratiometryczny, przy czym rezystor nastawny współdziała z rezystorem podciągającym wewnątrz modułu DCM do VCC.
• Działanie przy zmiennym strojeniu, sterowanie poza płytką: napięciem wtyku strojenia steruje zewnętrzne programowanie, którego wartość mierzona jest w odniesieniu do -IN konkretnego modułu DCM w systemie.

Opcje monitorowania usterek:

• Wbudowana dioda LED: wtyk FT steruje diodą LED informującą wizualnie o statusie usterki.
• Wbudowany sprzęgacz optyczny: wtyk FT steruje wbudowanym sprzęgaczem optycznym umożliwiającym przekazanie statusu usterki przez barierę izolacyjną pomiędzy stroną pierwotną i wtórną.

Przetwornicę obniżająco-podwyższająca prądu stałego PI3740-00 firmy Vicor można wykorzystać do dostarczania zasilania 44V i 24V odpowiednio do reflektorów szerokostrumieniowych LED i kamer HD (High Hefinition). Jest to przetwornica ZVS o wysokiej sprawności oraz szerokich zakresach wejściowych i wyjściowych. Omawiany układ SiP (System-in-Package) wysokiej gęstości integruje kontroler, przełączniki zasilania oraz komponenty pomocnicze (ilustracja 7). Charakteryzuje się on szczytową sprawnością 96%, a także dobrą sprawnością przy niskich obciążeniach.

Do stworzenia kompletnego regulatora obniżająco-podwyższającego układ PI3740-00 wymaga zewnętrznej cewki indukcyjnej, dzielnika rezystancyjnego oraz kondensatorów minimalnych. Częstotliwość przełączania 1MHz zmniejsza rozmiary zewnętrznych komponentów filtrujących, poprawia gęstość mocy i zapewnia szybką reakcję dynamiczną na stany nieustalone w linii i obciążeniu.

Aby ułatwić szybkie rozpoczęcie projektowania z wykorzystaniem układów PI3740-00, firma Vicor oferuje płytki PI3740-00-EVAL1 umożliwiające ewaluację układów PI3740-00 w zastosowaniach z ustalonym napięciem, w których VOUT przekracza 8V. Płytka działa przy napięciach wejściowych w przedziale od 8 do 60V= i dostarcza napięć wyjściowych do 50V=. Charakterystyka płytki ewaluacyjnej:

• Oczka wejściowe i wyjściowe do podłączania źródła i obciążenia
• Miejsce do zainstalowania przewlekanego aluminiowo-elektrolitycznego kondensatora wejściowego
• Wejściowy filtr źródła
• Gniazdo sondy oscyloskopowej zapewniające dokładny pomiar sygnału wyjściowego wysokiej częstotliwości i napięcia wejściowego
• Punkty pomiarowe wtyków sygnałowych oraz złącza przewodowe
• Punkty pomiarowe napięcia Kelvina oraz gniazda dla wszystkich wtyków układu PI3740
• Pomiar prądu strony niskiej i wysokiej wybierany przy użyciu mostka
• Napięcie naładowania wybierane mostkiem

Regulator obniżający PI3526-00-LGIZ firmy Vicor można wykorzystać aby zapewnić zasilanie 12V dla podsystemów komputerowych i bezprzewodowych w sieci zasilającej (PDN) (ilustracja 8). Ta przetwornica prądu stałego zapewnia sprawność dochodzącą do 98% i pozwala na regulowane przez użytkownika płynne uruchamianie i śledzenie, a także funkcje szybkiego i zwłocznego ograniczania prądu. Wspomniane regulatory ZVS integrują kontrolery, przełączniki zasilania oraz komponenty pomocnicze w konfiguracji SiP (System-in-Package).

Płytkę ewaluacyjną PI3526-00-EVAL1 firmy Vicor można skonfigurować pod kątem eksperymentów z regulatorem obniżającym PI3526-00-LGIZ w konfiguracji autonomicznej lub pomiaru zdalnego. Dostępne są gniazda umożliwiające szybkie podłączanie sond i instalację wejściowego kondensatora dużej pojemności. Płytka ewaluacyjna posiada oczka i pola na gniazda bananowe na dolnej warstwie umożliwiające wykonanie połączeń wejściowych i wyjściowych, złącza sygnałowe, punkty pomiarowe i gniazda Kelvina-Johnsona umożliwiające dokładne pomiary napięcia węzła zasilania

Podsumowanie

Konwersja energii w systemach robotycznych staje się coraz bardziej problematyczna ze wzrostem obciążeń, rozwojem funkcji użytkownika i rozpoznawania obrazów, a także poziomu skomplikowania robotów. Istniejące rozwiązania zasilania mają swoje ograniczenia jeżeli chodzi o rozmiary, sprawność, wagę i skalowalność, przez co gorzej nadają się do stosowania w robotyce. W zastosowaniach robotycznych, do zasilania silników, procesorów i innych systemów projektanci mogą zdecydować się na architektury zasilania rozproszonego opartego na komponentach.

Jak wykazano, podejście takie pozwala uzyskać ogólnie lżejsze systemy zasilania, a co za tym idzie dalsze korzyści, jeśli chodzi o parametry systemów robotycznych z zasilaniem bateryjnym. Zwiększa się również elastyczność, ponieważ komponenty konwersji energii można łączyć równolegle, aby sprostać rosnącemu zapotrzebowaniu na moc, co umożliwia użycie tej samej architektury zasilania dla całej platformy systemów robotycznych o różnych rozmiarach.

Autor: Jeff Shepard

Kontakt w Polsce

Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey

Digi-Key Electronics Germany

0048 696 307 330

arkadiusz.rataj@digikey.com

poland.support@digikey.pl