建构完美的机器人供电系统
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Building the perfect robot power supply
建構完美的機器人供電系統
機器人最重要的一個東西是電源的供給，能提供合理的電流量供應給伺服器和其他的小馬達以及處理器、感應器等。
或許最好的設定是5x 1.2V NiMh cells，它能提供6V的電流給馬達和伺服器，同時再透過低回動調節器提供5V給處理器和感應器。
但遺憾的是，它並不是總是那麼實用。
當有時候你的馬達需要較高的電壓，或者你週遭唯有的電池是一個從RC設備而來7.2V 的電池時。
在很多這樣的情形，總有不少的解決方法圍繞著這個問題—我在示範演練穩定電壓時所遇到的問題。
當這些解決的方法不通或與預期有相當落差時，都有不少的例子。
在這些例子裡頭，你無法衝擊出一個好的DC-DC整流器。
很不幸地，合適的
DC-DC整流器是不容易找到也是相當昂貴的，因此我決定自己建造一個。
made a wish list of what I wanted:
我先做了一個需求表：
1. 輸入的電壓在9V到24V之間
2. 輸出的電壓能調整到5V或6V
3. 輸出的電流至少要3A，來轉動一些的大伺服電機
4. 重量輕/尺寸小
5. 合理的價格
於是我就在網絡上尋找合用的控制器IC。
最後終於在德儀找到了TPS5450。
這是一個很棒的小 IC，能夠處理輸入電壓直到36V，並且能變動電流到5V。
只需要非常少的外部元件。
我會發現的唯一的困難是，它是個表面組立的裝置。
這對於要小而輕的訴求是好的，
但卻不利於觀察上的需求。
假如可行的話，那麼這超級小的尺寸將是很棒的。
設計這個電路是一個突然，由於資料手冊附有樣品，對我的需求來說真是太完美了。
我只要加了一個pot，這樣電壓就能被變更在5V和6V之間。
因此我訂購了這些零件，大部分都已到達，真是小巧！是該設計電路板的時候了。
(但
不用eagleCAD MaltiK！)底下是一個列出元件的圖表，我的確是把它們放在頂端。
這是為了幫助我發現在設計上的任何錯誤，如pin未成一直線。
我也必須試驗出要如何焊接所有的零件。
我使用了焊膏，但我需要確定我能用焊槍完成電路。
或許需要在各元件間留出更多的空間。
這個板約是30mm x 25mm (1.25 inch x 1 inch)，花了我不到20塊澳幣。
than $20 AUD.
4-3-2009
剩餘的零件到達了。
我在布局上做了些變更。
在看過PirCapAdi的自家製作的轉換方式之後，我了解我並未預留裝置的孔位。
我原先的想法是
像3支腳的調整器那樣把它插入線路板上，但它的體積太大了。
PirCapAdi也提到一個寬廣的平台。
由於我必須為裝置孔動來增加板的尺寸，
這是容易做到的。
這是焊膏。
1x 151-1850 TPS5450 DC/DC converter IC变流器,整流器
1x 154-7056 15uH 6A inductor感应器
1x 129-9291 SK54C schottky diode肖特基二极管
1x 969-5613 330uF low ESR capacitor
1x 135-8526 330uF tag tantulum
2x 969-4455 4.7uF low ESR capacitor
2x 157-2637 4.7uF multilayer ceramic 多層陶瓷電容
3x 940-6425 10nF capacitor 電容
1x 117-4302 10K trimpot
5-3-2009
我印了鏡面影像模式在一張"Press-n-Peel"線路板的傳送膠卷上，這在傳送上所產生的鐵質卻較僅印在紙上或幻灯片上，有更好的質量。
在傳輸這個模式之後，我接觸到這個模式並蝕刻了線路板。
你會看到一些深藍色的焦點，這些是我在用一個預先蝕刻的PCB板來接觸模式所留下的。
我弄乾淨之後把它上了一層光亮的電路板膠。
在線路板受腐蝕的保護脫離之後，這層膠在焊接過程中扮演助熔的角色。
我使用牙籤小心翼翼地在要被焊接的電路和芯片下的带散热垫上轻涂焊膏。
因為這個芯片有一個建構在power FET，它會發熱需要一個散熱的設置。
這個在底下的带散热垫必須焊接在電路底上來消熱。
之後我小心翼翼地把芯片放在電路板上，用牙籤排成直线，並且以全溫的焊槍將電路底加熱。
調高溫度的原因是，因為電路底的作用如同散熱裝置。
我持續熱度直到我能看見焊剂在芯片座上起泡為止。
讓這個焊接點無誤並不會使芯片過熱是紧要的。
我曾先在刮傷的空白PCB板上練習，看看多快會焊糊。
從芯片底下流出的泡泡是最好的指示。
這是完成的成品。
我在電路上鍍錫來提升它們的電流攜力/散熱力，如同保護他們不受腐蝕一樣。
在回顧時，覺得我應該在焊接元件之前就應該把所有的電路都這樣做。
假如你仔細觀看元件的機板，接近前緣的地方，會看到紅銅，這是我沒法鍍錫造成的。
點擊圖像放大圖片。
由於我沒有貫穿孔位的平板給終端塊，我把它升高在線路板上面，高度夠我
當我在另一邊加熱腳時，供給好的树脂涂层在主要電焊上。
我將稍後用兩部分的環氧树脂來壓縮這個間隙，並強化它。
現在來測試並測定它。
這是從12x 1.2V AA NiMh電池(14.4V)運行的情形。
我能調整輸出在1.21V和7.1V之間。
現在我設定5V來測試。
這個小調節器是設定在5A持續(最高6A) ，從一個12V或甚至24V的來源，
使它理想地運行許多的伺服器。
Testing under load
在負載下測試
我從電阻線上做了1歐姆的電阻並測試調節器。
它確實達到5V ，但我只得到4V，同
時兩個4.7uF的電容和芯片也快速地熱了起來。
重讀了一下資料手冊，我認為問題是電容器並沒有夠低的ESR(等效串联电阻)。
今後我將不再在1.5V之外推動這個原型模式。
只要我換了這兩個電容器，應該全部都
好了。
7-3-2009
我現在在我的設計中又發現了另一個錯誤。
我真的沒有夠仔細地讀資料手冊，而且我沒
用SMD零件。
當我看到4.7uF和330uF我自動地就訂購了低ESR的电解电容器。
為了這個用途，由於這個頻率(500KHz)電解是不會起很好作用的。
在此之上，用了新零件的關係，供電無法更小。
我或許要重新設計電路板來占這個便宜。