用于ROS移动机器人高集成电源解决方案(一)

这篇文章一起来看看ROS移动机器人供电系统。 目前某宝常见的ROS学习套件，大都采用12V有刷直流电机，供电电压常采用3节锂电池串联后得到12.6V电压。 经过电压转换后给电机，控制器，树莓派，雷达等传感器供电。 电源的稳定性对一个系统而言是至关重要的。 所以接下来的两篇文章会给大家介绍用于ROS移动机器人高集成电源解决方案。

这篇文章，主要进行系统电源整体分析，以及对于很多人来说都比较头疼的锂电池选型问题。

电压类型

一个硬件系统中往往会存在着多种电压。 在ROS移动机器人中有12.6V电压，5V电压，3.3V电压。 对于这种多电压类型并且存在高电压差的系统，在硬件设计中往往采用逐级降压的方式。 在高压差时为提高能量转换效率多采用开关电源，如常用的非隔离式BUCK拓扑结构，隔离式反激拓扑结构。 在低压差时，为得到低纹波纯净的电源，多采用线性降压方式。

关于BUCK，线性电源的原理在第一个项目已经进行了介绍，可从我的历史文章中查看。

锂电池选型

锂电池的选型要考虑多种因素，如电池体积，容量，放电倍率，循环充放电次数，价格。 选型结果应该是权衡了以上多种因素后得到的。

锂电池放电倍率是一个重要的参数：它用来表示电池充放电电流大小的比率，即倍率。 如1200mAh的电池，1C表示1200mA（1200mAh的1倍率），10C表示12000mA(1200mAH的10倍率)。

锂电池放电倍率越大表明锂电池能够以越大的电流进行放电，选择合适的放电倍率对于ROS移动机器人是很重要的。 锂电池放电倍率不够时当电机启动瞬间或者电机转向时，在PID算法的控制下，想要达到系统瞬态响应的需求，需要锂电池提供很大的电流（电流值跟电机负载，PID参数都有关系），如果锂电池不能提供这么大的电流，锂电池电压会被迅速拉低，控制部分电压出现抖动，单片机复位重启都有可能。

系统最大电流推算

系统中耗电大户分别为：两个直流电机，树莓派，雷达，控制器。

树莓派的供电电源需满足2A的电流供给能力，雷达和控制器使用5V/2A便可以满足需求。由于电机属于感性负载，在电机启动瞬间，电机电流可达到额定电流的4-7倍。在设计中，假设电机启动瞬间，电流为额定电流的7倍。

例如，一个额定电流为360ma的有刷直流电机，启动瞬间电流可以达到2520ma,留出20%的设计余量，此时在启动瞬间，一个电机最大需要消耗3024ma的电流，两个电机则需要电池提供6A以上的电流。结合树莓派，雷达，控制器的耗电量，可知电池最大需要提供10A以上的电流。

根据电池放电倍率可知，当使用一个容量为2600mAh的三串锂电池时，锂电池的放电倍率应该大于3.8C才能够满足系统的供电需求。

锂电池选型推荐

体积	选择18650动力电芯
容量	2600mAh
放电倍率	>4C
价格	12元/节